JP2005122529A - Semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体を使用したメモリ装置に関し、詳しくは、半導体メモリとして不揮発性メモリ(フラッシュメモリ等)を用いたメモリカード等の半導体メモリ装置に関するものである。 The present invention relates to a memory device using a semiconductor, and more particularly to a semiconductor memory device such as a memory card using a nonvolatile memory (flash memory or the like) as a semiconductor memory.
従来の半導体メモリ装置は、一般的に図4に示すようにコントローラ506と不揮発性メモリ507とから構成され、ホスト501からの読み書き指示に応じてデータの読み書きを行う。コントローラ506の内部は、ホストインタフェース502、不揮発性メモリインタフェース505、読み書き制御を行う制御部503、論理アドレスを不揮発性メモリ507の物理アドレスに変換する変換テーブル(以降、論物変換テーブルと称し、図5に相当する概念図を示す)を格納する揮発性メモリ(RAM)504から構成される。なお、論理アドレスとは、ホスト501が指示するアドレスであり、論理空間内の記憶位置を指示するものであり、物理アドレスとは、不揮発性メモリ507上で定義された物理的な記憶位置を指示するものである。また、論物変換テーブルは、不揮発性メモリ(フラッシュメモリ)507の書き換えの制約(通常10万回程度の寿命)に対し、書き換え集中(特定の物理アドレスばかりを書き換えること)を回避するために設けられている。因みに、この回避のことをウェアレベリングと言う。図5に示す様に、論物変換テーブル601は、0〜8027の論理アドレスに対して、実際の不揮発性メモリ上の物理アドレスをb0〜b12の13ビットで対応付けする。ここで、不揮発性メモリの物理空間が8192ブロックを有しているにも関わらず、論理空間として8028ブロックを割り当てている。以下、その理由を述べる。
A conventional semiconductor memory device generally includes a
一般に不揮発性メモリには、工場出荷時に既に不良となっているブロック、またその後の使用によって不良となってしまうブロックが存在する。その発生確率はフラッシュメモリによって様々であるが、ここでは不揮発性メモリ全体で、例えば2%以下の保証とする。不良ブロックには、良ブロックと置き換えて管理する代替処理が行われる。そのために、代替処理用のブロックをマージンとして確保する必要がある。 In general, a non-volatile memory includes a block that is already defective when shipped from the factory and a block that becomes defective due to subsequent use. The probability of occurrence varies depending on the flash memory, but here the entire nonvolatile memory is assumed to be, for example, 2% or less. The defective block is subjected to substitution processing that is managed by replacing it with the good block. Therefore, it is necessary to secure a block for alternative processing as a margin.
従って、図4,5に示した例では、8192ブロック×0.02≒164ブロックのマージンを確保するため、利用可能なブロック数は、8192−164=8028ブロックとなる。 Therefore, in the example shown in FIGS. 4 and 5, the margin of 8192 blocks × 0.02≈164 blocks is secured, and the number of usable blocks is 8192-164 = 8028 blocks.
一方、近年のメモリカードの大容量化に伴い、不揮発性メモリ(フラッシュメモリ)を管理する論物変換テーブルのサイズがコスト上の課題となってきており、論物変換テーブルのサイズ、即ち揮発性メモリ(RAM)504のサイズを小さくできる方法が提案されてきている(例えば、特許文献1参照)。 On the other hand, with the recent increase in capacity of memory cards, the size of the logical / physical conversion table for managing the non-volatile memory (flash memory) has become a cost issue. A method that can reduce the size of the memory (RAM) 504 has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載された発明のポイントを表したものが図6である。図4に示した半導体メモリ装置と大きく異なる点は、論理空間の中の各論理アドレス範囲毎に論物変換テーブル(論物変換テーブル用ブロック304〜307)を不揮発性メモリ(フラッシュメモリ)303に記憶しておき、ホスト501が指示した論理アドレスに応じて対応する物理領域内の論物変換テーブルを揮発性メモリ(RAM)301に読み出し、変換処理を行った後に、所望のデータを不揮発性メモリ(フラッシュメモリ)303の所望の物理アドレスに記憶する。各論理アドレス範囲は不揮発性メモリ(フラッシュメモリ)303を物理領域A’〜物理領域D’に対応して区分される。それぞれ論理アドレス範囲毎に不揮発性メモリ(フラッシュメモリ)303を分割管理することにより、揮発性メモリ(RAM)301のサイズを小さくすることができる。ここで、物理アドレスとは、消去単位である消去ブロックの物理アドレスであり、1ブロックを16KBとする。また不揮発性メモリ(フラッシュメモリ)303の全サイズを128MBとする。従って物理空間をブロック数で表すと8192ブロックとなり物理領域A’〜物理領域D’の各々のサイズは2048ブロックとなる。また、不良ブロックに対するマージンを考慮して、物理領域A’〜物理領域D’の各物理ブロック数(2048ブロック)に対して論理ブロック数は1883ブロックとなっている。
FIG. 6 shows the points of the invention described in
従って、図7に示すように、論物変換テーブル401は、0〜1882の論理アドレスに対して、b0〜b10の11ビットの物理アドレスが対応付けられる。よって、図5に示した論物変換テーブル601が8028×13ビットであったのに対し、論物変換テーブル401は1883×11ビットと大幅に削減することができる。
しかしながら、図6,7に示した従来の半導体メモリ装置のように不揮発性メモリを分割管理することで、論物変換テーブルのサイズを減らし、これを格納する揮発性メモリ(RAM)を小さくできる反面、データを格納する不揮発性メモリの論理空間が小さくなるという課題があった。以下、その理由を説明する。 However, by dividing and managing the nonvolatile memory as in the conventional semiconductor memory device shown in FIGS. 6 and 7, the size of the logical-physical conversion table can be reduced, and the volatile memory (RAM) for storing it can be reduced. There is a problem that the logical space of the nonvolatile memory for storing data becomes small. The reason will be described below.
例えば、不揮発性メモリ(フラッシュメモリ)303全体で、不良ブロックの発生率が2%以下の保証とする。即ち、書き換え寿命(通常10万回程度の寿命)までに、全ブロック数において最大2%が不良ブロックになってしまう可能性がある。このような状態を回避するために一般的に不良ブロックの代替、即ち書き込み時等に不良ブロックと判定されたブロックを良ブロックに書き直す手段がとられる。この代替ブロックの領域は不揮発性メモリ(フラッシュメモリ)303中の特定の物理的固定領域(図示はしていない)に設けられることもあるが、物理的に固定化すると必然的にこの固定領域の書き換え頻度が多くなりウェアレベリング上好ましくないので、物理領域A’〜物理領域D’毎に代替管理する方が望ましい。その為(代替ブロックのマージンをとった為)、物理領域A’〜物理領域D’の各物理ブロック数が2048個に対して論理ブロック数が1883個と小さくなっている。ここで1883個とした算出基準であるが、不揮発性メモリ(フラッシュメモリ)303全体で2%を保証する場合においては、例えば物理領域A’のみで全体の2%の不良ブロックが発生し、その他の領域では不良ブロックが発生しないような状態であっても保証する必要がある為、各物理領域に対応する論理アドレスサイズは、8192ブロック×0.02≒164ブロックとして求めたブロック数分、各物理領域にマージンをとることとなり、その結果1883ブロック(2048−(164+1)=1883)となる。なお、1ブロック分の加算は、論物変換テーブル用ブロック数に対応するデータ領域が必要なので、その分を考慮している。その結果、図4に示す例では8028ブロックであったデータ領域(データを格納する論理空間)が、1883×4=7532ブロックと小さくなってしまう。 For example, in the entire nonvolatile memory (flash memory) 303, it is assumed that the occurrence rate of defective blocks is 2% or less. That is, there is a possibility that a maximum of 2% of the total number of blocks will be defective blocks by the rewrite life (usually about 100,000 cycles). In order to avoid such a state, generally, a means for replacing a defective block, that is, a means for rewriting a block determined to be a defective block at the time of writing into a good block is taken. The area of this alternative block may be provided in a specific physical fixed area (not shown) in the nonvolatile memory (flash memory) 303. Since the frequency of rewriting increases and this is not preferable in terms of wear leveling, it is preferable to perform alternative management for each of the physical areas A ′ to D ′. For this reason (because the margin of the alternative block is taken), the number of physical blocks in the physical area A ′ to physical area D ′ is 2048 and the number of logical blocks is as small as 1883. Here, the calculation standard is 1883. In the case where 2% is guaranteed for the entire nonvolatile memory (flash memory) 303, for example, only 2% of the defective blocks are generated only in the physical area A ′. Therefore, the logical address size corresponding to each physical area is equal to the number of blocks obtained as 8192 blocks × 0.02≈164 blocks. A margin is taken in the physical area, resulting in 1883 blocks (2048- (164 + 1) = 1888). Note that the addition for one block requires a data area corresponding to the number of blocks for the logical-physical conversion table. As a result, the data area (logical space for storing data), which is 8028 blocks in the example shown in FIG. 4, becomes 1883 × 4 = 7532 blocks.
本発明は、論物変換テーブルのサイズを小さくしながらも、データを格納する論理空間をより大きくする半導体メモリ装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device in which a logical space for storing data is increased while reducing the size of a logical-physical conversion table.
上記目的を達成するために本発明は、不揮発性メモリを複数の物理領域に分割して制御する半導体メモリ装置であって、複数の物理領域に対応する複数の論理アドレス範囲において、論理アドレスを物理アドレスに変換する際に用いられ、各々の物理領域に保存される複数の論物変換テーブルと、複数の論物変換テーブルの少なくとも1つを格納する領域が確保される揮発性メモリと、論理アドレスが与えられた場合に対応する論理アドレス範囲の論物変換テーブルを用いて、物理アドレスに変換する論物変換手段とを備え、論理アドレス範囲は物理領域毎に保証される良ブロック率により決定されるものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor memory device for controlling a nonvolatile memory by dividing it into a plurality of physical areas, wherein physical addresses are physically allocated in a plurality of logical address ranges corresponding to the plurality of physical areas. A plurality of logical-physical conversion tables used for conversion to an address and stored in each physical area; a volatile memory in which an area for storing at least one of the plurality of logical-physical conversion tables is secured; and a logical address Logical-address range logical-physical conversion table corresponding to the logical address range, and a logical-physical conversion means for converting the physical address into a physical address. The logical address range is determined by the good block rate guaranteed for each physical area. Is.
本発明によれば、不揮発性メモリ(フラッシュメモリ)を分割した物理領域毎に、所定の良ブロック率を保証するように決定された論理アドレス範囲(論理ブロック数)を対応づけるので、良ブロック率を所望値以上とした上で、データを格納する不揮発性メモリ(フラッシュメモリ)の論理空間をより大きくすることができる。 According to the present invention, a logical block range (number of logical blocks) determined so as to guarantee a predetermined good block rate is associated with each physical area obtained by dividing the nonvolatile memory (flash memory). Can be made larger than the desired value, and the logical space of the nonvolatile memory (flash memory) for storing data can be made larger.
本発明の請求項1に係る発明は、不揮発性メモリを複数の物理領域に分割して制御する半導体メモリ装置であって、前記複数の物理領域に対応する複数の論理アドレス範囲において、論理アドレスを物理アドレスに変換する際に用いられ、各々の物理領域に保存される複数の論物変換テーブルと、前記複数の論物変換テーブルの少なくとも1つを格納する領域が確保される揮発性メモリと、論理アドレスが与えられた場合に対応する論理アドレス範囲の論物変換テーブルを用いて、物理アドレスに変換する論物変換手段とを備え、
前記論理アドレス範囲は、物理領域毎に保証される良ブロック率により決定されるものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor memory device for controlling a nonvolatile memory by dividing it into a plurality of physical areas, wherein a logical address is assigned in a plurality of logical address ranges corresponding to the plurality of physical areas. A plurality of logical-physical conversion tables used for conversion into physical addresses and stored in each physical area; a volatile memory in which an area for storing at least one of the plurality of logical-physical conversion tables is secured; Logical-to-physical conversion means for converting into a physical address using a logical-to-physical conversion table corresponding to a logical address range when a logical address is given,
The logical address range is determined by a good block rate guaranteed for each physical area.
また、請求項2に係る発明は、上記発明において、前記複数の物理領域は略同一サイズであり、不良ブロックの代替処理は各々の論理アドレス範囲内で行うことを特徴とする。 The invention according to claim 2 is characterized in that, in the above invention, the plurality of physical areas have substantially the same size, and the replacement processing of the defective block is performed within each logical address range.
また、請求項3に係る発明は、上記発明において、物理領域のブロック数をPB、保証する不良ブロック率をR、係数をαとした場合に、前記論理アドレス範囲は、略PB×(1−R×α)とし、前記係数αは、全物理空間のブロック数/PB=N≫α≧1であって、全物理空間の不良ブロック分布に基づき決定されることを特徴とする。 In the invention according to claim 3, in the above invention, when the number of blocks in the physical area is PB, the guaranteed bad block rate is R, and the coefficient is α, the logical address range is approximately PB × (1− R × α), and the coefficient α is characterized in that the number of blocks in the entire physical space / PB = N >> α ≧ 1, and is determined based on the defective block distribution in the entire physical space.
これらにより、論物変換テーブルのサイズを小さくしながら、不良ブロック分布を考慮した論理アドレス範囲とすることができるので、データを格納するための論理空間を拡大することができる。 As a result, the logical address range in consideration of the defective block distribution can be obtained while reducing the size of the logical-physical conversion table, so that the logical space for storing data can be expanded.
以下、本発明の実施の形態による半導体メモリ装置について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, semiconductor memory devices according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1による半導体メモリ装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態による半導体メモリ装置は、コントローラ102と不揮発性メモリ103から構成され、ホスト501からの指示に応じてデータの読み書きが行われる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention. The semiconductor memory device according to this embodiment includes a
コントローラ102は、少なくとも1つの論物変換テーブルを格納する揮発性メモリ(RAM)101、ホスト501とコマンドやデータを送受信するホストインタフェース502、コマンドなどに基づき読み書きの制御や、論物変換テーブルを用いて論理アドレスを物理アドレスに変換する変換手段としての動作を行う制御部503、不揮発性メモリ103とデータを送受信する不揮発性メモリインタフェース505を有する。
The
不揮発性メモリ103は、複数の物理領域に分割して管理される。図1の例では、不揮発性メモリ103の全物理空間8192ブロックを4等分して、各々2048ブロックの物理領域(物理空間側の破線矢印で区切られた区間)としている。各物理領域には、論物変換テーブル用ブロック104〜107が割り当てられる。また、図1において論理空間側の破線矢印で4つに区切られた区間が論理アドレス範囲であり、1つの論物変換テーブルが管理する範囲である。また、各物理領域が、良ブロックの保証範囲であり、不良ブロックが存在する場合に行われる代替処理は、各々の論理アドレス範囲内で行われる。
The
図2は、論物変換用テーブル用ブロック104〜107に保存される論物変換テーブルの形態を示す概念図である。201が論物変換テーブルであり、0〜2006の論理アドレスに対応して11ビット(b0〜b10)の物理アドレスが割り当てられている。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing the format of the logical / physical conversion table stored in the logical / physical conversion table blocks 104 to 107.
不揮発性メモリ103は、4つの物理領域(物理領域A〜物理領域D)に分割されており、それぞれの物理領域毎に不良ブロック率が所定の値以下(例えば、2%以下)となるように保証される。別の言い方をすれば、フラッシュメモリメーカが、例えば不良ブロック率が2%以下を保証できる領域に分割すると(この場合4分割)、ひとつの領域が2048の物理ブロックアドレスとなる。これらの領域への書き込み処理等によって不良ブロックが生じた場合、上述したように物理領域A〜物理領域D毎に代替処理する。その為(代替ブロックのマージンをとった為)、物理領域A〜物理領域Dの各物理ブロック数が2048個に対して、論理ブロック数が2007個となる。
The
即ち、対象となる物理領域のブロック数PB=2048、保証する不良ブロック率R=0.02(2%)、係数をα=1とした場合に、論理アドレス範囲(論理ブロック数)は、PB×(1−R×α)=2048×(1−0.02×1)≒2007となる。なお、係数αは、全物理空間のブロック数/PB=N≫α≧1であって、全物理空間の不良ブロック分布に基づき決定されるものである。図1に示した例では、N=8192/2048=4≫α≧1となり、1以上4未満の値を取る。 That is, when the number of blocks in the target physical area PB = 2048, the guaranteed bad block rate R = 0.02 (2%), and the coefficient α = 1, the logical address range (the number of logical blocks) is PB X (1−R × α) = 2048 × (1−0.02 × 1) ≈2007. The coefficient α is the number of blocks in the entire physical space / PB = N >> α ≧ 1, and is determined based on the defective block distribution in the entire physical space. In the example shown in FIG. 1, N = 8192/2048 = 4 >> α ≧ 1, and takes a value of 1 or more and less than 4.
このαは、不良ブロック分布に基づき決定される。例えば、図3の(a)〜(c)に示す通り、全領域では、それぞれ平均不良ブロック率が2%以下であるにも関わらず、1つ1つの物理領域で保証され得る不良ブロック率は、大きく異なる。そこで、この不良ブロック分布を考慮して係数αを決定する。図3(a)では、1つの物理領域の不良率が8%弱と大きく偏るので、α≒4とおおよそ最悪値となり、従来のものと差が少なくなる。一方、図3(b)では、分散が中程度であるので、α≒1.5程度で保証する論理アドレス範囲を決定することができる。また、図3(c)では、平均化しているので、α≒1とすることができる。この係数は、フラッシュメモリメーカやフッラシュメモリの種類などによって決定される。 This α is determined based on the defective block distribution. For example, as shown in (a) to (c) of FIG. 3, the defective block ratio that can be guaranteed in each physical area is 1% in all areas, although the average defective block ratio is 2% or less. ,to differ greatly. Therefore, the coefficient α is determined in consideration of this defective block distribution. In FIG. 3A, since the defect rate of one physical area is greatly deviated to be slightly less than 8%, α≈4 is approximately the worst value, and the difference from the conventional one is reduced. On the other hand, in FIG. 3B, since the dispersion is medium, it is possible to determine the logical address range to be guaranteed with α≈1.5. Further, in FIG. 3C, since averaging is performed, α≈1 can be set. This coefficient is determined by the type of flash memory manufacturer, flash memory, and the like.
以上のように本実施の形態によれば、不揮発性メモリ103を4分割した物理領域毎に、所定の良ブロック率(不良ブロック率=2%)を保証するように決定された論理アドレス範囲(論理ブロック数2007ブロック)を対応づけるので、良ブロック率を所望値以上とした上で、データを格納する不揮発性メモリ103の論理空間を従来の1883ブロックから2007ブロックと大きくすることができる。
As described above, according to the present embodiment, a logical address range determined to guarantee a predetermined good block rate (bad block rate = 2%) for each physical area obtained by dividing the
なお、図1では、論理アドレス範囲(ひとつの論物変換テーブルが管理する範囲)と物理領域を一対一対応させたが、複数の物理領域に1つの論理アドレス範囲を対応させても構わない。また論物変換テーブル用の領域を別途設けても良い。 In FIG. 1, the logical address range (the range managed by one logical-physical conversion table) and the physical area are associated one-to-one, but one logical address range may be associated with a plurality of physical areas. Further, an area for a logical-physical conversion table may be provided separately.
本発明にかかる半導体メモリ装置は、特に大容量の不揮発性メモリ(フラッシュメモリ)を用いたメモリカード等に有益であり、論物変換テーブルを格納する揮発性メモリ(RAM)の小サイズ化と、不揮発性メモリ(フラッシュメモリ)の論理空間(有効利用領域)の極大化に貢献できる。 The semiconductor memory device according to the present invention is particularly useful for a memory card or the like using a large-capacity nonvolatile memory (flash memory), and the size of a volatile memory (RAM) for storing a logical-physical conversion table is reduced. This contributes to the maximization of the logical space (effective use area) of the nonvolatile memory (flash memory).
101 揮発性メモリ
102 コントローラ
103 不揮発性メモリ
104〜107 論物変換テーブル用ブロック
501 ホスト
502 ホストインタフェース
503 制御部
505 不揮発性メモリインタフェース
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記複数の物理領域に対応する複数の論理アドレス範囲において、論理アドレスを物理アドレスに変換する際に用いられ、各々の物理領域に保存される複数の論物変換テーブルと、
前記複数の論物変換テーブルの少なくとも1つを格納する領域が確保される揮発性メモリと、
論理アドレスが与えられた場合に対応する論理アドレス範囲の論物変換テーブルを用いて、物理アドレスに変換する論物変換手段とを備え、
前記論理アドレス範囲は、物理領域毎に保証される良ブロック率により決定される半導体メモリ装置。 A semiconductor memory device for controlling a nonvolatile memory by dividing it into a plurality of physical areas,
A plurality of logical-physical conversion tables used when converting logical addresses into physical addresses in a plurality of logical address ranges corresponding to the plurality of physical areas, and stored in each physical area;
A volatile memory in which an area for storing at least one of the plurality of logical-physical conversion tables is secured;
Logical-to-physical conversion means for converting into a physical address using a logical-to-physical conversion table corresponding to a logical address range when a logical address is given,
The semiconductor memory device, wherein the logical address range is determined by a good block rate guaranteed for each physical area.
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