DE112022000468T5

DE112022000468T5 - Unterschiedliche schreibpriorisierung in zns-vorrichtungen

Info

Publication number: DE112022000468T5
Application number: DE112022000468.1T
Authority: DE
Inventors: Ramanathan Muthiah; Rakesh Balakrishnan; Elhose Peter; Judah Gamliel Hahn
Original assignee: Western Digital Technologies Inc
Current assignee: Western Digital Technologies Inc
Priority date: 2021-06-03
Filing date: 2022-01-27
Publication date: 2023-10-05
Also published as: US11537305B1; US20220391089A1; CN117043753A; KR20230142795A; WO2022256058A1

Abstract

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf ein Erstellen neuer Zonen in einer Datenspeicherungsvorrichtung auf eine Weise, die im Wesentlichen eine gleichmäßige Arbeitslast der Speicherungsorte der Speichervorrichtung sicherstellt. Beim Empfangen eines Zonenöffnungsbefehls in einem Zonen-Namensraum-System (ZNS-System) können Zonen basierend auf der Arbeitslast des Speicherungsorts kategorisiert werden, sodass jede neue Zone, die geöffnet wird, den am wenigsten benutzten Speicherungsort benutzt, anstatt zufällig eine nicht geöffnete Zone auszuwählen. Auf diese Weise wird allgemein eine gleichmäßige Arbeitslast der Speicherungsorte der Speichervorrichtungen erreicht.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Anmeldung Nr. 17/338,464 , eingereicht am 3. Juni 2021, die an die Abtretungsempfängerin hiervon abgetreten ist und durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen ist.
HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
Gebiet der Offenbarung
Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beziehen sich allgemein auf eine effiziente Nutzung von Chips in einer Vorrichtung mit Zonennamensraum (ZNS).
Beschreibung des Stands der Technik
In Datenspeicherungsvorrichtungen werden logische Blöcke über physische Blöcke hinweg gebildet, um die Arbeitslasteffizienz der Hardware (HW) bei nacheinander durchgeführten Leistungen zu erhöhen. In ZNS-Vorrichtungen werden die logischen Blöcke nicht über einen ganzen Chipsatz gebildet, sondern eine logische Zone kann vielmehr im Gegensatz zu einer vollwertigen Verschachtelung selbst ein einzelner physischer Block oder einige wenige physische Blöcke sein. Mehrere solcher kleineren logischen Blöcke bilden innerhalb der ZNS-Vorrichtung einen in Zonen eingeteilten Namensraum. Die in Zonen eingeteilten Namensräume in einer ZNS-Vorrichtung sind hilfreich für eine Datentrennung, können aber die Leistung beeinträchtigen, wenn nicht alle Chips/Flash-Schnittstellenmodule (FIMs) parallel verwendet werden.
Die Hostvorrichtung weist üblicherweise eine wesentliche Steuerung über die Datenspeicherungsvorrichtung auf. Üblicherweise wählt die Hostvorrichtung die NVMe-Satz/Endurance-Gruppe für die Zonenerstellung aus (d. h. Zone öffnen und Zone anhängen). Innerhalb eines NVMe-Satzes/einer Endurance-Gruppe kennt die Hostvorrichtung jedoch möglicherweise nicht die Arbeitslast der physischen Ressourcen der Datenspeicherungsvorrichtung wie Chips, ein oder mehrere Flash-Kanäle und andere speicherungsspezifische Ressourcen wie Paritätsprüfungs-Engines und Cache-Puffer.
Darüber hinaus kann in einem typischen ZNS-System die Datenspeicherungsvorrichtung möglicherweise auf die Zonenbefehle gemäß der Übermittlungswarteschlange einwirken, und ist möglicherweise nicht in der Lage, die Zonenbefehle gemäß dem Zustand der Datenspeicherungsvorrichtung selbst zu beeinflussen. Das Beeinflussen der Zonenbefehle gemäß dem Zustand der Datenspeicherungsvorrichtung kann die Ressourcennutzung optimieren und damit die Dienstgüte (QoS) des Systems erhöhen.
Somit besteht auf dem Gebiet ein Bedarf, die Ressourcen der Datenspeicherungsvorrichtung effizient zu nutzen und gleichzeitig die Vorteile der Datentrennung von ZNS beizubehalten.
KURZDARSTELLUNG DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf ein Erstellen neuer Zonen in einer Datenspeicherungsvorrichtung auf eine Weise, die eine im Wesentlichen gleichmäßige Arbeitslast der Speicherungsorte der Speichervorrichtung sicherstellt. Beim Empfangen eines Zonenöffnungsbefehls in einem Zonen-Namensraum-System (ZNS-System) können Zonen basierend auf der Arbeitslast des Speicherungsorts kategorisiert werden, sodass jede neue Zone, die geöffnet wird, den am wenigsten benutzten Speicherungsort benutzt, anstatt zufällig eine nicht geöffnete Zone auszuwählen. Auf diese Weise wird allgemein eine gleichmäßige Arbeitslast der Speicherungsorte der Speichervorrichtungen erreicht.
In einer Ausführungsform weist eine Datenspeicherungsvorrichtung auf: eine Speichervorrichtung; und eine Steuerung, die mit der Speichervorrichtung gekoppelt ist, wobei die Steuerung eingerichtet ist zum: Empfangen eines Zonenöffnungsbefehls; und Erstellen einer Zone aus einem ersten physischen Block der Speichervorrichtung, wobei die erstellte Zone einem physischen Block entspricht, der die geringste Arbeitslast in der Speichervorrichtung empfangen hat.
In einer anderen Ausführungsform weist eine Datenspeicherungsvorrichtung auf: eine Speichervorrichtung; und eine Steuerung, die mit der Speichervorrichtung gekoppelt ist, wobei die Steuerung eingerichtet ist zum: Bewerten einer Vielzahl von Befehlen, die in einer Übermittlungswarteschlange empfangen werden; Bestimmen, dass ein Befehl aus der Vielzahl von Befehlen ein Zonenöffnungsbefehl ist; Bewerten eines Backends der Speichervorrichtung, um eine Arbeitslast der verfügbaren Chips der Speichervorrichtung zu bestimmen; Öffnen einer neuen Zone basierend auf der Bewertung des Backends der Speichervorrichtung; und Routen von Daten, die dem Zonenöffnungsbefehl zugeordnet sind, in die neue Zone.
In einer anderen Ausführungsform weist eine Datenspeicherungsvorrichtung auf: Speichermittel; eine Steuerung, die mit den Speichermitteln gekoppelt ist, wobei die Steuerung eingerichtet ist zum: Empfangen eines Zonenöffnungsbefehls; Bestimmen, dass mehrere Backend-Einheiten der Speichermittel für eine Zonenöffnung in Frage kommen und die gleiche Menge an Arbeitslast in den Backend-Einheiten aufweisen; Bestimmen, dass eine erste Backend-Einheit der mehreren Backend-Einheiten eine geringere Anzahl von Programmlöschzyklen aufweist als ein Rest der in Frage kommenden mehreren Backend-Einheiten; und Öffnen einer neuen Zone in der ersten Backend-Einheit.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zur Verdeutlichung der Art und Weise, wie die vorstehend angegebenen Merkmale der vorliegenden Offenbarung im Detail verstanden werden können, kann eine ausführlichere Beschreibung der Offenbarung, die vorstehend kurz zusammengefasst ist, unter Bezugnahme auf Ausführungsformen erfolgen, von denen einige in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Es ist jedoch zu beachten, dass in den beigefügten Zeichnungen nur typische Ausführungsformen dieser Offenbarung veranschaulicht sind und diese daher nicht als ihren Schutzumfang einschränkend anzusehen sind, da die Offenbarung andere ebenso wirksame Ausführungsformen zulassen kann.

1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Speicherungssystem gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
2A veranschaulicht gezonte Namensräume (ZNS), die in einer Speicherungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform genutzt werden.
2B veranschaulicht ein Zustandsdiagramm für die ZNS der Speicherungsvorrichtung von 2A gemäß einer Ausführungsform.
3 veranschaulicht eine NVMe-Satz/Endurance-Gruppe in einem ZNS-System gemäß einer Ausführungsform.
4 ist ein Flussdiagramm, das einen FTL-Strom für eine unterschiedliche Priorisierung von Schreibvorgängen in eine Zone gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Sicherstellen eines effizienten Abnutzungsausgleichs einer ZNS-Vorrichtung veranschaulicht.

Zum besseren Verständnis wurden, soweit möglich, identische Bezugszeichen verwendet, um identische Elemente zu bezeichnen, die den Figuren gemein sind. Es wird in Betracht gezogen, dass die in einer Ausführungsform offenbarten Elemente ohne besondere Nennung vorteilhaft bei anderen Ausführungsformen genutzt werden können.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden wird auf Ausführungsformen der Offenbarung Bezug genommen. Es versteht sich jedoch, dass die Offenbarung nicht auf bestimmte beschriebene Ausführungsformen beschränkt ist. Stattdessen wird jede Kombination der folgenden Merkmale und Elemente, unabhängig davon, ob sie sich auf verschiedene Ausführungsformen beziehen oder nicht, zur Implementierung und Umsetzung der Offenbarung in Betracht gezogen. Obwohl Ausführungsformen der Offenbarung Vorteile gegenüber anderen möglichen Lösungen und/oder gegenüber dem Stand der Technik erreichen können, schränkt jedoch der Umstand, ob ein bestimmter Vorteil durch eine bestimmte Ausführungsform erreicht wird oder nicht, die Offenbarung nicht ein. Die folgenden Gesichtspunkte, Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile sind daher nur veranschaulichend und gelten nicht als Elemente oder Einschränkungen der beiliegenden Ansprüche, es sei denn, sie werden ausdrücklich in einem oder mehreren Ansprüchen angegeben. Ebenso soll eine Bezugnahme auf „die Offenbarung“ nicht als Verallgemeinerung eines hierin offenbarten erfinderischen Gegenstands ausgelegt werden und soll nicht als Element oder Einschränkung der beigefügten Ansprüche betrachtet werden, es sei denn, dies ist ausdrücklich in einem oder mehreren Ansprüchen angegeben.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf das Erstellen neuer Zonen in einer Datenspeicherungsvorrichtung auf eine Weise, die eine im Wesentlichen gleichmäßige Arbeitslast der Speicherungsorte der Speichervorrichtung sicherstellt. Beim Empfangen eines Zonenöffnungsbefehls in einem Zonen-Namensraum-System (ZNS) können Zonen basierend auf der Arbeitslast des Speicherungsorts kategorisiert werden, sodass jede neue Zone, die geöffnet wird, den am wenigsten benutzten Speicherungsort benutzt, anstatt zufällig eine nicht geöffnete Zone auszuwählen. Auf diese Weise wird allgemein eine gleichmäßige Arbeitslast der Speicherungsorte der Speichervorrichtungen erreicht.
1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Speicherungssystem 100, in dem die Datenspeicherungsvorrichtung 106 als Speicherungsvorrichtung für eine Hostvorrichtung 104 fungieren kann, gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung veranschaulicht. Zum Beispiel kann die Hostvorrichtung 104 zum Speichern und Abrufen von Daten einen nichtflüchtigen Speicher 110 verwenden, der in der Datenspeicherungsvorrichtung 106 eingeschlossen ist. Die Hostvorrichtung 104 schließt einen Host-DRAM 138 ein. In einigen Beispielen kann das Speicherungssystem 100 eine Vielzahl von Speicherungsvorrichtungen, wie die Datenspeicherungsvorrichtung 106, die als Speicheranordnung arbeiten kann, einschließen. Zum Beispiel kann das Speicherungssystem 100 eine Vielzahl von Datenspeicherungsvorrichtungen 106 einschließen, die als eine redundante Anordnung von preiswerten/unabhängigen Festplatten (RAID) eingerichtet sind, die zusammen als Massenspeicherungsvorrichtung für die Hostvorrichtung 104 fungieren.
Das Speicherungssystem 100 schließt die Hostvorrichtung 104 ein, die Daten auf und/oder von einer oder mehreren Speicherungsvorrichtungen, wie der Datenspeicherungsvorrichtung 106, speichern und/oder abrufen kann. Wie in 1 veranschaulicht, kann die Hostvorrichtung 104 über eine Schnittstelle 114 mit der Speicherungsvorrichtung 106 kommunizieren. Die Hostvorrichtung 104 kann eine beliebige aus einem weiten Bereich von Vorrichtungen aufweisen, einschließlich Computerservern, NAS-Einheiten (Network Attached Storage), Desktop-Computern, Notebook-Computern (d. h. Laptops), Tablet-Computern, Digitalempfängern, Telefonhandgeräten wie sogenannten „Smartphones“, sogenannten „Smart Pads“, Fernsehern, Kameras, Anzeigevorrichtungen, digitalen Medienplayern, Videospielkonsolen, eine Video-Streaming-Vorrichtung und dergleichen.
Die Datenspeicherungsvorrichtung 106 schließt eine Steuerung 108, einen nichtflüchtigen Speicher (NVM) 110, eine Stromversorgung 111, einen flüchtigen Speicher 112 und eine Schnittstelle 114 ein. Die Steuerung 108 weist einen internen Speicher 120 oder Puffer auf. In einigen Beispielen kann die Datenspeicherungsvorrichtung 106 zusätzliche Komponenten einschließen, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in 1 dargestellt sind. Zum Beispiel kann die Datenspeicherungsvorrichtung 106 eine Leiterplatte (PB) einschließen, an der Komponenten der Datenspeicherungsvorrichtung 106 mechanisch angebracht sind und die elektrisch leitfähige Leiterbahnen enthält, die Komponenten der Datenspeicherungsvorrichtung 106 oder dergleichen elektrisch miteinander verbinden. In einigen Beispielen können die physischen Abmessungen und Steckverbindereinrichtungen der Datenspeicherungsvorrichtung 106 einem oder mehreren Standardformfaktoren entsprechen. Einige Beispiele für Standardformfaktoren schließen unter anderem eine 3,5-Zoll-Datenspeicherungsvorrichtung (z. B. eine Festplatte oder SSD), eine 2,5-Zoll-Datenspeicherungsvorrichtung, eine 1,8-Zoll-Datenspeicherungsvorrichtung, eine Peripheriekomponentenverbindung (PCI), PCI-Extended (PCI-X), PCI Express (PCIe) (z. B. PCIe x1, x4, x8, x16, PCIe Mini Card, MiniPCI usw.) ein. In einigen Beispielen kann die Datenspeicherungsvorrichtung 106 direkt mit einer Hauptplatine der Hostvorrichtung 104 gekoppelt (z. B. direkt verlötet) sein.
Die Schnittstelle 114 der Datenspeicherungsvorrichtung 106 kann einen Datenbus zum Datenaustausch mit der Hostvorrichtung 104 und/oder einen Steuerbus zum Austauschen von Befehlen mit der Hostvorrichtung 104 einschließen. Die Schnittstelle 114 kann gemäß jedem geeigneten Protokoll arbeiten. Zum Beispiel kann die Schnittstelle 114 gemäß einem oder mehreren der folgenden Protokolle arbeiten: Advanced Technology Attachment (ATA) (z. B. Serial-ATA (SATA) und Parallel-ATA (PATA)), Fibre Channel Protocol (FCP), Small Computer System Interface (SCSI), Serially Attached SCSI (SAS), PCI und PCIe, Non-Volatile Memory Express (NVMe), OpenCAPI, GenZ, Cache Coherent Interface Accelerator (CCIX), Open Channel SSD (OCSSD) oder dergleichen. Die elektrische Verbindung der Schnittstelle 114 (z. B. der Datenbus, der Steuerbus oder beides) ist elektrisch mit der Steuerung 108 verbunden und stellt eine elektrische Verbindung zwischen der Hostvorrichtung 104 und der Steuerung 108 bereit, sodass Daten zwischen der Hostvorrichtung 104 und der Steuerung 108 ausgetauscht werden können. In einigen Beispielen kann die elektrische Verbindung der Schnittstelle 114 der Datenspeicherungsvorrichtung 106 auch ermöglichen, Strom von der Hostvorrichtung 104 zu empfangen. Zum Beispiel kann die Stromversorgung 111, wie in 1 veranschaulicht, über die Schnittstelle 114 Strom von der Hostvorrichtung 104 empfangen.
Die Datenspeicherungsvorrichtung 106 schließt den NVM 110 ein, der eine Vielzahl von Medieneinheiten oder Speichervorrichtungen einschließen kann. Der NVM 110 kann eingerichtet sein, um Daten zu speichern und/oder abzurufen. Zum Beispiel kann eine Medieneinheit des NVM 110 Daten und eine Nachricht von der Steuerung 108 empfangen, die die Speichervorrichtung zum Speichern der Daten anweist. In ähnlicher Weise kann die Medieneinheit des NVM 110 eine Nachricht von der Steuerung 108 empfangen, die die Speichervorrichtung zum Abrufen von Daten anweist. In einigen Beispielen kann jede der Medieneinheiten als ein Chip bezeichnet werden. In einigen Beispielen kann ein einzelner physischer Chip eine Vielzahl von Matrizen (d. h. eine Vielzahl von Speichervorrichtungen) enthalten. In einigen Beispielen kann jede Speichervorrichtungen zum Speichern relativ großer Datenmengen eingerichtet werden (z. B. 128 MB, 256 MB, 512 MB, 1 GB, 2 GB, 4 GB, 8 GB, 16 GB, 32 GB, 64 GB, 128 GB, 256 GB, 512 GB, 1 TB usw.).
In einigen Beispielen kann jede Medieneinheit des NVM 110 jede Art von nichtflüchtigen Speichervorrichtungen einschließen, wie Flash-Speichervorrichtungen, Phasenwechselspeicher-Vorrichtungen (PCM-Vorrichtungen), resistive Direktzugriffsspeichervorrichtungen (ReRAM-Vorrichtungen), magnetoresistive Direktzugriffsspeichervorrichtungen (MRAM-Vorrichtungen), ferroelektrische Direktzugriffsspeicher (F-RAM), holographische Speichervorrichtungen und jegliche andere Art von nichtflüchtigen Speichervorrichtungen.
Der NVM 110 kann eine Vielzahl von Flash-Speichervorrichtungen aufweisen. Flash-Speichervorrichtungen können NAND- oder NOR-basierte Flash-Speichervorrichtungen einschließen und können Daten basierend auf einer Ladung speichern, die in einem Floating Gate eines Transistors für jede Flash-Speicherzelle enthalten ist. In NAND-Flash-Speichervorrichtungen kann die Flash-Speichervorrichtung in eine Vielzahl von Blöcken unterteilt werden, die in eine Vielzahl von Seiten unterteilt werden können. Jeder Block der Vielzahl von Blöcken innerhalb einer bestimmten Speichervorrichtung kann eine Vielzahl von NAND-Zellen einschließen. Reihen von NAND-Zellen können unter Verwendung einer Wortleitung elektrisch verbunden werden, um eine Seite aus einer Vielzahl von Seiten zu definieren. Entsprechende Zellen in jeder der Vielzahl von Seiten können elektrisch mit jeweiligen Bitleitungen verbunden sein. Weiterhin können NAND-Flash-Speichervorrichtungen 2D- oder 3D-Vorrichtungen sein und Single-Level-Zellen (SLC), Multi-Level-Zellen (MLC), Triple-Level-Zellen (TLC) oder Quad-Level-Zellen (QLC) sein. Die Steuerung 108 kann Daten in und aus NAND-Flash-Speichervorrichtungen auf der Seitenebene schreiben und lesen und Daten aus NAND-Flash-Speichervorrichtungen auf der Blockebene löschen.
Die Datenspeicherungsvorrichtung 106 schließt eine Stromversorgung 111 ein, die eine oder mehrere Komponenten der Datenspeicherungsvorrichtung 106 mit Strom versorgen kann. Wenn die Stromversorgung 111 in einem Standardmodus betrieben wird, kann sie eine oder mehrere Komponenten mit Strom versorgen, der von einer externen Vorrichtung, wie der Hostvorrichtung 104, bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann die Stromversorgung 111 die eine oder die mehreren Komponenten mit Strom versorgen, der von der Hostvorrichtung 104 kommend über die Schnittstelle 114 empfangen wird. In einigen Beispielen kann die Stromversorgung 111 eine oder mehrere Stromspeicherkomponenten einschließen, die eingerichtet sind, um die eine oder die mehreren Komponenten mit Strom zu versorgen, wenn sie in einem Abschaltmodus arbeiten, wie wenn kein Strom mehr von der externen Vorrichtung kommend empfangen wird. Auf diese Weise kann die Stromversorgung 111 als integrierte Notfallstromquelle fungieren. Einige Beispiele für die eine oder die mehreren Stromspeicherkomponenten schließen, ohne darauf beschränkt zu sein, Kondensatoren, Superkondensatoren, Batterien und dergleichen ein. In einigen Beispielen kann die von der einen oder den mehreren Stromspeicherkomponenten gespeicherte Strommenge eine Funktion der Kosten und/oder der Größe (z. B. Fläche/Volumen) der einen oder mehreren Stromspeicherkomponenten sein. Das heißt, wenn die von der einer oder den mehreren Stromspeicherkomponenten gespeicherte Strommenge zunimmt, steigen auch die Kosten und/oder die Größe der einen oder mehreren Stromspeicherkomponenten.
Die Datenspeicherungsvorrichtung 106 schließt auch den flüchtigen Speicher 112 ein, der von der Steuerung 108 zum Speichern von Informationen verwendet werden kann. Der flüchtige Speicher 112 kann aus einer oder mehreren flüchtigen Speichervorrichtungen bestehen. In einigen Beispielen kann die Steuerung 108 den flüchtigen Speicher 112 als Cache verwenden. Zum Beispiel kann die Steuerung 108 zwischengespeicherte Informationen in dem flüchtigen Speicher 112 speichern, bis die zwischengespeicherten Informationen in den nichtflüchtigen Speicher 110 geschrieben werden. Wie in 1 veranschaulicht, kann der flüchtige Speicher 112 den von der Stromversorgung 111 kommend empfangenen Strom verbrauchen. Beispiele für den flüchtigen Speicher 112 schließen, ohne darauf beschränkt zu sein, Direktzugriffsspeicher (RAM), dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM), statischen RAM (SRAM) und synchronen dynamischen RAM (SDRAM (z. B. DDR1, DDR2, DDR3, DDR3L, LPDDR3, DDR4, LPDDR4 und dergleichen)) ein.
Die Datenspeicherungsvorrichtung 106 schließt eine Steuerung 108 ein, die einen oder mehrere Vorgänge der Datenspeicherungsvorrichtung 106 verwalten kann. Zum Beispiel kann die Steuerung 108 das Lesen von Daten von und/oder das Schreiben von Daten in den NVM 110 verwalten. In einigen Ausführungsformen, wenn die Datenspeicherungsvorrichtung 106 einen Schreibbefehl von der Hostvorrichtung 104 empfängt, kann die Steuerung 108 einen Datenspeicherbefehl initiieren, um Daten in den NVM 110 zu speichern und den Fortschritt des Datenspeicherbefehls zu überwachen. Die Steuerung 108 kann mindestens eine Betriebscharakteristik des Speichersystems 100 bestimmen und die mindestens eine Betriebscharakteristik in den NVM 110 speichern. In einigen Ausführungsformen speichert die Steuerung 108, wenn die Datenspeicherungsvorrichtung 106 einen Schreibbefehl von der Hostvorrichtung 104 empfängt, die mit dem Schreibbefehl verbundenen Daten vorübergehend in dem internen Speicher 120, bevor sie die Daten an den NVM 110 sendet.
2A veranschaulicht eine Ansicht eines gezonten Namensraums (ZNS) 202, der in einer Speicherungsvorrichtung 200 gemäß einer Ausführungsform genutzt wird. Die Speicherungsvorrichtung 200 kann einer Hostvorrichtung die Ansicht der ZNS 202 präsentieren. 2B veranschaulicht ein Zustandsdiagramm 250 für den ZNS 202 der Speicherungsvorrichtung 200 gemäß einer Ausführungsform. Die Speicherungsvorrichtung 200 kann die Datenspeicherungsvorrichtung 106 des Speicherungssystems 100 von 1 sein. Die Speicherungsvorrichtung 200 kann einen oder mehrere ZNS 202 aufweisen, und jeder ZNS 202 kann unterschiedliche Größen aufweisen. Die Speicherungsvorrichtung 200 kann ferner einen oder mehrere herkömmliche Namensräume zusätzlich zu dem einen oder den mehreren ZNS 202 aufweisen. Darüber hinaus kann der ZNS 202 ein Zoned Block Command (ZBC) für SAS und/oder ein Zoned-Device ATA Command Set (ZAC) für SATA sein.
In der Speicherungsvorrichtung 200 ist der ZNS 202 die Menge an NVM, die in Logikblöcke formatiert werden kann, sodass die Kapazität in eine Vielzahl von Zonen 206a bis 206n (zusammen als Zonen 206 bezeichnet) unterteilt wird. Jede der Zonen 206 weisen eine Vielzahl von physischen oder Löschblöcken (nun gezeigt) einer Medieneinheit oder eines NVM 204 und jedem der Löschblöcke ist eine Vielzahl von Logikblöcken (nicht gezeigt) zugeordnet. Wenn die Steuerung 208 einen Befehl empfängt, wie von einer (nicht gezeigten) Hostvorrichtung oder der Übertragungswarteschlange einer Hostvorrichtung, kann die Steuerung 208 Daten von der Vielzahl von Logikblöcken, die der Vielzahl von Löschblöcken des ZNS 202 zugeordnet sind, lesen und Daten in diese schreiben. Jeder der Logikblöcke ist einer eindeutigen LBA oder einem Sektor zugeordnet.
In einer Ausführungsform ist der NVM 204 eine NAND-Vorrichtung. Die NAND-Vorrichtung weist einen oder mehrere Chips auf. Jeder des einen oder der mehreren Chips weist eine oder mehrere Ebenen auf. Jede der einen oder mehreren Ebenen weist einen oder mehrere Löschblöcke auf. Jeder des einen oder der mehreren Löschblöcke weist eine oder mehrere Wortleitungen (z. B. 256 Wortleitungen) auf. Jede der einen oder mehreren Wortleitungen kann auf einer oder mehreren Seiten adressiert werden. Zum Beispiel kann ein MLC-NAND-Chip eine obere Seite und eine untere Seite verwenden, um die zwei Bits in jeder Zelle der vollständigen Wortleitung zu erreichen (z. B. 16 kB pro Seite). Außerdem kann auf jede Seite mit einer Granularität zugegriffen werden, die gleich oder kleiner als die volle Seite ist. Eine Steuerung kann häufig in Benutzerdatengranularität-LBA-Größen von 512 Bytes auf NAND zugreifen. Somit sind, wie in der nachstehenden Beschreibung erwähnt, NAND-Stellen gleich einer Granularität von 512 Bytes. Als solche ergibt eine LBA-Größe von 512 Bytes und eine Seitengröße von 16 kB für zwei Seiten eines MCL-NAND etwa 16 NAND-Stellen pro Wortleitung. Die Größe der NAND-Stelle ist jedoch nicht als Einschränkung gedacht und wird lediglich als Beispiel verwendet.
Wenn Daten in einen Löschblock geschrieben werden, werden ein oder mehrere Logikblöcke entsprechend innerhalb einer Zone 206 aktualisiert, um zu verfolgen, wo sich die Daten innerhalb des NVM 204 befinden. Daten können zu einem Zeitpunkt jeweils in eine einzige Zone 206 geschrieben werden, bis eine Zone 206 voll ist, oder in mehrere Zonen 206, sodass mehrere Zonen 206 teilweise gefüllt sein können. In ähnlicher Weise können beim Schreiben von Daten in eine bestimmte Zone 206 Daten blockweise gleichzeitig, in sequentieller Reihenfolge der NAND-Stellen, Seite für Seite oder Wortleitung für Wortleitung in die Vielzahl der Löschblöcke geschrieben werden, bis zu einem benachbarten Block gewechselt wird (d. h. Schreiben in einen ersten Löschblock, bis der erste Löschblock voll ist, bevor zu dem zweiten Löschblock gewechselt wird) oder in mehrere Blöcke gleichzeitig, in sequentieller Reihenfolge der NAND-Stellen, Seite für Seite oder Wortleitung für Wortleitung, um jeden Block in einer stärker parallelen Weise teilweise zu füllen (d. h. Schreiben der ersten NAND-Stelle oder Seite jedes Löschblocks, bevor in die zweite NAND-Stelle oder Seite jedes Löschblocks geschrieben wird).
Jede der Zonen 206 ist einer Zonenstart-Logikblockadresse (ZSLBA) zugeordnet. Die ZSLBA ist die erste verfügbare LBA in der Zone 206. Zum Beispiel ist die erste Zone 206a Z_aSLBA zugeordnet, die zweite Zone 206b ist Z_bSLBA zugeordnet, die dritte Zone 206c ist Z_cSLBA zugeordnet, die vierte Zone 206d ist Z_dSLBA zugeordnet und die n^te Zone 206n (d. h. die letzte Zone) ist Z_nSLBA zugeordnet. Jede Zone 206 wird durch ihre ZSLBA identifiziert und ist dazu eingerichtet, sequenzielle Schreibvorgänge zu empfangen (d. h. das Schreiben von Daten auf den NVM 110 in der Reihenfolge, in der die Schreibbefehle empfangen werden).
Wenn Daten in eine Zone 206 geschrieben werden, wird ein Schreibzeiger 210 vorgerückt oder aktualisiert, sodass er auf den nächsten verfügbaren Block in der Zone 206, in den Daten geschrieben werden sollen, zeigt oder diesen anzeigt, um den nächsten Schreibstartpunkt zu verfolgen (d. h. der Beendigungspunkt des vorherigen Schreibvorgangs entspricht dem Startpunkt eines nachfolgenden Schreibvorgangs). Somit gibt der Schreibzeiger 210 an, wo der nachfolgende Schreibvorgang in die Zone 206 beginnen wird. Nachfolgende Schreibbefehle sind „Zonenanhang“-Befehle, bei denen die mit dem nachfolgenden Schreibbefehl verbundenen Daten an die Zone 206 an dem Ort angehängt werden, den der Schreibzeiger 210 als nächsten Startpunkt angibt. Eine geordnete Liste von LBAs innerhalb der Zone 206 kann für die Schreibreihenfolge gespeichert werden. Jede Zone 206 kann ihren eigenen Schreibzeiger 210 haben. Wenn somit ein Schreibbefehl empfangen wird, wird eine Zone durch ihre ZSLBA identifiziert, und der Schreibzeiger 210 bestimmt, wo der Schreibvorgang der Daten innerhalb der identifizierten Zone beginnt.
2B veranschaulicht ein Zustandsdiagramm 250 für den ZNS 202 aus 2A. In dem Zustandsdiagramm 250 kann jede Zone in einem anderen Zustand, wie leer, aktiv, voll oder offline, sein. Wenn eine Zone leer ist, ist die Zone frei von Daten (d. h. keiner der Löschblöcke in der Zone speichert gegenwärtig Daten) und der Schreibzeiger befindet sich auf der ZSLBA (d. h. WP = 0). Eine leere Zone schaltet in eine offene und aktive Zone um, sobald ein Schreibvorgang in die Zone eingeplant ist oder wenn ein Zonenöffnungsbefehl durch den Host ausgegeben wird. Die Zonenverwaltungsbefehle (ZM-Befehle) können verwendet werden, um eine Zone zwischen den Zuständen „Zone offen“ und „Zone geschlossen“ zu bewegen, die beide aktive Zustände sind. Wenn eine Zone aktiv ist, weist die Zone offene Blöcke auf, die beschrieben werden können, und dem Host kann eine Beschreibung der empfohlenen Zeit im aktiven Zustand bereitgestellt werden. Die Steuerung kann die ZM aufweisen.
Der Begriff „geschrieben in“ schließt ein Programmieren von Benutzerdaten auf 0 oder mehr Wortleitungen in einem Löschblock, eine Löschung und/oder teilweise gefüllte Wortleitungen in einem Löschblock ein, wenn die Benutzerdaten nicht alle verfügbaren Wortleitungen gefüllt haben. Der Begriff „geschrieben in“ kann ferner ein Schließen einer Zone aufgrund interner Laufwerksbehandlungsanforderungen (Probleme hinsichtlich der Datenhaltung in offenen Blöcken, da sich die fehlerhaften Bits bei offenen Löschblöcken schneller anhäufen), ein Schließen einer Zone durch die Speicherungsvorrichtung 200 aufgrund von Ressourcenbeschränkungen, wie zu viele offene Zonen, um den Defektzustand zu verfolgen oder zu entdecken, unter anderem, oder ein Schließen einer Zone durch eine Hostvorrichtung aufgrund von Problemen, wie Fehlen weiterer Daten, die an das Laufwerk gesendet werden können, Herunterfahren des Computers, Fehlerbehandlung auf dem Host, begrenzte Host-Ressourcen für die Verfolgung unter anderem, einschließen.
Die aktiven Zonen können entweder offen oder geschlossen sein. Eine offene Zone ist eine leere oder teilweise gefüllte Zone, die bereit ist, beschrieben zu werden, und weist gegenwärtig zugewiesene Ressourcen auf. Die Daten, die von der Hostvorrichtung mit einem Schreibbefehl oder Zonenanhängebefehl empfangen werden, können auf einen offenen Löschblock programmiert werden, der gegenwärtig nicht mit früheren Daten gefüllt ist. Neue Daten, die von der Hostvorrichtung eingezogen werden, oder gültige Daten, die verlagert werden, können in eine offene Zone geschrieben werden. Gültige Daten können zum Zweck der Speicherbereinigung von einer Zone (z. B. der ersten Zone 202a) in eine andere Zone (z. B. die dritte Zone 202c) verschoben werden. Eine geschlossene Zone ist eine leere oder teilweise gefüllte Zone, die derzeit nicht fortlaufend vom Host beschrieben wird. Der Wechsel einer Zone von einem offenen Zustand in einen geschlossenen Zustand ermöglicht es der Steuerung 208, Ressourcen anderen Aufgaben neu zuzuweisen. Diese Aufgaben können andere Zonen, die offen sind, andere herkömmliche Nicht-Zonen-Bereiche oder andere Bedürfnisse der Steuerung einschließen, sind aber nicht darauf beschränkt.
Sowohl in der offenen als auch in der geschlossenen Zone zeigt der Schreibzeiger auf eine Stelle in der Zone irgendwo zwischen der ZSLBA und dem Ende der letzten LBA der Zone (d. h. WP>0). Aktive Zonen können zwischen dem offenen und dem geschlossenen Zustand wechseln, wenn sie von der ZM bezeichnet werden oder wenn ein Schreiben in die Zone geplant ist. Zusätzlich kann die ZM eine aktive Zone zurücksetzen, um die in der Zone gespeicherten Daten zu leeren oder zu löschen, sodass die Zone wieder auf eine leere Zone umschaltet. Sobald eine aktive Zone voll ist, schaltet die Zone in den vollen Zustand. Eine volle Zone ist eine Zone, die vollständig mit Daten gefüllt ist und keine Blöcke mehr zum Schreiben von Daten zur Verfügung hat (d. h. WP = Zonenkapazität (ZCAP)). Lesebefehle von Daten, die in vollen Zonen gespeichert sind, können weiterhin ausgeführt werden.
Die ZM kann eine volle Zone zurücksetzen und eine Löschung der in der Zone gespeicherten Daten planen, sodass die Zone wieder in eine leere Zone wechselt. Wenn eine volle Zone zurückgesetzt wird, kann es vorkommen, dass die Zone nicht sofort von Daten gelöscht wird, obwohl die Zone als leere Zone markiert werden kann, die zum Beschreiben bereit ist. Die Rücksetzzone muss jedoch vor dem Wechsel in eine aktive Zone gelöscht werden. Eine Zone kann jederzeit zwischen einem ZM-Zurücksetzen und einem ZM-Öffnen gelöscht werden. Eine Offline-Zone ist eine Zone, die nicht verfügbar ist, um Daten zu schreiben. Eine Offline-Zone kann sich im vollen Zustand, im leeren Zustand oder in einem teilweise gefüllten Zustand befinden, ohne aktiv zu sein.
Da das Zurücksetzen einer Zone die in der Zone gespeicherten Daten löscht oder deren Löschung plant, entfällt die Notwendigkeit der Speicherbereinigung einzelner Löschblöcke, wodurch der gesamte Speicherbereinigungsprozess der Speicherungsvorrichtung 200 verbessert wird. Die Speicherungsvorrichtung 200 kann einen oder mehrere Löschblöcke zum Löschen markieren. Wenn eine neue Zone gebildet wird und die Speicherungsvorrichtung 200 ein ZM-Öffnen erwartet, können der eine oder die mehreren zum Löschen markierten Löschblöcke dann gelöscht werden. Die Speicherungsvorrichtung 200 kann weiterhin die physische Sicherung der Zone beim Löschen der Löschblöcke entscheiden und diese erstellen. Sobald somit die neue Zone geöffnet ist und Löschblöcke zur Bildung der Zone ausgewählt werden, werden die Löschblöcke gelöscht worden sein. Darüber hinaus können bei jedem Zurücksetzen einer Zone eine neue Reihenfolge für die LBAs und der Schreibzeiger 210 für die Zone 206 gewählt werden, wodurch die Zone 206 tolerant gegenüber dem Empfang von Befehlen außerhalb der sequenziellen Reihenfolge sein kann. Der Schreibzeiger 210 kann wahlweise abgeschaltet werden, sodass ein Befehl in jegliche Start-LBA geschrieben werden kann, die für den Befehl angegeben wird.
Wieder Bezug nehmend auf 2A kann die Steuerung 208, wenn die Steuerung 208 einen Schreibbefehl initiiert oder einzieht, eine leere Zone 206 auswählen, um die dem Befehl zugeordneten Daten zu schreiben, und die leere Zone 206 wechselt in eine aktive Zone 206. Wie hierin verwendet, weist das Initiieren oder Einziehen eines Schreibbefehls durch die Steuerung 208 ein Empfangen eines Schreibbefehls oder ein Lesen per direkten Speicherzugriff (DMA) des Schreibbefehls auf. Der Schreibbefehl kann ein Befehl zum Schreiben neuer Daten oder ein Befehl zum Verschieben gültiger Daten in eine andere Zone zum Zweck der Speicherbereinigung sein. Die Steuerung 208 ist eingerichtet, um neue Befehle aus einer von einer Hostvorrichtung besetzten Übertragungswarteschlange per DMA zu lesen oder einzuziehen.
In einer leeren Zone 206, die gerade in eine aktive Zone 206 gewechselt hat, werden die Daten beginnend bei der ZSLBA in die Zone 206 geschrieben, da der Schreibzeiger 210 den der ZSLBA zugeordneten Logikblock als den ersten verfügbaren Logikblock anzeigt. Die Daten können in einen oder mehrere Löschblöcke oder NAND-Stellen geschrieben werden, die für den physischen Ort der Zone 206 zugewiesen wurden. Nachdem die dem Schreibbefehl zugeordneten Daten in die Zone 206 geschrieben wurden, wird der Schreibzeiger 210 aktualisiert, um auf den nächsten verfügbaren Block in der Zone 206 zu zeigen, um den nächsten Schreibstartpunkt (d. h. den Beendigungspunkt des ersten Schreibvorgangs) zu verfolgen. Alternativ kann die Steuerung 208 eine aktive Zone auswählen, um die Daten zu schreiben. In einer aktiven Zone werden die Daten in den Logikblock geschrieben, der durch den Schreibzeiger 210 als der nächste verfügbare Block angezeigt wird.
In einigen Ausführungsformen kann eine NAND-Stelle gleich einer Wortleitung sein. Wenn in einer solchen Ausführungsform der Schreibbefehl kleiner als eine Wortleitung ist, kann die Steuerung wahlweise mehrere Schreibbefehle an einem anderen Speicherort wie DRAM oder SRAM aggregieren, bevor sie eine vollständige Wortleitung programmiert, die aus mehreren Schreibbefehlen zusammengesetzt ist. Schreibbefehle, die länger als eine Wortleitung sind, sind in der Lage, eine vollständige Wortleitung mit einigen der Daten zu programmieren und zu füllen, und die überschüssigen Daten über eine Wortleitung hinaus werden verwendet, um die nächste Wortleitung zu füllen. Eine NAND-Stelle ist jedoch nicht darauf beschränkt, gleich einer Wortleitung zu sein, und kann eine größere oder kleinere Größe als eine Wortleitung aufweisen. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen eine NAND-Stelle gleich der Größe einer Seite sein.
Zum Beispiel kann die Steuerung 208 einen ersten Schreibbefehl in eine dritte Zone 206c oder einen ersten Zonenanhängebefehl empfangen, einziehen oder DMA-lesen. Der Host identifiziert sequenziell, in welchen Logikblock der Zone 206 die Daten, die dem ersten Befehl zugeordnet sind, zu schreiben sind. Die Daten, die dem ersten Befehl zugeordnet sind, werden dann in die erste oder nächste(n) verfügbare(n) LBA(s) in der dritten Zone 206c geschrieben, wie durch den Schreibzeiger 210 angegeben wird, und der Schreibzeiger 210 wird so vorgerückt oder aktualisiert, dass er auf die nächste verfügbare LBA zeigt, die für einen Host-Schreibvorgang verfügbar ist (d. h. WP > 0). Wenn die Steuerung 208 einen zweiten Schreibbefehl in die dritte Zone 206c empfängt oder einzieht, werden die dem zweiten Schreibbefehl zugeordneten Daten in die nächste(n) verfügbare(n) LBA(s) in der dritten Zone 206c geschrieben, die durch den Schreibzeiger 210 identifiziert werden. Sobald die Daten, die dem zweiten Befehl zugeordnet sind, in die dritte Zone 206c geschrieben worden sind, rückt der Schreibzeiger 210 erneut vor oder wird aktualisiert, sodass er auf die nächste verfügbare LBA zeigt, die für einen Host-Schreibvorgang zur Verfügung steht. Durch das Zurücksetzen der dritten Zone 306c wird der Schreibzeiger 210 wieder auf Z_cLBA zurück verschoben (d. h. WP = 0), und die dritte Zone 306c wechselt in eine leere Zone.
3 veranschaulicht eine NVMe-Satz/Endurance-Gruppe in einem ZNS-System gemäß einer Ausführungsform. Wie in 3 gezeigt, ist eine Vielzahl von Anwendungen 302a bis 302c über jeweilige Flash-Translation-Layers (FTLs) mit der Firmware der Datenspeicherungsvorrichtung 304 verbunden, um auf die Speichervorrichtungen 306a bis 306c zuzugreifen, die jeweils eine Vielzahl von Chips 308 umfassen. Im Betrieb weist jede Anwendung, bei der es sich um verschiedene Hosts oder virtuelle Hosts handeln kann, Zugriff auf dieselbe Datenspeicherungsvorrichtung 310 und damit auf die Speichervorrichtungen 306a bis 306c und die Chips 308 auf. Die Zonen für eine ZNS-Vorrichtung können über die Chips 308 oder innerhalb eines beliebigen Chips 308 eingestellt werden.
In dem ZNS tritt ein Zonenöffnungsbefehl auf, wenn der erste Schreibvorgang die Logik auslöst, die eine neue Zone zuweist. Das Schreiben in die Zone erfolgt, wenn die Start-LBA (SLBA) gleich der Zonenstart-LBA (ZSLBA) ist. Ähnlich verhält es sich mit einem Zonenanhänge-/Schreibbefehl, bei dem die SLBA nicht gleich der ZSLBA ist, sodass die Schreibvorgänge zu einer bereits geöffneten Zone hinzugefügt werden.
Es versteht sich, dass die Backend-Einheiten physische Blöcke in die ZNS-NVMe-Satz/Endurance-Gruppe einschließen. Im Allgemeinen sucht eine ZNS-Vorrichtung in einer Übermittlungswarteschlange nach Zonenanhänge- und Zonenlesebefehlen und priorisiert diese Befehle ohne Bedingungen an das Backend. Für Zonenöffnungsbefehle werden die Zonen jedoch unter Verwendung von Backend-Einheiten erstellt, die derzeit nicht von anderen Zonen verwendet werden. Wenn diese Zonen nach dem Zufallsprinzip erstellt werden oder im Laufe der Zeit die gleichen Chips nutzen, empfangen die Chips keine gleichmäßige Arbeitslast, wodurch die ZNS-Vorrichtung eine ungleichmäßige Arbeitslast aufweist, was die QoS beeinträchtigt. Es ist wünschenswert, eine Zone zu erstellen, in der die Arbeitslast in Bezug auf Chip/FIM am wenigsten genutzt wird, sodass jedes Mal, wenn eine neue Zone erstellt wird, die Zone den am wenigsten benutzten Chip/FIM nutzt, sodass die Vorrichtung eine gleichmäßige Arbeitslast und eine gleichmäßige Abnutzung über die Zeit aufweist. Es ist beabsichtigt, dass der Zonenöffnungsbefehl die verbleibenden Backend-Ressourcen verwendet, da er nicht von exakter Hardware (HW) abhängig ist. Mit anderen Worten, die Offenbarung beinhaltet eine unterschiedliche Priorisierung für Schreibvorgänge in Zonen basierend auf dem Zonenversatz. Die Steuerung nutzt die Nicht-Anbindung der Vorrichtungsressourcen bis zum Zonenstart zum Schreiben. Anschließend wird die Zonenzuordnung für die neue Zone mit zugewiesenen physischen Blöcken wie in einem üblichen ZNS-System aktualisiert.
Die Zonenanhänge- und Zonenlesebefehle sind nicht verhandelbare Kandidaten im Hinblick auf eine bestimmte Ressourcenarbeitslast. Das heißt, wenn ein Zonenlesevorgang ausgegeben wird, kann der Zonenlesevorgang nur von dem bestimmten Chip/FIM (physischer Block in diesem ZNS NVMe-Satz/dieser Endurance-Gruppe) gelesen werden, in den die Daten geschrieben wurden. Ähnlich verhält es sich bei einem Zonenanhang, wobei die Zone nur an diejenige Zone angehängt werden kann, in der zuvor mit dem Schreibvorgang begonnen wurde (ein bereits geöffneter physischer Block wird verwendet).
Zonenöffnungsbefehle andererseits sind Fälle, in denen der ZNS-Host Daten mit einem Zonenversatz von Null (Zone erstellen, um damit zu beginnen) auf die Vorrichtung schreiben möchte, und der Host berücksichtigt nicht, wo sich diese Daten physisch befinden, solange die Zone Teil des NVMe-Satzes/der Endurance-Gruppe ist und die Zuordnung zwischen Zone und physischem Speicher (Z2P) intakt ist. Die ZNS-Steuerung kann die Bedingung ausnutzen.
Beim Empfangen einer Zonenöffnungsanforderung können Zonen aus physischen Blöcken in dem Teil des Backends in der ZNS-NVMe-Satz/Endurance-Gruppe erstellt werden, in dem der Chip/FIM die geringste Arbeitslast aufweist. Die Hostdaten und die Zonenöffnungsanforderung können geroutet werden, um solche Zonen zu erstellen, was zu einer besseren HW-Nutzung führt, was wiederum zu einer optimalen Dienstgüte (QoS) des ZNS-Produkts führt. Da die Zonenlesebefehle und die Zonenanhängebefehle vor dem Zonenöffnungsbefehl priorisiert werden, werden die nicht verhandelbaren Ressourcen bereits vorrangig für die Arbeitslast in der Vorrichtung ausgelöst. Damit stellt das Verfahren sicher, dass das Öffnen der Zone die für die Zonenanhänge- und Zonenlesebefehle erforderlichen HW-Ressourcen nur minimal beeinträchtigt. Der Zonenöffnungsbefehl zielt darauf ab, die verbleibenden Ressourcen zu verwenden, da er nicht von exakter HW abhängig ist.
4 ist ein Flussdiagramm 400, das einen FTL-Strom für eine unterschiedliche Priorisierung von Schreibvorgängen in eine Zone gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 4 gezeigt, werden Befehle zunächst durch eine Hostvorrichtung in eine Übermittlungswarteschlange platziert. Die Datenspeicherungsvorrichtung bewertet dann die Befehle in der Übermittlungswarteschlange bei 402, um zu ermitteln, ob die Befehle innerhalb der Übermittlungswarteschlange Zonenlesebefehle, Zonenanhängebefehle oder Zonenöffnungsbefehle sind. Die Datenspeicherungsvorrichtung, und insbesondere die Steuerung, sortiert die Übermittlungswarteschlange, um die Befehle zu sortieren und um bei 404 eine Bestimmung vorzunehmen, ob die Befehle Zonenanhänge-, Zonenlese- oder Zonenöffnungsbefehle sind. Die Zonenanhänge- und Zonenlesebefehle erhalten eine hohe Priorität zum Bewegen zu dem Backend der Datenspeicherungsvorrichtung. Die Zonenlesebefehle werden bei 406 an das Backend zum Ausführen gesendet, während die Zonenanhängebefehle bei 408 an das Backend zum Ausführen gesendet werden. Nach dem Senden der Zonenlese- und Zonenanhängebefehle an das Backend befasst sich die Steuerung dann mit den Zonenöffnungsbefehlen.
Die Steuerung führt ein Öffnen der Zone bei 410 in der Backend-Einheit der ZNS-NVMe-Satz/Endurance-Gruppe durch. Das Öffnen einer Zone wird durchgeführt, um eine Zone zu öffnen, in der die Arbeitslast in Bezug auf Chip, FIM, Cache und/oder Fehlerkorrektur-Engine am geringsten ist. Die neue Zone nutzt die frei verfügbaren HW-Ressourcen optimal aus, da die Zonenlese- und Zonenanhängebefehle vor dem Zonenöffnungsbefehl priorisiert werden.
Die Arbeitslast der Speicherungs-Backend-Einheit (d. h. des Chips/FIM) in jedem ZNS-NVMe-Satz ist gemäß der Lese-/Schreibaktivität einem Kreditpunkt und einem beweglichen Fenster zugeordnet, um zu einem beliebigen Zeitpunkt über eine geöffnete Zone zu entscheiden. Alle bekannten Verfahren, entweder Firmware (FW) oder HW, können durch die Datenspeicherungsvorrichtung eingesetzt werden, um solche Arbeitslasten zu bewerten. Ein Beispiel dafür sind zählerbasierte FW-Verfahren für verschiedene Ressourcen. Anders ausgedrückt, können während des Prozesses Abnutzungsausgleichsschemata berücksichtigt werden, wobei, wenn die Steuerung bestimmt, dass mehrere Backend-Einheiten für die zu öffnende Zone in Bezug auf die geringste Arbeitslast in Frage kommen, die Einheit, die den physischen Block mit einer niedrigeren Programmlöschanzahl anbietet, als die neu zu öffnende Zone ausgewählt werden kann. Langfristig stellt eine solche Strategie eine bessere nachhaltige Leistung bei gemischter Beanspruchung sowie einen besseren Abnutzungsausgleich bereit. Die gleiche Logik gilt für Lesebereinigungsvorgänge, Fehlerverwaltung und andere Speicherungs-Backend-Verwaltungstechniken. Die Steuerung wählt einen Zielblock in der Backend-Einheit eines NVMe-Satzes einer ZNS-Vorrichtung, der die geringste Arbeitslast für den an diesem Satz angebundenen HW- und unteren Programmlöschblock aufweist. Die Steuerung nimmt die Auswahl vor, nachdem alle von dem Host ausgegebenen ZNS-Anhänge und ZNS-Lesevorgänge priorisiert wurden.
In einer Ausführungsform wird ein Programmlöschparameter verwendet, um zu bestimmen, welche Zone geöffnet werden soll. Der Programmlöschparameter wird verwendet, wenn ein „Gleichstand“ in Bezug auf die Arbeitslast besteht, sodass es mehrere Zonen gibt, die geöffnet sein könnten, die den gleichen Arbeitslastverlauf in Bezug auf Chip, FIM, Cache und/oder Fehlerkorrektur-Engine aufweisen. Dabei wird die Zone mit den wenigsten Programmlöschzyklen gewählt. Somit wird eine gleichmäßige Abnutzung der Blöcke erreicht.
Die Steuerung aktualisiert dann die Zuordnung zwischen Zone und Logik (Z2L) bei 412. Schließlich werden die Zonenöffnungsbefehlsdaten des Hosts an die neu erstellte Zone bei 414 weitergeleitet. Der Zyklus endet dann bei 416.
Wie vorstehend erwähnt, kann die ungleichmäßige Abnutzung in einer Datenspeicherungsvorrichtung ein Problem darstellen. Der Abnutzungsausgleich stellt eine effiziente Verwendung der Vorrichtung, eine längere Lebensdauer der Vorrichtung und eine gute QoS sicher. Wie hierin erörtert, besteht für eine ZNS-Vorrichtung eine Möglichkeit, den Abnutzungsausgleich sicherzustellen, darin, einen Zonenöffnungsbefehl zu verarbeiten, um Zonen zu öffnen, die die am wenigsten benutzten Speichervorrichtungen aufweisen. Der Zonenöffnungsbefehl unterscheidet sich von dem Zonenlesebefehl und von dem Zonenanhängebefehl. Sowohl der Zonenlesebefehl als auch der Zonenanhängebefehl sind Befehle, die an bereits geöffneten Zonen durchgeführt werden. Bereits geöffnete Zonen weisen Speichervorrichtungen oder Bereiche von Speichervorrichtungen auf, die diesen bereits zugewiesen sind. Andererseits können neue Zonen aus Speichervorrichtungen oder Bereichen von Speichervorrichtungen erstellt werden, die derzeit keiner Zone zugewiesen sind. Die Vorrichtungen oder Bereiche, die derzeit keiner Zone zugewiesen sind, können bewertet werden, um zu bestimmen, welche Vorrichtungen oder Bereiche die geringste Menge an Arbeitslastverlauf aufweisen. Neue Zonen können aus den Bereichen oder Vorrichtungen erstellt werden, die die geringste Menge an Arbeitslastverlauf aufweisen. Die Anzahl der Programmlöschzyklen kann als bei Gleichstand ausschlaggebend für alle Bereiche oder Vorrichtungen verwendet werden, die die gleiche Menge an Arbeitslastverlauf aufweisen.
5 ist ein Flussdiagramm 500, das ein Verfahren zum Sicherstellen eines effizienten Abnutzungsausgleichs einer ZNS-Vorrichtung veranschaulicht. Bei 502 läutet eine Hostvorrichtung eine Klingel, um die Datenspeicherungsvorrichtung zu benachrichtigen, dass sich Befehle in einer Übermittlungswarteschlange befinden, die verarbeitet werden müssen. Die Datenspeicherungsvorrichtung ruft dann die Befehle ab und sortiert die Befehle bei 504. Alle Zonenlesebefehle oder Zonenanhängebefehle werden sofort an das Backend der Datenspeicherungsvorrichtung zum sofortigen Verarbeiten und 506 weitergeleitet. Wenn die Zonenlesebefehle oder Zonenanhängebefehle abgeschlossen sind, wird eine Abschlusswarteschlange des Hosts gefüllt und eine Klingel geläutet, um den Host zu informieren, dass die Abschlusswarteschlange Informationen darin aufweist.
Nachdem die Zonenanhänge- und Zonenlesebefehle an das Backend gesendet wurden, können nun alle Zonenöffnungsbefehle aus der Übermittlungswarteschlange verarbeitet werden. Um die Zonenöffnungsbefehle zu verarbeiten, muss eine neue Zone erstellt werden. Das Erstellen einer Zone beinhaltet ein Bewerten der verfügbaren Speichervorrichtungen und Bereiche der Speichervorrichtungen (in Fällen, in denen eine Speichervorrichtung verschiedene Datenpositionen oder Blöcke aufweisen kann, die verschiedenen Zonen zugewiesen werden können) für den Arbeitslastverlauf bei 508. Nach dem Bestimmen der Vorrichtungen und/oder Bereiche mit dem geringsten Arbeitslastverlauf bestimmt die Steuerung bei 510, ob Gleichstände bestehen. Wenn keine Gleichstände bestehen, kann die Zone bei 512 geöffnet werden. Wenn es Gleichstände gibt, regelt die Steuerung die Gleichstände, indem sie die angebundenen Vorrichtungen und/oder Bereiche basierend auf dem Verlauf der Programmlöschzyklen bei 514 einordnet. Die Vorrichtungen und/oder Bereiche mit den wenigsten Programmlöschzyklen wird ausgewählt werden gewählt als die Vorrichtungen und/oder Bereiche mit der geringsten Arbeitslast bei 516 und öffnet dann die Zone. Sobald die Zone geöffnet ist, werden die Daten, die dem Zonenöffnungsbefehl zugeordnet sind, in die neu geöffnete Zone bei 518 geschrieben. Sobald die Daten geschrieben sind, wird ein Eintrag in die Abschlusswarteschlange vorgenommen, und die Klingel wird geläutet, um den Host über einen Eintrag in der Abschlusswarteschlange bei 520 zu informieren.
Durch gezieltes Auswählen der am wenigsten benutzten Speichervorrichtungen und/oder Speicherbereiche zum Verarbeiten von Zonenöffnungsbefehlen wird ein gleichmäßiger Abnutzungsausgleich der Vorrichtung erreicht. Ein gleichmäßiger Abnutzungsausgleich der Vorrichtung stellt eine effiziente Verwendung der Vorrichtung, eine längere Lebensdauer der Vorrichtung und eine gute QoS sicher.
In einer Ausführungsform weist eine Datenspeicherungsvorrichtung auf: eine Speichervorrichtung; und eine Steuerung, die mit der Speichervorrichtung gekoppelt ist, wobei die Steuerung eingerichtet ist zum: Empfangen eines Zonenöffnungsbefehls; und Erstellen einer Zone aus einem ersten physischen Block der Speichervorrichtung, wobei die erstellte Zone einem physischen Block entspricht, der die geringste Arbeitslast in der Speichervorrichtung empfangen hat. Die Steuerung ist ferner eingerichtet, um eine Vielzahl von Zonenbefehlen zu empfangen, wobei mindestens einer der Vielzahl von Zonenbefehlen der Zonenöffnungsbefehl ist. Mindestens ein erster Befehl der Vielzahl von Befehlen ist ein Zonenlesebefehl, wobei die Steuerung ferner eingerichtet ist, um den Zonenlesebefehl vor dem Zonenöffnungsbefehl zu verarbeiten. Mindestens ein erster Befehl der Vielzahl von Befehlen ist ein Zonenanhängebefehl, wobei die Steuerung ferner eingerichtet ist, um den Zonenanhängebefehl vor dem Zonenöffnungsbefehl zu verarbeiten. Die Arbeitslast basiert auf der Menge der Lese- und Schreibaktivitäten für den physischen Block. Der Zonenöffnungsbefehl wird verarbeitet, nachdem alle Zonenanhänge- oder Zonenlesebefehle mit der Ausführung begonnen haben. Die geringste Arbeitslast basiert auf der Arbeitslast des Chips, des Flash-Schnittstellenmoduls (FIM), des Caches und/oder der Paritätsprüfungs-Engine. Die Steuerung ist eingerichtet, um zu bestimmen, dass eine Vielzahl von physischen Blöcken die geringste Arbeitslast aufweist, wobei der erste physische Block eine geringere Anzahl von Programmlöschzyklen verglichen mit einem Rest der Vielzahl von physischen Blöcken aufweist. Die Steuerung ist ferner eingerichtet, um den Abnutzungsausgleich über physische Blöcke der Speichervorrichtung hinweg beizubehalten. Der Zonenöffnungsbefehl wird in einer Übermittlungswarteschlange empfangen, und wobei die Steuerung eingerichtet ist, um alle Zonenanhängebefehle oder Zonenlesebefehle vor dem Zonenöffnungsbefehl zu verarbeiten.
In einer anderen Ausführungsform weist eine Datenspeicherungsvorrichtung auf: eine Speichervorrichtung; und eine Steuerung, die mit der Speichervorrichtung gekoppelt ist, wobei die Steuerung eingerichtet ist zum: Bewerten einer Vielzahl von Befehlen, die in einer Übermittlungswarteschlange empfangen werden; Bestimmen, dass ein Befehl der Vielzahl von Befehlen ein Zonenöffnungsbefehl ist; Bewerten eines Backends der Speichervorrichtung, um eine Arbeitslast der verfügbaren Chips der Speichervorrichtung zu bestimmen; Öffnen einer neuen Zone basierend auf der Bewertung des Backends der Speichervorrichtung; und Routen von Daten, die dem Zonenöffnungsbefehl zugeordnet sind, in die neue Zone. Die Steuerung ist ferner eingerichtet, um nach dem Öffnen der neuen Zone eine Tabelle mit den Logikblockadressen zu aktualisieren. Die Steuerung ist ferner eingerichtet, um Zonenlesebefehle und Zonenanhängebefehle vor dem Öffnen der neuen Zone an das Backend zu leiten. Die Bewertung erfolgt auf einer Flash-Translation-Layer (FTL). Der Zonenöffnungsbefehl ist ein Zonenbefehl mit Nullversatz.
In einer anderen Ausführungsform weist eine Datenspeicherungsvorrichtung auf: Speichermittel; eine Steuerung, die mit den Speichermitteln gekoppelt ist, wobei die Steuerung eingerichtet ist zum: Empfangen eines Zonenöffnungsbefehls; Bestimmen, dass mehrere Backend-Einheiten der Speichermittel für ein Zonenöffnen in Frage kommen und die gleiche Menge an Arbeitslast in den Backend-Einheiten aufweisen; Bestimmen, dass eine erste Backend-Einheit der mehreren Backend-Einheiten eine geringere Anzahl von Programmlöschzyklen aufweist als ein Rest der in Frage kommenden mehreren Backend-Einheiten; und Öffnen einer neuen Zone in der ersten Backend-Einheit. Die Steuerung ist ferner eingerichtet, um Zonenanhängebefehle an eine zweite Backend-Einheit zu leiten, die sich von der ersten Backend-Einheit unterscheidet. Die Steuerung ist ferner eingerichtet, um Zonenlesebefehle an eine dritte Backend-Einheit zu leiten, die sich von der ersten Backend-Einheit unterscheidet. Die Steuerung ist ferner eingerichtet, um die Zonenanhängebefehle und die Zonenlesebefehle an die zweite Backend-Einheit bzw. die dritte Backend-Einheit zu leiten, bevor bestimmt wird, dass mehrere Backend-Einheiten der Speichermittel in Frage kommen. Die Steuerung ist ferner eingerichtet, um eine Übermittlungswarteschlange zu durchsuchen, um den Zonenöffnungsbefehl und jeden Zonenanhängebefehl oder jeden Zonenlesebefehl zu finden.
Während sich das Vorstehende auf Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bezieht, können andere und weitere Ausführungsformen der Offenbarung ausgearbeitet werden, ohne vom grundlegenden Schutzumfang davon abzuweichen, und der Schutzumfang wird durch die nachstehenden Ansprüche bestimmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 17338464 [0001]

Claims

Datenspeicherungsvorrichtung, aufweisend: eine Speichervorrichtung; und eine Steuerung, die an die Speichervorrichtung gekoppelt ist, wobei die Steuerung eingerichtet ist zum: Empfangen eines Zonenöffnungsbefehls; und Erstellen einer Zone aus einem ersten physischen Block der Speichervorrichtung, wobei die erstellte Zone einem physischen Block entspricht, der die geringste Arbeitslast in der Speichervorrichtung empfangen hat.
Datenspeicherungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner eingerichtet ist, um eine Vielzahl von Zonenbefehlen zu empfangen, wobei mindestens einer der Vielzahl von Zonenbefehlen der Zonenöffnungsbefehl ist.
Datenspeicherungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei mindestens ein erster Befehl der Vielzahl von Befehlen ein Zonenlesebefehl ist, wobei die Steuerung ferner eingerichtet ist, um den Zonenlesebefehl vor dem Zonenöffnungsbefehl zu verarbeiten.
Datenspeicherungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei mindestens ein erster Befehl der Vielzahl von Befehlen ein Zonenanhängebefehl ist, wobei die Steuerung ferner eingerichtet ist, um den Zonenanhängebefehl vor dem Zonenöffnungsbefehl zu verarbeiten.
Datenspeicherungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Arbeitslast auf einer Menge von Lese- und Schreibaktivitäten für den physischen Block basiert.
Datenspeicherungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Zonenöffnungsbefehl verarbeitet wird, nachdem alle Zonenanhänge- oder Zonenlesebefehle mit dem Ausführen begonnen haben.
Datenspeicherungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die geringste Arbeitslast auf Chip-Arbeitslast, Flash-Schnittstellenmodul-Arbeitslast (FIM-Arbeitslast), Cache-Arbeitslast und/oder Paritätsprüfungs-Engine-Arbeitslast basiert.
Datenspeicherungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um zu bestimmen, dass eine Vielzahl von physischen Blöcken die geringste Arbeitslast aufweist, wobei der erste physische Block eine geringere Anzahl von Programmlöschzyklen verglichen mit einem Rest der Vielzahl von physischen Blöcken aufweist.
Datenspeicherungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner eingerichtet ist, um einen Abnutzungsausgleich über physische Blöcke der Speichervorrichtung hinweg beizubehalten.
Datenspeicherungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Zonenöffnungsbefehl in einer Übermittlungswarteschlange empfangen wird, und wobei die Steuerung eingerichtet ist, um alle Zonenanhängebefehle oder Zonenlesebefehle vor dem Zonenöffnungsbefehl zu verarbeiten.
Datenspeicherungsvorrichtung, aufweisend: eine Speichervorrichtung; und eine Steuerung, die an die Speichervorrichtung gekoppelt ist, wobei die Steuerung eingerichtet ist zum: Bewerten einer Vielzahl von Befehlen, die in einer Übermittlungswarteschlange empfangen wurden; Bestimmen, dass ein Befehl der Vielzahl von Befehlen ein Zonenöffnungsbefehl ist; Bewerten eines Backends der Speichervorrichtung, um eine Arbeitslast der verfügbaren Chips der Speichervorrichtung zu bestimmen; Öffnen einer neuen Zone basierend auf der Bewertung des Backends der Speichervorrichtung; und Leiten von Daten, die dem Zonenöffnungsbefehl zugeordnet sind, an die neue Zone.
Datenspeicherungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Steuerung ferner eingerichtet ist, um nach dem Öffnen der neuen Zone eine Tabelle mit den Zonen und Logikblockadressen zu aktualisieren.
Datenspeicherungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Steuerung ferner eingerichtet ist, um Zonenlesebefehle und Zonenanhängebefehle vor dem Öffnen der neuen Zone an das Backend zu leiten.
Datenspeicherungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Bewertung in einer Flash-Translation-Layer (FTL) erfolgt.
Datenspeicherungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Zonenöffnungsbefehl ein Zonenbefehl mit Nullversatz ist.
Datenspeicherungsvorrichtung, aufweisend: Speichermittel; eine Steuerung, die an die Speichermittel gekoppelt ist, wobei die Steuerung eingerichtet ist zum: Empfangen eines Zonenöffnungsbefehls; Bestimmen, dass mehrere Backend-Einheiten der Speichermittel für ein Zonenöffnen in Frage kommen und eine gleiche Menge an Arbeitslast in den Backend-Einheiten aufweisen; Bestimmen, dass eine erste Backend-Einheit der mehreren Backend-Einheiten eine geringere Anzahl von Programmlöschzyklen verglichen mit dem Rest der in Frage kommenden mehreren Backend-Einheiten aufweist; und Öffnen einer neuen Zone in der ersten Backend-Einheit.
Datenspeicherungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Steuerung ferner eingerichtet ist, um Zonenanhängebefehle an eine zweite Backend-Einheit zu leiten, die sich von der ersten Backend-Einheit unterscheidet.
Datenspeicherungsvorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Steuerung ferner eingerichtet ist, um Zonenlesebefehle an eine dritte Backend-Einheit zu leiten, die sich von der ersten Backend-Einheit unterscheidet.
Datenspeicherungsvorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Steuerung ferner eingerichtet ist, um die Zonenanhängebefehle und die Zonenlesebefehle an die zweite Backend-Einheit bzw. die dritte Backend-Einheit zu leiten, bevor bestimmt wird, dass mehrere Backend-Einheiten der Speichermittel in Frage kommen.
Datenspeicherungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Steuerung ferner eingerichtet ist, um eine Übermittlungswarteschlange zu durchsuchen, um den Zonenöffnungsbefehl und jeden Zonenanhängebefehl oder jeden Zonenlesebefehl zu finden.