DE102013003544A1 - Shingled-magnetic recording (SMR) disk drive for SMR device, has electronic unit which stores set of exception records as received in write commands in memory E-region, and writes set of exception records to disk E-region in sequence order - Google Patents

Shingled-magnetic recording (SMR) disk drive for SMR device, has electronic unit which stores set of exception records as received in write commands in memory E-region, and writes set of exception records to disk E-region in sequence order Download PDF

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    • G11INFORMATION STORAGE
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    • G11B5/012Recording on, or reproducing or erasing from, magnetic disks

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

The disk has magnetic thin film which is provided with concentric tracks. I-region is contained with subset of tracks that are shingle-written with tracks partially overlapping previous tracks. Disk E-region is provided with subset of tracks to hold exception records. Memory E-region is provided with exception records stored in nonvolatile solid state memory. System electronic unit is provided to store set of exception records as received in write commands in memory E-region and to write set of exception records to disk E-region in sequence order. An independent claim is included for method of operating shingled-magnetic recording disk drive.

Description

Verwandte AnmeldungenRelated applications

Diese Anmeldung bezieht sich auf die am 23. Mai 2011 eingereichte, auf den Erwerber der vorliegenden Anmeldung übertragene vorläufige Patentanmeldung mit der laufenden Nummer 61/489 174, und die Vorteile dieser vorläufigen Anmeldung werden nach 35 U. S. C. 119(e) beansprucht.This application is related to provisional patent application Serial No. 61 / 489,174 filed on May 23, 2011, assigned to the assignee of the present application, and the advantages of this provisional application are claimed in 35 U.S.C. 119 (e).

Eine am 18. Juli 2011 eingereichte, auf den Erwerber der vorliegenden Anmeldung übertragene Patentanmeldung mit der laufenden Nummer 13/135 953, die hier durch Verweis aufgenommen ist, beschreibt SMR-Laufwerk-Ausführungsformen mit zweimal beschreibbaren Cache-Bereichen, die in der vorliegenden Anmeldung erwähnt sind.A patent application serial number 13/135 953, filed on July 18, 2011 and assigned to the assignee of the present application, incorporated herein by reference, describes SMR drive embodiments having write-to-write cache areas disclosed in the present application are mentioned.

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Architektur von Datenspeichervorrichtungen und insbesondere überlappend beschriebene magnetische Aufzeichnungsvorrichtungen (”shingle-written magnetic recording devices” (SMR devices)).The invention relates to the field of data storage device architecture, and more particularly to overlapped magnetic recording devices (SMR devices).

Hintergrundbackground

Herkömmliche Plattenlaufwerke mit magnetischen Medien organisieren Daten in konzentrischen Spuren, die voneinander beabstandet sind. Das Konzept des überlappenden Schreibens ist eine Form der senkrechten magnetischen Aufzeichnung und wurde als ein Weg beschrieben, um die Flächendichte der magnetischen Aufzeichnung zu erhöhen. Bei einem überlappend beschriebenen magnetischen Aufzeichnungsmedium (SMR-Medium) wird ein Bereich (Band) benachbarter Spuren so beschrieben, dass er einen oder mehrere zuvor beschriebene Spuren überlagert. Die überlappenden Spuren müssen anders als herkömmlich getrennte Spuren, die in einer beliebigen Reihenfolge beschrieben werden können, in einer Sequenz beschrieben werden. Die Spuren auf einer Plattenoberfläche sind in mehrere überlappende Bereiche (auch als I-Bereiche bezeichnet) organisiert. Die Richtung des überlappenden Schreibens für einen I-Bereich kann von einem Innendurchmesser (ID) zu einem Außendurchmesser (OD) oder von OD nach ID sein. Die Platte kann auch auf derselben Fläche in beiden Richtungen überlappend sein, wobei sich die beiden Zonen in etwa am Punkt mittleren Durchmessers treffen. Die Anzahl der Spuren, die in einem Bereich einander überlappen, ist ein Schlüsselparameter für die Leistungsfähigkeit des überlappenden Schreibens. Sobald sie in einer überlappenden Struktur beschrieben wurde, kann eine individuelle Spur nicht am Ort aktualisiert werden, weil dabei die Daten in den einander überlagernden Spuren überschrieben und zerstört werden würden. Überlappend beschriebene Datenspuren werden daher vom Gesichtspunkt des Benutzers manchmal als nur am Ende anhängend beschreibbare Protokolle angesehen. Um die Leistungsfähigkeit von SMR-Laufwerken zu verbessern, wird ein Teil der magnetischen Medien einem oder mehreren so genannten ”Ausnahmebereichen” (E-Bereichen) zugeordnet, die als Staging-Gebiete für Daten verwendet werden, die schließlich in einen I-Bereich geschrieben werden. Der E-Bereich wird manchmal als ein E-Cache bezeichnet. Weil erwartet wird, dass der größte Teil der Daten in einem SMR-Laufwerk sequenziell in I-Bereichen gespeichert wird, können die Datensätze, die gegenwärtig nicht in den I-Bereichen gespeichert sind, als ”Ausnahmen” für die sequenzielle I-Bereich-Speicherung angesehen werden. Wenn Schreibvorgänge in zufälliger Reihenfolge empfangen werden, werden sie im Allgemeinen in der Empfangsreihenfolge im Platten-E-Bereich gespeichert.Conventional disk drives with magnetic media organize data in concentric tracks that are spaced apart. The concept of overlapping writing is a form of perpendicular magnetic recording and has been described as a way to increase the areal density of the magnetic recording. In an overlapping magnetic recording medium (SMR medium), an area (band) of adjacent tracks is described as being superimposed on one or more tracks previously described. The overlapping tracks, unlike conventionally separated tracks, which may be described in any order, must be described in a sequence. The tracks on a disk surface are organized into several overlapping areas (also referred to as I-areas). The direction of the overlapping writing for an I range may be from an inner diameter (ID) to an outer diameter (OD) or from OD to ID. The plate may also be overlapping in both directions on the same surface, with the two zones meeting approximately at the middle diameter point. The number of tracks that overlap one another in one area is a key parameter for the performance of the overlapping writing. Once described in an overlapping structure, an individual track can not be updated locally because it would overwrite and destroy the data in the overlapping tracks. Overlapping data tracks are therefore sometimes considered by the user to be end-to-end writable protocols. To improve the performance of SMR drives, part of the magnetic media is mapped to one or more so-called "exception areas" (E-areas) that are used as staging areas for data that is eventually written into an I-area , The E-area is sometimes referred to as an E-cache. Because it is expected that most of the data in an SMR drive will be sequentially stored in I ranges, the records that are not currently stored in the I ranges may be considered "exceptions" for sequential I range storage be considered. When writes are received in random order, they are generally stored in the receive order in the disk E space.

Das US-Patent 7 965 465 von Sanvido u. a. (21. Juni 2011) beschreibt Techniken zur Verwendung eines Cache-Speichers zum Erleichtern des Aktualisierens der Datensätze in überlappenden Blöcken eines SMR-Plattenspeichers, die sequenziell geschrieben werden müssen.The U.S. Patent 7,965,465 by Sanvido et al. (June 21, 2011) describes techniques for using a cache memory to facilitate updating the records in overlapping blocks of an SMR disk that need to be written sequentially.

Eine Adressendereferenzierung in der inneren Architektur der überlappend beschriebenen Speichervorrichtung ist nützlich, um den Host von den Komplexitäten in Zusammenhang mit der SMR abzuschirmen. Host-Dateisysteme verwenden herkömmlich Logikblockadressen (LBA) in Befehlen zum Lesen und Schreiben von Datenblöcken, und zwar ungeachtet der tatsächlichen Stellen (physikalische Blockadresse (PBA)), die intern von der Speichervorrichtung verwendet werden. Festplattenlaufwerke haben seit Jahrzehnten ein gewisses Maß einer LBA-PBA-Dereferenzierung, die es unter anderem ermöglicht, dass schlechte Sektoren auf der Platte guten Sektoren neu zugeordnet werden, die für diesen Zweck reserviert worden sind. Die Adressendereferenzierung ist typischerweise im Steuerungsabschnitt der Laufwerkarchitektur implementiert. Die Steuereinrichtung übersetzt die LBA in Host-Befehlen in eine interne physikalische Adresse oder eine Zwischenadresse, von der schließlich eine physikalische Adresse abgeleitet werden kann.Address dereferencing in the internal architecture of the overlapping memory device is useful to shield the host from the complexities associated with the SMR. Host file systems conventionally use logical block addresses (LBA) in instructions for reading and writing data blocks, regardless of the actual locations (physical block address (PBA)) used internally by the memory device. Hard disk drives have had some degree of LBA PBA dereference for decades which, among other things, allows poor sectors on the disk to be reassigned to good sectors that have been reserved for that purpose. The address dereference is typically implemented in the control section of the drive architecture. The controller translates the LBA in host commands into an internal physical address or an intermediate address from which a physical address may ultimately be derived.

Die herkömmliche LBA-PBA-Zuordnung für Fehler braucht nicht häufig geändert zu werden. Dagegen kann sich bei einer SMR-Vorrichtung die physikalische Blockadresse (PBA) einer logischen Blockadresse (LBA) häufig ändern. Das Dereferenzierungssystem sieht eine dynamische Übersetzungsschicht zwischen Host-LBA und den aktuellen physikalischen Stellen auf dem Medium vor. Bei einem SMR-System kann sich die LBA-PBA-Zuordnung bei jedem Schreibvorgang ändern, weil das System die physikalische Stelle auf dem Medium, an der die Host-Daten für eine LBA geschrieben werden, dynamisch bestimmt. Die Daten für dieselbe LBA werden beim nächsten Mal, wenn die Host-LBA aktualisiert wird, an eine andere Stelle geschrieben. Zusätzlich bewegt das Laufwerk selbständig Daten zwischen Schreib-Cache-Speichern im RAM, Schreib-Cache-Speichern auf der Platte, E-Bereichen auf der Platte und I-Bereichen auf der Platte. Die LBA für die Daten bleiben unabhängig davon gleich, wo die Daten auf dem Laufwerk gespeichert werden. Hintergrundprozesse, wie eine Defragmentierung, werden auch von der Vorrichtung selbständig ausgeführt, um Datensektoren von einer PBA zu einer anderen zu bewegen, während die LBA gleich bleibt. The conventional LBA PBA mapping for errors does not need to be changed frequently. On the other hand, in an SMR device, the physical block address (PBA) of a logical block address (LBA) may change frequently. The dereferencing system provides a dynamic translation layer between host LBA and the actual physical locations on the medium. In an SMR system, the LBA-PBA mapping may change each time a write occurs because the system dynamically determines the physical location on the medium where the host data for an LBA is written. The data for the same LBA will be written to another location the next time the host LBA is updated. In addition, the drive automatically moves data between write cache memories in RAM, write cache memories on the disk, e-slots on the disk, and I-slots on the disk. The LBA for the data remains the same wherever the data is stored on the drive. Background processes, such as defragmentation, are also performed by the device autonomously to move data sectors from one PBA to another while keeping the LBA constant.

Die Defragmentierung ist ein allgemeiner Ausdruck, der häufig verwendet wird, um einen Prozess des Reorganisierens von Datensätzen in einem Datei- oder einem Datenbanksystem zum Beseitigen oder Verringern der Fragmentierung zu beschreiben. In SMR-I-Bereichen nimmt, wenn Datensätze aktualisiert oder gelöscht werden, die Anzahl kleiner, freier Stellen zu, die gewöhnlich als ungültige oder ”abgelaufene” Daten bezeichnet werden. Der Prozess der Defragmentierung bewegt die Datensätze physikalisch, um sie zusammenhängender zu machen und größere und nützlichere freie Bereiche zu erzeugen. DRAM wird typischerweise beim Restaging verwendet, weil er eine effiziente Sortierung von Datensätzen in eine geeignete Sequenz ermöglicht. Bei SMR-Laufwerken ist eine effiziente Defragmentierung ein wichtiger Faktor in der Gesamtleistungsfähigkeit der Vorrichtung.Defragmentation is a generic term commonly used to describe a process of reorganizing records in a file or database system to eliminate or reduce fragmentation. In SMR I ranges, as records are updated or deleted, the number of small vacancies that are commonly referred to as invalid or "expired" data increases. The process of defragmentation physically moves the datasets to make them more coherent and to create larger and more useful free areas. DRAM is typically used in restaging because it allows efficient sorting of records into a suitable sequence. For SMR drives, efficient defragmentation is an important factor in the overall performance of the device.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Ausführungsformen der Erfindung umfassen SMR-Plattenlaufwerke, die einen nichtflüchtigen Halbleiterspeicher-E-Bereich zusätzlich zu den Magnetmedien-E-Bereichen auf der Platte aufweisen. Die Kombination eines Halbleiterspeichers und von Platten-E-Bereichen wird als hybride E-Bereiche bezeichnet. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann der Halbleiterspeicher-E-Bereich für Vorgänge verwendet werden, die als Destaging und/oder Restaging bezeichnet werden. Der Speicher-E-Bereich kann verwendet werden, um Sätze von Ausnahmedatensätzen zu sequenzialisieren und dadurch die beim Ausführen von Suchvorgängen im Platten-E-Bereich aufgewendete Zeit und Energie zu verringern. Das Verhältnis zwischen der Größe des Halbleiterspeicher-E-Bereichs und der Gesamtkapazität des E-Bereichs auf den Platten kann gemäß der Erfindung für ausgewählte Anwendungen optimiert werden, wobei Kompromisse zwischen der Leistungsfähigkeit und den Kosten verwendet werden. Beispielsweise erreicht eine Ausführungsform mit einer Speichergröße des E-Bereichs, die 10% der Gesamtkapazität des Platten-E-Bereichs beträgt, eine erhebliche Leistungsverbesserung gegenüber einer Nur-Platten-E-Bereich-Implementation und führt auch zu geringeren Kosten als sie bei einem Nur-NAND-Speicher-E-Bereich erforderlich wären.Embodiments of the invention include SMR disk drives having a non-volatile semiconductor memory E-area in addition to the magnetic media E-areas on the disk. The combination of a semiconductor memory and plate E regions are referred to as hybrid E regions. According to embodiments of the invention, the semiconductor memory E-area may be used for operations referred to as destaging and / or restaging. The memory E area can be used to sequenced sets of exception records and thereby reduce the time and energy spent in performing disk E field searches. The ratio between the size of the semiconductor memory E-region and the total capacitance of the E-region on the plates can be optimized according to the invention for selected applications, using tradeoffs between performance and cost. For example, an embodiment having a storage area of the E-area that is 10% of the total capacity of the disk E-area, achieves a significant performance improvement over a disk-only E-space implementation, and also results in a lower cost than a Nur NAND memory E range would be required.

Gemäß einer Ausführungsform wird zuerst ein Satz ankommender Schreibausnahmen in dem Halbleiterspeicher-E-Bereich gespeichert und dann umgeordnet, bevor er in einen Platten-E-Bereich destaged wird. Die Verwendung des Halbleiterspeicher-E-Bereichs ermöglicht eine Umordnung, um die Sequenzialisierung zu verbessern und die Suchvorgänge zu reduzieren, die erforderlich sind, wenn die Datensätze an den Plattenspeicher übergeben werden.In one embodiment, a set of incoming write exceptions is first stored in the semiconductor memory E area and then rearranged before being destaged to a disk E area. The use of the semiconductor memory E-area allows rearrangement to improve sequencing and reduce the number of searches required when transferring the records to disk.

Gemäß einer anderen Ausführungsform wird der nichtflüchtige Halbleiterspeicher-E-Bereich für das Restaging von Daten verwendet, die zuvor auf die Platte geschrieben worden sind und die umgeordnet werden müssen und dann auf die Platte zurückgeschrieben werden müssen, wie beispielsweise bei einem Defragmentierungsprozess. Die Ausführungsformen des Destagings und Restagings können auch gemeinsam verwendet werden.According to another embodiment, the nonvolatile semiconductor memory E-area is used for restaging data that has been previously written to the disk and that needs to be rearranged and then written back to disk, such as in a defragmentation process. The embodiments of the destaging and restaging can also be used together.

Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures

1 ist eine Darstellung einer SMR-Datenspeichervorrichtung mit hybriden E-Bereichen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 1 FIG. 12 is an illustration of a hybrid E-domain SMR data storage device according to one embodiment of the invention. FIG.

2 ist eine Graphik, die kontinuierliche IOPs auf der vertikalen Achse gegen die Neuleserate (Suchvorgänge pro Sekunde) auf der horizontalen Achse für ein SMR-Laufwerk mit einem Nur-Platten-E-Bereich für 4 Laufwerke gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit hybriden E-Bereichen mit NAND-Flash-Größen von 1 GB, 2 GB, 4 GB und 8 GB zeigt. 2 Figure 4 is a graph showing continuous IOPs on the vertical axis versus read rate (seeks per second) on the horizontal axis for an SMR drive with a 4 drive disk-only E area in accordance with an hybrid E-range embodiment of the invention with NAND flash sizes of 1GB, 2GB, 4GB, and 8GB.

3 ist eine Graphik, die die Größe des E-Bereichs zeigt, die erforderlich ist, um der PMR-Leistungsfähigkeit unter Verwendung eines Nur-Platten-E-Bereichs und eines hybriden NAND-E-Bereichs für das Destaging gemäß der Erfindung zu entsprechen. 3 Figure 12 is a graph showing the size of the E-range required to match the PMR performance using a disk-only E range and a hybrid NAND E-range for destaging according to the invention.

4 ist eine Balkengraphik, welche den prozentualen Anteil der Größe des Platten-E-Bereichs an der Benutzerkapazität für Vorrichtungen mit verschiedenen Größen des NAND-E-Bereichs und des DRAM-Neulesepuffers und mit verschiedenen Übertragungslängen zeigt. 4 Figure 12 is a bar graph showing the percentage of the size of the disk E area in user capacity for NAND E range and DRAM reorder buffer devices of different sizes and with different transmission lengths.

5 ist eine Graphik, welche die sequenzielle Leseleistung in MB/s für zufällig beschriebene Bereiche für ein herkömmliches PMR-Laufwerk, ein Nur-Platten-E-Bereich-SMR-Laufwerk und ein hybrides E-Bereich-Laufwerk gemäß der Erfindung zeigt. 5 Figure 12 is a graph showing the sequential read power in MB / s for randomly written areas for a conventional PMR drive, a disk-only e-disk SMR drive, and a hybrid e-disk drive according to the invention.

6 ist eine Darstellung der Umordnung von Datenblöcken während des Destagings vom NAND-Flash-E-Bereich zum Platten-E-Bereich gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 6 Figure 12 is an illustration of the reordering of data blocks during the NAND flash E range to disk E range, according to an embodiment of the invention.

7 ist eine Darstellung der Verwendung des NAND-Flash-E-Bereichs beim Restaging von Datenblöcken von einem Platten-E-Bereich, um das Umordnen von Datenblöcken während einer Defragmentierung eines Platten-E-Bereichs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zu erleichtern. 7 Figure 12 is an illustration of the use of the NAND flash E area in restaging blocks of data from a disk E area to facilitate reordering blocks of data during defragmentation of a disk E area in accordance with an embodiment of the invention.

8 ist eine Darstellung des Destagings von dem NAND-Flash-E-Bereich der umgeordneten Datenblöcke zurück zum Platten-E-Bereich während einer Defragmentierung eines Platten-E-Bereichs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 8th Figure 12 is an illustration of the destage from the NAND flash E area of the rearranged blocks of data back to the disk E area during defragmentation of a disk E area according to one embodiment of the invention.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

1 ist eine Darstellung einer Datenspeichervorrichtung (DSD) 10 unter Verwendung von SMR mit einer Systemelektronikeinheit 21 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Systemelektronikeinheit 21 funktioniert mit Ausnahme dessen, was hier beschrieben ist, entsprechend dem Stand der Technik, und Aspekte des Systems, die Funktionen aus dem Stand der Technik ausführen, sind nicht dargestellt. Die Systemelektronikeinheit 21 kann eine System-on-a-chip-Einheit aus dem Stand der Technik sein, wobei es sich um eine integrierte Schaltung handelt, die die Host-Schnittstelle, die Steuereinrichtung, Servo-Funktionen, einen Mikroprozessor, Firmware-Programme usw. alle in einem einzigen Chip aufweist. 1 is an illustration of a data storage device (DSD) 10 using SMR with a system electronics unit 21 according to an embodiment of the invention. The system electronics unit 21 with the exception of what is described here, according to the prior art, and aspects of the system that perform functions of the prior art are not shown. The system electronics unit 21 may be a prior art system-on-a-chip unit, which is an integrated circuit including the host interface, the controller, servo functions, a microprocessor, firmware programs, etc. all in having a single chip.

Der Host-Benutzer 11 kann ein Computer eines beliebigen Typs sein und durch ein beliebiges Mittel, beispielsweise durch ein Netzwerk, mit der Vorrichtung kommunizieren. Der Begriff ”Benutzer” wird austauschbar mit ”Host” verwendet. Es können auch mehrere Hosts unter Verwendung von bekannten Techniken mit der Vorrichtung kommunizieren. Dünnfilme 12 sind magnetische Dünnfilmbeschichtungen, die typischerweise sowohl auf der oberen als auch auf der unteren Fläche einer Festplatte (nicht dargestellt) abgelagert sind, und eine Vorrichtung kann auch mehrere Platten aufweisen. Die Filme 12 sind in 1 in einer Schnittansicht dargestellt. In einer Draufsicht sind die Bereiche mehrere konzentrische kreisförmige Bänder. Die magnetischen Dünnfilme sind zur Verwendung in einer SMR-Architektur formatiert und weisen gemäß dieser Ausführungsform einen Platten-E-Bereich 16, I-Bereiche 13 (auch als I-Spurbereiche bezeichnet), Schreib-Cache-Bereiche 14 (auch als zweimal beschreibbare Cache-Bereiche bezeichnet) und Schutzbereiche oder -bänder 15 auf. Wenngleich in 1 nur einer dargestellt ist, kann eine Vorrichtung auf jeder Plattenfläche mehrere E-Bereiche 16 aufweisen, und es gibt gewöhnlich mehrere Plattenflächen. Der nichtflüchtige Halbleiterspeicher-E-Bereich 19 wird im Allgemeinen als NAND-Flash-E-Bereich oder NAND-E-Bereich bezeichnet. Der NAND-Flash-E-Bereich 16 wird gemäß der Erfindung verwendet, um gegenüber einer Nur-Platten-E-Bereich-Implementation die Leistungsfähigkeit zu verbessern und Energie zu sparen. Zusätzlich dazu werden dadurch, dass die Größe des NAND-E-Bereichs 16 erheblich kleiner ausgelegt wird als dies bei einem Nur-NAND-E-Bereich erforderlich wäre, Kosten gespart.The host user 11 For example, a computer may be of any type and communicate with the device by any means, such as through a network. The term "user" is used interchangeably with "host". Multiple hosts may also communicate with the device using known techniques. thin films 12 are magnetic thin film coatings typically deposited on both the top and bottom surfaces of a hard disk (not shown), and a device may also include multiple disks. The movies 12 are in 1 shown in a sectional view. In a plan view, the areas are a plurality of concentric circular bands. The magnetic thin films are formatted for use in an SMR architecture and according to this embodiment have a disk E area 16 , I areas 13 (also known as I-track areas), write cache areas 14 (also referred to as twice-writable cache areas) and protection areas or bands 15 on. Although in 1 only one is illustrated, a device may have multiple E-areas on each plate surface 16 and there are usually several plate surfaces. The nonvolatile semiconductor memory E range 19 is commonly referred to as NAND Flash E-Area or NAND-E Area. The NAND flash E range 16 is used in accordance with the invention to improve performance and save energy over a disk-only E-area implementation. In addition, this will be due to the size of the NAND E range 16 is designed to be considerably smaller than would be required for a NAND-only E range, saving costs.

Eine lockere Analogie zu dem durch die Erfindung gelösten Problem kann zur Postauslieferung hergestellt werden. Ankommende Briefe liegen in zufälliger Reihenfolge vor und müssen in zunehmend spezifischere Ziele, beispielsweise Land, Region, Staat, Postleitzahl, Postzustellungsweg, Zustellungsabfolge, sortiert werden. Es wäre sehr ineffizient, wenn ein Postbote zufällig hin und her fahren würde und Post ungeachtet der Adresse ausliefern würde.A casual analogy to the problem solved by the invention can be made for mail delivery. Incoming letters are random and must be sorted into increasingly specific destinations such as country, region, state, postal code, postal delivery route, delivery order. It would be very inefficient if a postman happened to shuttle back and forth and deliver mail regardless of the address.

Auf diese Weise werden bei dieser Analogie die Schreibausnahmen wie Briefe in einer im Wesentlichen zufälligen Reihenfolge empfangen, das Schreiben von ihnen auf eine Platte in der Eingangsreihenfolge führt jedoch später, wenn die Ausnahmen umgeordnet werden müssen, zu einer hohen Anzahl zeit- und ressourcenaufwendiger Suchvorgänge. Die Ausnahmen müssen auf verschiedene Arten organisiert werden, bevor sie wirksam in eine I-Spur in einem I-Bereich geschrieben werden können. Eine Vorsortierung hoher Ebene nach der Postleitzahl könnte mit dem Organisieren von Ausnahmen nach dem Ziel-I-Bereich verglichen werden. Andere Ebenen der Sortierung der Ausnahmen umfassen eine LBA-Sequenz. Das Sortieren der Ausnahmen gemäß der Erfindung führt zu einer kontinuierlichen Schreibleistung, die in hohem Maße von der Suchgeschwindigkeit unabhängig ist, weil die Anzahl der Suchvorgänge erheblich verringert ist.In this way, in this analogy, the write exceptions are received as letters in a substantially random order, however, writing them to a disk in the input order later, when the exceptions need to be rearranged, results in a high number of times and resource-intensive searches. The exceptions must be organized in various ways before they can be effectively written into an I-lane in an I-domain. High-level pre-sorting by zip code could be compared with organizing exceptions after the Goal I range. Other levels of sorting exceptions include an LBA sequence. The sorting of the exceptions according to the invention results in a continuous write performance that is highly independent of the search speed because the number of searches is significantly reduced.

Anders als bei dem hier Beschriebenen können allgemeine Destaging- und Restaging-Algorithmen verwendet werden, um Datenübertragungen zwischen dem NAND-E-Bereich und dem Platten-E-Bereich, die hin und her erfolgen, zu verwalten. In der folgenden Beschreibung wird der für den E-Bereich 19 verwendete nichtflüchtige Halbleiterspeicher allgemein als NAND-Flash bezeichnet, weil dies der bevorzugte Schreib-Puffer auf der Grundlage aktueller Technologie ist. Allerdings kann jeder Typ eines nichtflüchtigen Halbleiter-Pufferspeichers mit der Erfindung verwendet werden, wie ein Phasenänderungsspeicher, ein NOR-Flash und/oder ein MRAM. Die Verwendung des Begriffs ”NAND” dient nur der Einfachheit und soll die Ausführungsformen der Erfindung nicht einschränken.Unlike what is described herein, general destaging and restoring algorithms can be used to manage data transfers between the NAND E-area and the disk E-area that are going back and forth. In the following description is the for the E-range 19 used non-volatile semiconductor memory commonly referred to as NAND flash, because this is the preferred write buffer based on current technology. However, any type of nonvolatile semiconductor buffer memory may be used with the invention, such as a phase change memory, a NOR flash, and / or an MRAM. The use of the term "NAND" is for convenience only and is not intended to limit the embodiments of the invention.

Destaging unter Verwendung des hybriden E-BereichsDestaging using the Hybrid E-Area

Die Verwendung des NAND-Flash-E-Bereichs 19 als ein Schreibpuffer ermöglicht es, dass ein Satz von Ausnahmen im Allgemeinen in die Sequenz umgeordnet wird, in der sie in dem Platten-E-Bereich 16 destaged werden. Es ist bevorzugt, einen großen Satz von Ausnahmedatensätzen zur Sortierung anzusammeln, bevor in den Platten-E-Bereich geschrieben wird. Daher sollte das Destaging im Allgemeinen ausgelöst werden, wenn der Flash-E-Bereich 19 voll ist, um die Anzahl der Ausnahmen pro I-Bereich zu maximieren, wenn destaged wird. Dies verringert die Anzahl der Suchvorgänge (Neulesevorgänge) bei einer Defragmentierung.The use of the NAND Flash E range 19 as a write buffer allows a set of exceptions to be generally reordered into the sequence in which they reside in the disk e-space 16 be destaged. It is preferable to accumulate a large set of exception records for sorting before writing to the disk E area. Therefore, the destaging should generally be triggered when the flash e-area 19 is full to maximize the number of exceptions per I range when destaged. This reduces the number of searches (read-ups) during a defragmentation.

6 ist eine Darstellung des Umordnens von Ausnahmedatenblöcken während des Destagings vom NAND-Flash-E-Bereich 19 zum Platten-E-Bereich 16 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Im Laufe der Zeit kann der Host Schreibdatensätze in einer sequenziellen Reihenfolge, einer umgekehrt sequenziellen Reihenfolge, einer anderen nicht zufälligen Reihenfolge oder in einer im Wesentlichen zufälligen Reihenfolge senden. Die Erfindung bietet den höchsten Gewinn gegenüber dem Stand der Technik, wenn die Datensätze in zufälliger Reihenfolge empfangen werden. In dem Beispiel aus 6 wird angenommen, dass die LBA-Blöcke auf der linken Seite in einer im Wesentlichen zufälligen Reihenfolge vom Host/Benutzer empfangen werden und in den NAND-Flash-E-Bereich gegeben werden. Wenngleich die Ausnahmedatensätze in eine Sequenz im NAND-Flash-E-Bereich sortiert werden können, ist die physikalische Reihenfolge, welche die Ausnahme-LBA-Blöcke innerhalb des Flash-E-Bereichs haben, nicht entscheidend, weil keine mechanischen, zeitaufwendigen Suchvorgänge erforderlich sind, um sich von Eintrag zu Eintrag zu bewegen. Der wichtige Punkt besteht darin, dass der Satz von LBA-Blöcken in einer verbesserten sequenziellen Reihenfolge in den Platten-E-Bereich destaged wird. Dies bedeutet, dass der Platten-E-Bereich 16 nicht die rohen zufälligen Schreibvorgänge enthält wie im Stand der Technik der SMR. Die anfängliche Umordnung eines Satzes zufälliger Host-Schreibvorgänge (Ausnahmedatensätze) erhöht die wirksame Neuleserate der einzelnen Ausnahmen. Die Anzahl der Suchvorgänge ist reduziert, dies ist jedoch in gewissem Maße unabhängig von der Neuleserate. 6 Figure 12 is an illustration of rearranging exception data blocks during NAND flash E range destesting 19 to the plate E area 16 according to an embodiment of the invention. Over time, the host may send write records in a sequential order, an inverse sequential order, a different non-random order, or in a substantially random order. The invention provides the highest gain over the prior art when the records are received in random order. In the example off 6 It is assumed that the LBA blocks on the left are received in a substantially random order from the host / user and are placed in the NAND flash E range. Although the exception records can be sorted into a sequence in the NAND flash E range, the physical order that the exception LBA blocks have within the flash E range is not critical because no mechanical, time-consuming searches are required to move from entry to entry. The important point is that the set of LBA blocks is destaged in the disk E area in an improved sequential order. This means that the plate E range 16 does not contain the raw random writes as in the prior art SMR. The initial reordering of a set of random host writes (exception records) increases the effective reuse rate of the individual exceptions. The number of searches is reduced, but this is to some extent independent of the rate of re-reading.

An diesen ”Skip-Sequentials” wird nach dem Restaging/dem Defragmentieren ein Burst-Lesevorgang ausgeführt. Die Erfindung ermöglicht eine erhebliche Verringerung der Anzahl der zufälligen Suchvorgänge während des Defragmentierungsprozesses für den Platten-E-Bereich 16. Die Umordnung des Satzes von Ausnahmedatensätzen bevor oder während sie in den Platten-E-Bereich 16 geschrieben werden, wird durch die Systemelektronik ausgeführt und kann durch von einem Mikroprozessor ausgeführte Firmware-Programme erreicht werden.At this "skip sequentials", a burst read operation is performed after the restaging / defragmenting. The invention enables a significant reduction in the number of random searches during the disc E disk defragmentation process 16 , The reordering of the set of exception records before or while they are in the disk E space 16 is executed by the system electronics and can be achieved by executed by a microprocessor firmware programs.

Weil in einem Nur-Platten-E-Bereich-Entwurf mehr zufällige Neulesevorgänge erforderlich sind, weist er folgende Nachteile auf: a) eine schlechte Kurzsuchmechanik, b) einen höheren Sortierungszusatzaufwand, c) einen unzureichenden SRAM für große interne Warteschlangen und d) einen höheren Leistungsverbrauch. Dagegen führt die Erfindung zu weniger zufälligen Suchvorgängen, wenn während eines Restagings/einer Defragmentierung Neulesevorgänge ausgeführt werden, und sie verbessert daher jedes der vorstehend angegebenen Probleme mit dem Nur-Platten-E-Bereich-Entwurf, einschließlich der Ermöglichung erheblicher Energieeinsparungen. Wenngleich ein DRAM an Stelle des NAND-Flash verwendet werden kann, gibt es Vorteile für die Verwendung eines NAND an Stelle des DRAM. NAND ist pro MB etwa 10 Mal billiger als DRAM, und NAND ist anders als DRAM nichtflüchtig.Because more random read operations are required in a disk-only E-space design, it has the following disadvantages: a) poor short search mechanics, b) higher sort overhead, c) insufficient SRAM for large internal queues, and d) higher power consumption. In contrast, the invention results in fewer random searches when reruns are performed during a restore / defragmentation, and therefore, it improves on any of the problems with the panel-only e-scope design discussed above, including allowing for significant energy savings. Although a DRAM may be used instead of the NAND flash, there are advantages to using a NAND instead of the DRAM. NAND is about 10 times cheaper per MB than DRAM, and NAND, unlike DRAM, is non-volatile.

Der hybride E-Bereich-Entwurf ist auch weniger kostspielig als eine 100%ige Ersetzung der Platten-E-Bereiche durch einen NAND-Flash-E-Bereich. Die Erfindung ermöglicht, dass die Größe des NAND-E-Bereichs erheblich kleiner ist als die Gesamtgröße des Platten-E-Bereichs. Wie die nachstehenden Daten zeigen, wird beispielsweise durch die Verwendung einer Größe des NAND-E-Bereichs, die etwa 10% der Gesamtspeichergröße des Platten-E-Bereichs ist, eine verbesserte Leistungsfähigkeit erreicht. Die Verwendung einer 10%igen Größe des NAND-E-Bereichs verringert auch die inkrementellen Kosten auf 10% eines Nur-NAND-E-Bereich-Entwurfs. Leistungsfähigkeitsschätzungen (siehe Tabelle 1) zeigen, dass ein System mit 2 GB an für das Destaging verwendetem NAND in einem hybriden E-Bereich-Entwurf 498 IOPs erreichen kann, wobei es sich um eine vergleichbare Leistungsfähigkeit wie bei einem System mit 32 GB eines Nur-NAND-E-Bereichs (421 IOPs) handelt. Die Schätzungen in Tabelle 1 nehmen eine Benutzerkapazität von 2 TB und 4k-RW-IOPs an. IOPs steht für Ein-/Ausgabevorgänge pro Sekunde. NAND-Kapazität (GB) % gegenüber Bereitstellung NAND-E-Bereich-IOPs NAND-Destage-IOPs 2 0,11% 30 498 4 0,21% 59 568 8 0,43% 116 626 32 1,72% 421 783 64 3,44% 747 954 Tabelle 1. The hybrid E-zone design is also less expensive than a 100% replacement of the plate E-sections by a NAND flash E-section. The invention enables the size of the NAND E region to be significantly smaller than the overall size of the plate E region. For example, as shown in the data below, using a size of the NAND E range that is about 10% of the total disk E space size provides improved performance. Using a 10% size NAND E range also reduces the incremental cost to 10% of a NAND only E range design. Performance estimates (see Table 1) show that a 2 GB system for NAND destaging in a hybrid E-space design can achieve 498 IOPs, comparable to a 32 GB system of an NFC. NAND E range (421 IOPs). The estimates in Table 1 assume a user capacity of 2 TB and 4k RW IOPs. IOPs stands for I / O operations per second. NAND capacity (GB) % versus provision NAND D area IOPs NAND destage IOPs 2 0.11% 30 498 4 0.21% 59 568 8th 0.43% 116 626 32 1.72% 421 783 64 3.44% 747 954 Table 1.

Die aktuelle Laufwerkstechnologie der senkrechten magnetischen Aufzeichnung (”perpendicular magnetic recording” – PMR) führt zufällige Schreibvorgänge an zufälligen Orten aus, so dass vor jedem Schreibvorgang mehr Suchvorgänge und damit mehr Latenz erforderlich sind. SMR-Laufwerke mit hybriden E-Bereichen haben schnellere zufällige Schreib-IOPs, weil während Benutzerdaten-Schreibvorgängen keine zufälligen Suchvorgänge erforderlich sind. Neue Benutzerdaten werden entweder sequenziell in eine I-Spur in einem I-Bereich oder in einen Platten-E-Bereich in einem SMR-Laufwerk geschrieben.The current perpendicular magnetic recording (PMR) drive technology performs random writes at random locations, requiring more searching and more latency before each write. SMR drives with hybrid E-arrays have faster random write IOPs because no random searches are required during user data writes. New user data is written either sequentially in an I-lane in an I-range or in a disk E-range in an SMR-drive.

2 ist eine Graphik, die kontinuierliche IOPs auf der vertikalen Achse gegenüber der Neuleserate (Suchvorgänge pro Sekunde) auf der horizontalen Achse für ein SMR-Laufwerk mit einem Nur-Platten-E-Bereich und für 4 Laufwerke mit hybriden E-Bereichen mit NAND-Flash-Größen von 1 GB, 2 GB, 4 GB und 8 GB zeigt. Jedes der 4 Beispiele hybrider E-Bereiche führt über den Neuleseratenbereich von 200 bis 1000 Suchvorgängen pro Sekunde zu höheren IOPs als beim Nur-Platten-E-Bereich. Wenngleich eine höhere NAND-Flash-Größe zu einer besseren Leistungsfähigkeit führt, führt jede Verdopplung der Flash-Größe zu einer geringeren Erhöhung als bei der vorhergehenden. 2 Figure 12 is a graph showing the continuous IOPs on the vertical axis versus the read rate (seeks per second) on the horizontal axis for an SMR drive with a disk-only E range and for 4 drives with hybrid E-ranges with NAND flash Sizes of 1GB, 2GB, 4GB and 8GB. Each of the 4 examples of hybrid E-arrays results in higher IOPs over the rewrite range of 200 to 1000 searches per second than in the panel-only E range. Although a higher NAND flash size results in better performance, any doubling in flash size will result in a smaller increase than the previous one.

Die Sequenzialisierung von Ausnahmen gemäß der Erfindung entfernt fast vollständig die Wirkung der Suchgeschwindigkeit aus der kontinuierlichen Schreibleistung. Das NAND-E-Bereich-Destage (”NED”) erreicht eine gleichwertige Leistungsfähigkeit wie der Nur-NAND-E-Bereich-Entwurf und verwendet 80%–90% weniger NAND. Wenngleich der gleiche Leistungsvorteil bei Verwendung eines entsprechend großen DRAM-E-Bereich-Puffers an Stelle des NAND möglich ist, hat der NAND-E-Bereich Vorteile gegenüber einem DRAM.The sequencing of exceptions according to the invention removes almost completely the effect of the search speed from the continuous writing power. The NAND E-Area Destage ("NED") achieves equivalent performance to the NAND-only E-Area design and uses 80% -90% less NAND. Although the same performance advantage is possible when using a correspondingly large DRAM E-area buffer instead of the NAND, the NAND-E area has advantages over a DRAM.

Die Graphik in 3 vergleicht die Leistungsfähigkeit langer Übertragungsblöcke bei Verwendung des Nur-Platten-E-Bereichs mit der Verwendung eines hybriden NAND-E-Bereichs für ein Destaging gemäß der Erfindung. Die horizontale Achse ist eine Übertragungslänge in 1 k-Einheiten. Die Schätzungen nehmen eine PMR-Leistungsfähigkeitsebene, eine Befehls-Warteschlangentiefe (”Queue Depth” – QD) von 32 und Schreib-Cache-Enabled (”Write Cache Enabled” – WCE) = 1, d. h. WCE On, an. Die vertikale Achse ist der prozentuale Anteil der Größe des Platten-E-Bereichs gegenüber der Benutzerkapazität. Falls die Größe des Platten-E-Bereichs erweitert werden darf, hat die Neuleserate einen starken Einfluss auf die Größe des E-Bereichs, die erforderlich ist, um die gleiche Leistungsfähigkeitsebene wie beim PMR zu erreichen. Die Erweiterung des E-Bereichs ermöglicht es, dass das Neulesen dominant bleibt. Für eine gegebene Ausnahme-Neuleserate verdoppelt sich die Anforderung der Größe des E-Bereichs bei jeder Verdopplung der Übertragungslänge. Dies hält die durchschnittliche Anzahl von Ausnahmen pro Spur konstant.The graphic in 3 compares the performance of long bursts when using the disk-only E-range with the use of a hybrid NAND-E range for a destaging according to the invention. The horizontal axis is a transmission length in 1 k units. The estimates assume a PMR performance level, a command queue depth (QD) of 32, and Write Cache Enabled (WCE) = 1, ie WCE On. The vertical axis is the percentage of the size of the disk E area versus the user capacity. If the size of the disk E area is allowed to be expanded, the rate of re-learning has a strong influence on the size of the E-range required to reach the same power level as the PMR. The extension of the E-range allows the re-reading to remain dominant. For a given exception read rate, the requirement of the size of the E-range doubles each time the transmission length is doubled. This keeps the average number of exceptions per track constant.

Die oberen 3 Linien in der Graphik sind für Neuleseraten von 200, 500 und 1000 Suchvorgängen pro Sekunde für den Nur-Platten-E-Bereich vorgesehen. Die untere Linie ist für den hybriden E-Bereich gemäß der Erfindung vorgesehen. Bei einer 1 k-Übertragungslänge und einer Neuleserate von 200 ermöglicht die Erfindung mit den vorstehenden Annahmen eine Größe des Platten-E-Bereichs, die etwa 10% der Größe eines Nur-Platten-E-Bereichs ist, die erforderlich ist, um der PMR-Leistungsfähigkeit zu entsprechen. Der Vorteil des hybriden E-Bereichs nimmt ab, wenn die Übertragungslänge zunimmt, er ist jedoch nie schlechter als ein Nur-Platten-E-Bereich. Für Laufwerke, die niedrige Neuleseraten haben oder wünschen, kann ein NAND-Destage (”NED”) verwendet werden, um Platten-E-Bereichs-Anforderungen zu verringern, wodurch es möglich wird, einen größeren Teil der Kapazität des Laufwerks I-Bereichen zur Benutzerdatenspeicherung zuzuweisen. (Bemerkung: Niedrigere Neuleseraten in einem Laufwerk als in einem anderen können sich aus Entwurfskompromissen ergeben, beispielsweise um Platz zu sparen, die Leistung beim Suchen zu minimieren oder die Kosten zu senken. Ein Beispiel wäre die Auswahl kleinerer, weniger leistungsfähiger Schwingspulen, die für die Bewegung des Stellglieds verantwortlich sind.)The top 3 lines in the graph are for read rates of 200, 500, and 1000 seeks per second for the disk-only E range. The lower line is provided for the hybrid E range according to the invention. With a 1k transmission length and a rewrite rate of 200, the The present invention assumes, with the above assumptions, a size of the disk E area that is about 10% of the size of a disk-only E range required to meet PMR performance. The advantage of the hybrid E-range decreases as the transmission length increases, but it is never worse than a disk-only E range. For drives that have or want low read rates, a NAND destage ("NED") can be used to reduce disk E-area requirements, making it possible to allocate a larger portion of the capacity of the drive to I-sections Assign user data storage. (Note: Lower read rates in one drive than another may result from design trade-offs, for example, to save space, to minimize search performance, or to reduce costs.) One example would be the selection of smaller, less powerful voice coils used for the Movement of the actuator are responsible.)

Restaging unter Verwendung des hybriden E-BereichsRestaging using the Hybrid E-Area

Der NAND-Flash-E-Bereich 19 kann auch für das Restaging (beispielsweise I-Bereich- oder Platten-E-Bereich-Defragmentierung) sowie die anfängliche Umordnung (Sequenzialisierung) vor dem Destaging, wie vorstehend beschrieben, verwendet werden. 7 ist eine Darstellung der Verwendung des NAND-Flash-E-Bereichs 19 beim Restaging von Datenblöcken von einem Platten-E-Bereich 16, um das Umordnen von Datenblöcken während der Defragmentierung eines Platten-E-Bereichs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zu erleichtern. 8 ist eine Darstellung des Destagings von dem NAND-Flash-E-Bereich der umgeordneten Datenblöcke zurück zu dem Platten-E-Bereich während des Defragmentierens eines Platten-E-Bereichs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Restaging kann durch die Systemelektronik mit von einem Mikroprozessor ausgeführten Firmware-Programmen erreicht werden. Wenn der Platten-E-Bereich defragmentiert wird, ermöglicht die Verwendung des Flash-E-Bereichs, dass die Datensätze in der physikalischen Reihenfolge, in der sie auftreten, aus dem Platten-E-Bereich gelesen werden, um die Suchzeit zu minimieren. Sobald sich die Datensätze im Flash-E-Bereich befinden, können sie leicht unter Verwendung eines ausgewählten Kriteriums in der Art einer LBA-Sequenz sortiert werden.The NAND flash E range 19 may also be used for restaging (eg I-span or disk E-zone defragmentation) as well as initial reordering (sequencing) prior to destaging as described above. 7 is a representation of the use of the NAND flash E range 19 when restoring blocks of data from a disk E area 16 to facilitate the reordering of data blocks during defragmentation of a disk E area according to an embodiment of the invention. 8th Figure 12 is an illustration of the destage from the NAND flash E area of the rearranged blocks of data back to the disk E area during defragmentation of a disk E area according to one embodiment of the invention. The restaging can be achieved by the system electronics with firmware programs executed by a microprocessor. When the disk E area is defragmented, the use of the flash E area allows the records to be read from the disk E area in the physical order in which they occur to minimize seek time. Once the records are in the Flash E area, they can be easily sorted using a selected LBA sequence-like criterion.

Die Vorteile des Restagings unter Verwendung des NAND-E-Bereichs umfassen:

  • • Verringern der DRAM-Anforderungen (DRAM ist 10 Mal kostspieliger als NAND-Flash), beispielsweise von 16 MB auf 64 MB DRAM. Die Größe des DRAM-Puffers spielt eine große Rolle bei den Größenanforderungen des Platten-E-Bereichs.
  • • Das Restaging ist eine zusätzliche Gelegenheit für das Umordnen von Ausnahmen vor dem I-Spur-Neuschreiben.
The benefits of restaging using the NAND E range include:
  • • Reduce DRAM requirements (DRAM is 10 times more expensive than NAND flash), for example from 16 MB to 64 MB DRAM. The size of the DRAM buffer plays a large role in the size requirements of the disk E area.
  • • Restaging is an additional opportunity for reordering exceptions before I-lane rewriting.

Die Balken in der Graphik in 4 zeigen den prozentualen Anteil der Größe des Platten-E-Bereichs an der Benutzerkapazität für Vorrichtungen mit verschiedenen Parametern. Jeder Satz von 3 Balken entspricht dem ausgewählten NAND-E-Bereich, und unter den Balken dargestellten DRAM-Neulesepuffer-Größen. Beispielsweise ist der erste Satz von Balken auf der linken Seite für NAND = 2 GB und DRAM = 32 MB vorgesehen. In jedem Satz von Balken entsprechen die Balken von links nach rechts 128 k-, 64 k- und 32 k-Übertragungslängen. Die Ergebnisse zeigen, dass die DRAM-Puffergröße eine große Rolle bei den Größenanforderungen des Platten-E-Bereichs spielt. Daher kann es vorteilhaft sein, Ausnahmen kurz vor der Defragmentierung in den NAND-E-Bereich umzuschreiben. Beispielsweise kann ein kleinerer DRAM durch die Verwendung des NAND-E-Bereichs an Stelle des DRAM für das Restaging in den Entwurf aufgenommen werden.The bars in the graphic in 4 show the percentage of the size of the disk E area in user capacity for devices with different parameters. Each set of 3 bars corresponds to the selected NAND E range and DRAM read buffer sizes shown below the bars. For example, the first set of bars on the left is for NAND = 2 GB and DRAM = 32 MB. In each set of bars, the bars from left to right correspond to 128k, 64k and 32k transmission lengths. The results show that the DRAM buffer size plays a large role in the size requirements of the plate E region. Therefore, it may be advantageous to rewrite exceptions just before defragmentation into the NAND E range. For example, a smaller DRAM may be included in the design by the use of the NAND E-range instead of the DRAM for restaging.

In Fällen, in denen der Platten-E-Bereich viel größer als der für das Destaging verfügbare NAND ist, kann es vorteilhaft sein, Ausnahmen kurz vor der Defragmentierung mit einem Restaging in den NAND in diesen zurück zu speichern. Die Verschmelzung mit der I-Spur würde noch bei einer extensiven Verwendung des DRAM auftreten. Falls der E-Bereich beispielsweise 10 Mal so groß ist wie der NAND-Destage-Puffer, sind durchschnittlich 10 Suchvorgänge erforderlich, um vor der Defragmentierung alle Ausnahmen aus dem Platten-E-Bereich für eine I-Spur zurückzugewinnen. Mehrere I-Spuren von Ausnahmen sollten für jeden Suchvorgang neugelesen werden, wodurch die Pufferanforderungen erhöht werden und die Neulesekosten pro I-Spur verringert werden.In cases where the disk E area is much larger than the NAND available for destaging, it may be advantageous to store exceptions just prior to defragmentation back into the NAND with them. Fusion with the I-lane would still occur with extensive use of the DRAM. For example, if the E-Area is 10 times larger than the NAND Destage Buffer, an average of 10 searches are required to recover all disk-E exceptions for I-lane prior to defragmentation. Multiple I-traces of exceptions should be re-scanned for each search, increasing buffering requirements and reducing the re-read cost per I-lane.

Die Graphik in 5 zeigt die sequenzielle Leseleistung in MB/s für zufällig beschriebene Bereiche bei einem herkömmlichen PMR-Laufwerk, einem Nur-Platten-E-Bereich-SMR-Laufwerk und einem hybriden E-Bereich-Laufwerk gemäß der Erfindung. Die horizontale Achse zeigt die Übertragungslänge. Die Ergebnisse zeigen, dass das NAND-E-Bereich-Destaging gemäß der Erfindung, verglichen mit einem Nur-Platten-E-Bereich-SMR-Laufwerk, die Anzahl der zufälligen Lesevorgänge verringert, die erforderlich sind, um sequenzielle Lesevorgänge in Host-Bereichen zu erfüllen, die zufällig geschriebene Daten enthalten.The graphic in 5 Figure 14 shows the sequential read power in MB / s for randomly-described areas in a conventional PMR drive, a disk-only e-disk SMR drive, and a hybrid e-disk drive according to the invention. The horizontal axis shows the transmission length. The results show that NAND E-area destaging according to the invention reduces the number of random read operations required to host sequential reads as compared to a disk-only E-space SMR drive to comply with randomly written data.

Alternative Ausführungsformen und optionale Merkmale Alternative embodiments and optional features

Mehrere optionale Merkmale oder Optimierungen, die in verschiedene Ausführungsformen der Erfindung aufgenommen werden können, werden nun erörtert. Eine Option besteht darin, den Platten-E-Bereich 16 in der Nähe des Außendurchmessers der Platte anzuordnen, um die höhere Anzahl von Bits pro Umdrehung zu verwenden, die Festplattenlaufwerke am Außendurchmesser haben. Die Spuren in der Nähe des Außendurchmessers sind länger und halten etwa das Doppelte an Daten pro Umdrehung als am Innendurchmesser typischer Platten.Several optional features or optimizations that may be incorporated into various embodiments of the invention will now be discussed. One option is the plate E range 16 in the vicinity of the outer diameter of the disk to use the higher number of bits per revolution, the hard disk drives have on the outer diameter. The tracks near the outside diameter are longer and last about twice the data per revolution than the inside diameter of typical plates.

Eine andere Option besteht darin, den gesamten Platten-E-Bereich-Speicher als etwa 3% des Gesamtplattenspeichers auszuwählen, beispielsweise 30 GB bei einem 1-TB-SMR-Laufwerk. Weil Platten-E-Bereich-Spuren auf Kosten von I-Bereich-Spuren kommen, besteht ein Vorteil der Erfindung darin, dass die Größe des Platten-E-Bereichs niedriger sein kann als es andernfalls der Fall wäre. Die inkrementellen Vorteile einer höheren Kapazität des E-Bereichs nehmen ab, wenn eine größere NAND-Speicherkapazität verwendet wird (siehe 2).Another option is to select the total disk E-Area storage as about 3% of the total disk space, for example, 30 GB for a 1 TB SMR drive. Because plate E area lanes come at the expense of I area lanes, an advantage of the invention is that the size of the disk E area may be lower than would otherwise be the case. The incremental benefits of higher E-range capacity decrease when larger NAND storage capacity is used (see 2 ).

Wie vorstehend nahegelegt wurde, ist das Wählen des Gesamt-NAND-E-Bereich-Speichers als etwa 10% des Gesamt-Platten-E-Bereich-Speichers oder 0,3% des Gesamtplattenspeichers eine attraktive Option, um eine erhebliche Verbesserung der Leistungsfähigkeit bei vernünftigen Kosten zu erreichen. Falls der Gesamt-Platten-E-Bereich-Speicher als etwa 3% des Gesamtplattenspeichers gewählt wird und der NAND-E-Bereich 10% davon beträgt, macht der NAND-E-Bereich 0,3% des Gesamtplattenspeichers aus.As suggested above, choosing the total NAND E-Area Memory as approximately 10% of the total disk E-Area Memory or 0.3% of the total disk space is an attractive option to greatly enhance performance reasonable costs. If the total disk E area memory is selected to be about 3% of the total disk space and the NAND E area is 10% of it, then the NAND E area accounts for 0.3% of the total disk space.

Eine andere zu berücksichtigende Option besteht darin, dass der DRAM zum Puffern ankommender Schreibvorgänge verwendet werden kann, bevor entweder in den NAND und/oder die Platte geschrieben wird. DRAM- und SRAM-Speicher werden von der Festplatten-Steuereinrichtung verwendet, um beim Umordnen und Bewegen von Benutzerdaten zu helfen.Another option to consider is that the DRAM can be used to buffer incoming writes before writing to either the NAND and / or the disk. DRAM and SRAM memories are used by the disk controller to help reorder and move user data.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 7965465 [0005] US 7965465 [0005]

Claims (14)

Plattenlaufwerk mit überlappender magnetischer Aufzeichnung, welches aufweist: eine Platte mit einer magnetischen Dünnfilmbeschichtung, worauf Daten in mehreren kreisförmigen, konzentrischen Spuren gespeichert sind, einen I-Bereich, der eine erste Teilmenge von Spuren aufweist, die sequenziell überlappend geschrieben sind, wobei Spuren vorhergehende Spuren teilweise überlagern, einen Platten-E-Bereich, der eine zweite Teilmenge von Spuren aufweist, die Ausnahmedatensätze enthalten, einen Speicher-E-Bereich, der Ausnahmedatensätze enthält, die in einem nichtflüchtigen Halbleiterspeicher gespeichert sind, und Systemelektronik, die zuerst einen Satz von Ausnahmedatensätzen, wie sie in Schreibbefehlen empfangen wurden, in einer ersten Reihenfolge im Speicher-E-Bereich speichert und den Satz von Ausnahmedatensätzen dann in einer sequenziellen Reihenfolge, die von der ersten Reihenfolge verschieden ist, in den Platten-E-Bereich schreibt.Disk drive with overlapping magnetic recording, comprising: a magnetic thin-film-coating plate on which data is stored in a plurality of circular concentric tracks, an I-domain having a first subset of tracks written in sequence overlapping, where tracks partially overlay previous tracks, a disk e-space having a second subset of tracks containing exception records; a memory E area containing exception records stored in a nonvolatile semiconductor memory, and System electronics which first store a set of exception records as received in write commands in a first order in the memory E area and then place the set of exception records in a sequential order other than the first order in the disk array. E-area writes. Plattenlaufwerk nach Anspruch 1, welches ferner mehrere Platten-E-Bereiche aufweist, die eine Gesamtspeichergröße des Platten-E-Bereichs haben, und wobei die Größe des Speicher-E-Bereichs erheblich kleiner ist als die Gesamtspeichergröße des Platten-E-Bereichs.The disk drive of claim 1, further comprising a plurality of disk E areas having a total memory size of the disk E area, and wherein the size of the memory E area is significantly smaller than the total memory size of the disk E area. Plattenlaufwerk nach Anspruch 2, wobei die Größe des Speicher-E-Bereichs etwa 10% der Gesamtspeichergröße des Platten-E-Bereichs beträgt.The disk drive of claim 2, wherein the size of the memory E area is about 10% of the total memory size of the disk E area. Plattenlaufwerk nach Anspruch 2, wobei die sequenzielle Reihenfolge dazu führt, dass weniger Suchzeit erforderlich ist, um den Satz von Ausnahmedatensätzen zu schreiben, als erforderlich wäre, um den Satz von Ausnahmedatensätzen in der ersten Reihenfolge, wie empfangen, zu schreiben.The disk drive of claim 2 wherein the sequential order results in less search time being required to write the set of exception records than would be required to write the set of exception records in the first order as received. Plattenlaufwerk nach Anspruch 1, wobei die sequenzielle Reihenfolge dazu führt, dass weniger Suchzeit erforderlich ist, um den Satz von Ausnahmedatensätzen zu schreiben, als erforderlich wäre, um den Satz von Ausnahmedatensätzen in der ersten Reihenfolge, wie empfangen, zu schreiben.The disk drive of claim 1, wherein the sequential order results in less search time being required to write the set of exception records than would be required to write the set of exception records in the first order as received. Plattenlaufwerk nach Anspruch 1, wobei die Systemelektronik den Platten-E-Bereich durch Restaging eines zweiten Satzes von Ausnahmedatensätzen von dem Platten-E-Bereich in den Speicher-E-Bereich in einer ersten Reihenfolge, wie aus dem Platten-E-Bereich gelesen, defragmentiert und dann den Satz von Ausnahmedatensätzen in einer sortierten sequenziellen Reihenfolge nach einem ausgewählten Kriterium des zweiten Satzes von Ausnahmedatensätzen in den Platten-E-Bereich schreibt.The disk drive of claim 1, wherein the system electronics reads the disk E area by restaging a second set of exception records from the disk E area to the memory E area in a first order as read from the disk E area. defragments and then writes the set of exception records in a sorted sequential order to a selected criterion of the second set of exception records in the disk E area. Verfahren zum Betreiben eines Plattenlaufwerks mit überlappender magnetischer Aufzeichnung, welches aufweist: Speichern eines Satzes von Ausnahmedatensätzen in einem Speicher-E-Bereich, der sich in einem nichtflüchtigen Halbleiterspeicher befindet, wobei der Satz von Ausnahmedatensätzen in Schreibbefehlen in einer ersten Reihenfolge empfangen wird, und Schreiben des Satzes von Ausnahmedatensätzen in einen Platten-E-Bereich in einer sequenziellen Reihenfolge, die von der ersten Reihenfolge verschieden ist.A method of operating a magnetic overlap magnetic disk drive comprising: Storing a set of exception records in a memory E-area located in a non-volatile semiconductor memory, the set of exception records being received in write commands in a first order, and Writing the set of exception records into a disk E area in a sequential order different from the first order. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die sequenzielle Reihenfolge dazu führt, dass weniger Suchzeit erforderlich ist, um den Satz von Ausnahmedatensätzen zu schreiben, als erforderlich wäre, um den Satz von Ausnahmedatensätzen in der ersten Reihenfolge, wie empfangen, zu schreiben.The method of claim 6, wherein the sequential order results in less search time being required to write the set of exception records than would be required to write the set of exception records in the first order as received. Verfahren zum Betreiben eines Plattenlaufwerks nach Anspruch 8, wobei das Plattenlaufwerk ferner mehrere Platten-E-Bereiche mit einer Gesamtspeichergröße des Platten-E-Bereichs aufweist und wobei die Größe des Speicher-E-Bereichs erheblich kleiner ist als die Gesamtspeichergröße des Platten-E-Bereichs.A method of operating a disk drive according to claim 8, wherein the disk drive further comprises a plurality of disk E areas having a total storage size of the disk E area and wherein the size of the storage E area is significantly smaller than the total storage size of the disk E range. Verfahren zum Betreiben eines Plattenlaufwerks nach Anspruch 9, wobei die Größe des Speicher-E-Bereichs in etwa 10% der Gesamtspeichergröße des Platten-E-Bereichs beträgt.A method of operating a disk drive according to claim 9, wherein the size of the memory E area is about 10% of the total memory size of the disk E area. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die sequenzielle Reihenfolge dazu führt, dass weniger Suchzeit erforderlich ist, um den Satz von Ausnahmedatensätzen zu schreiben, als erforderlich wäre, um den Satz von Ausnahmedatensätzen in der ersten Reihenfolge, wie empfangen, zu schreiben.The method of claim 10, wherein the sequential order results in less search time being required to write the set of exception records than would be required to write the set of exception records in the first order as received. Verfahren nach Anspruch 7, welches ferner aufweist: Lesen eines zweiten Satzes von Ausnahmedatensätzen aus dem Platten-E-Bereich in den Speicher-E-Bereich, wobei der zweite Satz von Ausnahmedatensätzen in einer physikalischen Reihenfolge aus dem Platten-E-Bereich gelesen wird, und Schreiben des zweiten Satzes von Ausnahmedatensätzen in den Platten-E-Bereich in einer sequenziellen Reihenfolge, die von der physikalischen Reihenfolge verschieden ist, wobei die sortierte sequenzielle Reihenfolge eine sortierte Reihenfolge für ein ausgewähltes Merkmal des zweiten Satzes von Ausnahmedatensätzen ist.The method of claim 7, further comprising: Reading a second set of exception records from the disk E area into the memory E area, the second set of exception records being read in a physical order from the disk E area, and writing the second set of exception records into the memory E area Disk E area in a sequential order different from the physical order, the sorted sequential order being a sorted order for a selected feature of the second set of exception records. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die sortierte sequenzielle Reihenfolge dazu führt, dass weniger Suchzeit erforderlich ist, um den Satz von Ausnahmedatensätzen in einen I-Bereich zu schreiben, als erforderlich wäre, um den Satz von Ausnahmedatensätzen in der physikalischen Reihenfolge zu schreiben.The method of claim 12, wherein the sorted sequential order results in less search time being required to write the set of exception records into an I-range than would be required to write the set of exception records in physical order. Verfahren nach Anspruch 7, wobei ferner der Satz von Ausnahmedatensätzen in einer sequenziellen Reihenfolge in dem Speicher-E-Bereich sortiert wird, bevor der Satz von Ausnahmedatensätzen in sequenzieller Reihenfolge in den Platten-E-Bereich geschrieben wird.The method of claim 7, further comprising sorting the set of exception records in a sequential order in the memory E area before writing the set of exception records in sequential order to the disk E area.
DE201310003544 2012-03-02 2013-03-01 Shingled-magnetic recording (SMR) disk drive for SMR device, has electronic unit which stores set of exception records as received in write commands in memory E-region, and writes set of exception records to disk E-region in sequence order Withdrawn DE102013003544A1 (en)

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