JP2011197729A - 不揮発性メモリ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不良ブロックを含む物理ブロック群内の良ブロックを有効に活用して信頼性の高い不揮発性メモリ装置を提供する。
【解決手段】スワップ処理部は、管理テーブル１０３を参照して、すべての物理ブロックグループの中で、消去回数Ａよりも消去回数の多い物理ブロックを含む物理ブロックグループ４０１を検索する。さらに、不良ブロックを含む物理ブロックグループのうちで消去回数Ｂよりも消去回数の少ない物理ブロックを含み、かつその物理ブロックが良ブロックである物理ブロックグループ４０３を検索する。物理ブロックグループ４０１の物理ブロックと、物理ブロックグループ４０３の良ブロックである物理ブロックとを交換する。
【選択図】図４

Description

本発明は、不揮発性メモリ装置に関するものである。

近年、不揮発性メモリのひとつであるフラッシュメモリは大容量化が急速に進み、ＳＤメモリーカードのような小型メモリ装置だけでなく、携帯電話や携帯音楽機器、ディジタルカメラなどの機器に広く利用されている。

フラッシュメモリにおいては、複数のメモリセルからなる所定の単位（以降、物理ブロック）で消去が行われる。また、各物理ブロックへのデータの書き込みや、データの読み出しは、ページと呼ばれる単位で行われる。物理ブロックは複数のページで構成される。

フラッシュメモリの大容量化は、データを格納するメモリセルを微細化することによって実現されている。しかし、メモリセルの微細化が進むにつれ、データの書換が所定の回数を超えると、データ保持特性の劣化を引き起こし、これが深刻な問題となっている。

そのため機器は、フラッシュメモリにデータを記録する際に、特定の物理ブロックに集中して書き込みが行われないような制御を求められる。そのような制御として、書き換え回数をフラッシュメモリ全体で平準化する「ウエアレベリング」技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また従来から、ホストからフラッシュメモリへのアクセスを高速に行うために、複数のページを並列に書き込み・読み出しする技術が提案されている。この場合、並列処理するページを含む物理ブロックのグループをあらかじめ決定し、物理ブロックのグループの単位で、論理アドレスとの対応関係を管理する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−１３３６８３号公報 特開２００３−０１５９４６号公報

特許文献２に開示されているような、複数の物理ブロックをグループとして管理する技術を用いる場合、その物理ブロックのグループの中には、データの書き込みに使用することができる良ブロックと、使用することができない不良ブロックとが混在するものがありうる。そのような物理ブロックのグループは、ホストからのデータの書き込みにおいて、物理ブロックのグループ全体として使用しない。従って、その物理ブロックのグループに含まれる良ブロックが有効に使用することができず、適切なウエアレベリングが実現できない。

このような課題を解決するために、本発明にかかる不揮発性メモリ装置は、論理アドレスに基づきデータの書き込み、読み出しが可能な不揮発性メモリ装置であって、複数の物理ブロックから構成される不揮発性メモリと、前記不揮発メモリを管理する管理テーブルと、前記不揮発性メモリの物理ブロックの交換を制御するスワップ処理部と、を備え、前記管理テーブルは、少なくとも２つ以上の物理ブロックをひとつのグループとして、不揮発性メモリを構成するすべての物理ブロックを複数のグループとして管理し、グループに属する物理ブロックのアドレス情報と、論理アドレスとグループを対応づける情報と、グループ内の物理ブロックが良ブロックか不良ブロックかを識別する情報と、グループ内の物理ブロックの消去回数に関する情報と、が格納され、前記スワップ処理部は、前記管理テーブルの前記グループ内の物理ブロックの消去回数に関する情報から消去回数が所定値を超えた第１の物理ブロックを検索し、前記グループ内の物理ブロックが良ブロックか不良ブロックかを識別する情報とから前記グループ内の物理ブロックの消去回数に関する情報から論理アドレスと紐付けされていない不良ブロックを含むグループに属し、消去回数が所定値２以下の良ブロックである第２の物理ブロックを検索し、前記第１の物理ブロックと前記第２の物理ブロックを交換する。

本発明の不揮発性メモリ装置によれば、消去回数の多いブロックに格納されたデータを、不良ブロックを含む物理ブロックグループの中の、消去回数の少ない良ブロックに移動させるウエアレベリングが可能となり、信頼性の高い不揮発性メモリ装置が提供できる。

実施の形態の不揮発性メモリ装置の構成とホスト機器との関係を示すブロック図 実施の形態の管理テーブルの構成を示した模式図 実施の形態の管理テーブルに格納される物理ブロックグループに関する情報の配置を示す図 実施の形態の物理ブロックの消去回数の分布を示す図 実施の形態の不揮発性メモリ装置の動作を示すフローチャート （ａ）実施の形態の二つの異なる物理ブロックグループの物理ブロックを交換することを示した模式図（ｂ）実施の形態の二つの異なる物理ブロックグループの物理ブロックを交換することを示した別の模式図

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施の形態）
図１は、本実施の形態の不揮発性メモリ装置の構成と、ホスト機器との関係を示すブロック図である。図１において、１０５はホスト機器、１００は不揮発性メモリ装置、１０１ａおよび１０１ｂは不揮発性メモリ装置１００内部において主にデータを記憶するための不揮発性メモリであるフラッシュメモリである。

なお、以下の説明では、２個のフラッシュメモリ１０１ａおよび１０１ｂをまとめてフラッシュメモリ１０１とする。１０２はホスト機器１０５とのインターフェイスを制御するとともにフラッシュメモリ１０１の制御を行うコントローラである。１０３はコントローラ１０２の内部にあってフラッシュメモリ１０１を管理するための揮発性メモリである管理テーブルである。１０４はコントローラ１０２の内部にあって管理テーブル１０３を参照してフラッシュメモリ１０１の物理ブロック内のデータを別の物理ブロックにコピーする機能を有するスワップ処理部である。スワップ処理部１０４の機能の詳細については後述する。

図２は、管理テーブル１０３の構成を示した模式図である。本実施の形態においては、フラッシュメモリ１０１ａおよび１０１ｂの構成として、消去単位が５１２ＫＢの物理ブロックが２０４８個で構成される８Ｇｂｉｔ（１ＧＢ）のものを一例として説明する。管理テーブル１０３には、２つの物理ブロックに関する情報がひとつのグループとして格納される。ひとつのグループが格納できるデータ量は１０２４ＫＢ（１ＭＢ）であり、フラッシュメモリ１０１全体のグループ数は２０４８になる。説明しやすいように、それぞれのグループに対して、管理テーブル１０３の格納順に＃０〜＃２０４７までの番号を付与することにする。

図３は、管理テーブル１０３に格納されるグループの情報について示したものである。２０３ａおよび２０４ａは、グループを構成する物理ブロックアドレス（ＰＢＡ）であり、２０３ａはフラッシュメモリ１０１ａに属する物理ブロックのアドレスで、２０４ａはフラッシュメモリ１０１ｂに属する物理ブロックのアドレスである。これらの物理ブロックは、他のグループと重複することはない。２０３ｂは物理ブロックアドレス２０３ａで示される物理ブロックの消去回数（ＣＴ）である。同様に、２０４ｂは物理ブロックアドレス２０４ａで示される物理ブロックの消去回数である。２０３ｃは物理ブロックアドレス２０３ａで示される物理ブロックが良ブロックか不良ブロックかを識別するフラグ（ＢＢ）であり、「０」の場合は良ブロック、「１」の場合は不良ブロックであることを示す。同様に、２０４ｃは物理ブロックアドレス２０４ａで示される物理ブロックが良ブロックか不良ブロックかを識別するフラグである。

本実施の形態において、物理ブロックグループ＃０〜＃１９９９は、ホスト機器１０５が指定する論理アドレスと対応づけられる。以下、これらの物理ブロックグループを有効グループ２０１とよぶ。

物理ブロックグループ＃２０００〜＃２０４７は、ホスト機器１０５からのデータを書き込んだり、管理テーブル１０３の情報を記憶する物理ブロックグループとする。以下、これらの物理ブロックグループを無効グループ２０２とよぶ。有効グループ２０１の物理ブロックグループ数は２０００になるため、不揮発性メモリ装置１００のユーザが使用可能な容量は２０００ＭＢとなる。

有効グループ２０１に属する物理ブロックグループは、良品の物理ブロックのみで構成される。一方、無効グループ群２０２に属する物理ブロックグループは、良品の物理ブロックのみで構成されるもの、良品の物理ブロックと不良の物理ブロックで構成されるもの、あるいは不良の物理ブロックのみで構成されるものがある。不良の物理ブロックを含む物理ブロックグループは、ホスト機器１０５からのデータ書き込みや管理テーブル１０３の情報記憶用として用いられることはない。したがって、良ブロックと不良ブロックそれぞれひとつずつで構成される物理ブロックグループにおいて、その良ブロックは使用できるにも関わらず使用されない。不良ブロックを含む物理ブロック群は、データの書き込みに使用されず、その物理ブロック群に含まれる良ブロックの消去回数は基本的に少ない状態である。この良ブロックを積極的に利用するところが、本実施の形態における特徴である。

スワップ処理部１０４は、有効グループにある物理ブロックと、無効グループにある物理ブロックとを交換する処理を行う。交換処理の詳細を図４、図５、図６を用いて説明する。

図４は、物理ブロックの消去回数の分布を示す図である。ある時点における物理ブロックグループ内の物理ブロックの消去回数の分布の一例を示している。横軸は物理ブロックグループ番号、縦軸はフラッシュメモリ１０１ａに属する物理ブロックの消去回数を表している（図３のＣＴ−ａに相当する）。無効グループ群に属する物理ブロックグループのうち、点線４０４で囲まれたものは、その物理ブロックグループに不良ブロックを含むために、消去回数が少ない。

図５は、交換処理の動作を示すフローチャートである。

Ｓ６０１では、交換元のブロックを検索する。スワップ処理部１０４は、まず、図４に示す消去回数Ａよりも消去回数の多い物理ブロックを含む物理ブロックグループを、すべての物理ブロックグループから検索する。図４においては、４０１および４０２がこれに相当する。検索されたグループ４０１は、有効グループに属するので有効なデータが格納されており、検索されたグループ４０２は、無効グループに属するので有効なデータは格納されていない。

Ｓ６０２では、交換先のブロックを検索する。無効グループに属する物理ブロックグループのうち、図４に示す消去回数Ｂよりも消去回数の少ない物理ブロックを含み、かつその物理ブロックが良ブロックであるものを検索する。図４においては、物理ブロックグループ４０３がこれに相当するものとする。本実施の形態では、例えばＡ＝５０００、Ｂ＝２とした。

次に、Ｓ６０３ではブロックを交換する。物理ブロックグループ４０１あるいは４０２のフラッシュメモリ１０１ａに属する物理ブロックと、物理ブロックグループ４０３のフラッシュメモリ１０１ａに属する物理ブロックとを交換する。図６（ａ）および図６（ｂ）はこの様子を模式的に示した図である。図６（ａ）において、物理ブロックグループ４０１は、良ブロックである物理ブロック４０１ａおよび４０１ｂで構成される。物理ブロック４０１ａはフラッシュメモリ１０１ａに属し、物理ブロック４０１ｂはフラッシュメモリ１０１ｂに属する。一方、無効グループ群に属する物理ブロックグループ４０３は、良ブロックである物理ブロック４０３ａおよび不良ブロックである物理ブロック４０３ｂで構成される。物理ブロック４０３ａはフラッシュメモリ１０１ａに属し、物理ブロック４０３ｂはフラッシュメモリ１０１ｂに属する。スワップ処理部１０４は、まず物理ブロック４０３ａを消去した後、物理ブロック４０１ａに書き込まれているデータを、物理ブロック４０３ａにコピーする。そして、管理テーブル１０３の物理ブロックグループ４０１および物理ブロックグループ４０３の内容を更新し、管理テーブル１０３の情報を記憶する物理ブロックグループに情報を書き込む。

図６（ｂ）において、物理ブロックグループ４０２は、良ブロックである物理ブロック４０２ａおよび４０２ｂで構成される。物理ブロック４０２ａはフラッシュメモリ１０１ａに属し、物理ブロック４０２ｂはフラッシュメモリ１０１ｂに属する。スワップ処理部１０４は、管理テーブル１０３の物理ブロックグループ４０２および物理ブロックグループ４０３の内容を更新し、管理テーブル１０３の情報を記憶する物理ブロックグループに情報を書き込む。物理ブロック４０２ａは有効なデータが格納されていないので、物理ブロック４０２ａから物理ブロック４０３へのデータのコピーは必要ない。

最後にＳ６０４では管理テーブルの更新を行う。管理テーブル１０３の更新において、交換元の物理ブロック４０１ａあるいは４０２ａは、消去回数が多くデータを格納するにあたって信頼性が低下している可能性があるため、これ以上使用することのないように、不良ブロックを示すフラグをセットしておくようにしてもよい。ただし、交換元と対になるフラッシュメモリ１０１ｂに属する物理ブロック４０１ｂあるいは４０２ｂは不良ブロックであるため、そもそも交換後の物理ブロックグループはデータの書き込みなどに使用されることはない。

上述では、フラッシュメモリ１０１ａに属する物理ブロックの交換を一例として説明しているが、フラッシュメモリ１０１ｂに属する物理ブロックの交換に関しても同様の処理を行う。また、本発明の実施の形態においては、物理ブロックグループを構成する物理ブロックの数は２であったが、それより大きな数（例えば４）においても同様である。

本実施の形態の不揮発性メモリ装置によれば、消去回数の多いブロックに格納されたデータを、不良ブロックを含む物理ブロックグループの中の、消去回数の少ない良ブロックに移動させるウエアレベリングが可能となり、信頼性の高い不揮発性メモリ装置が提供できる。

以上説明したように、本発明にかかる不揮発性メモリ装置は、消去回数の多いブロックに格納されたデータを、不良ブロックを含む物理ブロックグループの中の、消去回数の少ない良ブロックに移動させることが可能となり、信頼性を向上させることができる。本発明は、静止画記録再生装置や動画記録再生装置などのポータブルＡＶ機器、あるいは携帯電話などのポータブル通信機器の記録媒体に適用することができる。

１００ 不揮発性メモリ装置
１０１ フラッシュメモリ
１０１ａ フラッシュメモリ
１０１ｂ フラッシュメモリ
１０２ コントローラ
１０３ 管理テーブル
１０４ スワップ処理部
１０５ ホスト機器

Claims (4)

1. 論理アドレスに基づきデータの書き込み、読み出しが可能な不揮発性メモリ装置であって、
   複数の物理ブロックから構成される不揮発性メモリと、
   前記不揮発メモリを管理する管理テーブルと、
   前記不揮発性メモリの物理ブロックの交換を制御するスワップ処理部と、
   を備え、
   前記管理テーブルは、
   少なくとも２つ以上の物理ブロックをひとつのグループとして、不揮発性メモリを構成するすべての物理ブロックを複数のグループとして管理し、
   グループに属する物理ブロックのアドレス情報と、
   論理アドレスとグループを対応づける情報と、
   グループ内の物理ブロックが良ブロックか不良ブロックかを識別する情報と、
   グループ内の物理ブロックの消去回数に関する情報と、が格納され、
   前記スワップ処理部は、
   前記管理テーブルの前記グループ内の物理ブロックの消去回数に関する情報から消去回数が所定値を超えた第１の物理ブロックを検索し、
   前記グループ内の物理ブロックが良ブロックか不良ブロックかを識別する情報とから前記グループ内の物理ブロックの消去回数に関する情報から論理アドレスと紐付けされていない不良ブロックを含むグループに属し、消去回数が所定値２以下の良ブロックである第２の物理ブロックを検索し、前記第１の物理ブロックと前記第２の物理ブロックを交換する、不揮発性メモリ装置。
2. 前記スワップ処理部は、前記第１の物理ブロックに格納されているデータを前記第２の物理ブロックにコピーする機能を具備することを特徴とする請求項１に記載の不揮発性メモリ装置。
3. 前記スワップ処理部は、前記管理テーブルを更新する機能を具備することを特徴とする請求項１に記載の不揮発性メモリ装置。
4. 前記管理テーブルは、前記第１の物理ブロックと前記第２の物理ブロックとを交換した後、前記第１の物理ブロックを不良ブロックとして取り扱い、交換後に使用されないようにする情報をさらに格納することを特徴とする請求項１に記載の不揮発性メモリ装置。

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