JP2023044330A - メモリシステムおよび制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コールドデータを単一のブロックに集めるガベッジコレクションを実現するメモリシステムを提供する。
【解決手段】実施形態によれば、メモリシステムは、不揮発性メモリと、コントローラと、を具備する。不揮発性メモリは、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の第１ブロックおよびＮ個未満の第２ブロックを含む複数のブロックを備える。コントローラは、不揮発性メモリに対して、Ｎ個の第１ブロックの有効データをＮ個未満の第２ブロックに移動させて１以上のフリーブロックを作成するガベッジコレクション処理を実行可能である。コントローラは、ガベッジコレクション処理を実行する場合、有効データの移動元ブロックの候補である各候補ブロックの有効データの減少頻度に基づき、有効データの移動元ブロックとしてＮ個の第１ブロックを選択する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、メモリシステムおよび制御方法に関する。

近年、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ（ＮＡＮＤメモリ）を有するＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）のようなメモリシステムが広く利用されている。ＮＡＮＤメモリは、既にデータが書き込まれている記憶領域へのデータの上書きを行うことができない不揮発性の記憶媒体である。そのため、ＳＳＤは、ＮＡＮＤメモリ上のデータの書き換えを、元のデータが格納される記憶領域とは別の記憶領域に新たなデータを書き込み、元のデータを無効化することによって実行する。従って、ＳＳＤのようなメモリシステムでは、無効なデータが格納されているＮＡＮＤメモリ上の記憶領域を再利用するためのガベッジコレクションと称される処理が必要となる。ガベッジコレクションは、コンパクションとも称される。

ＳＳＤは、ＮＡＮＤメモリに対するデータの書き込みや読み出しを、ページと称される単位で実行する。また、ＳＳＤは、ＮＡＮＤメモリ上のデータの消去を、複数のページで構成されるブロックと称される単位で実行する。そして、ガベッジコレクションは、無効なデータが格納されたページを多く含むブロック、換言すれば、有効データの少ないブロックを選択し、Ｎ（Ｎは２以上の自然数）個以上のブロックの中の有効データをＮ個未満のブロックに移動させて１以上のフリーブロックを作成する。

ＮＡＮＤメモリ上のデータは、書き換えが発生する可能性が低いコールドデータと、書き換えが発生する可能性が高いホットデータとに大別できる。換言すると、コールドデータのアクセス頻度は、ホットデータのアクセス頻度よりも低い。あるブロックにコールドデータのみが格納されたならば、そのブロックは、有効データが占める割合が高い水準で維持される可能性が高い。従って、コールドデータを単一のブロックに集めることができれば、全ブロックにおける有効データが占める割合と比較して、コールドデータを集めたブロックを除く他のブロックにおける有効データが占める割合を低めることができる。ガベッジコレクションの効率は、総有効データ量が少ない程向上する。有効データが占める割合が高い水準で維持される可能性が高いコールドデータを集めたブロックはガベッジコレクションの対象として選択されにくい。一方、コールドデータを集めたブロックを除く他のブロックはガベッジコレクションの対象として選択されやすい。従って、コールドデータを単一のブロックに集めることにより、ガベッジコレクションの効率を向上させることが期待できる。

米国特許出願公開第２０１９／００９５１１６号明細書

本発明の１つの実施形態は、コールドデータを格納するブロックのガベッジコレクションを好適に実行するメモリシステムを提供する。

実施形態によれば、メモリシステムは、不揮発性メモリと、コントローラと、を具備する。不揮発性メモリは、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の第１ブロックおよびＮ個未満の第２ブロックを含む複数のブロックを備える。コントローラは、不揮発性メモリに対して、Ｎ個の第１ブロックの有効データをＮ個未満の第２ブロックに移動させて１以上のフリーブロックを作成するガベッジコレクション処理を実行可能である。コントローラは、ガベッジコレクション処理を実行する場合、有効データの移動元ブロックの候補である各候補ブロックの有効データの減少頻度に基づき、有効データの移動元ブロックとしてＮ個のブロックを選択する。

実施形態のメモリシステムの一構成例を示す図 実施形態のメモリシステムのＮＡＮＤメモリダイの一構成例を示す図 実施形態のメモリシステムのスーパーブロックの一構成例を示す図 ガベッジコレクションの基本的な概要を示す図 有効データの少なさのみを基準とするガベッジコレクションの例を説明するための図 コールドデータを単一のブロックに集めるガベージコレクションの例を説明するための図 実施形態のメモリシステムにおける第２モードでのガベッジコレクションを説明するための図 実施形態のメモリシステムにおける第２モードでのガベッジコレクションの手順を示すフローチャート

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、実施形態のメモリシステム１の一構成例を示す図である。ここでは、メモリシステム１がＳＳＤとして実現されている例を説明する。メモリシステム１は、ホスト２と接続可能に構成される。図１は、メモリシステム１と、メモリシステム１と接続された状態のホスト２とを含む情報処理システムの一構成例を示す。ホスト２は、サーバやパーソナルコンピュータのような情報処理装置である。

メモリシステム１は、コントローラ１１と、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ（以下、ＮＡＮＤメモリと称する）１２とを有する。メモリシステム１は、たとえばＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ^ＴＭ（ＰＣＩｅ^ＴＭ）仕様に準拠するインターフェースを介してホスト２と接続される。

コントローラ１１は、ＮＡＮＤメモリ１２を制御するデバイスである。コントローラ１１は、たとえば、ホスト２からのコマンドに応じて、ＮＡＮＤメモリ１２へのデータの書き込み処理や、ＮＡＮＤメモリ１２からのデータの読み出し処理を制御する。コントローラ１１は、たとえばＮＶＭ Ｅｘｐｒｅｓｓ^ＴＭ（ＮＶＭｅ^ＴＭ）仕様に準拠するプロトコルでホスト２との間の通信を行う。コントローラ１１は、たとえばＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ａ Ｃｈｉｐ）といった半導体集積回路として構成され得る。

ＮＡＮＤメモリ１２は、既にデータが書き込まれている記憶領域へのデータの上書きを行うことができない不揮発性の記憶媒体である。ＮＡＮＤメモリ１２は、複数のＮＡＮＤ型フラッシュメモリダイ（以下、ＮＡＮＤメモリダイと称する）１２１を含む。ＮＡＮＤメモリダイ１２１は、ＮＡＮＤメモリチップなどとも称される。ＮＡＮＤメモリダイ１２１は、不揮発にデータを記憶可能なメモリセルアレイと、メモリセルアレイを制御する周辺回路とを含む。メモリセルアレイは、複数の物理ブロックを含む。個々のＮＡＮＤメモリダイ１２１は、独立して動作可能である。ある数のＮＡＮＤメモリダイ１２１は、並列動作単位として機能する。

コントローラ１１は、ブロック管理部１１１と、ガベッジコレクション制御部１１２とを有する。ブロック管理部１１１およびガベッジコレクション制御部１１２は、ファームウェア（プログラム）によって実現されてもよいし、電子回路などのハードウェアによって実現されてもよい。

ブロック管理部１１１は、ＮＡＮＤメモリ１２に含まれる複数の物理ブロックの中のある数の物理ブロックによって構成される拡張的な管理単位である論理ブロック（以下、スーパーブロックと称する）を管理するモジュールである。ある数とは、たとえば並列動作単位として機能するＮＡＮＤメモリダイ１２１の数である。ブロック管理部１１１は、スーパーブロックに関する情報をブロック情報として管理する。また、ブロック管理部１１１は、ガベッジコレクション制御部１１２に対する、未使用状態のスーパーブロックの供給を行う。

ここで、ブロック管理部１１１によって管理されるスーパーブロックについて説明する。

図２は、ＮＡＮＤメモリダイ１２１の一構成例を示す図である。
各ＮＡＮＤメモリダイ１２１は、複数の物理ブロック１２２を含む。複数の物理ブロック１２２のそれぞれは、複数のページ１２３を含む。ＮＡＮＤメモリダイ１２１に対するデータの書き込みや読み出しは、このページ１２３の単位で実行される。

図３は、スーパーブロック２００の一構成例を示す図である。
たとえばＭ（Ｍは２以上の自然数）個のＮＡＮＤメモリダイ１２１が並列動作単位として機能する場合を説明する。この場合、ブロック管理部１１１は、Ｍ個のＮＡＮＤメモリダイ１２１から１つずつ物理ブロック１２２を選択し、Ｍ個の物理ブロック１２２を含むスーパーブロック２００を作成する。Ｍ個のＮＡＮＤメモリダイ１２１は並列動作可能なので、たとえばスーパーブロック２００へのデータの書き込みは、Ｍページずつ実行していくことができる。実施形態のメモリシステム１においては、このスーパーブロック２００の単位でデータの消去が実行されるものとする。

図１に戻り、コントローラ１１の説明を続ける。
ガベッジコレクション制御部１１２は、無効なデータが格納されたページ１２３を再利用するためのガベッジコレクション（ＧＣ）を制御する。前述したように、ＮＡＮＤメモリ１２は、既にデータが書き込まれている記憶領域へのデータの上書きを行うことができない記憶媒体である。たとえば、あるスーパーブロック２００の、あるページ１２３に格納されているデータの書き換えは、別のあるスーパーブロック２００の、あるページ１２３に新たなデータを書き込み、あるスーパーブロック２００の、あるページに格納されているデータを無効化することによって実行する。従って、時間の経過に伴って、あるスーパーブロック２００が、無効なデータを格納するページ１２３で占められるといった状況が生じ得る。ガベッジコレクション制御部１１２は、ガベッジコレクションにおいて、基本的には、このような有効データの少ないスーパーブロック２００を選択する。ガベッジコレクション制御部１１２は、選択したＮ個以上のスーパーブロック２００の中の有効データをＮ個未満のスーパーブロック２００に移動させて１以上の未使用状態のスーパーブロック２００を作成する。以下、未使用状態のスーパーブロック２００をフリーブロックと称する。

図４は、ガベッジコレクションの基本的な概要を示す図である。

ここでは、説明を簡略化するために、各スーパーブロック２００が９個のページを含む例を説明する。スーパーブロック（＃１）２００は、ページＡ１～Ａ９を含む。スーパーブロック（＃２）２００は、ページＢ１～Ｂ９を含む。ハッチングの施されていないページ（Ａ３～Ａ５、Ａ８、Ａ９、Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５～Ｂ８）は、無効なデータを格納するページを示す。また、ハッチングの施されたページ（Ａ１、Ａ２、Ａ６、Ａ７、Ｂ２、Ｂ４、Ｂ９）は、有効なデータを格納するページを示す。ガベッジコレクション制御部１１２は、まず、ブロック管理部１１１からフリーブロックであるスーパーブロック（＃３）２００の供給を受ける。

なお、図４では、便宜的に、フリーブロックが、フリーブロックプールａ１に溜められているものとしている。符号ａ２で示す枠内のスーパーブロック２００は、フリーブロックプールａ１から取り出されて使用状態にあるスーパーブロック２００である。使用状態のスーパーブロック２００は、データの書き込みが行われているものと、データの書き込みが完了しているものとを含む。前者のスーパーブロック２００は、インプットブロックなどと称される。後者のスーパーブロック２００は、アクティブブロックなどと称される。

ガベッジコレクション制御部１１２は、スーパーブロック（＃１、＃２）２００内の有効データ、つまり、ページＡ１、Ａ２、Ａ６、Ａ７、Ｂ２、Ｂ４、Ｂ９に格納されているデータを、スーパーブロック（＃３）２００にコピーする。ガベッジコレクション制御部１１２は、スーパーブロック（＃１、＃２）２００内の有効データを無効化し、スーパーブロック（＃１、＃２）２００をフリーブロックにする。これにより、無効なデータが格納されていたページＡ３～Ａ５、Ａ８、Ａ９、Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５～Ｂ８に加えて、有効なデータが格納されていたページＡ１、Ａ２、Ａ６、Ａ７、Ｂ２、Ｂ４、Ｂ９の再利用が可能となる。ここでは、２つのスーパーブロック（＃１、＃２）２００の有効データを１つのスーパーブロック（＃３）２００に移動することで、差し引き１つのフリーブロックの確保が実現されている。

前述したように、ブロック管理部１１１は、スーパーブロック２００に関するブロック情報を管理する。ブロック情報には、有効クラスタ率が含まれている。有効クラスタ率は、スーパーブロック２００内の利用可能な全ページ１２３に占める有効データを格納するページ１２３の割合である。有効クラスタ率の低いスーパーブロック２００は、有効データの少ないスーパーブロック２００である。ガベッジコレクション制御部１１２は、ガベッジコレクションにおいて、基本的には、ブロック情報で管理される有効クラスタ率が低いスーパーブロック２００を、有効データの移動元のスーパーブロック２００として選択する。

次に、図５を参照して、ガベッジコレクションにおける有効データの移動元のスーパーブロック２００を、有効データの少なさのみを基準として選択する例を説明する。

図５（Ａ）は、スーパーブロック２００に格納されるデータの内訳を示している。図５（Ａ）に示すように、スーパーブロック２００には、一般的に、無効データｂ１と、有効データｂ２とが含まれている。また、有効データｂ２には、一般的に、無効データ化しやすいホットデータｂ２１と、無効データ化しにくいコールドデータｂ２２とが含まれている。無効データ化しやすいデータとは、アクセス頻度が相対的に高く、書き換えが発生する可能性が高いデータである。無効データ化しにくいデータとは、アクセス頻度が相対的に低く、書き換えが発生する可能性が低いデータである。有効データｂ２の中のどれがホットデータｂ２１であり、どれがコールドデータｂ２２であるのかは、メモリシステム１は直接的には知り得ない。

このような内訳のスーパーブロック２００について、一般的なガベッジコレクションでは、有効データｂ２の少なさのみを基準として、有効データｂ２の移動元のスーパーブロック２００が選択される。図５（Ｂ）は、有効データｂ２の少ない順に４つのスーパーブロック２００が、ガベッジコレクションにおける移動元ブロック（ＧＣ元ブロック群）として選択された例を示している。図５（Ｃ）は、図５（ｂ）で移動元ブロックとして選択された４つのスーパーブロック２００のガベッジコレクションの結果を示している。

図５（Ｃ）に示すように、移動先ブロック（ＧＣ先ブロック）のスーパーブロック２００には、ホットデータｂ２１とコールドデータｂ２２とが混在している。そのため、このスーパーブロック２００は、時間経過でホットデータｂ２１が減少すると、今度は移動元ブロックとして選択される可能性がある。そうすると、コールドデータｂ２２の再移動が発生する。

続いて、図６を参照して、コールドデータｂ２２を単一のスーパーブロック２００に集めるガベージコレクションの例について説明する。

図６（Ａ）は、使用状態の全スーパーブロック２００における有効データｂ２が占める割合が７０％である状態を示している。全スーパーブロック２００は、ｂ２１又はｂ２２のいずれかを含む。図６（Ｂ）は、コールドデータｂ２２が単一のスーパーブロック２００に集められた状態を示している。この状態は、いずれのコールドデータｂ２２も無効化されておらず（有効データ比率が１００％）、かつ、コールドデータｂ２２が集められたスーパーブロック２００の中のいずれにも余剰領域が生じていない状態である。

コールドデータｂ２２を単一のスーパーブロック２００に集めた結果、コールドデータｂ２２を集めたスーパーブロック２００を除く使用状態のスーパーブロック２００には、ホットデータｂ２１が残る。図６（ｃ）は、ホットデータｂ２１が残ったスーパーブロック２００の状態を示している。ホットデータｂ２１が残ったスーパーブロック２００における有効データｂ２が占める割合は、使用状態の全スーパーブロック２００における有効データｂ２が占める割合である７０％よりも低い６０％となっている。

ガベッジコレクションの効率は、有効データ比率が低い程向上する。図６（Ｂ）のコールドデータｂ２２が集められたスーパーブロック２００は、有効データｂ２が占める割合が高い水準で維持される可能性が高い。従って、これらのスーパーブロック２００は、ガベッジコレクションの対象として選択されにくい。一方、図６（Ｃ）のコールドデータｂ２２を集めたスーパーブロック２００を除くスーパーブロック２００は、ガベッジコレクションの対象として選択されやすい。よって、コールドデータｂ２２を単一のスーパーブロック２００に集めることで、コールドデータｂ２２を集めたスーパーブロック２００を除くスーパーブロック２００の有効データ比率を低めて、ガベッジコレクションの効率を向上させることが期待できる。

そこで、実施形態のメモリシステム１は、ガベッジコレクション制御部１１２が、有効データｂ２の少なさを基準として移動元のスーパーブロック２００を選択してガベッジコレクションを実行するモード（第１モードの一例）に加えて、コールドデータｂ２２を単一ブロックに集めることを目的としたガベッジコレクションを実行するモード（第２モードの一例）を有する。以下、ガベッジコレクション制御部１１２による第２モードでのガベッジコレクションについて詳述する。

ガベッジコレクション制御部１１２は、たとえば１日毎といった予め定められた間隔で定期的にガベッジコレクションを第２モードで実行してもよいし、ホスト２からのコマンドやスーパーブロック２００のデータの格納状態などに応じて随時にガベッジコレクションを第２モードで実行してもよい。

図７は、ガベッジコレクション制御部１１２による第２モードでのガベッジコレクションを説明するための図である。

ブロック管理部１１１は、ブロック情報の１つとして、使用状態のスーパーブロック２００内でたとえば直近１時間にデータが無効化されたページ１２３の数、つまり、有効データｂ２の減少数を記録する。有効データｂ２の減少数は、有効データｂ２の減少量に対応する。ブロック管理部１１１は、有効データｂ２の減少数をたとえば直近１日分（２４個）保持する。２４個の有効データｂ２の減少数を合計すれば、直近１日（２４時間）の有効データｂ２の減少数を容易に算出できる。たとえば直近３時間の有効データｂ２の減少数や直近６時間の有効データｂ２の減少数といった任意の期間での有効データｂ２の減少数を算出できる。なお、ブロック管理部１１１は、直近１時間の有効データｂ２の減少数と、直近１日の有効データｂ２の減少数とを、独立して記録してもよい。

ガベッジコレクション制御部１１２は、第２モードでガベッジコレクションを実行する場合、ブロック管理部１１１によって管理されるブロック情報に含まれる、有効データｂ２の減少数を参照する。ガベッジコレクション制御部１１２は、参照した減少数に基づいて、有効データｂ２がコールドデータｂ２２で占められていると推定されるスーパーブロック２００を検出し、検出したスーパーブロック２００を移動元ブロックとして選択する。すなわち、ガベッジコレクション制御部１１２は、無効データ化しにくいというコールドデータｂ２２の特性に着目し、有効データｂ２の減少頻度が小さいスーパーブロック２００を移動元ブロックとして選択する。ここで、減少頻度は、ある期間における減少数である。

有効データｂ２がコールドデータｂ２２で占められていると推定されるスーパーブロック２００の検出基準は、データの局所性にも着目している。同一ブロックに存在するデータは同一タイミングで書かれた可能性が高いので、あるスーパーブロック２００のあるデータについて書き換えが発生していない場合、このスーパーブロック２００の他のデータについても、同様に、書き換えが発生しない可能性が高いと考えられる。

ガベッジコレクション制御部１１２は、有効データｂ２の減少頻度として、直近１時間または直近１日の何れかの期間の数値を用いてもよいが、実施形態のメモリシステム１においては、直近１時間および直近１日の両方の期間の数値を用いる。ガベッジコレクション制御部１１２は、３つ以上の期間での有効データｂ２の減少数を用いてもよい。ガベッジコレクション制御部１１２は、長期間での有効データｂ２の減少数よりも、直近の短期間での有効データｂ２の減少数を重視して、移動元ブロックとするスーパーブロック２００を選択する。

図７（Ａ）には、移動元ブロックの候補である６個のスーパーブロック２００（２００－１～２００－６）が示されている。また、移動先ブロックとしてフリーブロックプールａ１から取り出されたスーパーブロック２００－７が図示されている。スーパーブロック２００－１は、直近１日の有効データｂ２の減少数は９であり、そのうち１個は直近１時間のものである。スーパーブロック２００－２は、直近１日の有効データｂ２の減少数は７８であり、そのうち２個は直近１時間のものである。スーパーブロック２００－３は、直近１日の有効データｂ２の減少数は５であり、直近１時間のものはない。スーパーブロック２００－４は、直近１日の有効データｂ２の減少数は７であり、そのうち４個は直近１時間のものである。スーパーブロック２００－５は、直近１日の減少数は０であり、よって、直近１時間の減少数も０である。そして、スーパーブロック２００－６は、直近１日の有効データｂ２の減少数は８であり、そのうち７個は直近１時間のものである。

ガベッジコレクション制御部１１２は、たとえば、直近１日の有効データｂ２の減少数と、直近１時間の有効データｂ２の減少数とを加算して、得られた値が閾値以下のスーパーブロック２００を移動元ブロックとして選択する。すなわち、直近１時間の有効データｂ２の減少数はダブルカウントされる。直近１日の有効データｂ２の減少数が近似するスーパーブロック２００が複数存在する場合、直近１時間の有効データｂ２の減少数が相対的に少ないスーパーブロック２００が移動元ブロックとして選択されやすくなる。つまり、ガベッジコレクション制御部１１２は、長期間よりも短期間の減少数が目的のスーパーブロック２００の検出に寄与するように、複数の期間の有効データｂ２の減少数を使用する。目的のスーパーブロック２００とは、有効データｂ２がコールドデータｂ２２で占められていると推定されるスーパーブロック２００である。

また、ガベッジコレクション制御部１１２は、さらに、直近１日の有効データｂ２の減少数と、直近１時間の有効データｂ２の減少数とのそれぞれに係数を設定してもよい。すなわち、長期間よりも短期間の方が目的のスーパーブロック２００の検出に、より寄与するように、当該係数による重み付けを行ってもよい。

具体的には、直近１日の有効データｂ２の減少数に第１係数を乗じ、直近１時間の有効データｂ２の減少数に第２係数を乗じる。ここで、第１係数を１で固定し、第２係数を正の値とすることで、直近１時間の有効データｂ２の減少数に対して重み付けの計算をすることのみで、長期間よりも短期間の方が目的のスーパーブロック２００の検出に、より寄与するように、有効データｂ２の減少数を調整することができる。

図７（Ａ）に示す例では、たとえば、スーパーブロック２００－６の直近１日の有効データｂ２の減少数は８であり、スーパーブロック２００－１の直近１日の有効データｂ２の減少数の９よりも小さい。しかし、スーパーブロック２００－６の直近１時間の有効データｂ２の減少数は７であるのに対して、スーパーブロック２００－１の直近１時間の有効データｂ２の減少数は１である。直近１日の有効データｂ２の減少数と、直近１時間の有効データｂ２の減少数との加算値は、スーパーブロック２００－６が１５であるのに対して、スーパーブロック２００－１は１０である。この結果、スーパーブロック２００－６よりも、スーパーブロック２００－１が移動元ブロックとして選択される可能性が高い。仮に、閾値を１３とすると、ガベッジコレクション制御部１１２は、スーパーブロック２００－１、３～５を移動元ブロックとして選択する。

図７（Ｂ）は、第２モードでのガベッジコレクション後の状態を示している。移動先ブロックであるスーパーブロック２００－７には、スーパーブロック２００－１、３～５に格納されていたコールドデータｂ２２が集められている。コールドデータｂ２２が１ヶ所に固まることで、第１モードでのガベッジコレクションにおいて当該コールドデータｂ２２が再移動してしまうことを抑制することができる。

移動元ブロックとして選択されなかったスーパーブロック２００－２、６のホットデータｂ２１は、時間経過で無効化が期待できる。つまり、ガベッジコレクションによるコピー対象のデータ量を削減するこができ、メモリシステム１のＷＡＦ（Ｗｒｉｔｅ Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｆａｃｔｏｒ）を小さくすることができる。

図８は、実施形態のメモリシステム１における第２モードでのガベッジコレクションの手順を示すフローチャートである。

ガベッジコレクション制御部１１２は、各ブロックの単位時間当たりの有効データ数の減少頻度を算出する（Ｓ１０１）。単位時間は、たとえば、１時間と１日とのような短期間と長期間との２つが設けられる。単位時間は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

ガベッジコレクション制御部１１２は、有効データ数の減少頻度に基づき、ガベッジコレクション元ブロックを選択する（Ｓ１０２）。第２モードにおいては、ガベッジコレクション制御部１１２は、有効データ数の減少頻度が小さいブロックを、有効データがコールドデータで占められているブロックであると推定し、ガベッジコレクション元ブロックとして選択する。

そして、ガベッジコレクション制御部１１２は、コールドデータを単一のブロックに集めることを目的とするガベッジコレクションを実行する（Ｓ１０３）。

ところで、以上の説明では、ガベッジコレクション制御部１１２は、第２モードでガベッジコレクションを実行する場合、ブロック管理部１１１によって管理されるブロック情報に含まれる有効データｂ２の減少数を使う例を示した。この例では、ガベッジコレクション制御部１１２は、減少数に基づいて、有効データｂ２がコールドデータｂ２２で占められていると推定されるスーパーブロック２００を検出し、当該スーパーブロック２００を移動元ブロックとして選択する。

ガベッジコレクション制御部１１２は、有効データｂ２がコールドデータｂ２２で占められていると推定されるスーパーブロック２００を検出するにあたり、有効データｂ２の減少数に加えて、さらに、別の情報を使用してもよい。

たとえば、ブロック管理部１１１は、ブロック情報の１つとして、ホスト２からのライトコマンドに応じたライト処理での書き込みデータが格納されているスーパーブロック２００であるのか、ガベッジコレクションでの書き込みデータが格納されているスーパーブロック２００であるのかを示す属性情報を管理することが可能である。ブロック管理部１１１は、これらのスーパーブロック２００から、ガベッジコレクション元ブロックの候補となるスーパーブロック２００を、ガベッジコレクション制御部１１２に供給する。

前述したように、有効データｂ２がコールドデータｂ２２で占められていると推定されるスーパーブロック２００の検出基準は、データの局所性に着目したものである。そのため、複数のスーパーブロック２００から有効データｂ２が寄せ集められる、ガベッジコレクションの移動先ブロックは、データの局所性が小さくなる。そこで、ガベッジコレクション制御部１１２は、ブロック管理部１１１によって管理されるブロック情報に含まれる属性情報に基づき、ホスト２からのライトコマンドに応じたライト処理での書き込みデータが格納されているスーパーブロック２００より、ガベッジコレクションでの書き込みデータが格納されているスーパーブロック２００を、コールドデータｂ２２で占められているスーパーブロック２００であると推定され易くするように、有効データｂ２の減少数に対する重み付けを行うようにしてもよい。

また、ホスト２からのライトコマンドに応じたライト処理での書き込みデータが格納されているスーパーブロック２００について、有効データｂ２の減少数に対する重み付けを行うにあたり、ガベッジコレクション制御部１１２は、たとえば画像処理におけるコントラスト補正の手法を適用してもよい。

コントラスト補正では、各ピクセルの色データ（０［黒］～２５５［白］）を集めたヒストグラムを拡張したり平坦化したりすることで、たとえば深夜の画像（０近辺の値が多い画像）に対して、色データを２５５（白）側に再分布させる補正を施し、当該画像の視認性を上げることができる。

このコントラスト補正と同様、変化量の平均値と比べて、より大きいものは、さらにより大きく、一方、変化量の平均値と比べて、より小さいものは、さらにより小さく、という考え方を適用してもよい。

さらに、ガベッジコレクション制御部１１２は、各スーパーブロック２００の有効データｂ２の数を、第２モードでのガベッジコレクションの実行時における移動元ブロックの選択に使用してもよい。有効データｂ２の数も、ブロック管理部１１１によって管理されるブロック情報に含まれ得る。

有効データｂ２の数の減少頻度が小さく、有効データｂ２がコールドデータｂ２２で占められていると推定されるスーパーブロック２００のうち、有効データｂ２の数が多いスーパーブロック２００は、コールドデータｂ２２が既に一ヶ所に集められたスーパーブロック２００である可能性が高い。そこで、ガベッジコレクション制御部１１２は、有効データｂ２の数の減少頻度が小さいスーパーブロック２００であっても、有効データｂ２の数が多いスーパーブロック２００については、移動元ブロックの候補から除外するようにしてもよい。

あるいは、ガベッジコレクション制御部１１２は、たとえば、各スーパーブロック２００について移動元ブロックとしての適切度を評価するための関数を定義してもよい。この関数は、有効データｂ２の減少頻度と、有効データｂ２の量との２つの因子を変数として含んでもよい。

以上のように、実施形態のメモリシステム１は、コールドデータを単一のブロックに集める第２モードでのガベッジコレクションを実現する。これにより、実施形態のメモリシステム１は、第１モードでのガベッジコレクションの効率の向上させることができる。

なお、前述した、コールドデータを単一のブロックに集めることを目的とする第２モードでのガベッジコレクションは、メモリシステム１のコントローラ１１の制御下で実行することに限らず、ホスト２の制御下で実行することも可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…メモリシステム、２…ホスト、１１…コントローラ、１２…ＮＡＮＤメモリ、１１１…ブロック管理部、１１２…ガベッジコレクション制御部、１２１…ＮＡＮＤメモリダイ、１２２…物理ブロック、１２３…ページ、２００…スーパーブロック、ｂ２…有効データ、ｂ２１…ホットデータ、ｂ２２…コールドデータ。

Claims (7)

1. Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の第１ブロックおよび前記Ｎ個未満の第２ブロックを含む複数のブロックを備える不揮発性メモリと、
   前記不揮発性メモリに対して、前記Ｎ個の第１ブロックの有効データを前記Ｎ個未満の第２ブロックに移動させて１以上のフリーブロックを作成するガベッジコレクション処理を実行可能なコントローラと、
   を具備し、
   前記コントローラは、
   前記ガベッジコレクション処理を実行する場合、前記有効データの移動元ブロックの候補である各候補ブロックの有効データの減少頻度に基づき、前記有効データの移動元ブロックとして前記Ｎ個の第１ブロックを選択する、
   メモリシステム。
2. 前記コントローラは、前記減少頻度として、前記有効データの第１期間における減少量である第１減少量を前記候補ブロック毎に算出し、前記第１減少量が小さいブロックを前記移動元ブロックとして選択する請求項１に記載のメモリシステム。
3. 前記コントローラは、
   前記減少頻度として、前記有効データの前記第１期間よりも短い第２期間における減少量である第２減少量を前記候補プロック毎にさらに算出し、
   前記第１減少量と前記第２減少量との加算値が小さいブロック、または、前記第１減少量に第１係数を乗じて得られる値と、前記第２減少量に前記第１係数よりも大きい第２係数を乗じて得られる値との加算値が小さいブロックを、前記移動元ブロックとして選択する請求項２に記載のメモリシステム。
4. 前記コントローラは、ホストと通信可能であり、
   前記ホストからのライトコマンドに応じたライト処理での書き込みデータが格納されている第３ブロックであるのか、前記ガベッジコレクション処理での書き込みデータが格納されている第４ブロックであるのかを示す属性情報を前記複数のブロック毎に管理し、
   前記複数のブロック全体の前記第１期間における前記有効データの減少量の平均値である第１平均値または前記第２期間における前記有効データの減少量の平均値である第２平均値の少なくとも一方を算出し、
   前記複数のブロックのうち、前記属性情報が第３ブロックであることを示す各ブロックについて、
   前記第１平均値よりも前記第１減少量が大きいほど前記第１係数が大きくなり、前記第１平均値よりも前記第１減少量が小さいほど前記第１係数が小さくなるように、前記第１係数を適応的に調整し、
   前記第２平均値よりも前記第２減少量が大きいほど前記第２係数が大きくなり、前記第２平均値よりも前記第２減少量が小さいほど前記第２係数が小さくなるように、前記第２係数を適応的に調整する、
   請求項３に記載のメモリシステム。
5. 前記コントローラは、有効データの量が閾値以上のブロックを前記候補ブロックから除外する請求項１～４のいずれか１項に記載のメモリシステム。
6. 前記コントローラは、さらに、各候補ブロックの有効データの量に基づき、前記有効データの移動元ブロックとして前記Ｎ個の第１ブロックを選択する請求項１～５のいずれか１項に記載のメモリシステム。
7. Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の第１ブロックおよび前記Ｎ個未満の第２ブロックを含む複数のブロックを備える不揮発性メモリの制御方法であって、
   前記Ｎ個の第１ブロックの有効データを前記Ｎ個未満の第２ブロックに移動させて１以上のフリーブロックを作成するガベッジコレクション処理を実行する場合、前記有効データの移動元ブロックの候補である各候補ブロックの有効データの減少頻度に基づき、前記有効データの移動元ブロックとして前記Ｎ個の第１ブロックを選択する、
   制御方法。

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