JP2008052728A - フラッシュメモリシステム及びそのプログラム方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 フラッシュメモリシステム及びそのプログラム方法を提供する。
【解決手段】 ホストから伝送される保存データを一時保存する複数のバッファを備えるバッファ部と、複数のメモリセルアレイを備える少なくとも一つのフラッシュメモリチップを備える複数のチャンネル部と、バッファ部に保存されたデータが複数のチャンネル部に順次に伝送されるように制御し、伝送された保存データがチャンネル部に備えられたフラッシュメモリチップのメモリセルアレイに記録されるように制御する制御部と、を備えることを特徴とするフラッシュメモリシステムである。これにより、複数のバッファを利用して各チャンネル部にデータを順次に伝送すると同時に、ホストから伝送されるデータを保存することによって全体帯域幅を増大させ、かつデータの記録速度を向上させうる。
【選択図】 図4

Description

本発明は、メモリ装置及びそのプログラム方法に係り、さらに詳細には、複数のバッファを利用して各チャンネル部にデータを順次に伝送すると同時に、ホストから伝送されるデータを保存することによって全体帯域幅を増大させ、データの記録速度を向上させるフラッシュメモリシステム及びそのプログラム方法に関する。
フラッシュメモリは、電気的にデータを削除または記録できる不揮発性記憶素子であって、セルとビットラインとの連結状態によって、NOR型とNAND型とに区分される。
NANDフラッシュメモリは、情報を保存するための保存領域であってメモリセルアレイを備え、メモリセルアレイは、複数のセルストリング(またはNANDストリングと呼ばれる)で形成されている。メモリセルアレイに/からデータを保存/読出するために、フラッシュメモリには、ページレジスタ回路が提供される。公知されたように、NANDフラッシュメモリのメモリセルは、F−N(Folwer−Nordheim)トンネリング電流を利用して消去及びプログラムされる。
データをメモリセルアレイに保存するためには、まず書き込み(Write)命令がフラッシュメモリに与えられ、アドレス及びデータがフラッシュメモリに連続的に入力される。一般的に、プログラムされるデータは、バイトまたはワード単位でページレジスタ回路に順次に伝えられる。プログラムされるデータ、すなわち、1ページ分量のデータが何れもページレジスタ回路にロードされれば、ページレジスタ回路に保管されたデータは、プログラム命令によってメモリセルアレイに同時にプログラムされる。
このようなフラッシュメモリシステムの記録速度を向上させるために、従来には、各チャンネルごとに複数のフラッシュメモリチップを利用してチップの間にインターリーブ方式を適用してページデータをプログラムするか、またはチャンネルの数を増加させて各チャンネルに保存するページデータを割り当てる方法が提案されたことがある。
図1は、従来の技術による複数のフラッシュメモリチップを利用した2チャンネル方式のフラッシュメモリシステムの構成を示す図であり、図2は、図1のフラッシュメモリシステムに記録するデータを伝送する順序を示す図である。
図1を参照するに、従来の技術による2チャンネル方式のフラッシュメモリシステム20は、ホスト10と通信を行って記録するデータを伝送されるホストインターフェース部21、伝送されたデータを保存するバッファ部22、制御部24及び第1ないし第4フラッシュメモリチップ25,26,27,28を備える。ここで、第1及び第2フラッシュメモリチップ25,26は、第1チャンネル部CH1を構成し、第3及び第4フラッシュメモリチップ27,28は、第2チャンネル部CH2を構成する。
ホスト10は、記録するデータを所定サイズのデータ単位で分離して伝送する。ホスト10から伝送されてバッファ部22に一時保存されたデータは、第1及び第2チャンネル部CH1,CH2のそれぞれに割当てられて保存される。例えば、図2を参照するに、ホスト10から2個の2KbyteのページデータP1,P2を備える4Kbyteサイズのクラスターが伝送されれば、第1ページデータP1の第1Byteは、第1チャンネル部CH1に割当てられて保存され、第1ページデータP1の第2Byteは、第2チャンネル部CH2に割当てられて保存される。第1ページのデータP1のサイズほど第1チャンネル部CH1と第2チャンネル部CH2とに何れも割当てられれば、第2ページの各Byteデータが第1チャンネル部CH1と第2チャンネル部CH2とにそれぞれ割当てられる。具体的に、ホストから伝送された第1の4Kbyteのクラスターデータは、第1チャンネル部CH1の第1フラッシュメモリチップ25と第2チャンネル部CH2の第3フラッシュメモリチップ27とにByteずつ分けられて保存され、ホストから伝送された第2の4Kbyteのクラスターデータは、第1チャンネル部CH1の第2フラッシュメモリチップ26と第2チャンネル部CH2の第4フラッシュメモリチップ28とにByteずつ分けられて保存される。また、各チャンネル部CH1,CH2は、インターリーブ方式を適用してその内部に備えられたフラッシュメモリチップのそれぞれに2Kbyteサイズのページデータを記録する。ホストから伝送された第1の4KbyteのクラスターデータがByteずつ分離されて、第1チャンネル部CH1の第1フラッシュメモリチップ25と第2チャンネル部CH2の第3フラッシュメモリチップ26とのメモリセルアレイに記録される間に、ホストから伝送された第2の4Kbyteのクラスターデータを第2チャンネル部CH2の第2フラッシュメモリチップ26と第2チャンネル部CH2の第4フラッシュメモリチップ28との内部バッファに記録する動作を行う。すなわち、第1チャンネル部CH1の第1フラッシュメモリチップ25と第2フラッシュメモリチップ26とでインターリーブ動作を行い、第2チャンネル部CH2の第3フラッシュメモリチップ27と第4フラッシュメモリチップ28とでインターリーブ動作を行う。このような従来の技術によれば、一つのチャンネル部のみを有するフラッシュメモリシステムでチャンネル拡張(ビット拡張)を通じて2Kbyteのデータが記録される時間に2倍の4Kbyteのデータを記録しうる。
しかし、従来の技術によれば、同一チャンネル上に備えられたチップの間にインターリーブ方式を適用するか、チャンネルを拡張する場合にも、データ記録速度の向上には限界がある。1つのチャンネルに備えられた複数のメモリセルアレイや複数のフラッシュメモリチップにインターリーブ方式でデータを記録する場合に、フラッシュメモリチップ固有の記録時間tWCによって帯域幅が制限される。例えば、1byteデータの記録時間tWCが25nsとすれば、インターリーブ方式を適用して帯域幅を向上させた場合にも、可能な最大帯域幅は、40MB/s(=1byte/25ns)に制限される。また、帯域幅の拡張のためにチャンネル数を増加させる場合には、ホストからフラッシュメモリシステムに伝送されるデータの大きさが増大し、これによりホストから伝送されるデータを一時保存するバッファのサイズが増大するという問題点がある。前記例で、2個のチャンネル部CH1,CH2を備えるフラッシュメモリシステム20の場合、各チャンネル部CH1,CH2に割当てられる2Kbyteのページデータを提供するために、ホスト10は、4Kbyteのデータ単位を伝送せねばならず、インターリーブのために、バッファは、最小8Kbyteの大きさ(4Kbyte*2)にならねばならない。また、物理的なデータアクセス単位が増加してクラスターギャップが発生しうる。例えば、実際記録するデータが2Kbyteに過ぎない場合にも、ホスト10では、4Kbyteの大きさのクラスター単位でデータを伝送することによって、クラスターの内部に空の空間が発生しうる。
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであって、ホストから伝送されるデータの大きさを増大させず、記録速度及び帯域幅を向上させるフラッシュメモリ装置及びそのプログラム方法を提供することを目的とする。
前記目的を解決するために、本発明によるフラッシュメモリシステムは、ホストから伝送される保存データを一時保存する複数のバッファを備えるバッファ部と、複数のメモリセルアレイを備える少なくとも一つのフラッシュメモリチップを備える複数のチャンネル部と、前記バッファ部に保存された前記保存データが前記複数のチャンネル部に順次に伝送されるように制御し、前記伝送された保存データが前記チャンネル部に備えられたフラッシュメモリチップのメモリセルアレイに記録されるように制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
前記制御部は、前記複数のバッファのうち一つのバッファは、一時保存されたデータを前記チャンネル部に伝送すると同時に、他の一つのバッファは、前記ホストから伝送されるデータを保存するように制御することが望ましい。
前記バッファ部は、前記複数のチャンネル部の数をn(nは、整数)とするとき、(n+1)個のバッファを備えることが望ましい。
前記バッファは、少なくとも前記メモリセルアレイに記録される一つのページを保存しうる保存容量を有することが望ましい。
前記複数のチャンネル部の数をn(nは、整数)、前記メモリセルアレイに記録される一つのページサイズをsとするとき、前記バッファ部に備えられたバッファの総保存容量は、少なくともs×(n+1)であることが望ましい。
前記制御部は、前記複数のチャンネル部を独立的に制御するために、前記複数のチャンネル部のそれぞれに連結された複数のメモリ制御部を備え、前記各チャンネル部に連結されたメモリ制御部は、同一チャンネル上の前記メモリセルアレイに前記バッファから伝送されたデータをインターリーブ方式で記録することが望ましい。
本発明によるフラッシュメモリシステムのプログラム方法は、ホストから伝送されて複数のバッファに保存されたデータを、複数のメモリセルアレイを備える少なくとも一つのフラッシュメモリチップを備える複数のチャンネル部に順次に伝送し、前記バッファのうち空のバッファに前記ホストから伝送されるデータを保存するステップと、前記伝送された保存データを前記各チャンネル部に備えられたフラッシュメモリチップのメモリセルアレイに記録するステップとを含むことを特徴とする。
本発明によれば、ホストからフラッシュメモリシステムに伝送されるデータの大きさを増大させず、ホストとフラッシュメモリ装置との帯域幅及び記録速度を向上させうる。
また、本発明によれば、ホストからフラッシュメモリシステムに伝送されるデータの大きさが小さいので、データアクセス単位の増加によるクラスターギャップの発生を減らせる。また、本発明によれば、各チャンネル部のオーバーラッピング記録動作によって大量のバルクデータを効率的に処理しうる。
また、本発明によれば、既存の一つのチャンネルに通例的なビット拡張(チャンネル拡張)の方法を適用して帯域幅を増大させうる。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。
図3は、本発明によるフラッシュメモリシステムを示すブロック図である。図3を参照するに、本発明によるフラッシュメモリシステム300は、ホストインターフェース部320、複数のバッファ331ないし335を備えるバッファ部330、制御部340及び複数のフラッシュメモリチップ351,352,353,354を備える。ここで、フラッシュメモリチップ351,352,353,354のそれぞれは、一つのチャンネル部CH1,CH2,CH3,CH4を形成する。図1に示されたものに限定されず、各チャンネル部CH1,CH2,CH3,CH4は、一つ以上のフラッシュメモリチップをさらに備えうる。
ホストインターフェース部320は、ホスト360から伝送されるページデータを伝送順序によって複数のバッファ331ないし335に順次に伝達する。
バッファ部320に備えられた複数のバッファ331ないし335は、ホスト360から伝送されたデータを一時保存し、制御部340の制御によって、保存されたデータを複数のフラッシュメモリチップ351,352,353,354に順次に伝送する。また、複数のバッファ331ないし335のうち空の状態となったバッファには、ホスト360から伝送されるデータが再び保存される。このように、本発明によるフラッシュメモリ装置300は、複数のバッファ331ないし335を備えることによって、制御部340の制御によって何れか一つのバッファに保存されたページデータを複数のフラッシュメモリチップ351,352,353,354に順次に伝送すると同時に、ホスト360から伝送されるページデータを保存することが可能である。
ここで、フラッシュメモリシステム300に備えられたチャンネル部の数をn(nは、整数)とするとき、バッファ331ないし335の数は、(n+1)個であることが望ましい。図3では、フラッシュメモリシステム300に4個のチャンネル部CH1ないしCH4を備えているので、バッファ部330に5個のバッファ331ないし335が備えられた場合を示した。このようにn個のチャンネル部を備えるフラッシュメモリシステムに(n+1)個のバッファを形成する理由は、n個のバッファからチャンネル部にデータが伝送される間に残りの一つのバッファがホストから伝送されるデータを保存できるようにするためである。このように複数のバッファを利用して循環的な構造でホストから伝送されるデータを保存しつつ、チャンネル部に順次にデータを伝送する場合、ホストから伝送されるデータの大きさを増大させずとも、データの記録速度及び帯域幅を向上させうる。すなわち、従来の技術によるフラッシュメモリ装置は、ホストからチャンネル部の数に比例する大きさを有するデータを伝送されて一つのバッファに保存し、チャンネル部にデータを分割して割り当てる方式であるが、本願発明によるフラッシュメモリ装置300は、一つのチャンネル部の記録に必要な大きさのデータを連続的に伝送されて複数のバッファ部に保存した後、これを順次に各チャンネル部に伝達することによって、ホストから伝送されるデータの大きさを増大させず、データ記録速度及び帯域幅を向上させうる。
このために、バッファ331ないし335は、それぞれ少なくとも前記メモリセルアレイに記録される一つのページを保存しうる保存容量を有することが望ましい。また、チャンネル部の数をn(nは、整数)、メモリセルアレイに記録される一つのページサイズをsとするとき、バッファの総保存容量は、少なくともs×(n+1)であることが望ましい。
図4は、図3のフラッシュメモリチップ351,352,353,354の構成を簡略に示すブロック図である。図4で、400で表示されたフラッシュメモリチップは、図3のフラッシュメモリチップ351,352,353,354に対応する。
図4を参照するに、フラッシュメモリチップ400は、k(kは、整数)個のメモリセルアレイ410,420,430及びK個のページレジスタ411,412,413を備える。ここで、一つのフラッシュメモリチップ400内に備えられるメモリセルアレイの数とそれに対応するページレジスタの数とは変更されうる。制御部340は、一つのフラッシュメモリチップ内に備えられた複数のメモリセルアレイにインターリーブ方式でページデータを交互に記録することによって記録速度を向上させうる。
図5は、本発明によるフラッシュメモリシステムに伝送される記録するデータの伝送順序を示す図であり、図6は、図3のフラッシュメモリシステム300の各チャンネル部の動作状態を示すタイミング図である。以下では、図3ないし図6を参照して、本発明によるフラッシュメモリシステム300の記録動作について具体的に説明する。
図5を参照するに、ホスト360は、記録するデータを2Kbyteの大きさのページデータ単位で分離して伝送する。ここで、ホスト360は、記録するページデータをさらに小さいセクター単位に分割して伝送することもある。この場合、ホストインターフェース部320は、分割伝送されたセクター単位のデータを組合わせてフラッシュメモリチップの記録及び読み取り単位であるページデータに形成する。
ホスト360から伝送されたページデータは、その伝送順序によってバッファ331ないし335に順次に保存される。例えば、第1ページデータP1は第1バッファ331、第2ページデータP2は第2バッファ332、第3ページデータP3は第3バッファ333、第4ページデータP4は第4バッファ334、第5ページデータP5は第5バッファ335に保存される。
図6を参照するに、制御部340の制御によって、まず第1バッファ331に保存された第1ページデータP1が第1チャンネル部CH1の第1フラッシュメモリチップ351の内部に備えられた第1メモリセルアレイに記録される。ここで、各フラッシュメモリチップ351,352,353,354は、8個のメモリセルアレイを備えたと仮定する。記録動作は、セットアップ動作とプログラム動作とに分類される。フラッシュメモリチップの内部に備えられたページレジスタにデータをローディングする動作をセットアップ動作とし、セットアップ動作にかかる時間をセットアップ時間とする。また、フラッシュメモリチップの内部のページレジスタにローディングされているページデータをメモリセルアレイにプログラムする動作をプログラム動作と定義し、これにかかる時間をプログラム時間と定義する。
第1ページデータP1が記録される間に第2バッファ332に保存された第2ページデータP2が第2チャンネル部CH2の第2フラッシュメモリチップ352の内部の第1メモリセルアレイに記録される。第2ページデータP2が記録される間に第3バッファ333に保存された第3ページデータP3が第3チャンネル部CH3の第3フラッシュメモリチップ353の内部の第1メモリセルアレイに記録される。第3ページデータP3が記録される間に第4バッファ334に保存された第4ページデータP4が第4チャンネル部CH4の第4フラッシュメモリチップ354の内部の第1メモリセルアレイに記録される。
次いで、第1フラッシュメモリチップ351の内部の第1メモリセルアレイに第1ページデータP1の記録が完了すれば、第5バッファ335に保存された第5ページデータP5が第1チャンネル部CH1の第2メモリセルアレイに記録される。また、第2フラッシュメモリチップ352の内部の第1メモリセルアレイに第2ページデータP2の記録が完了すれば、第1バッファ331に保存された第6ページデータP6が第2フラッシュメモリチップ352の第2メモリセルアレイに記録される。このように、制御部340は、バッファ331ないし335に保存されたページデータを各チャンネル部CH1ないしCH4に順次に割り当て、各チャンネル部CH1ないしCH4の内部に備えられた複数のメモリセルアレイに交互にページデータが記録されるように制御する。すなわち、制御部340は、同一チャンネル内の複数のメモリセルアレイの間にインターリーブ方式で記録動作を制御すると同時に、各チャンネルでの記録動作が互いにオーバーラッピングされるように制御する。前述したように、各記録動作において、バッファに保存されたデータがチャンネル部のページレジスタにローディングされて空の状態となれば、空のバッファにホストから伝送されたデータが保存される。
図6に示したように、4個のチャンネル部CH1ないしCH4に備えられたフラッシュメモリチップのメモリセルアレイに記録動作が行われる場合、バッファ部330への入力は、記録動作速度の約4倍となる。4個のチャンネル部CH1ないしCH4にオーバーラッピングされて記録動作が行われるため、たとえ一つのチャンネル部で行われる記録動作速度が40MB/sとしても、4個のチャンネル部CH1ないしCH4の全体の記録動作速度は、160MB/sとなるので、ホスト360から伝送されてバッファ部330に保存される入力帯域幅は、160MB/sとなる。また、一つのチャンネルにビット拡張(チャンネル拡張)のような既存の方法をそのまま適用しうる。したがって、本発明によれば、ホスト360とフラッシュメモリシステム300との帯域幅が向上する。
本発明はまた、コンピュータで読み取り可能な記録媒体にコンピュータで読み取り可能なコードとして具現することが可能である。コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、コンピュータシステムによって読み取られるデータが保存される全ての種類の記録装置を含む。コンピュータで読み取り可能な記録媒体の例としては、ROM、RAM、CD−ROM、磁気テープ、フロッピー(登録商標)ディスク、光データ記録装置があり、またキャリアウェーブ(例えば、インターネットを通じた伝送)の形態に具現されるものも含む。また、コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、ネットワークに連結されたコンピュータシステムに分散され、分散方式でコンピュータで読み取り可能なコードとして保存されかつ実行されうる。
以上、本発明についてその望ましい実施形態を中心に説明した。当業者は、本発明が本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で変形された形態で具現されるということが分かるであろう。本発明の範囲は、前述した説明でなく、特許請求の範囲に現れており、それと同等な範囲内にある全ての差異点は、本発明に含まれたものと解釈されねばならない。
本発明は、フラッシュメモリシステム関連の技術分野に適用可能である。
従来の技術による複数のフラッシュメモリチップを利用した2チャンネル方式のフラッシュメモリシステムの構成を示す図である。 図1のフラッシュメモリシステムに記録されるデータの伝送順序を示す図である。 本発明によるフラッシュメモリシステムを示すブロック図である。 図3のフラッシュメモリチップの構成を簡略に示すブロック図である。 本発明によるフラッシュメモリシステムに伝送される記録するデータの伝送順序を示す図である。 図3のフラッシュメモリシステムの各チャンネル部の動作状態を示すタイミング図である。
符号の説明
400 フラッシュメモリチップ
410,420,430 メモリセルアレイ
411,421,431 ページレジスタ

Claims (11)

  1. フラッシュメモリシステムにおいて、
    ホストから伝送される保存データを一時保存する複数のバッファを備えるバッファ部と、
    複数のメモリセルアレイを備える少なくとも一つのフラッシュメモリチップを備える複数のチャンネル部と、
    前記バッファ部に保存された前記保存データが前記複数のチャンネル部に順次に伝送されるように制御し、前記伝送された保存データが前記チャンネル部に備えられたフラッシュメモリチップのメモリセルアレイに記録されるように制御する制御部と、を備えることを特徴とするフラッシュメモリシステム。
  2. 前記制御部は、
    前記複数のバッファのうち一つのバッファは、一時保存されたデータを前記チャンネル部に伝送すると同時に、他の一つのバッファは、前記ホストから伝送されるデータを保存するように制御することを特徴とする請求項1に記載のフラッシュメモリシステム。
  3. 前記バッファ部は、
    前記複数のチャンネル部の数をn(nは、整数)とするとき、(n+1)個のバッファを備えることを特徴とする請求項1に記載のフラッシュメモリシステム。
  4. 前記バッファは、
    少なくとも前記メモリセルアレイに記録される一つのページを保存しうる保存容量を有することを特徴とする請求項3に記載のフラッシュメモリシステム。
  5. 前記複数のチャンネル部の数をn(nは、整数)、前記メモリセルアレイに記録される一つのページサイズをsとするとき、前記バッファ部に備えられたバッファの総保存容量は、少なくともs×(n+1)であることを特徴とする請求項1に記載のフラッシュメモリシステム。
  6. 前記制御部は、
    前記複数のチャンネル部を独立的に制御するために前記複数のチャンネル部のそれぞれに連結された複数のメモリ制御部を備え、前記各チャンネル部に連結されたメモリ制御部は、同一チャンネル上の前記メモリセルアレイに前記バッファから伝送されたデータをインターリーブ方式で記録することを特徴とする請求項1に記載のフラッシュメモリシステム。
  7. フラッシュメモリシステムのプログラム方法において、
    ホストから伝送されて複数のバッファに保存されたデータを、複数のメモリセルアレイを備える少なくとも一つのフラッシュメモリチップを備える複数のチャンネル部に順次に伝送し、前記バッファのうち空のバッファに前記ホストから伝送されるデータを保存するステップと、
    前記伝送された保存データを前記各チャンネル部に備えられたフラッシュメモリチップのメモリセルアレイに記録するステップと、を含むことを特徴とするフラッシュメモリシステムのプログラム方法。
  8. 前記複数のチャンネル部の数をn(nは、整数)とするとき、前記バッファの数は、(n+1)個であることを特徴とする請求項7に記載のフラッシュメモリシステムのプログラム方法。
  9. 前記バッファは、
    少なくとも前記メモリセルアレイに記録される一つのページを保存しうる保存容量を有することを特徴とする請求項7に記載のフラッシュメモリシステムのプログラム方法。
  10. 前記複数のチャンネル部の数をn(nは、整数)、前記メモリセルアレイに記録される一つのページサイズをsとするとき、前記バッファの総保存容量は、少なくともs×(n+1)であることを特徴とする請求項7に記載のフラッシュメモリシステムのプログラム方法。
  11. 前記伝送された保存データを前記各チャンネル部に備えられたフラッシュメモリチップのメモリセルアレイに記録するステップは、同一チャンネル上の前記メモリセルアレイに前記バッファから伝送されたデータをインターリーブ方式で記録することを特徴とする請求項7に記載のフラッシュメモリシステムのプログラム方法。
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