JP2012526324A - 不揮発性メモリシステムのためのマルチページ準備コマンド - Google Patents

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Abstract

不揮発性メモリシステムのマルチページ準備コマンドが開示される。マルチページ準備コマンドは、来るべきマルチページプログラム動作に対し不揮発性メモリ装置を準備するのに使用できるデータを供給する。ホストコントローラは、マルチページプログラム動作の前に、マルチページプログラムコマンドの使用を最適化するためのコマンドを使用することができる。不揮発性メモリ装置は、コマンドの順序を変更するか又はその後の動作に最適なコマンドセットを使用する、等のその後の動作に対する準備において不揮発性メモリを構成するコマンドを使用することができる。
【選択図】図6

Description

本発明は、一般的に、管理型不揮発性メモリ(NVM)のアクセス及び管理に係る。
フラッシュメモリは、電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリメモリ(EEPROM)の一形式である。フラッシュメモリは、不揮発性で、比較的高密度であるから、ハンドヘルドコンピュータ、移動電話、デジタルカメラ、ポータブル音楽プレーヤ、及び他の記憶解決策(例えば、磁気ディスク)では不適当な多数の他の装置において、ファイル及び他の持続的オブジェクトを記憶するのに使用される。
NANDは、ハードディスク又はメモリカード等、ブロック装置のようにアクセスできるフラッシュメモリの一形式である。各ブロックは、多数のページ(例えば、64ないし128ページ)で構成される。典型的なページサイズは、4KB−8KBバイトである。NAND装置は、各々4096ないし8192個のブロックを有する複数のダイを有することができる。各ページには、エラー検出及び修正チェック和の記憶に使用される多数のバイトが関連付けられる。読み取り及びプログラミングは、ページベースで行われ、消去は、ブロックベースで行われ、そしてブロックのデータは、順次に書き込むことしかできない。NANDは、通常の装置動作中にフリップすることのあるビットを補償するためにエラー修正コード(ECC)に依存する。消去又はプログラム動作を行うときには、NAND装置は、プログラム又は消去し損なったブロックを検出して、それらブロックを不良ブロックマップに不良とマークすることができる。データは、異なる良好なブロックに書き込むことができ、不良ブロックマップは、更新することができる。
管理型NAND装置は、生のNANDをメモリコントローラと結合し、NANDメモリのエラー修正及び検出、並びにメモリ管理機能を取り扱う。管理型NANDは、マルチメディアメモリカード(MMC)及びセキュアなデジタル(SD)カードのような標準的プロセッサインターフェイスをサポートするボールグリッドアレイ(BGA)パッケージ又は他の集積回路(IC)パッケージにおいて商業的に入手できる。管理型NAND装置は、1つ以上のチップセレクト信号を使用してアクセスできる多数のNAND装置又はダイを含むことができる。チップセレクトは、同じバスに選択された多数のチップのうちの1つのチップを選択するためにデジタル電子装置に使用される制御ラインである。チップセレクトは、典型的に、ほとんどのICパッケージ上にあるコマンドピンで、装置の入力ピンをその装置の内部回路へと接続するものである。チップセレクトピンがインアクティブ状態に保持されるときは、チップ又は装置は、その入力ピンの状態の変化を無視する。チップセレクトピンがアクティブ状態に保持されるときは、チップ又は装置は、バス上の唯一のチップであるかのように応答する。
オープンNANDフラッシュインターフェイスワーキンググループ(ONFI)は、異なるベンダーからの適合NAND装置間の相互動作を許すためにNANDフラッシュチップ用の標準低レベルインターフェイスを開発した。ONFI仕様バージョン1.0は、次のものを指定している。即ち、TSOP−48、WSOP−48、LGA−52及びBGA-63パッケージ内のNANDフラッシュのための標準物理的インターフェイス(ピンアウト);NANDフラッシュチップを読み取り、書き込み及び消去するための標準コマンドセット;及び自己識別のメカニズム。ONFI仕様バージョン2.0は、奇数チップセレクト(チップイネーブル又は“CE”とも称される)がチャンネル1に接続されそして偶数CEがチャンネル2に接続されたデュアルチャンネルインターフェイスをサポートする。この物理的なインターフェイスは、全パッケージに対してCEが8個以下でなければならない。
ONFI仕様は、相互動作を許すが、現在のONFI仕様は、管理型NAND解決策の完全な利点を取り入れていない。
不揮発性メモリシステムのマルチページ準備コマンドが開示される。マルチページ準備コマンドは、来るべきマルチページプログラム動作に対し不揮発性メモリ装置を準備するのに使用できるデータを供給する。ホストコントローラは、マルチページプログラム動作の前に、マルチページプログラムコマンドの使用を最適化するためのコマンドを使用することができる。不揮発性メモリ装置は、コマンドの順序を変更するか又はその後の動作に最適なコマンドセットを使用する、等のその後の動作に対する準備において不揮発性メモリを構成するコマンドを使用することができる。
管理型NVMパッケージに結合されたホストプロセッサを含む規範的メモリシステムのブロック図である。 図1の管理型NVMパッケージのための規範的アドレスマッピングを示す。 不良ブロック交換を含む図2のアドレスマッピングを示す。 マルチページ準備コマンドを受信するためのNVMパッケージを示す。 規範的なマルチページ準備動作のタイミング図である。 マルチページ準備コマンドを処理するためにホストコントローラにより遂行される規範的なプロセスのフローチャートである。 マルチページ準備コマンドを処理するために不揮発性メモリ装置により遂行される規範的なプロセスのフローチャートである。
メモリシステムの概略
図1は、管理型NVMパッケージ104(例えば、NAND装置)に結合されたホストコントローラ102を含む規範的なメモリシステム100のブロック図である。NVMパッケージ104は、複数のNVM装置108(例えば、複数の生のNANDダイ)を含むBGAパッケージ又は他のICパッケージである。メモリシステム100は、これに限定されないが、ハンドヘルドコンピュータ、移動電話、デジタルカメラ、ポータブル音楽プレーヤ、玩具、サムドライブ、e−メール装置、及び不揮発性メモリが望まれ又は要求される他の装置を含む種々の装置に使用することができる。ここに使用する「生のNVM」は、外部のホストプロセッサにより管理されるメモリ装置又はパッケージであり、そして管理型NVMは、少なくとも1つの内部メモリ管理機能、例えば、エラー修正、ウェアレベリング、不良ブロック管理、等を含むメモリ装置又はパッケージである。
ある具現化において、NVMパッケージ104は、内部チップセレクト信号を使用して内部チャンネルを経てNVM装置108にアクセスしそして管理するためのコントローラ106を備えることができる。内部チャンネルは、コントローラ106とNVM装置108との間のデータ経路である。コントローラ106は、メモリ管理機能(例えば、ウェアレベリング、不良ブロック管理)を行うことができ、そしてデータエラー(例えば、フリップしたビット)を検出し修正するためのエラー修正(ECC)エンジン110を含むことができる。ある具現化において、ECCエンジン110は、コントローラ106におけるハードウェアコンポーネントとして、又はコントローラ106により実行されるソフトウェアコンポーネントとして具現化することができる。ある具現化において、ECCエンジン110は、NVM装置108に配置することができる。
ある具現化において、ホストコントローラ102及びNVMパッケージ104は、ホスト(ホストチャンネル)に見える通信チャンネルを経て情報(例えば、制御コマンド、アドレス、データ)を通信することができる。ホストチャンネルは、ONFI仕様バージョン2.0に述べられたように、生のNANDインターフェイス又はデュアルチャンネルインターフェイスのような標準インターフェイスをサポートすることができる。又、ホストコントローラ102は、ホストチップイネーブル(CE)信号を与えることもできる。ホストCEは、ホストコントローラ102を見て、ホストチャンネルを選択することができる。
規範的なメモリシステム100において、NVMパッケージ104は、CEハイディング(hiding)をサポートする。CEハイディングは、NVMパッケージ104の各内部チャンネルに対して単一のホストCEを使用して、NVMパッケージ104のインターフェイスをサポートするのに必要な信号の数を減少することができる。メモリアクセスは、図2及び3を参照して述べるように、アドレススペース及びアドレスマッピングを使用して、内部チャンネル及びNVM装置108へマップさせることができる。個々のNVM装置108は、コントローラ106により発生された内部CE信号を使用してイネーブルすることができる。
規範的なアドレスマッピング
図2は、図1の管理型NVMパッケージ104のための規範的なアドレスマッピングを示す。特に、マッピングは、潜在的に複数の平面を各々含む複数のダイを備えた管理型NVM装置に使用することができる。ある具現化において、アドレスマッピングは、同時アドレス可能なユニット(CAU)において動作される。CAUは、NVMパッケージ内の他のCAUと同時に又はそれと並列に読み取られ、プログラムされ又は消去される単一のホストチャンネルからアクセスできる物理的記憶装置の一部分である。CAUは、例えば、単一平面又は単一ダイでよい。CAUサイズは、CAUにおける消去可能なブロックの数である。
マッピングは、図2の規範的メモリアーキテクチャーを使用して説明する。この規範的アーキテクチャーについては、ブロックサイズは、消去可能なブロックにおけるページの数として定義される。ある具現化では、4キロバイトのデータごとに16バイトのメタデータが使用できる。他のメモリアーキテクチャーも考えられる。例えば、メタデータは、より多くの又はより少ないバイトが割り当てられてもよい。
図2に示されたアドレスマッピングは、NANDブロックを読み取り/プログラムし/消去するための生のNANDプロトコル、及び最適な性能を可能にする付加的なコマンドの使用を許す。NVMパッケージ104は、NANDのデータ信頼性を管理するためのECCエンジン(例えば、ECCエンジン110)を備えている。従って、ホストコントローラ102は、ECCエンジン110を含んだり又は信頼性の目的でデータを処理したりする必要はない。
NVMパッケージ104は、CAUを、他のCAUと同時に又はそれと並列にアクセスできる(例えば、NANDメモリセルから内部レジスタへデータを移動する)エリアとして定義する。この規範的アーキテクチャーでは、全てのCAUが同数のブロックを含むと仮定する。他の具現化では、CAUは、異なる数のブロックを有することができる。以下のテーブルIは、CAUのページにアクセスするための規範的な行アドレスフォーマットを示す。
Figure 2012526324
テーブルIを参照すれば、規範的なnビット(例えば、24ビット)行アドレスは、次のフォーマット、即ち[CAU:Block:Page]でNAND装置のコントローラへ与えることができる。CAUは、ダイ或いは平面を表す数字(例えば、整数)である。Blockは、CAU数字で識別されたCAUのブロックオフセットであり、そしてPageは、Blockで識別されたブロックにおけるページオフセットである。例えば、ブロック当たり128ページ、CAU当たり8192ブロック及び6個のCAUをもつ装置では、Xが7(27=128)となり、Yが13(213=8192)となり、そしてZが3(22<6<23)となる。
図2に示す規範的なNVMパッケージ104は、2つのNANDダイ204a、204bを含み、そして各ダイは、2つの平面を有する。例えば、ダイ204aは、平面206a、206bを含む。そして、ダイ204bは、平面206c、206dを含む。この例では、各平面はCAUであり、そして各CAUは、2048個のマルチレベルセル(MLC)ブロックを有し、ブロック当たり128ページである。プログラム及び消去動作は、ブロックのストライド(各CAUからのブロック)で行うことができる。ストライドは、異なるCAUから各々到来するブロックのアレイとして定義される。ここに示す例では、「ストライド0」は、CAU0−3の各々からのブロック0を定義し、「ストライド1」は、CAU0−3の各々からのブロック1を定義し、「ストライド2」は、CAU0−3の各々からのブロック2を定義し、等々である。
NVMパッケージは、制御バス208及びアドレス/データバス210を通してCAUと通信するNVMコントローラ202を備えている。動作中に、NVMコントローラ202は、ホストコントローラ(図示せず)からコマンドを受け取り、そしてそのコマンドに応答して、制御バス208に制御信号を及びアドレス/データバス210にアドレス又はデータをアサートし、1つ以上のCAUに対する動作(例えば、読み取り、プログラム又は消去動作)を遂行する。ある具現化では、コマンドは、図2を参照して述べるように、[CAU:Block:Page]の形態の行アドレスを含む。
図3は、不良ブロック交換を含む図2のアドレスマッピングを示す。この例では、ホストコントローラ102は、NVMパッケージ104のためのストライドアドレスを発行する。NVMパッケージは、3つのCAUを含み、それらCAUの1つは、ストライドブロックオフセットに不良ブロックを保持する。「ストライド4」アドレスは、通常、CAU0:Block4、CAU1:Block4、及びCAU2:Block4をアドレスする。しかしながら、この例では、不良ブロックCAU1:Block4は、CAU1:Block2000に置き換えられる。
マルチページ準備コマンドを受信するための規範的なNVMパッケージ
図4は、マルチページ準備コマンドを受信するためのNVMパッケージを示す。ある具現化では、NVMパッケージ400は、外部ホストコントローラ(図示せず)から受信したマルチページ準備コマンドのリストを維持するコントローラ402を備えている。このコマンドは、マルチページプログラム動作のようなマルチページ動作に対してCAUを準備するためにコントローラが使用できる行アドレス[CAU:Block:Page]を含むことができる。
NVMパッケージ400は、最適なコマンドセットを順序付けし及び使用してページをプログラムし又は他の動作を遂行するためにマルチページ準備コマンドにより供給される行アドレスの利点を取り入れることができる。ある具現化では、次の2つのものを転送するためのコマンドに3バイトのアドレスが使用される。
●バイト0:情報を使用するコマンド、及び
●バイト1−2:アドレスカウント:マルチページ動作においてアクセスされるページ数。
データバイト(入力/書き込み)は、来るべきマルチページ動作に使用されるページアドレス(行)を転送するのに使用できる。アドレスカウント及びページアドレスは、両方とも、リトルエンディアンである。
図5は、規範的なマルチページ準備動作のためのタイミング図である。ある具現化では、ホストコントローラは、プログラムされるべきページ数をNとすれば、3*Nより多くのバイトを転送することができる。ここに示す例では、マルチページプログラム準備動作について説明する。他の形式の動作を使用することもできる。
第1のコードB0hは、マルチページプログラム準備動作を指示する。CMDは、ページアドレスW−addr[0]、W−addr[1]及びW−addr[2]をデータと共にプログラムするためにホストコントローラが使用するマルチページプログラムコマンドを示す。2つのバイトCount−0及びCount−1は、カウントに続くページアドレスW−addr[x]の数を指示する。この例では、3ページアドレスがカウントバイトに続く。ホストコントローラは、(例えば、最後のコマンドを使用して)ページNより早くプログラム動作を終了するように選択することができる。NVMパッケージは、動作を正しく終了することができる。転送される全てのページをプログラムすることができる。プログラムされないページは、消去されたままとし、後でプログラムすることができる。コード77h及びそれに続くコード00h、00h、00h及び40hは、ページがプログラムされたかどうか決定するための状態要求コマンドを表す。
マルチページ準備動作に続いて、ホストコントローラは、動作状態をチェックし、そして状態値に基づいて応答又は行動することができる。以下のテーブルIIは、読み取り動作状態が返送する異なる値を指定すると共に、ホストコントローラが何を行うか説明する。
Figure 2012526324
ホストコントローラにより遂行される規範的なプロセス
図6は、マルチページ準備コマンドを処理するためにホストコントローラにより遂行される規範的なプロセス600のフローチャートである。ある具現化において、プロセス600は、不揮発性メモリ装置へ第1コマンドを送信することにより開始される(602)。この第1コマンドは、不揮発性メモリ装置の不揮発性メモリを、その不揮発性メモリにおけるその後の動作の準備のために構成するように働く。
ある具現化において、装置のコントローラは、準備コマンドを使用してCAUイネーブル及びアドレススキームをキューイングすることができる。他の具現化では、コントローラは、準備コマンドと共にフィードバック情報を同時に受信することができる。一例において、フィードバック情報は、ビジーである平面、ダイ又はバスを記述し、コントローラにより別の経路を選択して使用し、メモリ動作を遂行できるようにする。
NVM装置内のある生のNANDダイは、「2平面キャッシュモードプログラム」のような種々の進歩型動作をサポートすることができる。NVMコントローラは、準備コマンドに存在する情報を使用して、より最適なデータ転送を得るため進歩型動作を適用できる全シーケンスの中のサブシーケンスをおそらく識別するために遂行されるプログラム動作のパターンを分析することができる。NVM装置とホストコントローラの相互動作を支配するプロトコルは、ブロックの各ストライド内でページアドレスを増加する全ストライドより成る動作シーケンスを可能にするための準備コマンドを含むことができる。NVM装置のベンダーは、準備コマンドを使用し、生のNAND装置の性能向上特徴を使用して、ホストコントローラスタックの開発者がその性能向上特徴の特定の詳細を知らなくてもよいようにする。
不揮発性メモリ装置に第2コマンドが送られて、動作を遂行する(604)。動作から得られるデータが不揮発性メモリ装置から受け取られる(606)。
メモリ装置により遂行される規範的なプロセス
図7は、マルチページ準備コマンドを処理するために不揮発性メモリ装置により遂行される規範的なプロセス700のフローチャートである。ある具現化において、プロセス700は、ホストコントローラからコマンドを受け取ることにより開始される(702)。このコマンドは、マルチページプログラム準備コマンドである。不揮発性メモリは、準備コマンドに基づいて不揮発性メモリにおけるその後の動作について準備するように構成される(704)。その構成は、コマンドの順序の変更、又は最適なコマンドセットを使用することを含む。
本書は、多数の仕様を含むが、それは、特許請求の範囲を限定するものではなく、特定の実施形態特有の特徴を説明したものである。別々の実施形態に関して本書に述べた幾つかの特徴は、単一の実施形態において組み合わせて具現化できるものである。逆に、単一の実施形態に関して説明した種々の特徴を複数の実施形態において別々に又は適当な準組み合わせで具現化することもできる。更に、それらの特徴は、幾つかの組み合わせで作用するものとして上述され、最初にそのように請求されるが、請求された組み合わせからの1つ以上の特徴を、あるケースでは、その組み合わせから削除してもよく、又、請求された組み合わせを準組み合わせ又は準組み合わせの変形へと向けてもよい。
同様に、動作は、図面に特定の順序で示したが、そのような動作を、図示された特定の順序又は逐次の順序で遂行すること、或いは図示された全ての動作を遂行して希望の結果を得ることが要求されると理解してはならない。ある環境では、マルチタスク及び並列処理が効果的である。更に、上述した実施形態における種々のシステムコンポーネントの分離は、全ての実施形態においてそのような分離が要求されると理解してはならず、又、ここに述べたプログラムコンポーネント及びシステムは、一般的に、単一のソフトウェア製品に一緒に一体化したり、又は複数のソフトウェア製品へパッケージしたりできることも理解されたい。
以上、特定の実施形態について説明した。特許請求の範囲内で他の実施形態も考えられる。
100:メモリシステム
102:ホストコントローラ
104:NVMパッケージ
106:コントローラ
108:NVM装置
110:ECCエンジン
202:NVMコントローラ
204:ダイ
206:平面
208:制御バス
210:アドレス/データバス
400:NVMパッケージ
402:コントローラ
406:コマンドのリスト

Claims (20)

  1. ホストコントローラから準備コマンドを受け取る段階と、
    前記準備コマンドに基づいて不揮発性メモリにおけるその後の動作の準備をするように不揮発性メモリを構成する段階と、
    を備えた方法。
  2. 前記構成は、コマンドの順序を変更するか又は最適なコマンドセットを使用することを含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記コマンドは、読み取り又はプログラムコマンドの少なくとも1つである、請求項1に記載の方法。
  4. 前記コマンドは、状態要求コマンドである、請求項1に記載の方法。
  5. 前記その後の動作は、マルチページプログラム動作である、請求項1に記載の方法。
  6. 不揮発性メモリ装置へ第1コマンドを送信する段階であって、その第1コマンドは、前記不揮発性メモリ装置の不揮発性メモリを、その不揮発性メモリにおけるその後の動作の準備のために構成するように働くものである段階と、
    前記不揮発性メモリ装置へ第2コマンドを送って、前記不揮発性メモリにおける動作を遂行する段階と、
    前記動作から得られるデータを受け取る段階と、
    を備えた方法。
  7. 前記構成は、コマンドの順序を変更するか又は最適なコマンドセットを使用することを含む、請求項6に記載の方法。
  8. 前記第1コマンドは、読み取り又はプログラムコマンドの少なくとも1つである、請求項6に記載の方法。
  9. 前記第1コマンドは、状態要求コマンドである、請求項6に記載の方法。
  10. 前記第2コマンドは、マルチページプログラム動作である、請求項6に記載の方法。
  11. ホストコントローラから準備コマンドを受け取るよう構成されたインターフェイスと、
    前記インターフェイスに結合され、前記準備コマンドに基づいて不揮発性メモリにおけるその後の動作の準備をするように不揮発性メモリを構成できるコントローラと、
    を備えたシステム。
  12. 前記構成は、コマンドの順序を変更するか又は最適なコマンドセットを使用することを含む、請求項11に記載の方法。
  13. 前記コマンドは、読み取り又はプログラムコマンドの少なくとも1つである、請求項11に記載の方法。
  14. 前記コマンドは、状態要求コマンドである、請求項11に記載の方法。
  15. 複数のコマンドを記憶するメモリと、
    前記メモリに結合されたプロセッサであって、
    不揮発性メモリ装置へ第1コマンドを送信し、その第1コマンドは、前記不揮発性メモリ装置の不揮発性メモリを、その不揮発性メモリにおけるその後の動作の準備のために構成するように働くものであり、
    前記不揮発性メモリ装置へ第2コマンドを送って、前記不揮発性メモリにおける動作を遂行し、
    前記動作から得られるデータを受け取る、
    ように構成できるものであるプロセッサと、
    を備えたシステム。
  16. 前記構成は、コマンドの順序を変更するか又は最適なコマンドセットを使用することを含む、請求項15に記載のシステム。
  17. 前記コマンドは、読み取り又はプログラムコマンドの少なくとも1つである、請求項15に記載のシステム。
  18. 前記コマンドは、状態要求コマンドである、請求項15に記載のシステム。
  19. 前記その後の動作は、マルチページプログラム動作である、請求項15に記載のシステム。
  20. 不揮発性メモリ装置へ第1コマンドを送信する手段であって、その第1コマンドは、前記不揮発性メモリ装置の不揮発性メモリを、その不揮発性メモリにおけるその後の動作の準備のために構成するように働くものである手段と、
    前記不揮発性メモリ装置へ第2コマンドを送って、前記不揮発性メモリにおける動作を遂行する手段と、
    前記動作から得られるデータを受け取る手段と、
    を備えた方法。
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