JP2008310888A - Non-volatile semiconductor storage device - Google Patents
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Description
本発明は、ホスト機器に接続してデータの記憶ないし読み出しを行い、ホスト機器から着脱して記憶したデータの持ち運びや保管が可能な不揮発性半導体記録装置に関する。 The present invention relates to a nonvolatile semiconductor recording device that can be connected to a host device to store or read data, and carry and store data stored in and removed from the host device.
近年、パーソナルコンピュータにおけるファイル交換や、デジタルスチルカメラ、携帯電話、携帯型オーディオ機器などにおける映像や音声を含むデジタル情報の記録メディアとして、不揮発性半導体メモリを用いたメモリカードが用いられている。これらのメモリカードは、ホスト機器から取り外して持ち運びや保管ができる。このようなメモリカードに用いられる不揮発性メモリとして、現在最も代表的なものはフラッシュメモリである。フラッシュメモリは、半導体プロセスの微細化、ひとつのメモリセルに複数ビットを記憶する多値化などにより、大容量化と低価格化において昨今目覚しい発展をしている。 In recent years, a memory card using a nonvolatile semiconductor memory has been used as a recording medium for digital information including file exchange in a personal computer and video and audio in a digital still camera, a mobile phone, a portable audio device, and the like. These memory cards can be removed from the host device and carried or stored. Currently, the most typical nonvolatile memory used in such a memory card is a flash memory. The flash memory has been remarkably developed in recent years in terms of capacity increase and price reduction due to miniaturization of a semiconductor process and multi-level storage of a plurality of bits in one memory cell.
フラッシュメモリでは、メモリセルトランジスタ内に絶縁膜で覆われたフローティングゲートを形成し、フローティングゲートに電荷を注入することでデータを記憶し、電荷の有無によってメモリセルトランジスタのしきい値電圧が変化することを利用して記憶したデータを読み出すことができる。 In a flash memory, a floating gate covered with an insulating film is formed in a memory cell transistor, and data is stored by injecting electric charge into the floating gate. The threshold voltage of the memory cell transistor changes depending on the presence or absence of electric charge. The stored data can be read using this.
しかしながら、データの消去、書換えを繰り返すことでフローティングゲートを覆う絶縁膜が劣化すると、フローティングゲート内に注入された電荷が時間の経過とともに徐々に放出されること、絶縁膜にトラップされた電荷が放出されること等によりメモリセルトランジスタのしきい値電圧が変化し、記憶したデータの読み出し時に本来記憶していたものとは異なるデータが誤って読み出されてしまう、すなわちデータを保持できなくなることがある。半導体メモリの性能を示す指標のひとつとして、記憶したデータをどのくらいの期間保持できるかを示すデータ保持(リテンション)性能が挙げられる。従来のフラッシュメモリでは、10万回の書換えを行っても10年間程度のデータ保持性能を持つものが一般的であるが、上述したプロセスの微細化、メモリセルの多値化などにより、長期間のデータ保持性能を持たせることが困難になってくる可能性がある。 However, if the insulating film covering the floating gate deteriorates due to repeated erasing and rewriting of data, the charge injected into the floating gate is gradually released over time, and the charge trapped in the insulating film is released. As a result, the threshold voltage of the memory cell transistor changes, and data different from what was originally stored at the time of reading the stored data may be erroneously read, that is, the data cannot be held. is there. One index indicating the performance of a semiconductor memory is data retention (retention) performance indicating how long stored data can be retained. A conventional flash memory generally has a data retention performance of about 10 years even after 100,000 rewrites. However, due to the above-described process miniaturization and multi-valued memory cells, the long-term flash memory can be used for a long time. It may become difficult to have the data retention performance of
このようなデータ保持中に発生し得るデータ誤りを防ぐため、電源投入時にメモリの特定のアドレス領域についてデータ保持状態の劣化を検査して必要に応じて再書き込みをするリテンションチェックモードを備え、電源投入ごとに検査するアドレス領域をずらすことで検査領域を巡回させていく不揮発性半導体記録装置の例が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記した従来の方法をメモリカードのようにホスト装置から着脱可能な不揮発性半導体記録装置に適用した場合、ホスト装置に接続されることなく長期間保管されている場合には、不揮発性半導体記録装置に電源が投入されることがないため、その間に生じるデータ保持状態の劣化によるデータ誤りを防止することはできないという課題があった。 However, when the above-described conventional method is applied to a nonvolatile semiconductor recording device that can be attached to and detached from the host device such as a memory card, the nonvolatile semiconductor can be used if it is stored for a long time without being connected to the host device. Since the recording apparatus is not turned on, there has been a problem that it is not possible to prevent a data error due to the deterioration of the data holding state occurring during that time.
そこで、本発明の目的は、ホスト装置に接続されることなく長期間保管されていても不揮発性メモリのデータ保持状態の劣化によるデータ誤りを防止することができる不揮発性半導体記録装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor recording device that can prevent a data error due to deterioration of the data holding state of the nonvolatile memory even if it is stored for a long time without being connected to a host device. It is.
この目的のために本発明の不揮発性半導体記録装置は、ホスト装置とのインタフェース手段と、所定のブロック単位でデータの書き込みを行う不揮発性半導体メモリと、ホスト装置から不揮発性半導体メモリへのデータの書き込みないし不揮発性半導体メモリからホスト装置へのデータの読み出しを制御する制御手段と、蓄電手段と、不揮発性半導体メモリの所定のブロック単位でデータ回復動作時刻を保持し、回復動作時刻において該当ブロックのデータを読み出して再度書き込む動作を行うデータ保持状態回復手段とを備え、データ保持状態回復手段は、不揮発性半導体メモリの各ブロックにおける書換え回数を保持する書換え回数保持手段と、書換え回数をパラメータとしてデータ保持可能期間を求める保持可能期間推定手段と、データ保持可能期間から各ブロックにおける次のデータ回復動作時刻を記憶するリフレッシュ時刻保持手段とを備えたものである。 For this purpose, the non-volatile semiconductor recording device of the present invention includes an interface means with a host device, a non-volatile semiconductor memory for writing data in a predetermined block unit, and data storage from the host device to the non-volatile semiconductor memory. The data recovery operation time is held in a predetermined block unit of the control means, the power storage means, and the nonvolatile semiconductor memory that controls writing or reading of data from the nonvolatile semiconductor memory to the host device. A data holding state recovery unit that performs an operation of reading and writing data again. The data holding state recovery unit includes a rewrite number holding unit that holds the number of rewrites in each block of the nonvolatile semiconductor memory, and data using the number of rewrites as a parameter. A retention period estimation means for obtaining a retention period, and a data The holding period is obtained and a refresh time holding means for storing the next data recovery operation time in each block.
本発明の不揮発性半導体記録装置は、書換え回数からデータ保持可能期間を推定し、蓄電手段の電源を利用して必要に応じてデータ更新を行うことで、ホスト装置に接続されることなく長期間保管されていてもデータ保持状態の劣化によるデータ誤りを防止することができる。 The non-volatile semiconductor recording device of the present invention estimates the data retention period from the number of rewrites and updates the data as necessary using the power supply of the power storage means, so that it can be connected for a long time without being connected to the host device. Even if stored, it is possible to prevent data errors due to deterioration of the data holding state.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の不揮発性半導体記録装置をメモリカードとして適用した実施の形態1における構成図である。なお、メモリカード100は、図1に示す構成要素がカード形状の筐体に納められ、ホスト装置から着脱可能なリムーバブル型の記録メディアとして機能する。すなわち、ホスト装置と接続された状態でホスト装置から送られるデータを記憶する。記憶されたデータは、ホスト装置から分離された状態においても不揮発的に記憶されており、ホスト装置に接続することで再び読み出すことができる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram in Embodiment 1 in which the nonvolatile semiconductor recording device of the present invention is applied as a memory card. Note that the memory card 100 functions as a removable recording medium in which the components shown in FIG. 1 are housed in a card-shaped housing, and is removable from the host device. That is, it stores data sent from the host device while being connected to the host device. The stored data is stored in a nonvolatile manner even when it is separated from the host device, and can be read again by connecting to the host device.
図1において、ホスト装置(図示せず)との間のインタフェース1は、ホスト装置との間でライト、リード等のコマンド、ライトないしはリードするデータの送受信を行う。フラッシュメモリ群2は、ひとつまたは複数のフラッシュメモリから構成され、データを不揮発的に記憶する。制御回路3は、インタフェース1とバス6を介して接続され、インタフェース1を経たホスト装置からのコマンドに従って、バス7を介して接続されたフラッシュメモリ群2を制御し、インタフェース1から送られてくるデータをフラッシュメモリ群2にライト、あるいはフラッシュメモリ群2からデータをリードして必要に応じて誤り訂正処理をしてインタフェース1へ送る。データ保持回復回路4は、制御回路3とバス8を介して接続されており、フラッシュメモリ群2の記録単位であるブロック毎にデータ回復動作時刻を保持しており、ブロック毎にその時刻になると回復動作を実行するように制御回路3を制御する。このデータ保持回復回路4の構成および動作の詳細については後述する。バッテリ5は、メモリカード100がホスト装置に接続されている状態において、インタフェース1を通じて充電され、ホスト装置に接続されていない状態では必要に応じて制御回路3、データ保持回復回路4及びフラッシュメモリ群2に対して蓄積された電力を供給する。
In FIG. 1, an interface 1 with a host device (not shown) transmits / receives commands such as write and read, and write / read data to / from the host device. The
以上のように構成された本発明のメモリカード100において、フラッシュメモリに記憶されたデータの保持状態の劣化に伴うデータ誤りを防止するしくみについて、以下に説明する。 In the memory card 100 of the present invention configured as described above, a mechanism for preventing a data error associated with deterioration of the holding state of data stored in the flash memory will be described below.
図2は、フラッシュメモリの書換え回数と、データ保持可能期間との関係の概略を説明する関係図である。図2に示すようにフラッシュメモリは、書換え回数の増加とともに正しくデータが保持できるデータ保持可能期間が短くなる。これは、フラッシュメモリに対して書換えを繰り返すことでフローティングゲートを覆う絶縁膜の劣化が進みフローティングゲート内に注入された電荷が放出され易くなったり、絶縁膜にトラップされた不要な電荷が増加し、それが原因となってメモリセルトランジスタのしきい値電圧が変化することにより、記憶したデータの読み出し時に本来記憶していたものとは異なるデータが誤って読み出されてしまい、制御回路が備える誤り訂正能力の範囲を超えてしまうことがあるためである。 FIG. 2 is a relationship diagram for explaining an outline of the relationship between the number of times the flash memory is rewritten and the data retention period. As shown in FIG. 2, the flash memory has a shorter data holdable period in which data can be held correctly as the number of rewrites increases. This is because repetitive rewriting of the flash memory causes deterioration of the insulating film covering the floating gate, so that the charge injected into the floating gate is easily released, or unnecessary charges trapped in the insulating film increase. Because of this, the threshold voltage of the memory cell transistor changes, so that when the stored data is read, data different from what was originally stored is erroneously read, and the control circuit has This is because the range of error correction capability may be exceeded.
図3は実施の形態1におけるデータ保持回復回路4の構成を示すブロック図である。図3において、書換え回数保持回路9は、フラッシュメモリ群2の記録単位であるブロックごとの累積書換え回数を書換え回数情報として保持しており、バス8aを経由した制御回路3からの情報に基づきフラッシュメモリ群2への書き込みが行われるたびに該当するブロックの書換え回数をカウントアップし、ブロックごとの累積書換え回数を更新して保持する。保持期間推定回路10は、フラッシュメモリ群2に書き込みが行われた際に、該当ブロックの書換え回数保持回路9の書換え回数情報に基づいて、新たに書き込まれたデータの、書き込み時点からの保持可能期間を推定して出力する。このデータ保持可能期間の推定は、図2に示すごとくの書換え回数とデータ保持可能期間との関係に基づいて行う。すなわち、書換え回数が増加するほどデータ保持可能期間が短くなるようにデータ保持可能期間の推定値を決定する。回復動作時刻保持回路11は、フラッシュメモリ群2への書き込みが行われた際に、保持期間推定回路10により示されるデータ保持可能期間の推定値と、タイマー回路12により示される時間情報に基づき、フラッシュメモリ群2の該当ブロックに対して次に回復動作を作動させるべき時刻を求め、その時刻情報をブロックごとに保持する。回復動作を作動させるべき時刻は、データの書換え後からデータ保持可能な期間が経過した時点の時刻として求められる。回復動作制御回路13は、タイマー回路12からの時間情報を参照し、回復動作時刻保持回路11が保持しているフラッシュメモリ群2の各ブロックの回復動作を作動させるべき時刻に到達した時点で、該当ブロックに対して回復動作を起動する。回復動作は、バス8bを通じて制御回路3を制御し、該当ブロックのデータの再書き込み、すなわち該当ブロックのデータを読み出して、読み出したデータに対して必要に応じて誤り訂正処理を施し再び書き込む動作を行う。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the data holding / recovery circuit 4 according to the first embodiment. In FIG. 3, a rewrite
ここで、メモリカード100がホスト装置から分離された状態にあるとき、データ保持回復回路4、制御回路3及びフラッシュメモリ群2はバッテリ5から電力が供給され、回復動作を作動させるべき時刻に到達した場合には蓄積された電力によって回復動作を行う。
Here, when the memory card 100 is separated from the host device, the data holding / recovery circuit 4, the
以上のように本実施の形態のメモリカードは、ホスト装置から分離された状態にあってもデータ回復動作を行うことで、ホスト装置に接続されることなく長期間保管されていてもデータ保持状態の劣化によるデータ誤りを防止することができる。また、データ保持可能期間と強い相関関係がある書換え回数を参照することで、より正確に保持可能期間を推定することができ、この推定した保持可能期間に基づいて回復動作を行うことで、データの誤りを確実に防止するとともに、蓄積した電力を有効に使うことができる。 As described above, the memory card according to the present embodiment performs a data recovery operation even in a state where it is separated from the host device, so that even if it is stored for a long time without being connected to the host device, It is possible to prevent data errors due to deterioration of the data. In addition, it is possible to estimate the retention period more accurately by referring to the number of times of rewriting that has a strong correlation with the data retention period, and by performing the recovery operation based on the estimated retention period, the data Can be reliably prevented and the stored power can be used effectively.
なお、本実施の形態では不揮発性メモリとしてフラッシュメモリを用いたが、これに限られるものではない。 In this embodiment, the flash memory is used as the nonvolatile memory, but the present invention is not limited to this.
(実施の形態2)
実施の形態2によるメモリカード100の全体構成は、図1に示した実施の形態1と同じである。異なるのは、データ保持回復回路4の構成および動作のみであるので、この部分についてのみ説明する。
(Embodiment 2)
The overall configuration of the memory card 100 according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. Since only the configuration and operation of the data holding / recovery circuit 4 is different, only this portion will be described.
図4は、先に図2に示した、フラッシュメモリの書換え回数とデータ保持可能期間との関係図に、温度のパラメータを加えた関係図である。フラッシュメモリは、書換えを繰り返すことでフローティングゲートを覆う絶縁膜の劣化が進むが、温度状態によりフローティングゲート内に注入された電荷や絶縁膜にトラップされた電荷の活動状態が影響を受け、図4に示すように高温状態ではよりデータ保持可能期間が短くなる傾向にある。 FIG. 4 is a relationship diagram in which a temperature parameter is added to the relationship diagram between the number of times the flash memory is rewritten and the data retention period shown in FIG. In the flash memory, the insulating film covering the floating gate is deteriorated by rewriting, but the temperature of the charge injected into the floating gate and the active state of the charge trapped in the insulating film are affected. As shown in FIG. 5, the data retention period tends to be shorter in a high temperature state.
図5は、実施の形態2におけるメモリカード100の、データ保持回復回路4の構成を示すブロック図である。図5において、先に図3で示した実施の形態1のデータ保持回路と同一機能のブロックには同一番号を付した。図5に示した構成が図3に示した実施の形態1と異なる点は、温度センサ14を持ち、保持期間推定回路15には書換え回数保持回路9からのブロックごとの書換え回数情報に加え、温度センサ14からの温度情報も入力されている点と、回復動作時刻保持回路16の動作にある。保持期間推定回路15によるデータ保持可能期間の推定は、図4に示すごとくの書換え回数、温度と、データ保持期間との関係に基づいて行う。すなわち、同温度においては書換え回数が増加するほどデータ保持期間が短くなるように、また、書換え回数が同じであれば温度が高くなるほどデータ保持期間が短くなるように、データ保持可能期間の推定値を決定する。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the data holding / recovery circuit 4 of the memory card 100 according to the second embodiment. In FIG. 5, blocks having the same functions as those of the data holding circuit of the first embodiment shown in FIG. The configuration shown in FIG. 5 is different from the first embodiment shown in FIG. 3 in that the
さらに、回復動作時刻保持回路16は、タイマー回路12による時刻情報を参照し、定期的に保持期間推定回路15と通信して回復動作保持時刻の更新を行う。例えば、10日間隔で定期的に温度センサ14により温度を測定し、10日毎に測定した温度の変化によりブロックのデータ書換え後からの平均温度を求める。この平均温度に従って、10日毎に、図4に示すごとくの書換え回数、温度及びデータ保持期間の関係に基づいてデータ保持可能期間を再び求め、すでに記憶していた回復動作時刻の修正を行う。このような動作により、先の実施の形態1の場合に比べ、温度情報も踏まえてより正確にデータ保持可能期間が推定できる。
Further, the recovery operation
以上のように本実の形態のメモリカードは、実施の形態1に比べて、書換え回数とともにデータ保持可能期間と強い相関関係がある温度情報をも参照することで、一層正確に保持可能期間を推定することができる。その結果、この推定した保持可能期間に基づいて回復動作を行うことで、データの誤りの防止をより確実にできるとともに、蓄積した電力を一層有効に使うことができる。 As described above, the memory card according to the present embodiment has a more accurate retention period by referring to temperature information having a strong correlation with the data retention period as well as the number of rewrites, as compared with the first embodiment. Can be estimated. As a result, by performing the recovery operation based on the estimated holdable period, it is possible to more reliably prevent data errors and use the stored power more effectively.
なお、上記各実施の形態において、制御回路3がフラッシュメモリ群2からデータをリードしてインタフェース1へ送る際に誤り訂正処理を実施した場合には、回復動作制御回路13は、フラッシュメモリ群2の各ブロックの回復動作を作動させるべき時刻に到達していなくとも、該当ブロックに対して回復動作を起動するようにしてもよい。リードしたデータに誤りがある場合の原因としてデータ保持状態の劣化が考えられるため、リードしたデータに誤りがあるような場合にこのような回復動作を行うことで事前にデータ保持状態を回復することができる。また、さらにこのようにして回復動作を行ったブロックよりもデータ回復動作時刻が早いブロックについても回復動作を行うようにしてもよい。これにより、データ保持状態が劣化している可能性のある他のブロックについてもデータ保持状態を回復することができる。
In each of the above embodiments, when the
本発明の不揮発性半導体記録装置は、ホスト機器から着脱が可能で、ホスト機器から長期間離脱した状態においても、データ保持状態の劣化によるデータ誤りを防止する信頼性の高い記憶メディアとして、パーソナルコンピュータの外部記憶装置をはじめ、デジタルスチルカメラ、動画像を撮影するビデオカメラレコーダなどのリムーバブルな記録メディアとして、さらには、映像コンテンツの運搬や中長期的な保存に使う記録メディアとしても利用可能である。 The nonvolatile semiconductor recording device of the present invention is a personal computer as a reliable storage medium that can be detached from the host device and prevents data errors due to deterioration of the data holding state even in a state of being detached from the host device for a long period of time. In addition to external storage devices, digital still cameras, video camera recorders that shoot moving images, etc. can be used as removable recording media, as well as recording media used for transporting and storing video content. .
1 インタフェース
2 フラッシュメモリ群
3 制御回路
4 データ保持回復回路
5 バッテリ
9 書換え回数保持回路
10、15 保持期間推定回路
11 回復動作時刻保持回路
12 タイマー回路
13 回復動作制御回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
所定のブロック単位でデータの書き込みを行う不揮発性半導体メモリと、
前記ホスト装置から前記不揮発性半導体メモリへのデータの書き込みないし前記不揮発性半導体メモリから前記ホスト装置へのデータの読み出しを制御する制御手段と、
蓄電手段と、
前記不揮発性半導体メモリの前記所定のブロック単位でデータ回復動作時刻を保持し、前記回復動作時刻において該当ブロックのデータを読み出して再度書き込む動作を行うデータ保持状態回復手段とを備え、
前記データ保持状態回復手段は、前記不揮発性半導体メモリの各ブロックにおける書換え回数を保持する書換え回数保持手段と、前記書換え回数をパラメータとしてデータ保持可能期間を求める保持可能期間推定手段と、前記データ保持可能期間から各ブロックにおける次のデータ回復動作時刻を記憶するリフレッシュ時刻保持手段とを備えた不揮発性半導体記録装置。 Means for interfacing with the host device;
A nonvolatile semiconductor memory for writing data in a predetermined block unit;
Control means for controlling writing of data from the host device to the nonvolatile semiconductor memory or reading of data from the nonvolatile semiconductor memory to the host device;
Power storage means;
A data holding state recovery means for holding a data recovery operation time in the predetermined block unit of the nonvolatile semiconductor memory, and performing an operation of reading and rewriting the data of the corresponding block at the recovery operation time;
The data holding state recovery means includes a rewrite count holding means for holding the number of rewrites in each block of the nonvolatile semiconductor memory, a holdable period estimating means for obtaining a data holdable period using the rewrite count as a parameter, and the data holding A non-volatile semiconductor recording device comprising refresh time holding means for storing a next data recovery operation time in each block from a possible period.
前記保持可能期間算出手段は、前記書換え回数と前記温度測定手段で測定した温度とをパラメータとしてデータ保持可能期間を求める請求項1記載の不揮発性半導体記録装置。 The data retention state recovery means further includes a temperature measurement means,
The non-volatile semiconductor recording device according to claim 1, wherein the holdable period calculating unit obtains a data holdable period using the rewrite count and the temperature measured by the temperature measuring unit as parameters.
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