KR101102634B1 - 메모리 시스템 - Google Patents

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히데노리 마츠자키
고스케 하츠다
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가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

메모리 시스템은 클러스터와 같거나 그보다 작은 단위로 기입 및 판독을 수행하는 DRAM(20)와, 페이지 단위로 기입 및 판독을 수행하는 NAND 메모리(10)와, DRAM(20)과 NAND 메모리(10)에 저장된 데이터의 기억 위치를 포함한 관리 정보가 저장되어 있는 관리 테이블 그룹을 포함한다. 판독 요청이 외부로부터 수신될 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 판독되기로 요청된 논리 어드레스 영역이 매핑되어 있는 NAND 메모리의 기억 영역에 미기입 논리 어드레스 영역이 존재할 경우, 상기 논리 어드레스 영역과 관련하여 외부에 상기 DRAM(20)에 저장된 고정 데이터를 통보한다.

Description

메모리 시스템{MEMORY SYSTEM}
본 발명은 비휘발성 반도체 메모리를 포함하는 메모리 시스템에 관한 것이다.
최근 들어, 축적된 전하량에 따라 정보를 저장하는 플래시 메모리 등의 비휘발성 반도체 기억 장치가 널리 알려져 있다. 최근, NAND 플래시 메모리의 용량이 증가하고 있다. 보조 기억 장치로서 NAND 플래시 메모리를 포함하는 개인용 컴퓨터가 실용화되어 있다.
NAND 플래시 메모리는 데이터를 기입하기 전에 소거 처리가 필요한 반도체 메모리이다. NAND 플래시 메모리의 내구 수명은 소거 횟수(재기입 횟수)에 좌우된다. NAND 플래시 메모리에 대한 데이터 소거 및 데이터 기입은 기판과 제어 게이트 사이에 고전압을 인가하여 전자를 주입하고 부유 게이트로부터 전자를 배출함으로써 수행된다. 그렇기 때문에, 소거 처리 및 기입 처리가 다수회 수행될 경우, 그 부유 게이트 주변의 게이트 산화막이 열화되어 부유 게이트에 주입된 전자가 손실된다. 이러한 이유에서, 기록된 데이터가 손상될 가능성이 있다.
개인용 컴퓨터 등의 컴퓨터에 의해 기록된 데이터는 시간적 국소성성(temporal locality) 및 공간적 국소성(spatial locality)을 갖는다(예컨대, 비 특허문헌 1 참조). 이러한 특성 때문에, 외부로부터 지정된 어드레스에 따라 데이터가 직접 기록되면, 재기입 처리 및 소거 처리가 특정 영역에 집중되고 각각의 기억 장치는 불균등하게 열화된다. 따라서, 이러한 형태의 NAND 플래시 메모리에서는 반도체 기억 장치의 데이터 업데이트 섹션을 동등하게 분배하기 위한 웨어 레벨링(wear leveling)이라고 부르는 처리를 수행하여 반도체 기억 장치의 모든 메모리 셀에서의 소거 횟수를 전체적으로 동등하게 한다.
또한, NAND 플래시 메모리에서는, 판독 페이지 내의 데이터와 그 판독 페이지와 동일 블록에 있는 다른 페이지 내의 데이터가 불안정해지는 판독 장해(read distrurb)라고 불리는 현상이 있다. 이 판독 장해는, 데이터 판독 시에, 미선택 셀의 제어 게이트에 인가된 워드선 전위(미선택 워드선 전위)로 인해, 예컨대 값 "1"을 갖는 셀의 부유 게이트에 전자가 주입되어 그 셀의 값이 "0"으로 변하는 현상이다.
한편, 판독 장해가 발생하지 않을 특성(unlikelihood), 즉 판독 장해에 대한 내구성은 데이터의 소거 및 기입이 다수회 반복될 때 저하된다고 한다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 또한, 판독 장해는 실질적으로 메모리 셀로부터의 판독 횟수에 종속된다고 한다. 또, 2비트 이상의 정보가 1 메모리 셀에 저장될 수 있는 다치 기억 장치에서는, 저장된 데이터의 값을 식별하기 위한 임계치의 간격이 좁기 때문에 판독 장해의 영향이 증가한다고 한다. 따라서, 판독 장해라고 불리는 현상은 기억 장치에서 심각한 문제이다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 공보 제H10-228783호
[비특허문헌 1] David A. Patterson과 John L. Hennessy의 "Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface", [Morgan Kaufmann Pub, 2004/8/31]
본 발명의 일 양태에 따라 제공되는 메모리 시스템은,
휘발성 반도체 메모리를 포함하는 캐시 메모리로서의 제1 기억 영역과, 페이지 단위로 판독 및 기입이 이루어지고 상기 페이지 단위의 2 이상의 자연수배인 블록 단위로 소거가 이루어지는 비휘발성 반도체 메모리를 포함하는 제2 및 제3 기억 영역과, 상기 제1, 제2 및 제3 기억 영역에 저장된 데이터의 기억 위치를 포함한 관리 정보가 저장되어 있는 관리 테이블 그룹과, 상기 비휘발성 반도체 메모리의 기억 영역을 1 이상의 블록과 연관된 논리 블록 단위로 상기 제2 및 제3 기억 영역에 할당하는 컨트롤러를 포함하고, 외부로부터 판독 요청이 수신될 경우, 상기 컨트롤러는 상기 관리 테이블 그룹에 기초하여, 판독되기로 요청된 논리 어드레스 영역이 매핑되어 있는 상기 제2 또는 제3 기억 영역에 미기입 논리 어드레스 영역이 존재하는지의 여부를 판정하고, 상기 미기입 논리 어드레스 영역이 존재할 경우, 상기 미기입 논리 어드레스 영역과 관련하여 미리 정해진 고정 데이터를 외부에 통보하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따라 제공하는 메모리 시스템은,
휘발성 반도체 메모리를 포함하는 캐시 메모리로서의 제1 기억 영역과, 페이지 단위로 판독 및 기입이 이루어지고 상기 페이지 단위의 2 이상의 자연수배인 블록 단위로 소거가 이루어지는 비휘발성 반도체 메모리를 포함하는 제2 및 제3 기억 영역과, 상기 제1, 제2 및 제3 기억 영역에 저장된 데이터의 기억 위치를 포함한 관리 정보가 저장되어 있는 관리 테이블 그룹과, 상기 비휘발성 반도체 메모리의 기억 영역을 1 이상의 블록과 연관된 논리 블록 단위로 상기 제2 및 제3 기억 영역에 할당하는 컨트롤러를 포함하고, 외부로부터, 상기 제1 기억 영역으로부터 상기 제2 기억 영역에의 데이터 플러시를 수반하는 기입 요청이 수신되고, 상기 제1 기억 영역으로부터 상기 제2 기억 영역에 플러시된 페이지 단위를 포함하는 논리 어드레스 영역의 모든 데이터가 상기 제1 기억 영역에 존재하지 않을 경우, 상기 컨트롤러는 상기 관리 테이블 그룹에 기초하여, 상기 제1 기억 영역에 존재하지 않는 데이터를 패딩하는데 이용된 논리 어드레스 영역이 매핑되어 있는 상기 제2 및 제3 기억 영역에 미기입 논리 어드레스 영역이 존재하는지의 여부를 판정하고, 상기 미기입 논리 어드레스 영역이 존재할 경우, 미리 정해진 고정 데이터를 패딩 소스 데이터로서 선택하는 것이다.
도 1은 SSD의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 NAND 메모리 칩에 포함된 1 블록의 구성예를 나타내는 블록도로서, 4치 데이터 기억 시스템의 임계 분포를 나타내는 도면이다.
도 3은 구동 제어 회로의 하드웨어 내부 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 4는 프로세서의 기능 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 5는 NAND 메모리와 DRAM에 형성된 기능 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 WC로부터 NAND 메모리에의 기입 처리에 관련된 상세 기능 블록도이다.
도 7은 LBA 논리 어드레스를 나타내는 도면이다.
도 8은 데이터 관리 유닛의 관리 테이블의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 9는 RC 클러스터 관리 테이블의 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 WC 클러스터 관리 테이블의 예를 나타내는 도면이다.
도 11은 WC 트랙 관리 테이블의 예를 나타내는 도면이다.
도 12는 트랙 관리 테이블의 예를 나타내는 도면이다.
도 13은 FS/IS 관리 테이블의 예를 나타내는 도면이다.
도 14는 MS 논리 블록 관리 테이블의 예를 나타내는 도면이다.
도 15는 FS/IS 논리 블록 관리 테이블의 예를 나타내는 도면이다.
도 16은 FS/IS 내부의 클러스터 관리 테이블의 예를 나타내는 도면이다.
도 17은 논리-물리 변환 테이블의 예를 나타내는 도면이다.
도 18은 판독 처리의 동작예의 흐름도이다.
도 19는 기입 처리의 동작예의 흐름도이다.
도 20은 구성요소들 간의 데이터 흐름에 있어서 입력과 출력의 조합 및 그 흐름의 발생을 나타내는 도면이다.
도 21은 판독 처리 시에 NAND 메모리 액세스를 줄이는 처리의 처리 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 22는 기입 처리 시에 NAND 메모리 액세스를 줄이기 위한 처리의 처리 흐 름을 나타내는 흐름도이다.
도 23은 개인용 컴퓨터의 예를 나타내는 사시도이다.
도 24는 개인용 컴퓨터의 시스템 아키텍처의 예를 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 메모리 시스템의 예시적인 실시형태들에 대해서 첨부 도면들을 참조하여 이하에 상세히 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시형태에 한정되지는 않는다.
(실시형태)
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 이하의 설명에서, 동일 기능 및 구성을 갖는 구성요소에는 동일한 참조번호 및 부호를 부여한다. 이들 구성요소에 대한 중복 설명은 필요할 경우에만 한다.
먼저, 본 명세서에 사용하는 용어들을 정의한다.
물리 페이지: NAND 메모리 칩에서 집합적으로 기입 및 판독될 수 있는 단위. 물리 페이지 사이즈는 예컨대 4 kB이다. 그러나, SSD에서는 메인 데이터(사용자 데이터 등)에 부가된 에러 정정 코드 등의 용장 비트가 포함되지 않는다. 보통, 4 kB + 용장 비트(예컨대, 수십 B)가 메모리 셀에 동시에 기입된 단위이다. 그러나, 설명의 편의상 물리 페이지는 전술한 바와 같이 정의한다.
논리 페이지: SSD에 설정된 기입 및 판독 단위. 논리 페이지는 1 이상의 물리 페이지와 연관된다. 논리 페이지 사이즈는 예컨대 8비트 일반 모드(normal mode)에서는 4 kB이고, 32비트 배속 모드(double speed mode)에서는 32 kB이다. 그 러나, 용장 비트는 포함되지 않는다.
물리 블록: NAND 메모리 칩에서 독립적으로 소거될 수 있는 최소 단위. 물리 블록은 복수의 논리 페이지를 포함한다. 물리 블록 사이즈는 예컨대 512 kB이다. 그러나, SSD에서는 메인 데이터에 부가된 에러 정정 코드 등의 용장 비트가 포함되지 않는다. 보통, 512 kB + 용장 비트(예컨대, 수십 kB)가 동시 소거 단위이다. 그러나, 설명의 편의상 물리 블록은 전술한 바와 같이 정의한다.
논리 블록: SSD에 설정된 소거 단위. 논리 블록은 1 이상의 물리 블록에 연관된다. 논리 블록 사이즈는 예컨대 8비트 일반 모드에서는 512 kB이고, 32비트 배속 모드에서는 4 MB이다. 그러나, 용장 비트는 포함되지 않는다.
섹터: 호스트로부터의 최소 액세스 단위. 섹터 사이즈는 예컨대 512 B이다.
클러스터: SSD에서 "소형 데이터[미립 데이터(fine grained data)]"를 관리하기 위한 관리 단위. 클러스터 사이즈는 섹터 사이즈와 같거나 더 크며, 예컨대 클러스터 사이즈의 2 이상의 자연수배의 사이즈가 논리 페이지 사이즈이도록 설정된다.
트랙: SSD에서 "대형 데이터[조립 데이터(coarse grained data)]"를 관리하기 위한 관리 단위. 트랙 사이즈는 클러스터 사이즈의 2 이상의 자연수배의 사이즈가 트랙 사이즈이도록, 그리고 예컨대 트랙 사이즈의 2 이상의 자연수배의 사이즈가 논리 블록 사이즈이도록 설정된다.
자유 블록(FB): 사용이 할당되지 않은 NAND형 플래시 메모리 상의 논리 블록. 자유 블록에 사용이 할당될 경우, 자유 블록은 소거후 사용된다.
불량 블록(BB): 다수의 에러로 기억 영역으로서 사용할 수 없는 NAND형 플래시 메모리 상의 물리 블록. 예컨대, 소거 동작이 통상 종료되지 않은 물리 블록이 불량 블록(BB)으로서 등록된다.
기입 효율: 미리 정해진 기간에 호스트로부터 기입된 데이터량에 대한 논리 블록의 소거량의 통계치. 기입 효율이 작을수록 NAND형 플래시 메모리의 소모도가 작아진다.
유효 클러스터: 논리 어드레스에 대응하는 최신 데이터를 기억하는 클러스터.
무효 클러스터: 동일한 논리 어드레스를 갖는 클러스터가 다른 기억 영역에 기입되는 결과에 따라 참조되지 않는 비최신 데이터를 기억하는 클러스터.
유효 트랙: 논리 어드레스에 대응하는 최신 데이터를 기억하는 트랙.
무효 트랙: 동일한 논리 어드레스를 갖는 트랙이 다른 기억 영역에 기입되는 결과에 따라 참조되지 않는 비최신 데이터를 기억하는 트랙.
컴팩션(compaction): 관리 대상의 논리 블록으로부터 유효 클러스터와 유효 트랙만 추출하여 그 유효 클러스터와 유효 트랙을 새로운 논리 블록에 재기입하는 것.
[제1 실시형태]
도 1은 SSD(Solid State Drive)(100)의 구성예를 나타내는 블록도이다. SSD(100)는 ATA 인터페이스(ATA I/F)(2) 등의 메모리 접속 인터페이스를 통해 개인용 컴퓨터 또는 CPU 코어 등의 호스트 기기(1)에 접속되며, 호스트 기기(1)의 외부 기억 장치로서 기능한다. SSD(100)는 RS232C 인터페이스(RS232C I/F) 등의 통신 인터페이스(3)를 통해, 디버깅 및 제조 검사용 기기(200)에 대해 데이터를 송신 및 수신할 수 있다. SSD(100)는, 비휘발성 반도체 메모리로서 NAND형 플래시 메모리(이하, NAND 메모리라고 함)(10)와, 컨트롤러로서 구동 제어 회로(4)와, 휘발성 반도체 메모리로서 DRAM(20)과, 전원 회로(5)와, 상태 표시용 LED(6)와, 구동시 온도를 검출하는 온도 센서(7)와, 퓨즈(8)를 포함한다.
전원 회로(5)는 호스트 기기(1)측에 있는 전원 회로로부터 공급된 외부 DC 전력으로부터 복수의 상이한 내부 DC 전원 전압을 생성하여 이들 내부 DC 전원 전압을 SSD(100) 내의 각 회로에 공급한다. 전원 회로(5)는 외부 전원의 상승 엣지를 검출하여, 파워온 리셋 신호를 생성하고 그 파워온 리셋 신호를 구동 제어 회로(4)에 공급한다. 호스트 기기(1)측에 있는 전원 회로와 SSD(100)에 있는 전원 회로(5) 사이에는 퓨즈(8)가 설치된다. 외부 전원 회로로부터 과전류가 공급될 경우, 내부 회로의 오동작을 막기 위해 퓨즈(8)가 절선된다.
NAND 메모리(10)는 4 병렬 동작을 수행하는 4개의 병렬 동작 요소(10a∼10d)를 구비한다. 1 병렬 동작 요소는 2 NAND 메모리 패키지를 갖는다. 각각의 NAND 메모리 패키지는 복수의 적층형 NAND 메모리 칩(예컨대, 1 칩 = 2 GB)을 포함한다. 도 1의 경우, 각각의 NAND 메모리 패키지는 적층된 4개의 NAND 메모리 칩을 포함한다. NAND 메모리(10)의 용량은 64 GB이다. 각 NAND 메모리 패키지가 적층된 8개의 NAND 메모리 칩을 포함할 경우, NAND 메모리(10)의 용량은 128 GB이다.
DRAM(20)은 호스트 기기(1)와 NAND 메모리(10) 간의 데이터 전송을 위한 캐 시로서, 그리고 작업 영역용 메모리로서 기능한다. DRAM(20) 대신에, FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory), PRAM(Phase-change Random Access Memory), 또는 MRAM(Magentoresistive Random Access Memory)를 사용할 수도 있다. 구동 제어 회로(4)는 DRAM(20)을 통해 호스트 기기(1)와 NAND 메모리(10) 간의 데이터 전송 제어를 수행하고 SSD(100) 내의 각 구성요소를 제어한다. 구동 제어 회로(4)는 상태 표시용 LED(6)에 상태 표시 신호를 공급한다. 또한, 구동 제어 회로(4)는 전원 회로(5)로부터 파워온 리셋 신호를 수신하고 리셋 신호와 클록 신호를 SSD(100) 및 그 구동 제어 회로의 각 유닛에 공급하는 기능을 갖는다.
각각의 NAND 메모리 칩은 데이터 소거 단위로서 복수의 물리 블록을 배열함으로써 구성되어 있다. 도 2의 (a)는 NAND 메모리 칩에 포함된 1 물리 블록의 구성예를 나타내는 회로도이다. 각각의 물리 블록은 X 방향을 따라 순서대로 배열된 (p+1)개의 NAND 스트링을 포함한다(p는 0보다 큰 정수). (p+1)개의 NAND 스트링 각각에 포함된 선택 트랜지스터(ST1)의 드레인은 비트선(BL0∼BLp)에 접속되고, 게이트는 선택 게이트선(SGD)에 공통 접속된다. 선택 트랜지스터(ST2)의 소스는 소스선(SL)에 공통 접속되고, 게이트는 선택 게이트선(SGS)에 공통 접속된다.
각각의 메모리 셀 트랜지스터(MT)는 반도체 기판 상에 형성된 적층형 게이트 구조를 포함하는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)을 구비한다. 적층형 게이트 구조는 게이트 절연막을 통해 반도체 기판 상에 형성된 전하 저장층(부유 게이트 전극)과, 게이트간 절연막을 통해 전하 저장층 상에 형성된 제어 게이트 전극을 포함한다. 임계 전압은 부유 게이트 전극에 축적된 전자 수 에 따라 변한다. 메모리 셀 트랜지스터(MT)는 임계 전압차에 따라 데이터를 기억한다. 메모리 셀 트랜지스터(MT)는 1 비트를 기억하도록 구성될 수도 있고 다치(2비트 이상의 데이터)를 기억하도록 구성될 수도 있다.
메모리 셀 트랜지스터(MT)는 부유 게이트 전극을 구비한 구조에 한정되지 않으며, 전하 저장층으로서 질화물 막 계면으로 전자를 트랩하게 함으로써 임계값을 조정할 수 있는 MONOS(Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon)형 등의 구조일 수도 있다. 마찬가지로, MONOS 구조의 메모리 셀 트랜지스터(MT)도 1 비트를 기억하도록 구성될 수 있거나 다치(2비트 이상의 데이터)를 기억하도록 구성될 수도 있다.
각각의 NAND 스트링에서, (q+1)개의 메모리 셀 트랜지스터(MT)는 선택 트랜지스터(ST1)의 소스와 선택 트랜지스터(ST2)의 드레인 사이에서 그 전류 경로가 직렬로 접속되도록 배열되어 있다. 다시 말해, 메모리 셀 트랜지스터(MT)는 그 메모리 셀 트랜지스터(MT) 중 인접한 것들이 확산 영역(소스 영역 또는 드레인 영역)을 공유하도록 Y 방향으로 직렬 접속되어 있다.
메모리 셀 트랜지스터들(MT)의 제어 게이트 전극들은 최상위 드레인측에 위치한 메모리 셀 트랜지스터(MT)부터 순서대로 워드선(WL0∼WLq)에 각각 접속된다. 이에, 워드선(WL0)에 접속된 메모리 셀 트랜지스터(MT)의 드레인은 선택 트랜지스터(ST1)의 소스에 접속된다. 워드선(WLq)에 접속된 메모리 셀 트랜지스터(MT)의 소스는 선택 트랜지스터(ST2)의 드레인에 접속된다.
워드선(WL0∼WLq)은 물리 블록 내의 NAND 스트링들 사이에서 메모리 셀 트랜지스터들(MT)의 제어 게이트 전극들을 공통으로 연결한다. 다시 말해, 블록 내의 동일 로우에 존재하는 메모리 셀 트랜지스터들(MT)의 제어 게이트들은 동일 워드선(WL)에 접속된다. 동일 워드선(WL)에 연결된 (p+1)개의 메모리 셀 트랜지스터(MT)는 1 페이지(물리 페이지)로서 취급된다. 데이터 기입 및 데이터 판독은 매 물리 페이지씩 수행된다.
비트선(BL0∼BLp)는 블록들 사이에서 선택 트랜지스터(ST1)의 드레인을 공통으로 연결한다. 다시 말해, 복수의 블록 내의 동일 컬럼에 존재하는 NAND 스트링들도 동일 비트선(BL)에 접속된다.
도 2의 (b)는 예컨대 1 메모리 셀 트랜지스터(MT)에 2 비트를 저장하는 4치 데이터 기억 모드에서의 임계 분포를 나타내는 개략도이다. 4치 데이터 기억 모드에서는 상위 페이지 데이터 "x"와 하위 페이지 데이터 "y"에 의해 규정되는 4치 데이터 "xy" 중 임의의 것이 메모리 셀 트랜지스터(MT)에 저장될 수 있다.
4치 데이터 "xy"로서, 예컨대 "11", "01", "00", "10"이 메모리 셀 트랜지스터(MT)의 임계 전압 순으로 할당된다. 데이터 "11"은 메모리 셀 트랜지스터(MT)의 임계 전압이 네거티브인 소거 상태이다.
하위 페이지 기입 동작에서, 데이터 "10"는 하위 비트 데이터 "y"의 기입에 따라 (소거 상태에서) 데이터 "11"을 갖는 메모리 셀 트랜지스터(MT)에 선택적으로 기입된다. 상위 페이지 기입 전의 데이터 "10"의 임계 분포는 상위 페이지 기입 후 데이터 "01"와 데이터 "00"의 임계 분포의 중간 부근에 위치하며, 상위 페이지 기입 후의 임계 분포보다 더 확장될 수 있다. 상위 페이지 기입 동작에서, 상위 비트 데이터 "x"의 기입은 데이터 "11"의 메모리 셀과 데이터 "10"의 메모리 셀에 선택 적으로 적용된다. 데이터 "01"과 데이터 "00"이 메모리 셀에 기입된다.
도 3은 구동 제어 회로(4)의 하드웨어 내부 구성예를 나타내는 블록도이다. 구동 제어 회로(4)는 데이터 액세스 버스(101), 제1 회로 제어 버스(102), 제2 회로 제어 버스(103)를 포함한다. 구동 제어 회로(4) 전체를 제어하는 프로세서(104)는 제1 회로 제어 버스(102)에 접속된다. NAND 메모리(10)에 저장된 각각의 관리 프로그램(FW: 펌웨어)을 부팅하기 위한 부트 프로그램이 저장되어 있는 부트 ROM(105)은 ROM 컨트롤러(106)를 통해 제1 회로 제어 버스(102)에 접속된다. 도 1에 도시한 전원 회로(5)로부터의 파워온 리셋 신호를 수신하고 리셋 신호와 클록 신호를 각각의 유닛에 공급하는 클록 컨트롤러(107)는 제1 회로 제어 버스(102)에 접속된다.
제2 회로 제어 버스(103)는 제1 회로 제어 버스(102)에 접속된다. 도 1에 도시한 온도 센서(7)로부터 데이터를 수신하는 I2C 회로(108)와, 상태 표시용 LED(6)에 상태 표시 신호를 공급하는 병렬 IO(PIO) 회로(109)와, RS232C I/F(3)를 제어하는 직렬 IO(SIO) 회로(110)는 제2 회로 제어 버스(103)에 접속된다.
ATA 인터페이스 컨트롤러(ATA 컨트롤러)(111), 제1 ECC(Error Checking and Correction) 회로(112), NAND 컨트롤러(113), DRAM 컨트롤러(114)는 데이터 액세스 버스(101)와 제1 회로 제어 버스(102) 쌍방에 접속된다. ATA 컨트롤러(111)는 ATA 인터페이스(2)를 통해 호스트 기기(1)에 대해 데이터를 송신 및 수신한다. 데이터 작업 영역 및 펌웨어 확장 영역으로서 사용된 SRAM(115)은 SRAM 컨트롤러(116)를 통해 데이터 액세스 버스(101)에 접속된다. NAND 메모리(10)에 저장된 펌웨어가 개시되면, 펌웨어는 부프 ROM(105)에 저장된 부트 프로그램에 의해 SRAM(115)에 전송된다.
NAND 컨트롤러(113)는 NAND 메모리(10)와의 인터페이스를 위해 인터페이스 처리를 수행하는 NAND I/F(117)와, 제2 ECC 회로(118)와, NAND 메모리(10)와 DRAM(20) 간의 액세스 제어를 수행하는 DMA 전송 제어용 DMA 컨트롤러(119)를 포함한다. 제2 ECC 회로(118)는 제2 에러 정정 코드의 인코딩을 수행하고, 제1 에러 정정 코드의 인코딩 및 디코딩을 수행한다. 제1 ECC 회로(112)는 제2 에러 정정 코드의 디코딩을 수행한다. 제1 에러 정정 코드와 제2 에러 정정 코드는 예컨대 해밍 코드, BCH(Bose Chaudhuri Hocquenghem) 코드, RS(Reed Solomon) 코드, 또는 LDPC(Low Density Parity Check) 코드이다. 제2 에러 정정 코드의 정정 능력이 제1 에러 정정 코드의 정정 능력보다 높다.
도 1과 도 3에 도시하는 바와 같이, NAND 메모리(10)에서, 4개의 병렬 동작 요소(10a∼10d)는 4개의 8비트 채널(4 ch)을 통해 구동 제어 회로(4) 내의 NAND 컨트롤러(113)에 병렬로 접속된다. 4개의 병렬 동작 요소(10a∼10d)가 독립적으로 작동하는지 병렬로 작동하는지의 여부와 NAND 메모리 칩에 제공된 2배속 모드(Multi Page Program/Multi Page Read/Multi Block Erase)의 사용 여부와의 조합에 따라, 후술하는 3가지 액세스 모드가 제공된다.
(1) 8비트 일반 모드
8비트 일반 모드는 한 채널만 활성화하고 데이터 전송을 8비트 단위로 수행 하는 모드이다. 기입 및 판독은 물리 페이지 사이즈(4 kB)로 이루어진다. 소거는 물리 블록 사이즈(512 kB)로 이루어진다. 1 논리 블록이 1 물리 블록에 연관되고, 논리 블록 사이즈는 512 kB이다.
(2) 32비트 일반 모드
32비트 일반 모드는 4 채널을 병렬로 활성화하고 데이터 전송을 32비트 단위로 수행하는 모드이다. 기입 및 판독은 물리 페이지 사이즈×4(16 kB)로 이루어진다. 소거는 물리 블록 사이즈×4(2 MB)로 이루어진다. 1 논리 블록이 4 물리 블록에 연관되고, 논리 블록 사이즈는 2 MB이다.
(3) 32비트 배속 모드
32비트 배속 모드는 4 채널을 병렬로 활성화하고 NAND 메모리 칩의 배속 모드를 이용하여 기입 및 판독을 수행하는 모드이다. 기입 및 판독은 물리 페이지 사이즈×4×2(32 kB)로 이루어진다. 소거는 물리 블록 사이즈×4×2(4 MB)로 이루어진다. 1 논리 블록이 8 물리 블록에 연관되고, 논리 블록 사이즈는 4 MB이다.
4 채널을 병렬로 활성화하는 32비트 일반 모드 또는 32비트 배속 모드에서는, 병렬로 동작하는 4 또는 8 물리 블록이 NAND 메모리(10)의 소거 단위이며, 병렬로 동작하는 4 또는 8 물리 페이지가 NAND 메모리(10)의 기입 단위 및 판독 단위이다. 후술하는 동작에서는 기본적으로 32비트 배속 모드가 이용된다. 예컨대, 1 논리 블록 = 4 MB = 2i 트랙 = 2j 페이지 = 2k 클러스터 = 2l 섹터(i, j, k, l은 자연수이고, i<j<k<l의 관계가 유지된다)라고 상정한다.
32비트 배속 모드에서 액세스된 논리 블록은 4 MB 단위로 액세스된다. 8(2×4ch) 물리 블록(1 물리 블록 = 512 kB)이 그 논리 블록에 연관된다. 물리 블록 단위로 관리된 불량 블록(BB)이 검출될 경우, 그 불량 블록(BB)은 이용할 수 없다. 그렇기 때문에. 이 경우, 논리 블록에 연관된 8 물리 블록의 조합은 불량 블록(BB)을 포함하지 않도록 변경된다.
도 4는 프로세서(104)에 의해 실현되는 펌웨어의 기능 구성예를 나타내는 블록도이다. 프로세서(104)에 의해 실현되는 펌웨어의 기능은 대략 데이터 관리 유닛(120), ATA 커맨드 처리 유닛(121), 부트 로더(123), 보안 관리 유닛(122), 초기화 관리 유닛(124), 및 디버그 지원 유닛(125)으로 분류된다.
데이터 관리 유닛(120)은 NAND 컨트롤러(113)와 제1 ECC 회로(112)를 통해, NAND 메모리(10)와 DRAM(20) 간의 데이터 전송과, NAND 메모리(10)와 관계된 다양한 기능을 제어한다. ATA 커맨드 처리 유닛(121)은 ATA 컨트롤러(111)와 DRAM 컨트롤러(114)를 통해 데이터 관리 유닛(120)과 협동하여, DRAM(20)과 호스트 기기(1) 간의 데이터 전송 처리를 수행한다. 보안 관리 유닛(122)은 데이터 관리 유닛(120) 및 ATA 커맨드 처리 유닛(121)과 협동하여, 다양한 종류의 보안 정보를 관리한다.
전원이 턴온되면, 부트 로더(123)는 NAND 메모리(10)로부터 SRAM(115)에 관리 프로그램(펌웨어)를 로딩한다. 초기화 관리 유닛(124)은 구동 제어 회로(4) 내의 각각의 컨트롤러 및 회로의 초기화를 수행한다. 디버그 지원 유닛(125)은 RS232C 인터페이스를 통해 외부로부터 공급된 디버그용 데이터를 처리한다. 데이터 관리 유닛(120), ATA 커맨드 처리 유닛(121), 보안 관리 유닛(122)은 주로, SRAM(115)에 저장된 관리 프로그램을 실행하는 프로세서(104)에 의해 실현되는 기능 유닛들이다.
본 실시형태에서는, 데이터 관리 유닛(120)에 의해 실현되는 기능에 대해 주로 설명한다. 데이터 관리 유닛(120)은, 예컨대 ATA 커맨드 처리 유닛(112)이 (호스트 기기로부터의 기입 요청, 캐시 플러시 요청 및 판독 요청 등의 다양한 커맨드에 응답해서) 기억 장치인 NAND 메모리(10)와 DRAM(20)에 요청하여 제공하게 하는 기능의 제공, 호스트 어드레스 영역과 NAND 메모리(10) 간의 대응 관계의 관리, 관리 정보의 보호, DRAM(20)과 NAND 메모리(10)를 이용한 고속 및 고효율의 데이터 판독 및 기입 기능의 제공을 수행하여, NAND 메모리(10)의 신뢰성을 확실하게 한다.
도 5는 NAND 메모리(10) 및 DRAM(20)에 형성된 기능 블록을 나타내는 도면이다. DRAM(20) 상에 구성된 기입 캐시(WC)(21)와 판독 캐시(RC)(22)가 호스트(1)와 NAND 메모리(10) 사이에 개재되어 있다. WC(21)는 호스트 기기(1)로부터의 기입 데이터를 일시적으로 저장한다. RC(22)는 NAND 메모리(10)로부터의 판독 데이터를 일시적으로 저장한다. WC(21)와 RC(22)는 전술한 다른 종류의 메모리 칩 또는 상이한 DRAM 칩 상에 구성될 수 있다.
기입 시 NAND 메모리(10)에 대한 소거량을 감축하기 위하여 NAND 메모리(10)의 논리 블록은, 데이터 관리 유닛(120)에 의해 전단 기억 영역(FS: Front Storage)(12), 중간단 기억 영역(IS: Intermediate Storage)(13), 메인 기억 영역(MS: Main Storage)(11)의 각각의 관리 영역에 할당된다. FS(12)는 WC(21)로부터 의 데이터를 클러스터 단위, 즉 "소형 단위"로 관리하고 소형 데이터(미립 데이터)를 단기간 저장한다. IS(13)는 FS(12)로부터 오버플로잉된 데이터를 클러스트 단위, 즉 "소형 단위"로 관리하고 소형 데이터(미립 데이터)를 장기간 저장한다. MS(11)는 WC(21), FS(12) 및 IS(13)으로부터의 데이터를 트랙 단위, 즉 "대형 단위"로 관리하고, 대형 데이터(조립 데이터)를 장기간 저장한다. 예컨대, 저장 용량은 MS>IS이고 FS>WC의 관계를 갖는다.
소형 관리 단위가 NAND 메모리(10)의 모든 기억 영역에 적용될 경우, 후술하는 관리 테이블의 사이즈는 대형화되어 DRAM(20)에 적합하지 않는다. 이에, NAND 메모리(10)의 각 스토리지는 그 NAND 메모리(10)에 있어서 최근에 기입된 데이터만 그리고 기입 효율이 낮은 소형 데이터만 소형 관리 단위로 관리하도록 구성되어 있다. "대형 단위"와 함께 "소형 단위"를 이용하는 기술은 국제출원 PCT/JP2008/073950에 기재되어 있으며, 그 전체 내용은 참조로 본 명세서에 원용된다.
도 6은 WC(21)로부터 NAND 메모리(10)에의 기입 처리에 관한 더욱 상세한 기능 블록도이다. WC(21)로부터의 데이터를 버퍼링하는 FS 입력 버퍼(FSIB)(12a)가 FS(12)의 전단에 설치된다. WC(21), FS(12) 또는 IS(13)로부터의 데이터를 버퍼링하는 MS 입력 버퍼(MSIB)(11a)가 MS(11)의 전단에 설치된다. 트랙 전단 기억 영역(TFS)(11b)은 MS(11) 내에 설치된다. TFS(11b)는 MSIB(11a)와 MS(11) 사이에 개재되는 FIFO(선입선출) 구조를 갖는 버퍼이다. TFS(11b)에 기록된 데이터는 MS(11)에 기록된 데이터보다 업데이트 빈도가 높은 데이터이다. NAND 메모리(10) 내의 논 리 블록 중 임의의 것이 MS(11), MSIB(11a), TFS(11b), FS(12), FSIB(12a), IS(13)에 할당된다.
도 5와 도 6에 도시한 각 구성요소의 특정 기능 구성에 대해 상세하게 설명한다. 호스트 기기(1)가 SSD(100)에 대해 판독 또는 기입을 수행할 경우, 호스트 기기(1)는 ATA 인터페이스를 통해 논리 어드레스로서 LBA(Logical Block Addressing)을 입력한다. 도 7에 도시하는 바와 같이, LBA는 섹터(사이즈: 512 B)에 0부터 일련 번호가 부여되는 논리 어드레스이다. 본 실시형태에서는, 도 5에 도시한 구성요소인 WC(21), RC(22), FS(12), IS(13), MS(11)에 대한 관리 단위로서, LBA의 하위 (l-k+1)번째 비트와 같거나 높은 순의 비트 스트링 또는 LBA의 (l-i+1)번째 비트와 같거나 높은 순의 비트 스트링으로 형성된 논리 클러스터 어드레스가 정의된다. 1 클러스터 = 2(l-k) 섹터이고 1 트랙 = 2(k-i) 클러스터이다.
판독 캐시( RC )(22)
RC(22)에 대해 설명한다. RC(22)는 ATA 커맨드 처리 유닛(121)으로부터의 판독 요청에 응답하여, NAND 메모리(10)[FS(12), IS(13), MS(11)]로부터의 판독 데이터를 일시적으로 저장하는 영역이다. 본 실시형태에서, RC(22)는 m라인/ n웨이(m은 2(k-i) 이상의 자연수이고, n은 2 이상의 자연수이다) 세트 연관 시스템(set associative system)으로 관리되며 1 클러스터분의 데이터를 1 엔트리에 저장할 수 있다. 라인은 논리 클러스터 어드레스의 LSB (k-i) 비트에 의해 결정된다. RC(22)는 완전 연관 시스템(full-associative system)으로 관리될 수 있거나 간단한 FIFO 시스템으로 관리될 수 있다.
기입 캐시( WC )(21)
WC(21)에 대해 설명한다. WC(21)는 ATA 커맨드 처리 유닛(121)으로부터의 기입 요청에 응답하여, 호스트 기기(1)로부터의 기입 데이터를 일시적으로 저장하는 영역이다. WC(21)는 m라인/n웨이(m은 2(k-i) 이상의 자연수이고, n은 2 이상의 자연수이다) 세트 연관 시스템으로 관리되며 1 클러스터분의 데이터를 1 엔트리에 저장할 수 있다. 라인은 논리 클러스터 어드레스의 LSB (k-i) 비트에 의해 결정된다. 예컨대, 기입 가능 웨이를 웨이 1부터 웨이 n까지 순서대로 검색한다. WC(21)에 등록된 트랙은 가장 먼저 이루어진 업데이트의 순서가 공지되는 방식으로, 후술하는 WC 트랙 관리 테이블(24)의 FIFO 구조에 의해 LRU(Least Recently Used)로 관리된다. WC(21)는 완전 연관 시스템으로 관리될 수 있다. WC(21)는 라인 개수와 웨이 개수가 RS(22)와 다를 수도 있다.
기입 요청에 따라 기입된 데이터는 일단 WC(21)에 저장된다. WC(21)로부터 NAND(10)에 플러시될 데이터의 결정 방법은 후술하는 규칙에 따른다.
(i) 태그에 의해 결정된 라인에서의 기입 가능한 웨이가 마지막(본 실시형태에서는 n번째) 자유 웨이인 경우, 즉 그 마지막 자유 웨이를 이용할 경우, 그 라인에 등록된 트랙들 중 LRU에 기초하여 가장 먼저 업데이트된 트랙을 플러시하기로 결정한다.
(ii) WC(21)에 등록된 상이한 트랙들의 개수가 미리 정해진 허용 가능 수를 초과할 경우, WC에서 미리 정해진 수보다 작은 개수의 클러스트를 갖는 트랙을 LRU 순서로 플러시하기로 결정한다.
플러시될 트랙은 전술한 정책에 따라 결정된다. 트랙 플러시 시에, 동일 트랙에 포함된 모든 데이터가 플러시된다. 플러시될 데이터량이 예컨대 트랙 사이즈의 50%를 초과할 경우에 데이터는 MS(11)로 플러시된다. 플러시될 데이터가 예컨대 트랙 사이즈의 50%를 초과하지 않는다면 데이터는 FS(12)로 플러시된다.
트랙 플러시가 조건 (i) 하에서 수행되고 데이터가 MS(11)로 플러시될 경우, 플러시될 데이터량이 트랙 사이즈의 50%를 초과하는 조건을 만족하는 트랙을 WC(21) 내의 트랙들 중에서 선택하여, 플러시될 트랙 개수가 2i에 도달할 때까지(트랙 개수가 시작부터 2i 이상인 경우, 트랙 개수가 2i+1에 도달할 때까지) 정책 (i)에 따라 플러시 후보에 추가한다. 다시 말해, 플러시될 트랙의 개수가 2i보다 작다면, 2(k-i-1)보다 많은 유효 클러스터를 갖는 트랙은 WC에서 가장 오래된 트랙부터 순서대로 선택되어, 트랙의 개수가 2i에 도달할 때까지 플러시 후보에 추가된다.
조건 (i) 하에서 트랙 플러시가 수행되고 트랙이 FS(12)로 플러시될 경우, 플러시될 데이터량이 트랙 사이즈의 50%를 초과하지 않는다는 조건을 만족하는 트랙을 WC(21) 내의 트랙 중에서 LRU 순서로 선택하고 그 트랙의 클러스터는 플러시될 클러스터 개수가 2k에 도달할 때까지 플러시 후보에 추가한다. 다시 말해, WC 내 의 트랙들을 가장 오래된 것부터 순서대로 찾아내어 2(k-i-1) 이하의 유효 클러스터를 갖는 트랙으로부터 클러스터를 추출하고, 유효 클러스터의 수가 2k에 도달할 경우 클러스터를 논리 블록 단위로 FSIB(12a)에 플러시한다. 그러나, 2k개의 유효 클러스터를 찾지 못할 경우, 클러스터는 논리 페이지 단위로 FSIB(12a)에 플러시된다. FS(12)에의 플러시가 논리 블록 단위로 또는 논리 페이지 단위로 이루어지는지를 결정하는 유효 클러스터의 개수는 1 논리 블록분의 값, 즉 2k에 한정되지 않으며, 1 논리 블록분의 값보다 약간 작은 값일 수도 있다.
ATA 커맨드 처리 유닛(121)으로부터의 캐시 플러시 요청 시, WC(21)의 모든 내용은 전술한 바와 같은 조건[플러시될 데이터량이 트랙 사이즈의 50%를 초과할 경우, 데이터는 MS(11)로 플러시되고, 플러시될 데이터량이 트랙 사이즈의 50%를 초과하지 않으면, 데이터는 FS(12)로 플러시된다] 하에서 FS(12) 또는 MS(11)로 플러시된다.
전단 기억 영역( FS )(12)
FS(12)에 대해 설명한다. FS(12)는 데이터가 클러스터 단위로 관리되는 논리 블록 단위의 FIFO 구조를 채용한다. FS(12)는 그 FS(12)를 통과하는 데이터가 그 후단인 IS(13)에서보다 높은 업데이트 빈도를 갖는 것으로 간주되는 버퍼이다. 다시 말해, FS(12)의 FIFO 구조의 경우, FIFO를 통과하는 유효 클러스터(최신 클러스터)는 호스트로부터의 동일 어드레스로의 재기입이 수행되면 무효화된다. 그렇기 때문에, FS(12)를 통과하는 클러스터는 FS(12)로부터 IS(13)에 또는 MS(11)에 플러시된 클러스트보다 업데이트 빈도가 높은 것으로 간주될 수 있다.
FS(12)를 제공함으로써, 그 후단인 IS(13)에서 컴팩션 처리 시에 업데이트 빈도가 높은 데이터의 혼합 가능성이 줄어든다. 논리 블록의 유효 클러스터 개수를 무효화에 의해 0으로 줄이는 경우, 논리 블록은 해제되어 자유 블록(FB)으로 할당된다. FS(12) 내의 논리 블록이 무효화될 경우, 새로운 자유 블록(FB)이 취득되어 FS(12)에 할당된다.
WC(21)로부터 FS(12)로의 클러스터 플러시가 수행되면, FSIB(12a)에 할당된 논리 블록에 클러스터가 기입된다. 모든 논리 페이지의 기입이 완료되는 논리 블록이 FSIB(12a)에 존재할 경우, 그 논리 블록은 후술하는 CIB 처리에 의해 FSIB(12a)로부터 FS(12)에 이동한다. FSIB(12a)로부터 FS(12)에의 논리 블록 이동 시에, FS(12)의 논리 블록 개수가 FS(12)에 허용된 미리 정해진 상한값을 초과할 경우, 가장 오래된 논리 블록이 FS(12)로부터 IS(13)에 또는 MS(11)에 플러시된다. 예를 들면, 트랙 내 유효 클러스트의 비율이 50% 이상인 트랙은 MS(11)[TFS(11b)]에 기입되고, 유효 클러스터가 남아있는 논리 블록은 IS(13)로 이동한다.
NAND 메모리(10) 내의 구성요소들 간의 데이터 이동으로서, 2가지 방식, 즉 이동(Move)과 카피(Copy)가 있다. 이동은 후술하는 관리 테이블의 포인터의 재배치를 간단하게 수행하며 실제 데이터의 재기입은 수행하지 않는 방법이다. 카피는 한 구성요소에 저장된 데이터를 다른 구성요소에 페이지 단위, 트랙 단위 또는 블록 단위로 실제로 재기입하는 방법이다.
중간단 기억 영역( IS )(13)
IS(13)에 대해 설명한다. IS(13)에서는 데이터 관리가 FS(12)에서와 같은 식으로 클러스터 단위로 이루어진다. IS(13)에 저장된 데이터는 업데이트 빈도가 낮은 데이터로 간주될 수 있다. FS(12)로부터 IS(13)로의 논리 블록의 이동(Move), 즉 FS(12)로부터의 논리 블록의 플러시가 이루어질 경우, 이전에 FS(12)의 관리 대상인 플러시 대상으로서의 논리 블록은 포인터의 재배치에 의해 IS(13)의 관리 대상으로 변한다. FS(12)로부터 IS(13)로의 논리 블록의 이동에 따라, IS(13)의 논리 블록 개수가 IS(13)에 허용된 미리 정해진 상한값을 초과할 경우, 즉 IS 내의 기입 가능한 자유 블록(FB) 개수가 임계값 미만으로 감소할 경우, IS(13)로부터 MS(11)로의 데이터 플러시 및 컴팩션 처리가 실행된다. IS(13)의 블록 개수는 지정값으로 복귀된다.
IS(13)은 트랙 내의 유효 클러스터 개수를 이용하여 후술하는 플러시 처리 및 컴팩션 처리를 실행한다.
트랙은 유효 클러스터의 개수×유효 클러스터 계수[MS(11)에서 무효 트랙이 존재하는 논리 블록 내에 트랙이 존재하는 여부에 따라 가중되는 수로서, 이 수는 무효 트랙이 존재하지 않는 경우보다 무효 트랙이 존재하는 경우에 더 크다]의 순으로 정렬된다. 그 곱한 값이 큰 2i+1개의 트랙(2 논리 블록분)이 수집되고 논리 블록 사이즈의 자연수배만큼이도록 증가되어 MSIB(11a)로 플러시된다.
최소 개수의 유효 클러스터를 갖는 2 논리 블록의 유효 클러스터의 총 개수 가 예컨대 미리 정해진 설정값인 2k(1 논리 블록분) 이상인 경우, 전술한 단계를 반복한다[IS에서 2 논리 블록으로부터 자유 블록(FB)이 생성될 수 있을 때까지 단계를 수행한다].
최소 개수의 유효 클러스터를 갖는 논리 블록부터 순서대로 2k개의 클러스터를 수집하고 IS에서 컴팩션을 수행한다.
여기서, 최소 개수의 유효 클러스터를 갖는 2 논리 블록이 선택된다. 그러나, 그 수가 2에 한정되지는 않지만 2 이상의 수이어야 한다. 미리 정해진 설정값은 선택된 논리 블록의 개수보다 1만큼 작은 논리 블록 개수로 저장될 수 있는 클러스터 수 이하이어야 한다.
메인 기억 영역( MS )(11)
MS(11)에 대해 설명한다. MS(11)에서는 데이터의 관리가 트랙 단위로 이루어진다. MS(11)에 저장된 데이터는 업데이트 빈도가 낮은 것으로서 간주될 수 있다. WC(21), FS(12), 또는 IS(13)로부터 MS(11)로의 트랙의 카피 또는 이동이 수행될 경우, MSIB(11a)에 할당된 논리 블록에 트랙이 기입된다. 한편, 트랙의 일부에 있는 데이터(클러스터)만이 FS(12), IS(13) 등으로부터 기입될 경우, MS(11) 내의 기존 트랙과 새로운 데이터를 병합하여 새로운 트랙을 생성한 다음, 그 생성된 트랙을 MSIB(11a)에 기입하는 후술하는 패시브 병합(passive merge)이 수행된다. 무효 트랙이 MS(11)에 축적되고 그 MS(11)에 할당된 논리 블록 개수가 MS(11)에 허용된 블록 개수의 상한을 초과할 경우, 컴팩션 처리가 수행되어 자유 블록(FB)이 생성된 다.
MS(11)의 컴팩션 처리로서, 예컨대 후술하는 논리 블록 내의 유효 트랙 개수에만 주목하는 방법이 수행된다.
무효 트랙을 조합하여 자유 블록(FB)이 생성될 때까지 논리 블록은 최소 개수의 유효 트랙을 갖는 것부터 선택된다.
선택된 논리 블록에 저장된 트랙을 WC(21), FS(12) 또는 IS(13) 내의 데이터와 통합하는 패시브 병합이 수행되면서 컴팩션이 실행된다.
2i개 트랙이 통합될 수 있는 논리 블록이 TFS(11b)에 출력되고(2i 트랙 MS 컴팩션), 개수가 2i 미만인 트랙은 MSIB(11a)에 출력되어(2i 미만 트랙의 컴팩션) 더 많은 수의 자유 블록(FB)이 생성된다.
TFB(11b)은 데이터를 트랙 단위로 관리하는 논리 블록 단위의 FIFO 구조를 채용한다. TFS(11b)는 그 TFS(11b)를 통과하는 데이터가 그 전단인 MS(11)에서보다 업데이트 빈도가 높은 것으로 간주되는 버퍼이다. 다시 말해, TFS(11b)의 FIFO 구조에서, FIFO를 통과하는 유효 트랙(최신 트랙)은 호스트로부터의 동일한 어드레스로의 재기입이 수행될 경우 무효화된다. 그렇기 때문에, TFS(11b)를 통과하는 트랙은 TFS(11b)로부터 MS(11)로 플러시된 트랙보다 업데이트 빈도가 더 높은 것으로 간주될 수 있다.
도 8은 도 5와 도 6에 도시한 각각의 구성요소를 제어 및 관리하는 데이터 관리 유닛(120)의 관리 테이블을 나타내는 도면이다. 데이터 관리 유닛(120)은 전 술한 바와 같이, ATA 커맨드 처리 유닛(121)과 NAND 메모리(10)를 이어주는 기능을 갖고, DRAM(20)에 저장된 데이터의 관리를 수행하는 DRAM층 관리 유닛(120a)과, NAND 메모리(10)에 저장된 데이터의 관리를 수행하는 논리 NAND층 관리 유닛(120b)과, 물리적 기억 장치로서의 NAND 메모리(10)를 관리하는 물리 NAND층 관리 유닛(120c)을 포함한다. RC 클러스터 관리 테이블(23), WC 트랙 관리 테이블(24), 및 WC 클러스터 관리 테이블(25)은 DRAM층 관리 유닛(120a)에 의해 제어된다. 트랙 관리 테이블(30), FS/IS 관리 테이블(40), MS 논리 블록 관리 테이블(35), FS/IS 논리 블록 관리 테이블(42), FS/IS 내부의 클러스터 관리 테이블(44)은 논리 NAND층 관리 유닛(120b)에 의해 관리된다. 논리-물리 변환 테이블(50)은 물리 NAND층 관리 유닛(120c)에 의해 관리된다.
RC(22)는 리버스(reverse) 룩업 테이블인 RC 클러스터 관리 테이블(23)에 의해 관리된다. 리버스 룩업 테이블에서는, 기억 장치의 위치로부터, 그 위치에 저장된 논리 어드레스가 검색될 수 있다. WC(21)는 리버스 룩업 테이블인 WC 클러스터 관리 테이블(25)과, 포워드(forward) 룩업 테이블인 WC 트랙 관리 테이블(24)에 의해 관리된다. 포워드 룩업 테이블에서는, 논리 어드레스로부터, 그 논리 어드레스에 대응하는 데이터가 존재하는 기억 장치의 위치가 검색될 수 있다.
NAND 메모리(10)에 있는 FS(12)[FSIB(12a)], IS(13), MS(11)[TFS(11b)와 MSIB(11a)]의 논리 어드레스는 트랙 관리 테이블(30), FS/IS 관리 테이블(40), MS 논리 블록 관리 테이블(35), FS/IS 논리 블록 관리 테이블(42), FS/IS 내부의 클러스터 관리 테이블(44)에 의해 관리된다. NAND 메모리(10)의 FS(12)[FSIB(12a)], IS(13), MS(11)[TFS(11b)와 MSIB(11a)]에서, 논리 어드레스와 물리 어드레스의 변환은 논리-물리 변환 테이블(50)에 의해 수행된다. 이들 관리 테이블은 NAND 메모리(10) 상의 영역에 저장되고 SSD(100)의 초기화 시에 NAND 메모리(10)로부터 DRAM(20)에 판독된다.
RS 클러스터 관리 테이블(23)( 리버스 룩업 )
도 9를 참조하여 RC 클러스터 관리 테이블(23)에 대해 설명한다. 전술한 바와 같이, RC(22)는 논리 클러스터 어드레스 LSB (k-i) 비트에 의해 인덱스되는 n웨이 세트 연관 시스템으로 관리된다. RC 클러스터 관리 테이블(23)은 RC(클러스터 사이즈 × m라인 × n웨이)(22)의 각각의 엔트리의 태그를 관리하는 테이블이다. 각각의 태그는 복수의 비트를 포함하는 상태 플래그(23a)와, 논리 트랙 어드레스(23b)를 포함한다. 상태 플래그(23a)는 엔트리를 이용할 수 있는지의 여부(유효/무효)를 나타내는 유효 비트 외에도, 예컨대 엔트리가 NAND 메모리(10)로부터의 판독 대기중인지를 나타내는 비트, 엔트리가 ATA 커맨드 처리 유닛(121)에의 판독 대기중인지를 나타내는 비트를 포함한다. RC 클러스터 관리 테이블(23)은 DRAM(20) 상의 태그 기억 위치로부터 LBA와 일치하는 논리 트랙 어드레스를 검색하기 위한 리버스 룩업 테이블로서 기능한다.
WC 클러스터 관리 테이블(25)( 리버스 룩업 )
도 10을 참조하여 WC 클러스터 관리 테이블(25)에 대해 설명한다. 전술한 바와 같이, WC(21)는 논리 클러스터 어드레스 LSB (k-i) 비트에 의해 인덱스되는 n웨이 세트 연관 시스템으로 관리된다. WC 클러스터 관리 테이블(25)은 WC(클러스터 사이즈 × m라인 × n웨이)(21)의 각각의 엔트리의 태그를 관리하는 테이블이다. 각각의 태그는 복수의 비트로 된 상태 플래그(25a)와, 섹터 위치 비트맵(25b)과, 논리 트랙 어드레스(25c)를 포함한다.
상태 플래그(25a)는 엔트리를 이용할 수 있는지의 여부(유효/무효)를 나타내는 유효 비트 외에도, 예컨대 엔트리가 NAND 메모리(10)에의 플러시 대기중인지를 나타내는 비트, 엔트리가 ATA 커맨드 처리 유닛(121)으로부터의 기입 대기중인지를 나타내는 비트를 포함한다. 섹터 위치 비트맵(25b)은 2(l-k)개 섹터를 2(l-k)개 비트로 확장하여 1 클러스터에 포함된 2(l-k) 섹터 중 어느 것이 유효 데이터를 기억하는지를 나타낸다. 섹터 위치 비트맵(25b)으로, LBA와 동일한 섹터 단위의 관리가 WC(21)에서 이루어질 수 있다. WC 클러스터 관리 테이블(25)은 DRAM(20) 상의 태그 기억 위치로부터 LBA와 일치하는 논리 트랙 어드레스를 검색하기 위한 리버스 룩업 테이블로서 기능한다.
WC 트랙 관리 테이블(24)(포워드 룩업 )
도 11을 참조하여 WC 트랙 관리 테이블(24)에 대해 설명한다. WC 트랙 관리 테이블(24)은 WC(21) 상에 저장된 클러스터가 트랙 단위로 수집되는 정보를 관리하는 테이블이며, FIFO식 기능을 갖는 링크드 리스트(linked list)를 이용하여 트랙들 사이에서 WC(21) 내의 등록 순서(LRU)를 나타낸다. LRU는 WC(21)에서 마지막으로 업데이트된 순서로 나타낼 수 있다. 각 리스트의 엔트리는 논리 트랙 어드레스(24a), 논리 트랙 어드레스에 포함된 WC(21) 내의 유효 클러스터(24b)의 개수, 웨이-라인 비트맵(24c), 다음 엔트리에의 포인터를 나타내는 넥스트 포인터(24d)를 포함한다. WC 트랙 관리 테이블(24)은 필요한 정보를 논리 트랙 어드레스(24a)로부터 얻기 때문에 포워드 룩업 테이블로서 기능한다.
웨이-라인 비트맵(24c)은 WC(21)의 m×n개의 엔트리 중, WC(21) 내의 논리 트랙 어드레스에 포함된 유효 클러스터가 저장되어 있는 것을 나타내는 맵 정보이다. 유효 비트는 유효 클러스터가 저장되어 있는 엔트리에서 "1"이다. 웨이-라인 비트맵(24c)은 예컨대 (1 비트(유효) + log2n 비트 (n웨이)) × m 비트 (m라인)를 포함한다. WC 트랙 관리 테이블(24)은 링크드 리스트 구조를 갖는다. WC(21)에 존재하는 논리 트랙 어드레스에 관계된 정보만이 입력된다.
트랙 관리 테이블(30)(포워드 룩업 )
도 12를 참조하여 트랙 관리 테이블(30)에 대해 설명한다. 트랙 관리 테이블(30)은 논리 트랙 어드레스 단위로 MS(11) 상의 논리 데이터 위치를 관리하는 테이블이다. 데이터가 클러스터 단위로 FS(12) 또는 IS(13)에 저장되는 경우, 트랙 관리 테이블(30)은 그 데이터에 관계된 기본 정보와, 상세한 정보에의 포인터를 저장한다. 트랙 관리 테이블(30)은 인덱스로서 논리 트랙 어드레스(30a)를 갖는 어레이 포맷으로 구성되어 있다. 인덱스로서 논리 트랙 어드레스(30a)를 갖는 각각의 엔트리는 클러스터 비트맵(30b), 논리 블록 ID(30c) + 논리 블록 내부의 트랙 위치(30d), 클러스터 테이블 포인터(30e), FS 클러스터의 개수(30f), IS 클러스터의 개수(30g) 등의 정보를 포함한다. 트랙 관리 테이블(30)은 인덱스로서 논리 트랙 어드레스를 이용하여, 그 논리 트랙 어드레스에 대응하는 트랙이 저장되어 있는 (기억 장치 위치에 대응하는)논리 블록 ID 등의 필요한 정보를 얻기 때문에, 포워드 룩업 테이블로서 기능한다.
클러스터 비트맵(30b)은 1 논리 트랙 어드레스 범위에 속하는 2(k-i) 클러스터를 예컨대 논리 클러스터 어드레스의 오름차순으로 8개로 분할하여 얻은 비트맵이다. 8비트의 각각은 2(k-i-3) 클러스터 어드레스에 대응하는 클러스터가 MS(11)에 존재하는지 FS(12)나 IS(13)에 존재하는지의 여부를 나타낸다. 그 비트가 "0"인 경우, 이것은 검색 대상인 클러스터가 MS(11)에 확실히 존재하는 것을 나타낸다. 그 비트가 "1"인 경우, 이것은 그 클러스터가 FS(12)나 IS(13)에 존재할 가능성을 나타낸다.
논리 블록 ID(30c)는 논리 트랙 어드레스에 대응하는 트랙이 저장되어 있는 논리 블록 ID를 식별하기 위한 정보이다. 논리 블록 내부의 트랙 위치(30d)는 논리 블록 ID(30c)가 지정한 논리 블록 내의 논리 트랙 어드레스(30a)에 대응하는 트랙의 기억 위치를 나타낸다. 1 논리 블록이 최대 2i개의 유효 트랙을 포함하기 때문에, 논리 블록 내부의 트랙 위치(30d)는 i 비트를 이용하여 2i개의 트랙 위치를 식별한다.
클러스터 테이블 포인터(30e)는 링크드 리스트 구조를 갖는 FS/IS 관리 테이블(40)의 각 리스트의 최상위 엔트리에 대한 포인터이다. 클러스터 비트맵(30b)의 검색에서, 클러스터가 FS(12)나 IS(13)에 존재할 가능성이 있음을 나타내는 경우, 클러스터 테이블 포인터(30e)를 이용해서 FS/IS 관리 테이블(40)의 검색이 실행된다. FS 클러스터의 개수(30f)는 FS(12)에 존재하는 유효 클러스터의 개수를 나타낸다. IS 클러스터의 개수(30g)는 IS(13)에 존재하는 유효 클러스터의 개수를 나타낸다.
FS / IS 관리 테이블(40)(포워드 룩업 )
도 13을 참조하여 FS/IS 관리 테이블(40)에 대해 설명한다. FS/IS 관리 테이블(40)은 FS(12)[FSIB(12a)를 포함] 또는 IS(13)에 저장된 데이터의 위치를 논리 클러스터 어드레스로 관리하는 테이블이다. 도 13에 도시하는 바와 같이, FS/IS 관리 테이블(40)은 논리 트랙 어드레스마다 독립 링크드 리스트 포맷으로 형성되어 있다. 전술한 바와 같이, 각 리스트의 최상위 엔트리에의 포인터는 트랙 관리 테이블(30)의 클러스터 테이블 포인터(30e) 필드에 저장된다. 도 13에는 2 논리 트랙 어드레스에 대한 링크드 리스트가 도시된다. 각각의 엔트리는 논리 클러스터 어드레스(40a), 논리 블록 ID(40b), 논리 블록 내부의 클러스터 위치(40c), FS/IS 블록 ID(40d), 넥스트 포인터(40e)를 포함한다. FS/IS 관리 테이블(40)은 논리 클러스터 어드레스(40a)에 대응하는 클러스터가 저장되어 있는 (기억 장치 위치에 대응하는)논리 블록 내부의 클러스터 위치(40c) 및 논리 블록 ID(40b) 등의 필요한 정보를 논리 클러스터 어드레스(40a)로부터 얻기 때문에 포워드 룩업 테이블로서 기능한다.
논리 블록 ID(40b)는 논리 클러스터 어드레스(40a)에 대응하는 클러스터가 저장되어 있는 논리 블록 ID를 식별하기 위한 정보이다. 논리 블록 내부의 클러스터 위치(40c)는 논리 블록 ID(40b)가 지정한 논리 블록에서의 그 논리 클러스터 어드레스(40a)에 대응하는 클러스터의 기억 위치를 나타낸다. 1 논리 블록이 최대 2k개의 유효 클러스터를 포함하기 때문에, 논리 블록 내부의 클러스터 위치(40c)는 k 비트를 이용하여 2k개의 위치를 식별한다. 후술하는 FS/IS 논리 블록 관리 테이블(42)의 인덱스인 FS/IS 블록 ID는 FS/IS 블록 ID(40d)에 등록된다. FS/IS 블록 ID(40d)는 FS(12) 또는 IS(13)에 속하는 논리 블록을 식별하기 위한 정보이다. FS/IS 관리 테이블(40)에서의 FS/IS 블록 ID(40d)는 후술하는 FS/IS 논리 블록 관리 테이블(42)에의 링크를 위해 등록된다. 넥스트 포인터(40e)는 논리 트랙 어드레스마다 링크된 동일 리스트에서 다음 엔트리에의 포인터를 나타낸다.
MS 논리 블록 관리 테이블(35)( 리버스 룩업 )
도 14를 참조하여 MS 논리 블록 관리 테이블(35)에 대해 설명한다. MS 논리 블록 관리 테이블(35)은 MS(11)에 이용된 논리 블록에 관계된 정보[예컨대, 어떤 트랙이 저장되어 있는지, 트랙 위치가 추기(追記) 가능한지의 여부]를 유일하게 관리하는 테이블이다. MS 논리 블록 관리 테이블(35)에는 FS(12)[FSIB(12a)를 포함]와 IS(13)에 속한 논리 블록에 관계된 정보도 등록된다. MS 논리 관리 테이블(35)은 인덱스로서 논리 블록 ID(35a)를 갖는 어레이 포맷으로 형성되어 있다. 엔트리 개수는 128 GB NAND 메모리(10)의 경우 최대 32 K 엔트리일 수 있다. 각각의 엔트리는 2i개의 트랙에 대한 트랙 관리 포인터(35b), 유효 트랙의 개수(35c), 기입 가 능한 최상위 트랙(35d), 유효 플래그(35e)를 포함한다. MS 논리 블록 관리 테이블(35)은 논리 블록에 저장된 논리 트랙 어드레스 등의 필요한 정보를, 기억 장치 위치에 대응하는 논리 블록 ID(35e)로부터 얻기 때문에 리버스 룩업 테이블로서 기능한다.
트랙 관리 포인터(35b)는 논리 블록 ID(35a)가 지정한 논리 블록에서 2i 개의 트랙 위치 각각에 대응하는 논리 트랙 어드레스를 저장한다. 논리 트랙 어드레스를 이용하여, 인덱스로서 논리 트랙 어드레스를 갖는 트랙 관리 테이블(30)을 검색하는 것이 가능하다. 유효 트랙의 개수(35c)는 논리 블록 ID(35a)가 지정한 논리 블록에 저장된 트랙들 중 유효 트랙의 개수(최대 2i 개)를 나타낸다. 기입 가능한 최상위 트랙 위치(35d)는 논리 블록 ID(35a)가 지정한 논리 블록이 추기되는 블록인 경우 추기 가능한 최상위 위치(0 내지 2i-1, 추기 완료 시 2i)를 나타낸다. 유효 플래그(35e)는 논리 블록 엔트리가 MS(11)[MSIB(11a)를 포함]로서 관리될 경우에 "1"이다. 여기에서 "추기(additional recording)"란 논리 블록 내의 논리 페이지를 비우기 위해 추가적으로 클러스터 또는 트랙을 기입하는 것을 의미한다.
FS / IS 논리 블록 관리 테이블(42)( 리버스 룩업 )
도 15를 참조하여 FS/IS 논리 블록 관리 테이블(42)에 대해 설명한다. FS/IS 논리 블록 관리 테이블(42)은 인덱스로서 FS/IS 블록 ID(42a)를 갖는 어레이 포맷으로 형성되어 있다. FS/IS 논리 블록 관리 테이블(42)은 FS(12)나 IS(13)로서 이용된 논리 블록에 관계된 정보[논리 블록 ID와의 대응관계, FS/IS 내부의 클러스터 관리 테이블(44)에 대한 인덱스, 논리 블록의 추기 가능성의 여부 등]을 관리하는 테이블이다. FS/IS 논리 블록 관리 테이블(42)에는 주로 FS/IS 관리 테이블(40)의 FS/IS 블록 ID(40d)를 이용하여 액세스된다. 각 엔트리는 논리 블록 ID(42b), 블록 내부의 클러스터 테이블(42c), 유효 클러스터의 개수(42d), 기입 가능한 최상위 페이지(42e), 유효 플래그(42f)를 포함한다. FS/IS 논리 블록 관리 테이블(42)은 논리 블록에 저장된 클러스터 등의 필요한 정보를 기억 장치 위치에 대응하는 FS/IS 블록 ID(42a)로부터 얻기 때문에 리버스 룩업 테이블로서 기능한다.
MS 논리 블록 관리 테이블(35)에 등록된 논리 블록 중, FS(12)[FSIB(12a)를 포함] 및 IS(13)에 속하는 논리 블록에 대응하는 논리 블록 ID는 논리 블록 ID(42b)에 등록된다. 논리 블록 내의 각 클러스터 위치에 등록되어 있는 논리 클러스터 어드레스에 의해 지정된 논리 클러스터를 나타내는 후술하는 FS/IS 내부의 클러스터 관리 테이블(44)에 대한 인덱스는 블록 내부의 클러스터 테이블(42c)에 등록된다. 유효 클러스터의 개수(42d)는 FS/IS 블록 ID(42a)가 지정한 논리 블록에 저장된 클러스터 중, 유효 클러스터 개수(최대 2k개)를 나타낸다. 기입 가능한 최상위 페이지 위치(42e)는 FS/IS 블록 ID(42a)가 지정한 논리 블록이 추기될 블록인 경우 추기 가능한 최상위 페이지 위치(0 내지 2j-1, 추기 완료 시 2j)를 나타낸다. 유효 플래그(42f)는 논리 블록 엔트리가 FS(12)[FSIB(12a)를 포함]나 IS(13)로서 관리될 경우에 "1"이다.
FS / IS 내부의 클러스터 관리 테이블(44)( 리버스 룩업 )
도 16을 참조하여 FS/IS 내부의 클러스터 관리 테이블(44)에 대해 설명한다. FS/IS 내부의 클러스터 관리 테이블(44)은 FS(12) 또는 IS(13)로서 이용된 논리 블록 내의 각 클러스터 위치에 어떤 클러스터가 기록되어 있는지를 나타내는 테이블이다. FS/IS 내부의 클러스터 관리 테이블(44)은 1 논리 블록마다 2j 페이지 × 2(k-j) 클러스터 = 2k 엔트리를 갖는다. 논리 블록 내의 클러스터 위치 중에서 0번째∼2k-1번째 클러스터 위치에 대응하는 정보가 연속 영역에 배열된다. 2k개 부분의 정보를 포함하는 테이블은 FS(12)와 IS(13)에 속하는 논리 블록 개수(P)와 같은 수로 저장된다. FS/IS 논리 블록 관리 테이블(42)의 블록 내부의 클러스터 테이블(42c)은 P개의 테이블에 대한 위치 정보(포인터)이다. 연속 영역에 배열된 각 엔트리(44a)의 위치는 1 논리 블록 내의 클러스터 위치를 나타낸다. 엔트리(44a)의 내용으로서, FS/IS 관리 테이블(40)에 의해 관리되는 논리 클러스터 어드레스를 포함하는 리스트에의 포인터는, 클러스터 위치에 어떤 클러스터가 저장되어 있는지를 식별할 수 있도록 등록된다. 다시 말해, 엔트리(44a)는 링크드 리스트의 최상위를 나타내지 않는다. 링크드 리스트 내의 논리 클러스터 어드레스를 포함하는 하나의 리스트에의 포인트가 그 엔트리(44a)에 등록된다.
논리-물리 변환 테이블(50)(포워드 룩업 )
도 17을 참조하여 논리-물리 변환 테이블(50)에 대해 설명한다. 논리-물리 변환 테이블(50)은 인덱스로서 논리 블록 ID(50a)를 갖는 어레이 포맷으로 형성되어 있다. 엔트리의 개수는 128 GB NAND 메모리(10)의 경우 최대 32 K 엔트리일 수 있다. 논리-물리 변환 테이블(50)은 논리 블록 ID와 물리 블록 ID 간의 변환 및 그 수명과 관계된 정보를 관리하는 테이블이다. 각각의 엔트리는 물리 블록 어드레스(50b), 소거 횟수(50c), 판독 횟수(50d)를 포함한다. 논리-물리 변환 테이블(50)은 물리 블록 ID(물리 블록 어드레스) 등의 필요한 정보를 논리 블록 ID로부터 얻기 때문에 포워드 룩업 테이블로서 기능한다.
물리 블록 어드레스(50b)는 1 논리 블록 ID(50a)에 속하는 8개의 물리 블록 ID(물리 블록 어드레스)를 나타낸다. 소거 횟수(50c)는 논리 블록 ID의 소거 횟수를 나타낸다. 불량 블록(BB)은 물리 블록(512 KB) 단위로 관리된다. 그러나, 32비트 배속 모드에서는 소거 횟수가 1 논리 블록(4 MB) 단위로 관리된다. 판독 횟수(50d)는 논리 블록 ID의 판독 횟수를 나타낸다. 소거 횟수(50c)는 예컨대 NAND형 플래시 메모리의 재기입 횟수를 레벨링하는 웨어 레벨링 처리에 이용될 수 있다. 판독 횟수(50d)는 보존 특성이 악화된 물리 블록에 저장된 데이터를 재기입하는 리프레시 처리에 이용될 수 있다.
웨어 레벨링 처리의 예는 국제출원 PCT/JP2008/066508호 및 PCT/JP2008/066507호에 기재되어 있다. 리프레시 처리의 예는 국제출원 PCT/JP2008/067597호에 기재되어 있으며, 이들 문헌의 전체 내용은 본 명세서에 참조로 원용된다.
도 8에 나타낸 관리 테이블은 후술하는 바와 같이 관리 대상에 의해 추려진다.
RC 관리: RC 클러스터 관리 테이블(23)
WC 관리: WC 클러스터 관리 테이블(25)과 WC 트랙 관리 테이블(24)
MS 관리: 트랙 관리 테이블(30)과 MS 논리 블록 관리 테이블(35)
FS/IS 관리: 트랙 관리 테이블(30), FS/IS 관리 테이블(40), MS 논리 블록 관리 테이블(35), FS/IS 논리 블록 관리 테이블(42), FS/IS 내부의 클러스터 관리 테이블(44)
MS(11), MSIB(11a), TFS(11b)를 포함하는 MS 영역의 구조는 MS 구조 관리 테이블(도시 생략)에서 관리된다. 구체적으로, MS(11), MSIB(11a), TFS(11b)에 할당된 논리 블록 등이 관리된다. FS(12), FSIB(12a), IS(13)을 포함하는 FS/IS 영역의 구조는 FS/IS 구조 관리 테이블(도시 생략)에서 관리된다. 구체적으로, FS(12), FSIB(12a), IS(13)에 할당된 논리 블록 등이 관리된다.
판독 처리
도 18에 나타낸 흐름도를 참조하여 판독 처리에 대해 설명한다. 판독(Read) 커맨드, 판독 어드레스로서 LBA, 판독 사이즈가 ATA 커맨드 처리 유닛(121)으로부터 입력될 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 도 9에 도시한 RC 클러스터 관리 테이블(23)과 도 10에 도시한 WC 클러스터 관리 테이블(25)을 검색한다(단계 S100). 구체적으로, 데이터 관리 유닛(120)은 RC 클러스터 관리 테이블(23)과 WC 클러스터 관리 테이블(25)로부터 LBA의 논리 클러스터 어드레스의 LSB (k-i) 비트(도 7 참조)에 대응하는 라인을 선택하고, 선택된 라인의 각각의 웨이에 입력된 논리 트랙 어드레스(23b와 25c)를 그 LBA의 논리 트랙 어드레스와 비교한다(단계 S110). 본래 입력된 논리 트랙 어드레스가 LBA의 논리 트랙 어드레스와 일치하는 웨이가 존재할 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 이것을 캐시 히트(cache hit)로서 간주한다. 데이터 관리 유닛(120)은 RC 클러스터 관리 테이블(23) 또는 WC 클러스터 관리 테이블(25)의 히트 라인 및 웨이에 대응하는 WC(21) 또는 RC(22)의 데이터를 판독하여 그 데이터를 ATA 커맨드 처리 유닛(121)에 보낸다(단계 S115).
RC(22) 또는 WC(21)에서 히트가 없다면(단계 S110), 데이터 관리 유닛(120)은 검색 대상 클러스터가 저장되어 있는 NAND 메모리(10)의 부분을 검색한다. 먼저, 데이터 관리 유닛(120)은 도 12에 도시한 트랙 관리 테이블(30)을 검색한다(단계 S120). 트랙 관리 테이블(30)은 논리 트랙 어드레스(30a)에 의해 인덱스된다. 그렇기 때문에, 데이터 관리 유닛(120)은 LBA에 의해 지정된 논리 트랙 어드레스와 일치하는 논리 트랙 어드레스(30a)의 엔트리만 체크한다.
데이터 관리 유닛(120)은 체크하기로 결정한 LBA의 논리 클러스터 어드레스에 기초하여 클러스터 비트맵(30b)으로부터 대응하는 비트를 선택한다. 대응 비트가 "0"을 나타내는 경우, 이것은 클러스터의 최신 데이터가 확실히 MS에 존재하는 것을 의미한다(단계 S130). 이 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 논리 트랙 어드레스(30a)의 같은 엔트리에 있는 논리 블록 ID(30c)와 논리 블록 내부의 트랙 위치(30d)로부터 트랙이 존재하는 트랙 위치와, 논리 블록 ID를 얻는다. 데이터 관리 유닛(120)은 LBA의 논리 클러스터 어드레스의 LSB (k-i) 비트를 이용하여 그 트랙 위치로부터의 오프셋을 계산한다. 그 결과, 데이터 관리 유닛(120)은 NAND 메모리(10)에서의 논리 클러스터 어드레스에 대응하는 클러스터가 저장되어 있는 위치를 계산할 수 있다. 구체적으로, 논리 NAND층 관리 유닛(120b)은 전술한 바와 같이 트랙 관리 테이블(30) 및 LBA의 논리 클러스터 어드레스의 LSB (k-i) 비트로부터 취득된 논리 블록 ID(30c)와 논리 블록 내부의 위치(30d)를 물리 NAND층 관리 유닛(120c)에 제공한다.
물리 NAND층 관리 유닛(120c)은 인덱스로서 논리 블록 ID를 갖는 도 17에 도시한 논리-물리 변환 테이블(50)로부터 논리 블록 ID(30c)에 대응하는 물리 블록 어드레스(물리 블록 ID)를 취득한다(단계 S160). 데이터 관리 유닛(120)은 논리 블록 내부의 트랙 위치(30d)로부터, 그 취득한 물리 블록 ID에서의 트랙 위치(트랙 최상위 위치)를 계산하고, LBA의 논리 클러스터 어드레스의 LSB (k-i) 비트로부터, 그 물리 블록 ID에서의 계산된 트랙 최상위 위치로부터의 오프셋을 추가 계산한다. 그 결과, 데이터 관리 유닛(120)은 물리 블록에서 클러스터를 취득할 수 있다. 데이터 관리 유닛(120)은 NAND 메모리(10)의 MS(11)로부터 취득된 클러스터를 RS(22)를 통해 ATA 커맨드 처리 유닛(121)으로 보낸다(단계 S180).
한편, LBA의 논리 클러스터 어드레스에 기초한 클러스터 비트맵(30b)의 검색 시에, 대응 비트가 "1"을 나타내는 경우, 클러스터가 FS(12) 또는 IS(13)에 저장될 가능성이 있다(단계 S130). 이 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 트랙 관리 테이블(30) 내의 논리 트랙 어드레스(30a)의 관련 엔트리 중, 클러스터 테이블 포인터(30e)의 엔트리를 추출하고, 후속하여 이 포인터를 이용해서 FS/IS 관리 테이블(40)의 관련 논리 트랙 어드레스에 대응하는 링크드 리스트를 검색한다(단계 S140). 구체적으로, 데이터 관리 유닛(120)은 관련 논리 트랙 어드레스의 링크드 리스트에서 LBA의 논리 클러스터 어드레스와 일치하는 논리 클러스터 어드레 스(40a)의 엔트리에 대해 검색한다. 일치하는 논리 클러스터 어드레스(40a)의 엔트리가 존재하는 경우(단계 S150), 데이터 관리 유닛(120)은 일치하는 리스트에서 논리 블록 ID(40b)와 논리 블록 내부의 클러스터 위치(40c)를 취득한다. 전술한 바와 같은 방식으로, 데이터 관리 유닛(120)은 논리-물리 변환 테이블(50)을 이용하여 물리 블록에서 클러스터를 취득한다(단계 S160과 단계 S180). 구체적으로, 데이터 관리 유닛(120)은 논리-물리 변환 테이블(50)로부터, 그 취득된 논리 블록 ID에 대응하는 물리 블록 어드레스(물리 블록 ID)를 취득하고(단계 S160), 논리 블록 내부의 클러스터 위치(40c)의 엔트리로부터 취득된 논리 블록 내부의 클러스터 위치로부터, 그 취득된 물리 블록 ID의 클러스터 위치를 계산한다. 그 결과, 데이터 관리 유닛(120)은 물리 블록에서 클러스터를 취득할 수 있다. 데이터 관리 유닛(120)은 NAND 메모리(10)의 FS(12) 또는 IS(13)로부터 취득된 클러스터를 RC(22)를 통해 ATA 커맨드 처리 유닛(121)으로 보낸다(단계 S180).
FS/IS 관리 테이블(40)의 검색에서 검색 대상 클러스터가 존재하지 않는 경우(단계 S150), 데이터 관리 유닛(120)은 트랙 관리 테이블(30)의 엔트리를 재검색하여 MS(11) 상에서의 위치를 결정한다(단계 S170).
기입 처리
도 19를 참조하여 기입 처리에 대해 설명한다. 기입(Write) 커맨드에 의해 기입된 데이터는 항상 WC(21)에 한번 저장된다. 그런 후에, 그 데이터는 조건에 따라 NAND 메모리(10)에 기입된다. 기입 처리에서는 플러시 처리 및 컴팩션 처리가 수행될 가능성이 있다. 본 실시형태에서, 기입 처리는 대략 기입 캐시 플러 시(Write Cache Flush) 처리(이하, WCF 처리)와 크린 입력 버퍼(Clean Input Buffer) 처리(이하, CIB 처리)의 2 단계로 나누어진다. 단계 S300∼S320은 ATA 커맨드 처리 유닛(121)의 기입 요청으로부터 WCF 처리까지의 처리를 나타낸다. 단계 S330부터 마지막 단계까지는 CIB 처리를 나타낸다.
WCF 처리는 WC(21)의 데이터를 NAND 메모리(10)[FS(12)의 FSIB(12a) 또는 MS(11)의 MSIB(11a)]로 카피하는 처리이다. ATA 커맨드 처리 유닛(121) 단독으로부터의 기입 요청 또는 캐시 플러시(Cache Flush) 요청은 이 처리에 의해서만 완료될 수 있다. 이에, ATA 커맨드 처리 유닛(121)의 기입 요청의 시작 처리 시의 지연을, 최대 WC(21)의 용량과 동등한 NAND 메모리(10) 내의 대기 시간으로 한정하는 것이 가능하다.
CIB 처리는 WCF 처리에 의해 기입된 FSIB(12a) 내의 데이터를 FS(12)으로 이동시키는 처리와, WCF 처리에 의해 기입된 MSIB(11a) 내의 데이터를 MS(11)로 이동시키는 처리를 포함한다. CIB 처리가 시작되면, NAND 메모리의 구성요소들[FS(12), IS(13), MS(11) 등] 간의 데이터 이동 및 컴팩션 처리가 연쇄 반응 방식(chain-reacting manner)으로 수행될 가능성이 있다. 전체 처리에 소요되는 시간은 상태에 따라 실질적으로 변한다.
WCF 처리
먼저, WCF 처리의 상세 내용에 대해 설명한다. 기입 커맨드, 기입 어드레스로서의 LBA, 기입 사이즈가 ATA 커맨드 처리 유닛(121)으로부터 입력되면, DRAM층 관리 유닛(120a)은 도 10에 도시된 WC 클러스터 관리 테이블(25)을 검색한다(단계 S300과 단계 S305). WC(21)의 상태는 도 10에 도시한 WC 클러스터 관리 테이블(25)의 상태 플래그(25a)(예컨대, 3 비트)에 의해 정의된다. 대부분, 상태 플래그(25a)의 상태는 무효(가용)→ATA로부터의 기입 대기→유효(무용)→NAND에의 플러시 대기→무효(가용)의 순으로 천이된다. 먼저, 기입 목적지에서의 라인이 LBA의 논리 클러스터 어드레스의 LSB (k-i) 비트로부터 결정되고, 결정된 라인의 n 웨이가 검색된다. 입력 LBA와 동일한 논리 트랙 어드레스(25c)가 그 결정된 라인의 n 웨이에 저장되면(단계 S305), DRAM층 관리 유닛(120a)은 이 엔트리가 덮여쓰기될 것이기 때문에, 이 엔트리를, 클러스터를 기입하기 위한 엔트리[유효(무용)→ATA로부터의 기입 대기]로서 확보한다.
DRAM층 관리 유닛(120a)은 ATA 커맨드 처리 유닛(121)에 그 엔트리에 대응하는 DRAM 어드레스를 통지한다. ATA 커맨드 처리 유닛(121)에 의한 기입이 종료될 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 그 엔트리의 상태 플래그(25a)를 유효(무용)로 변경하고, 섹터 위치 비트맵(25b)과 논리 트랙 어드레스(25c)의 공간에 필요한 데이터를 등록한다. 데이터 관리 유닛(120)은 WC 트랙 관리 테이블(24)을 업데이트한다. 구체적으로, WC 트랙 관리 테이블(24)의 리스트에 이미 등록된 논리 트랙 어드레스(24a)와 동일한 LBA 어드레스가 입력될 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 관련 리스트가 최신 리스트가 되도록 그 리스트의 WC 클러스터의 개수(24b) 및 웨이-라인 비트맵(24c)을 업데이트하고 넥스트 포인트(24d)를 변경한다. WC 트랙 관리 테이블(24)의 리스트에 등록된 논리 트랙 어드레스(24a)와 상이한 LBA 어드레스가 입력되면, 데이터 관리 유닛(120)은 논리 트랙 어드레스(24a), WC 클러스터의 개 수(24b), 웨이-라인 비트맵(24c), 넥스트 포인터(24d)의 엔트리를 갖는 새로운 리스트를 작성하여 그 리스트를 최신 리스트로서 등록한다. 데이터 관리 유닛(120)은 전술한 테이블 업데이트를 수행하여 기입 처리를 완료한다(단계 S320).
한편, 입력 LBA와 동일한 논리 트랙 어드레스(25c)가 그 결정된 라인의 n 웨이에 저장되지 않는 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 NAND 메모리(10)에의 플러시가 필요한지의 여부를 판정한다(단계 S305). 먼저, 데이터 관리 유닛(120)은 결정된 라인에 있는 기입 가능 웨이가 마지막 n번째 웨이인지의 여부를 판정한다. 기입 가능한 웨이는 무효(가용)의 상태 플래그(25a)를 갖는 웨이이거나, 유효(무용) 및 NAND에의 플러시 대기의 상태 플래그(25a)를 갖는 웨이이다. 상태 플래그(25a)가 NAND에의 플러시 대기인 경우, 이것은 플러시가 시작되고 엔트리가 그 플러시의 종료 대기임을 의미한다. 기입 가능한 웨이가 마지막 n번째 웨이가 아니고 기입 가능한 웨이가 무효(가용)의 상태 플래그(25a)를 갖는 웨이인 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 이 엔트리를 클러스터 기입 엔트리[무효(가용)→ATA로부터의 기입 대기]로서 확보한다. 데이터 관리 유닛(120)은 ATA 커맨드 처리 유닛(121)에 그 엔트리에 대응하는 DRAM 어드레스를 통보하고, ATA 커맨드 처리 유닛(121)으로 기입을 실행하게 한다. 전술한 바와 동일한 방식으로, 데이터 관리 유닛(120)은 WC 클러스터 관리 테이블(25)과 WC 트랙 관리 테이블(24)을 업데이트한다(단계 S320).
기입 가능한 웨이가 마지막 n번째 웨이가 아닌 경우 그리고 기입 가능한 웨이가 유효(무용) 및 NAND에의 플러시 대기의 상태 플래그(25a)를 갖는 웨이인 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 이 엔트리를 클러스터 기입 엔트리[유효(무용) 및 NAND에의 플러시 대기→유효(무용) 및 NAND로부터의 플러시 대기, ATA로부터의 기입 대기]로서 확보한다. 플러시가 종료되면, 데이터 관리 유닛(120)은 상태 플래그(25a)를 ATA로부터의 기입 대기로 변경하며, ATA 커맨드 처리 유닛(121)에 그 엔트리에 대응하는 DRAM 어드레스를 통보하고, ATA 커맨드 처리 유닛(121)으로 기입을 실행하게 한다. 전술한 바와 동일한 방식으로, 데이터 관리 유닛(120)은 WC 클러스터 관리 테이블(25)과 WC 트랙 관리 테이블(24)을 업데이트한다(단계 S320).
전술한 처리는 ATA 커맨드 처리 유닛(121)으로부터의 기입 요청이 입력될 때에 플러시 처리가 트리거되어서는 안 될 경우에 수행된다. 한편, 후술하는 처리는 기입 요청이 입력된 후에 플러시 처리가 트리거될 경우에 수행된다. 단계 S305에서, 결정된 라인에 있는 기입 가능한 웨이가 마지막 n번째 웨이인 경우, 데이터 관리 유닛(120)은, WC(21)로부터 NAND 메모리(10)로 플러시될 데이터를 결정하는 방법의 (i)에서 설명하는 조건, 즉
(i) 태그에 의해 결정되는 기입 가능한 웨이가 마지막(본 실시형태에서는 n번째) 자유 웨이인 경우, 즉 그 마지막 자유 웨이를 이용할 경우, 그 라인에 등록된 트랙 중 LRU에 기초해서 가장 먼저 업데이트된 트랙을 플러시하기로 결정한다 - 에 기초하여, 플러시될 트랙을, 즉 WC(21) 내의 엔트리를 선택한다.
플러시될 그 트랙이 전술한 정책에 따라 결정될 경우, 전술한 바와 같이, 동일 논리 트랙 어드레스에 포함된 WC(21) 내의 모든 클러스터가 플러시되어야 하고 플러시될 클러스터량이 트랙 사이즈의 50%를 초과한다면, 즉 WC 내의 유효 클러스 터의 개수가 플러시되기로 결정된 트랙에서 2(k-i-1)개 이상이라면 DRAM층 관리 유닛(120a)은 MSIB(11a)에의 플러시를 수행한다(단계 S310). 클러스터량이 트랙 사이즈의 50%를 초과하지 않는다면, 즉 WC 내의 유효 클러스터의 개수가 플러시되기로 결정된 트랙에서 2(k-i-1)개보다 작다면 DRAM층 관리 유닛(120a)은 FSIB(12a)에의 플러시를 수행한다(단계 S315). WC(21)로부터 MSIB(11a)에의 플러시와 WC(21)로부터 FSIB(21a)에의 플러시의 상세한 내용은 후술한다. 선택된 플러시 엔트리의 상태 플래그(25a)는 유효(무용)에서 NAND 메모리(10)에의 플러시 대기로 천이된다.
이 플러시 목적지에 대한 판정은 WC 트랙 관리 테이블(24)을 이용해서 실행된다. 유효 클러스터의 개수를 나타내는 WC 클러스터의 개수(24b)의 엔트리는 각 논리 트랙 어드레스마다 WC 트랙 관리 테이블(24)에 등록된다. 데이터 관리 유닛(120)은 WC 클러스터의 개수(24b)의 엔트리를 참조하여 FSIB(12a)와 MSIB(11a) 중 어느 것이 WC(21)로부터의 플러시 목적지로서 설정되어야 하는지를 결정한다. 논리 트랙 어드레스에 속하는 모든 클러스터는 웨이-라인 비트맵(24c)에 비트맵 포맷으로 등록된다. 그렇기 때문에, 플러시 수행에 있어서, 데이터 관리 유닛(120)은 웨이-라인 비트맵(24c)을 참조하여, 플러시되어야 하는 클러스터 각각의 WC(21)에서의 기억 위치를 용이하게 알 수 있다.
기입 처리 동안에 또는 기입 처리 후에, 데이터 관리 유닛(120)은 이하의 조건,
(ii) WC(21)에 등록된 트랙의 개수가 미리 정해진 수를 초과한다 - 이 만족 할 경우 동일한 방법으로 NAND 메모리(10)에의 플러시 처리를 수행할 수도 있다.
WC→MSIB (카피)
유효 클러스터의 개수에 기초한 판정[유효 클러스터의 개수는 2(k-i-1) 이상임]에 따라 WC(21)로부터 MSIB(11a)에의 플러시가 수행될 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 전술한 바와 같이 후술하는 프로시저를 실행한다(단계 S310).
1. WC 클러스터 관리 테이블(25)을 참조하고 플러시될 클러스터에 대응하는 태그의 섹터 위치 비트맵(25b)을 참조하여, 모든 섹터 위치 비트맵(25b)이 “1"이 아닐 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 NAND 메모리(10)로부터의 동일 논리 트랙 어드레스에 포함된 없어진 섹터를 판독함으로써, WC(21)에 존재하지 않는 섹터와 병합하는 후술하는 트랙 내부의 섹터 패딩을 수행한다.
2. 플러시되기로 결정된 트랙의 개수가 2i 미만이라면, 데이터 관리 유닛(120)은 플러시되기로 결정된 트랙 개수가 WC(21) 내의 가장 오래된 것부터 2i에 도달할 때까지 유효 클러스터가 2(k-i-1)개 이상인 플러시되기로 결정된 트랙을 추가한다.
3. 카피될 트랙이 2i개 이상인 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 각각 2i개 트랙을 세트로서 갖는 논리 블록 단위로 MSIB(11a)에 기입을 수행한다.
4. 데이터 관리 유닛(120)은 2i개 트랙의 세트를 형성할 수 없는 트랙을 MSIB(11a)에 트랙 단위로 기입한다.
5. 데이터 관리 유닛(120)은 카피가 종료된 후에 이미 FS, IS, MS에 존재하는 것들 중에서 카피된 트랙에 속하는 클러스터와 트랙을 무효화한다.
WC(21)로부터 MSIB(11a)에의 카피 처리에 수반된 각각의 관리 테이블에 대한 업데이트 처리에 대해 설명한다. 데이터 관리 유닛(120)은 WC 클러스터 관리 테이블(25)에 있어서 플러시된 트랙에 속하는 WC(21) 내의 모든 클러스터에 대응하는 엔트리의 상태 플래그(25a)를 무효로 설정한다. 그런 다음에 이들 엔트리에서의 기입이 가능하다. WC 트랙 관리 테이블(24)에서의 플러시된 트랙에 대응하는 리스트에 관계하여, 데이터 관리 유닛(120)은 예컨대 직전 리스트의 넥스트 포인터(24d)를 변경하거나 삭제하고 그 리스트를 무효화한다.
한편, WC(21)로부터 MSIB(11a)에의 트랙 플러시가 수행될 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 트랙 플러시에 따라 트랙 관리 테이블(30)과 MS 논리 블록 관리 테이블(35)을 업데이트한다. 먼저, 데이터 관리 유닛(120)은 플러시된 트랙에 대응하는 논리 트랙 어드레스(30a)가 이미 등록되어 있는지의 여부를 판정하기 위해, 트랙 관리 테이블(30)의 인덱스로서 논리 트랙 어드레스(30a)에 대해 검색한다. 논리 트랙 어드레스(30a)가 이미 등록되어 있는 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 그 인덱스의 클러스터 비트맵(30b)[트랙이 MS(11)측에 플러시되기 때문에, 모든 관련 비트는 “0”으로 설정된다]과 논리 블록 ID(30c) + 논리 블록 내부의 트랙 위치(30d) 필드를 업데이트한다. 플러시된 트랙에 대응하는 논리 트랙 어드레스(30a)가 등록되지 않은 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 관련 논리 트랙 어드레스(30a)의 엔트리에 클러스터 비트맵(30b)과 논리 블록 ID(30c) + 논리 블록 내부의 트랙 위치(30d)를 등록한다. 데이터 관리 유닛(120)은 트랙 관리 테이블(30)의 변경에 따라, 필요하다면 MS 논리 블록 관리 테이블(35)에서 논리 트랙 ID(35a), 트랙 관리 포인터(35b), 유효 트랙의 개수(35c), 기입 가능한 최상위 트랙(35d) 등의 엔트리를 업데이트한다.
다른 영역[FS(12)와 IS(13)] 등으로부터 MS(11)에의 트랙 기입이 수행될 경우 또는 MS(11)에서의 컴팩션 처리에 의해 MS 내부의 트랙 기입이 수행될 경우, 기입 대상으로서 논리 트랙 어드레스에 포함된 WC(21) 내의 유효 클러스터는 동시에 MS(11)에 기입될 수 있다. 그러한 패시브 병합은 WC(21)로부터 MS(11)에 기입할 때 이루어질 수 있다. 그러한 패시브 병합이 수행될 경우, WC(21)로부터 클러스터가 삭제된다(무효화된다).
WC→FSIB (카피)
유효 클러스터의 개수에 기초한 판정[유효 클러스터의 개수는 2(k-i-1) 이상임]에 따라 WC(21)로부터 FSIB(12a)에의 플러시가 수행될 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 후술하는 프로시저를 실행한다.
1. 플러시될 클러스터에 대응하는 태그의 섹터 위치 비트맵(25b)을 참조하여, 모든 섹터 위치 비트맵(25b)이 “1"이 아닐 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 NAND 메모리(10)로부터의 동일 논리 클러스터 어드레스에 포함된 없어진 섹터를 판독함으로써, WC(21)에 존재하지 않은 섹터와 병합하는 클러스터 내부의 섹터 패딩 을 수행한다.
2. 데이터 관리 유닛(120)은 WC 내의 트랙을 가장 오래 것부터 순서대로 찾아서 2(k-i-1) 미만의 유효 클러스터만 갖는 트랙으로부터 클러스터를 추출하고, 그 유효 클러스터 개수가 2k에 도달하면, 모든 클러스터를 논리 블록 단위로 FSIB(12a)에 기입한다.
3. 2k개의 유효 클러스터를 찾지 못하면, 데이터 관리 유닛(120)은 2(k-i-1) 미만의 유효 클러스터를 갖는 모든 트랙을 논리 페이지 개수와 동등한 수만큼 FSIB(12a)에 기입한다.
4. 데이터 관리 유닛(120)은 카피가 종료된 후에 FS(12)와 IS(13) 상에 이미 존재한 것들 중에서 카피된 클러스터와 같은 논리 클러스터 어드레스를 갖는 클러스터를 무효화한다.
WC(21)로부터 FSIB(12a)에의 그러한 카피 처리에 수반된 각각의 관리 테이블에 대한 업데이트 처리에 대해 설명한다. 데이터 관리 유닛(120)은 WC 클러스터 관리 테이블(25)에 있어서 플러시된 트랙에 속하는 WC(21) 내의 모든 클러스터에 대응하는 엔트리의 상태 플래그(25a)를 무효로 설정한다. 그런 다음에 이들 엔트리에의 기입이 가능하다. WC 트랙 관리 테이블(24)에서의 플러시된 트랙에 대응하는 리스트에 관계하여, 데이터 관리 유닛(120)은 예컨대 직전 리스트의 넥스트 포인터(24d)를 변경하거나 삭제하고 그 리스트를 무효화한다.
한편, WC(21)로부터 FSIB(12a)에의 클러스터 플러시가 수행될 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 클러스터 플러시에 따라 트랙 관리 테이블(30)의 클러스터 테이블 포인터(30e), FS 클러스터의 개수(30f) 등을 업데이트한다. 또한, 데이터 관리 유닛(120)은 FS/IS 관리 테이블(40)의 논리 블록 ID(40b), 논리 블록 내부의 클러스터 위치(40c) 등을 업데이트한다. 원래 FS(12)에 존재하지 않은 클러스터에 관계하여, 데이터 관리 유닛(120)은 FS/IS 관리 테이블(40)의 링크드 리스트에 리스트를 추가한다. 그 업데이트에 따라, 데이터 관리 유닛(120)은 MS 논리 블록 관리 테이블(35), FS/IS 논리 블록 관리 테이블(42), FS/IS 내부의 클러스터 관리 테이블(44)의 관련 섹션들을 업데이트한다.
CIB 처리
전술한 WCF 처리가 종료될 경우, 논리 NAND층 관리 유닛(120b)은 WCF 처리에 의해 기입된 FSIB(12a) 내의 데이터를 FS(12)에 이동시키는 처리 및 WCF 처리에 의해 기입된 MSIB(11a) 내의 데이터를 MS(11)에 이동시키는 처리를 포함하는 CIB 처리를 실행한다. CIB 처리가 시작되면, 전술한 바와 같이, 블록 간의 데이터 이동 및 컴팩션 처리가 연쇄 반응 방식으로 수행될 가능성이 있다. 전체 처리에 소요되는 시간은 상태에 따라 실질적으로 변한다. CIB 처리에서는 기본적으로 먼저 MS(11)에서의 CIB 처리가 수행되고(단계 S330), 후속하여 FS(12)에서의 CIB 처리가 수행되며(단계 S340), 다시 MS(11)에서의 CIB 처리가 수행되고(단계 S350), IS(13)에서의 CIB 처리가 수행되며(단계 S360), 마지막으로 MS(11)에서의 CIB 처리가 다시 수행된다(단계 S370). FS(12)로부터 MSIB(11a)에의 플러시 처리, FS(12)로부터 IS(13)에의 플러시 처리, 또는 IS(13)로부터 MSIB(11a)에의 플러시 처리에 있어서, 프로시저 중 루프가 발생할 경우, 처리는 순서대로 수행될 수 없다. MS(11)에서의 CIB 처리, FS(12)에서의 CIB 처리, IS(13)에서의 CIB 처리에 대해 개별적으로 설명한다.
MS(11)에서의 CIB 처리
먼저, MS(11)에서의 CIB 처리(단계 S330)에 대해 설명한다. WC(21), FS(12), IS(13)로부터 MS(11)에의 트랙 이동이 수행될 경우, 트랙은 MSIB(11a)에 기입된다. 전술한 바와 같이, MSIB(11a)에의 기입 완료 시에, 전술한 바와 같이 트랙 관리 테이블(30)은 업데이트되고, 트랙이 배열되어 있는 논리 블록 ID(30c), 블록 내부의 트랙 위치(30d) 등이 변경된다(이동). 새로운 트랙이 MSIB(11a)에 기입될 경우, 시작부터 MS(11) 또는 TBS(11b)에 존재한 트랙은 무효화된다. 이 무효화 처리는 오래된 트랙 정보가 MS 논리 블록 관리 테이블(35)에 저장되어 있는 논리 블록의 엔트리로부터 트랙을 무효화함으로써 실현된다. 구체적으로, MS 논리 블록 관리 테이블(35)의 엔트리에 있어서 트랙 관리 포인터(35b) 필드에서 관련 트랙의 포인터는 삭제되고 유효 트랙 개수는 1씩 감소한다. 1 논리 블록 내의 모든 트랙이 이 트랙 무효화에 의해 무효화될 경우 유효 플래그(35e)는 무효화된다. 무효 트랙을 포함하는 MS(11)의 논리 블록은 이러한 무효화 등에 의해 생성된다. 이것이 반복될 경우, 논리 블록의 이용 효율이 떨어져 가용 논리 블록의 부족을 초래할 수 있다.
그러한 상황이 발생하고 MS(11)에 할당된 논리 블록 개수가 MS(11)에 허용된 논리 블록 개수의 상한을 초과할 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 자유 블록(FB)을 생성하기 위한 컴팩션 처리를 수행한다. 자유 블록(FB)은 물리 NAND층 관리 유 닛(120c)에 반환된다. 논리 NAND층 관리 유닛(120b)은 MS(11)에 할당된 논리 블록 개수를 감소시킨 다음, 물리 NAND층 관리 유닛(120c)으로부터 기입 가능한 자유 블록(FB)을 다시 취득한다. 컴팩션 처리는 새로운 논리 블록에서 캠팩션 대상으로서 논리 블록의 유효 클러스터를 수집하거나, 컴팩션 대상으로서 논리 블록 내의 유효 트랙을 다른 논리 블록에 카피하여, 물리 NAND층 관리 유닛(120c)에 반환된 자유 블록(FB)을 생성하고 논리 블록의 이용 효율을 높이기 위한 처리이다. 컴팩션 수행에 있어서, WC(21), FS(12), IS(13) 상의 유효 클러스터가 존재하는 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 컴팩션 대상으로서 논리 트랙 어드레스에 포함된 모든 유효 클러스터를 병합하는 패시지 병합을 실행한다. TFS(11b)에 등록된 논리 블록은 컴팩션 대상에 포함되지 않는다.
조건으로서 설정된 MSIB(11a)에 충만 논리 블록이 존재할 경우에 MSIB(11a)로부터 MS(11) 또는 TFS(11b)에의 이동 및 컴팩션 처리의 예에 대해 구체적으로 설명한다, "충만(full)" 논리 블록이란, 모든 논리 페이지가 기입되어 있고 추기가 불가능한 논리 블록을 의미한다.
1. MS 논리 블록 관리 테이블(35)의 유효 플래그(35e)를 참조하여, 무효화된 논리 블록이 MS(11)에 존재할 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 그 논리 블록을 자유 블록(FB)으로서 설정한다.
2. 데이터 관리 유닛(120)은 MSIB(11a)의 충만 논리 블록을 MS(11)에 이동시킨다. 구체적으로, 데이터 관리 유닛(120)은 전술한 MS 구조 관리 테이블(도시 생략)을 업데이트하고 그 논리 블록을 MSIB(11a)하의 관리에서 MS(11)하의 관리로 옮 긴다.
3. 데이터 관리 유닛(120)은 MS(11)에 할당된 논리 블록의 개수가 MS(11)에 허용된 논리 블록 개수의 상한을 초과한지의 여부를 판정한다. 논리 블록의 개수가 상한을 초과할 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 후술하는 MS 컴팩션을 실행한다.
4. MS 논리 블록 관리 테이블(35)의 유효 트랙의 개수(35c) 필드 등을 참조하여, 데이터 관리 유닛(120)은 TFS(11b)에 포함되지 않은 논리 블록들 중 무효화된 트랙을 갖는 논리 블록을 유효 트랙의 개수에 따라 정렬한다.
5. 데이터 관리 유닛(120)은 유효 트랙 개수가 작은 논리 블록으로부터 트랙을 수집하고 트랙 컴팩션을 실행한다. 컴팩션을 실행함에 있어서, 먼저, 트랙이 매 논리 블록마다 카피되어(한번에 2i개의 트랙이 카피된다) 컴팩션이 실행된다. 컴팩션 대상 트랙이 WC(21), FS(12), IS(13)에서 유효 클러스터를 갖는 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 유효 클러스터도 병합한다.
6. 데이터 관리 유닛(120)은 컴팩션 소스에 있는 논리 블록을 자유 블록(FB)으로서 설정한다.
7. 컴팩션이 수행되고 1 논리 블록이 유효 2i개의 트랙을 포함하는 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 그 논리 블록을 TBS(11b)의 최상위로 이동시킨다.
8. 논리 블록 내의 유효 트랙을 또 다른 논리 블록에 카피함으로써 자유 블록(FB)이 생성될 수 있는 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 개수가 2i 미만인 유효 트랙을 트랙 단위로 MSIB(11a)에 추기한다.
9. 데이터 관리 유닛(120)은 컴팩션 소스에 있는 논리 블록을 자유 블록(FB)으로서 설정한다.
10. MS(11)에 할당된 논리 블록의 개수가 MS(11)에 허용된 논리 블록의 개수의 상한 미만으로 떨어질 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 MS 컴팩션 처리를 종료한다.
FS(12)에서의 CIB 처리
FS(12)에서의 CIB 처리(단계 S340)에 대해 설명한다. 모든 논리 페이지가 기입되어 있는 충만 논리 블록이, WC(21)로부터 FSIB(12a)에의 클러스트 기입 처리에 의해 FSIB(12a)에 생성될 경우, FSIB(12a) 내의 논리 블록은 FSIB(12a)로부터 FS(12)에 이동한다. 이 이동에 따라, 오래된 논리 블록은 복수의 논리 블록에 의해 구성된 FIFO 구조의 FS(12)로부터 플러시된다.
FSIB(12a)로부터 FS(12)에의 플러시와 FS(12)로부터 MS(11) 및/또는 IS(13)에의 플러시는 후술하는 바와 같이 구체적으로 실현된다.
1. FS/IS 논리 블록 관리 테이블(42)의 유효 플래그(35e) 등을 참조하여, 무효화된 논리 블록이 FS(12)에 존재할 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 그 논리 블록을 자유 블록(FB)으로서 설정한다.
2. 데이터 관리 유닛(120)은 FSIB(12a) 내의 충만 논리 블록을 FS(12)에 플러시한다. 구체적으로, 데이터 관리 유닛(120)은 FS/IS 구조 관리 테이블(도시 생략)을 업데이트하고 그 논리 블록을 FSIB(12a)하의 관리로부터 FS(12)하의 관리로 옮긴다.
3. 데이터 관리 유닛(120)은 FS(12)에 할당된 논리 블록의 개수가 FS(12)에 허용된 논리 블록의 개수의 상한을 초과하는지의 여부를 판정한다. 논리 블록 개수가 상한을 초과할 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 후술하는 플러시를 실행한다.
4. 데이터 관리 유닛(120)은 플러시 대상으로서 가장 오래된 논리 블록에 있는 클러스터 중에서, IS(13)에 이동하지 않고 MS(11)에 직접 카피되어야 하는 클러스터를 결정한다[실제로, MS(11)의 관리 단위가 트랙이기 때문에, 클러스터는 트랙 단위로 결정된다].
(A) 데이터 관리 유닛(120)은 플러시 대상으로서 가장 오래된 논리 블록에 있는 유효 클러스터를 논리 페이지의 최상위부터 순서대로 스캔한다.
(B) 데이터 관리 유닛(120)은 트랙 관리 테이블(30)의 FS 클러스터의 개수(30f) 필드를 참조하여, FS(12)에 있어서 클러스터가 속하는 트랙에 얼마나 많은 유효 클러스터가 있는지를 찾는다.
(C) 트랙에 있는 유효 클러스터의 개수가 미리 정해진 임계값(예컨대, 2k-1의 50%) 이상인 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 그 트랙을 MS(11)에의 플러시 후보로서 설정한다.
5. 데이터 관리 유닛(120)은 MS(11)로 플러시되어야 하는 트랙을 MSIB(11a)에 기입한다.
6. 트랙 단위로 플러시될 유효 클러스터가 가장 오래된 논리 블록에 남아 있는 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 MSIB(11a)에의 플러시를 추가 실행한다.
7. 전술한 2번부터 4번의 처리 후에도 플러시 대상으로서 논리 블록 내에 유효 클러스터가 존재하는 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 가장 오래된 논리 블록을 IS(13)에 이동시킨다.
FS(12)로부터 MSIB(11a)에의 플러시가 수행될 경우, 플러시 직후에, 데이터 관리 유닛(120)은 MS(11)에서의 CIB 처리를 실행한다(단계 S350).
IS(13)에서의 CIB 처리
IS(13)에서의 CIB 처리(단계 360)에 대해 설명한다. FS(12)로부터 IS(13)에의 이동에 따라 논리 블록이 IS(13)에 추가된다. 그러나, 논리 블록의 추가에 따라, 그 논리 블록의 개수는 복수의 논리 블록으로 형성된 IS(13)에서 관리될 수 있는 논리 블록의 개수의 상한을 초과한다. 그 논리 블록의 개수가 상한을 초과하는 경우, IS(13)에서, 데이터 관리 유닛(120)은 하나 내지 복수의 논리 블록의 MS(11)에의 플러시를 수행하고 IS 컴팩션을 실행한다. 구체적으로, 데이터 관리 유닛(120)은 이하의 프로시저를 실행한다.
1. 데이터 관리 유닛(120)은 IS(13)에 포함된 트랙을 그 트랙 내의 유효 클러스터의 개수 × 유효 클러스터 계수에 따라 정렬하고, 그 곱한 값이 큰 2i+1개의 트랙(2 논리 블록분)을 수집하여 그 트랙을 MSIB(11a)에 플러시한다.
2. 유효 클러스터의 개수가 최소인 2i+1개의 논리 블록의 총 유효 클러스터의 개수가 예컨대 미리 정해진 설정값인 2k(1 논리 블록분) 이상인 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 전술한 단계를 반복한다.
3. 플러시를 수행한 후, 데이터 관리 유닛(120)은 유효 클러스터의 개수가 최소인 논리 블록부터 순서대로 2k개의 클러스터를 수집하고 IS(13)에서 컴팩션을 수행한다.
4. 데이터 관리 유닛(120)은 컴팩션 소스에 있는 논리 블록 중 유효 클러스터를 포함하지 않는 논리 블록을 자유 블록(FB)으로서 해제한다.
IS(13)으로부터 MSIB(11a)에의 플러시가 수행되는 경우, 플러시 직후, 데이터 관리 유닛(120)은 MS(11)에서의 CIB 처리를 실행한다(단계 S370).
도 20은 구성요소들 간의 데이터 흐름에 있어서 입력 및 출력의 조합을 나타내는 도면이며, 트리거로서 데이터의 흐름을 일으키는 것을 나타내고 있다. 기본적으로, WC(21)로부터의 클러스터 플러시에 따라 데이터가 FS(12)에 기입된다. 그러나, WC(21)로부터 FS(12)에의 플러시에 부수적으로 클러스터 내부의 섹터 패딩(클러스터 패딩)이 필요한 경우, FS(12), IS(13), MS(11)로부터의 데이터가 카피된다. WC(21)에서, WC 클러스터 관리 테이블(25)의 태그에 있어서 섹터 위치 비트맵(25b)을 이용하여 관련 논리 클러스터 어드레스에서 2(l-k) 섹터의 존재 여부를 식별함으로써 섹터(512 B) 단위로 관리를 수행하는 것이 가능하다. 한편, NAND 메모리(10)의 기능적 구성요소인 FS(12)와 IS(13)의 관리 단위는 클러스터이고, MS(11)의 관리 단위는 트랙이다. 이런 식으로, NAND 메모리(10)의 관리 단위는 섹터보다 크다. 이에, WC(21)로부터 NAND 메모리(10)에의 데이터 기입에 있어서, 기입될 데이터와 동일한 논리 클러스터 어드레스를 갖는 데이터가 NAND 메모리(10)에 존재할 경우, WC(21)로부터 NAND 메모리(10)에 기입될 클러스터에서의 섹터와, NAND 메모리(10)에 존재하는 동일 논리 클러스터 어드레스에서의 섹터를 병합한 후, NAND 메모리(10)에 데이터를 기입해야 한다.
이 처리가 도 20에 나타낸 클러스터 내부의 섹터 패딩 처리(클러스터 패딩)과 트랙 내부의 섹터 패딩(트랙 패딩)이다. 이러한 종류의 처리를 수행하지 않으면, 정확한 데이터를 판독할 수 없다. 따라서, WC(21)로부터 FSIB(12a)에 또는 MSIB(11a)에 데이터가 플러시될 경우, WC 클러스터 관리 테이블(25)이 참조되고, 플러시될 클러스터에 대응하는 태그에 있어서 섹터 위치 비트맵(25b)이 참조된다.모든 섹터 위치 비트맵(25b)이 "1"이 아닌 경우, NAND 메모리(10)에 포함된 동일 트랙 또는 동일 클러스터에서의 섹터와 병합하는 트랙 내부의 섹터 패딩 또는 클러스터 내부의 섹터 패딩이 수행된다. DRAM(20)의 작업 영역을 이 처리에 이용한다. 논리 클러스터 어드레스 또는 논리 트랙 어드레스에 포함된 복수의 섹터는 DRAM(20)의 작업 영역 상에서 병합되고 플러시될 데이터 이미지(클러스터 이미지 또는 트랙 이미지)가 생성된다. 생성된 데이터 이미지는 DRAM(20)의 작업 영역으로부터 MSIB(11a)에 기입되거나 FSIB(12a)에 기입된다.
IS(13)에서는, 기본적으로 데이터가 FS(12)로부터의 블록 플러시(이동)에 따라 기입되거나 IS에서의 컴팩션에 따라 기입된다. MS(11)에서는 데이터가 모든 섹션으로부터 기입될 수 있다. 데이터가 기입될 경우, MS(11)에서는 데이터가 트랙 단위로만 기입될 수 있기 때문에 MS 자체의 데이터에 의한 패딩이 발생할 수 있다. 데이터가 트랙 단위로 기입될 경우, 다른 논리 블록에 있는 단편화된 데이터도 패 시브 병합에 따라 기입된다. 또한, MS(11)에서도 데이터가 MS 컴팩션에 따라 기입된다. 패시브 병합에서는 WC(21), FS(12), IS(13)의 3개의 구성요소 중 하나로부터 MS(11)에의 트랙 플러시 또는 논리 블록 플러시(2i 트랙분 플러시)가 수행될 경우, 플러시 대상으로서 트랙(또는 논리 블록)에 포함된 2개의 구성요소에 있는 유효 클러스터 및 MS(11)에 있는 유효 클러스터는 DRAM(20)의 작업 영역에서 수집되어 DRAM(20)의 작업 영역으로부터 MSIB(11a)에 1 트랙분의 데이터로서 기입된다.
도 21과 도 22를 참조하여, 본 실시형태에 따른 메모리 시스템의 필수 부분에 대해 설명한다. 도 21과 도 22에 나타낸 처리는 호스트 기기로부터의 요청을 수신하는 데이터 관리 유닛(120)(도 4 참조)에 의해 실행되도록 제어된다.
[배경기술] 부분에서 설명한 바와 같이, 판독 장해에 대한 내구성을 높이는 것이 종래 방법의 주목적이다. 그렇기 때문에, 그 목적을 위한 수단은 복잡하고 실질적인 비용 증가가 불가피하게 발생한다. 한편, 데이터 소거, 기입 및 판독이 빈번하게 이루어지는 NAND 플래시 메모리를 채용한 보조 기억 장치에서는 종종 판독 장해 그 자체를 완전히 없애기가 현실적으로 곤란하다.
이러한 형태의 기억 장치에는 내구성 수명이라는 개념이 있다. 내구성 수명 기간 동안의 일반 동작이 확실히 보장될 수 있다면, 기억 장치는 그 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 대용량 보조 기억 장치로서 이용된 NAND 플래시 메모리에서는 판독 장해의 발생이 지연될 수 있다면, 그 판독 장해로 인한 기억 장치의 내구성 수명의 저하 과정을 억제하는 것이 가능하다.
(판독 처리 시에 NAND 메모리 액세스를 줄이기 위한 처리)
도 21은 판독 처리 시에 NAND 메모리 액세스를 줄이기 위한 처리의 처리 흐름을 나타내는 흐름도이다. 도 21에서, 데이터 관리 유닛(120)은 호스트 기기로부터 판독 요청을 수신한다(단계 ST101). 데이터 관리 유닛(120)은 호스트 기기에 의해 지정된 LBA에 기초하여, WC 클러스터 관리 테이블(25)(도 8과 도 10 참조), RC 클러스터 관리 테이블(23)(도 8과 도 9 참조), WC 트랙 관리 테이블(24)(도 8과 도 11 참조), 트랙 관리 테이블(30)(도 8과 도 12 참조), FS/IS 관리 테이블(40)(도 8과 도 13 참조) 등을 참조하여, 엔트리가 WC(21), RC(22), MS(11), FS(12) 또는 IS(13)에 존재하는지의 여부를 판정한다(단계 ST102).
호스트 기기(1)에 의해 지정된 LBA(이하, "지정 LBA")의 엔트리가 존재할 경우(단계 ST102에서의 "Yes"), 데이터 관리 유닛(120)은 NAND 메모리(10)에서의 대응하는 기억 위치로부터 관련 데이터를 판독하고(단계 ST103), 그 데이터를 호스트 기기(1)에 통보하며(단계 ST104), 처리를 종료한다.
한편, 지정 LBA의 엔트리가 존재하지 않을 경우(단계 ST102에서의 "No"), 데이터 관리 유닛(120)은 후술하는 더미 데이터 영역으로부터 판독된 데이터를 호스트 기기(1)에 통보하며(단계 ST105), 전체 처리를 종료한다. 유효 엔트리가 FS/IS 관리 테이블(40)에 존재하지 않고 논리 블록 ID가 트랙 관리 테이블에서 무효값인 경우[MS(11)에 아직 매핑되지 않은 경우] 지정 LBA의 엔트리는 존재하지 않는다.
(더미 데이터와 더미 데이터 영역)
더미 데이터와 더미 데이터 영역에 대해 설명한다. 더미 데이터는 NAND 메모 리(10)의 상태가 미리 정해진 조건을 만족할 경우 데이터 관리 유닛(120)이 호스트 기기측[ATA 커맨드 처리 유닛(121)]에 반환해야 하는 미리 정해진 값을 갖는 데이터이다. 클러스터 패딩을 위해 클러스터 사이즈의 데이터가 준비된다. 더미 데이터로서, 예컨대 "all 0"[0x0000...]과 "all 1"[0xFFFF...]가 이용될 수 있다.
더미 데이터 영역은 더미 데이터가 저장되는 기억 영역이다. 본 실시형태에 있어서, 전술한 바와 같이, 데이터 관리 유닛(120)은 ATA 커맨드 처리 유닛(121)에, 호스트 기기에 의해 지정된 LBA(지정 LBA)가 NAND 메모리(10) 상에 기입되지 않은 LBA 영역(미기입 LBA 영역)임을 통보하는 메시지 대신에, 더미 데이터 또는 더미 데이터 영역의 어드레스를 통보한다.
(기입 처리 시에 NAND 메모리 액세스를 줄이기 위한 처리)
도 22는 기입 처리 시에 NAND 메모리 액세스를 줄이기 위한 처리의 처리 흐름을 나타내는 흐름도이다. 도 22에서, WC(21)로부터의 데이터 플러시를 요청하는 기입 요청(플러시 요청)이 발생할 경우(단계 ST201) 그리고 플러시되기로 결정된 유효 클러스터를 포함하는 논리 어드레스 영역의 모든 데이터가 WC(21)에 존재하지 않을 경우, 클러스터 내부의 섹터 패딩 및 트랙 내부의 섹터 패딩이 발생한다(단계 ST202).
데이터 관리 유닛(120)은 WC 클러스터 관리 테이블(25)을 참조한다. 그러나, 플러시될 클러스터에 대응하는 태그에서의 모든 섹터 위치 비트맵(25b)이 "1"이 아닌 경우, 섹터 위치 비트맵(25b)은 NAND 메모리(10)에 포함된 동일 클러스터 내의 섹터와 병합되어야 한다. 그렇기 때문에, 데이터 관리 유닛(120)은 패딩에 이용되 어야 하는 대응하는 어드레스 영역의 엔트리가 NAND 메모리(10)에 존재하는지의 여부를 판정하는 처리를 실행한다(단계 ST203).
WC(21)로부터의 플러시에 수반된 클러스터 내부의 섹터 패딩 및 트랙 내부의 섹터 패딩에 이용되는 대응하는 어드레스 영역의 엔트리가 NAND 메모리(10)에 존재할 경우(단계 ST203에서의 "Yes"), 데이터 관리 유닛(120)은, 패딩 소스로서 NAND 메모리(10)에 저장된 동일 클러스터에 있고 WC(21)로부터 플러시된 섹터와 병합되는 섹터를 선택한다(단계 ST204). 데이터 관리 유닛(120)은 NAND 메모리 내의 유효 데이터로 패딩되는 클러스터 데이터를 NAND 메모리(10) 내의 미리 정해진 위치에 기입하고(단계 ST205), 이 처리 흐름을 종료한다.
한편, WC(21)로부터의 플러시에 수반된 클러스터 내부의 섹터 패딩 및 트랙 내부의 섹터 패딩에 이용되어야 하는 대응하는 어드레스 영역의 엔트리가 NAND 메모리(10)에 존재하지 않을 경우(단계 ST203에서의 "No"), 데이터 관리 유닛(120)은 패딩 소스로서 DRAM(20)에 저장된 더미 데이터를 선택한다(단계 ST206). 데이터 관리 유닛(120)은 더미 데이터로 패딩된 클러스터 데이터를 NAND 메모리(10) 내의 미리 정해진 위치에 기입하고(단계 ST207), 이 처리 흐름을 종료한다.
(보충 설명 및 본 실시형태의 효과)
전술한 처리에 대해 간략하게 보충 설명한다. 본 실시형태에 따른 메모리 시스템에서, 전술한 바와 같이, 미기입 LBA를 포함하는 판독 요청 및 기입 요청에 응답하여 DRAM(20) 상의 더미 데이터 영역의 데이터를 반환하는 처리가 수행된다. 이 처리는 기입 후에 어떤 섹터 영역이 미기입 상태인지 관리하지 않고 호스트측에 결 정된 고정 데이터를 자동으로 반환하는 것이 가능하다. 그 결과, 미기입 LBA 영역을 관리하기 위한 메모리 용량을 줄일 수 있다.
미기입 LBA 영역에 대한 판독 요청이 판독 처리 시에 발생할 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 NAND 메모리(10)에 액세스하지 않고 DRAM(20) 상의 더미 데이터 영역으로부터 판독된 데이터를 반환하다. 이에, NAND 메모리(10)에 대한 불필요한 판독 처리의 횟수를 줄이는 것이 가능하다. 그 결과, 판독 장해의 발생을 지연시키고 그 판독 장해로 인한 기억 장치의 내구성 수명의 저하 과정을 억제하는 것이 가능하다.
기입 처리 시에, WC(21)로부터의 플러시에 수반된 클러스터 내부의 섹터 패딩 및 트랙 내부의 섹터 패딩에 이용되어야 하는 대응하는 어드레스 영역의 엔트리가 NAND 메모리(10)에 존재하지 않을 경우, 데이터 관리 유닛(120)은 패딩 소스로서 DRAM(20) 상의 더미 데이터 영역을 선택한다. 그러므로, NAND 메모리(10)에 대한 불필요한 판독 처리의 횟수를 줄이는 것이 가능하다. 그 결과, 판독 장해의 발생을 지연시키고 그 판독 장해로 인한 기억 장치의 내구성 수명의 저하 과정을 억제하는 것이 가능하다.
본 실시형태에서는 "all 0"[0x0000...] 과 "all 1"[0xFFFF...] 등의 값을 더미 데이터로서 이용한다. 그러나, 더미 데이터가 이들 값에 한정되지는 않는다. 임의 값을 더미 데이터로서 이용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시형태에서는 판독 장해로 인한 기억 장치의 내구성 수명의 저하 과정을 억제할 수 있다.
본 발명은 전술한 실시형태들에 한정되지 않는다. 따라서, 다양한 변형예가 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.
또한, 전술한 실시형태들은 발명의 단계에서 다양한 구성요소들을 포함한다. 즉, 임의의 개시한 구성요소를 분리 또는 통합함으로써 본 발명의 다양한 변형예가 이루어질 수 있다.
예컨대, 본 발명이 해결하려고 하는 과제가 해결될 수 있고 본 발명이 얻으려고 하는 이점이 달성될 수 있다면 실시형태에 개시한 모든 구성요소들 중에 임의의 구성요소를 생략함으로써, 본 발명의 다양한 변형예가 이루어질 수 있다.
또, 전술한 실시형태에서는 2 이상의 양의 정수를 곱한 클러스터 사이즈가 논리 페이지 사이즈와 같다고 설명하였다. 그러나, 본 발명이 그렇게 한정되지는 않는다.
예컨대, 클러스터 사이즈는 논리 페이지 사이즈와 동일할 수 있거나, 또는 복수의 논리 페이지를 조합함으로써 논리 페이지 사이즈에 2 이상의 양의 정수를 곱해 얻어진 사이즈일 수도 있다.
또한, 클러스터 사이즈는 개인용 컴퓨터 등의 호스트 기기(1) 상에서 실행되는 OS(운영 체제)의 파일 시스템용 관리 단위와 같을 수 있다.
또, 전술한 실시형태에서는 2 이상의 양의 정수를 곱한 트랙 사이즈가 논리 블록 사이즈와 같다고 설명하였다. 그러나, 본 발명이 그렇게 한정되지는 않는다.
예컨대, 트랙 사이즈는 논리 블록 사이즈와 동일할 수 있거나, 또는 복수의 논리 블록을 조합함으로써 논리 블록 사이즈에 2 이상의 양의 정수를 곱해 얻어진 사이즈일 수도 있다.
또한, 트랙 사이즈가 논리 블록 사이즈와 같거나 더 크다면, MS 컴팩션 처리는 필요하지 않다. 그렇기 때문에, TFB(11b)는 생략될 수 있다.
[제2 실시형태]
도 23는 개인용 컴퓨터의 예를 나타내는 사시도이다. 개인용 컴퓨터(1200)는 본체부(1201)와 디스플레이 유닛(1202)을 포함하다. 디스플레이 유닛(1202)은 디스플레이 하우징(1203)과, 그 디스플레이 하우징(1203)에 수용된 디스플레이 장치(1204)를 포함한다.
본체부(1201)는 새시(chassis)(1205), 키보드(1206), 지정 도구로서의 터치 패드(1207)를 포함한다. 새시(1205)는 메인 회로 기판, ODD(Optical Disk Device) 유닛, 카드 슬롯, 및 제1 실시형태에 기술한 SSD(1100)를 포함한다.
카드 슬롯은 새시(1205)의 주위벽에 인접하도록 설치되어 있다. 주위벽은 카드 슬롯과 면하는 개구부(1208)를 갖는다. 사용자는 그 개구부(1208)를 통해 새시(1205) 외부로부터 카드 슬롯에 대해 추가 장치를 착탈시킬 수 있다.
SSD(1100)는 개인용 컴퓨터(1200)에 장착되는 상태에서 종래의 HDD 대신에 이용될 수 있거나, 또는 개인용 컴퓨터(1200)의 카드 슬롯에 삽입되는 상태에서 추가 장치로서 이용될 수 있다.
도 24는 개인용 컴퓨터의 시스템 아키텍쳐의 예를 나타내는 도면이다. 개인용 컴퓨터(1200)는 CPU(1301), 노스 브릿지(north bridge)(1302), 메인 메모리(1303), 비디오 컨트롤러(1304), 오디오 컨트롤러(1305), 사우스 브릿지(south bridge)(1309), BIOS-ROM(1310), 제1 실시형태에 기술한 SSD(1100), ODD 유닛(1311), 임베디드 컨트롤러/키보드 컨트롤러(EC/KBC) IC(1312), 및 네트워크 컨트롤러(1313)로 구성된다.
CPU(1301)는 개인용 컴퓨터(1200)의 동작을 제어하기 위한 프로세서이며, SSD(1100)로부터 메인 메모리(1303)에 로딩된 운영 체제(OS)를 실행한다. CPU(1301)는 ODD 유닛(1311)이 광학 디스크에 대해 판독 처리 및 기입 처리 중 하나를 실행할 경우에 이들 처리를 실행한다. CPU(1301)는 BIOS-ROM(1310)에 저장된 시스템 BIOS(Basic Input Output System)을 실행한다. 시스템 BIOS는 개인용 컴퓨터(1200)의 하드웨어를 제어하기 위한 프로그램이다.
노스 브릿지(1302)는 CPU(1301)의 로컬 버스를 사우스 브릿지(1309)에 연결하는 브릿지 장치이다. 노스 브릿지(1302)는 메인 메모리(1303)에의 액세스를 제어하기 위한 메모리 컨트롤러를 구비한다. 노스 브릿지(1302)는 AGP(Accelerated Graphics Port) 버스를 통해 비디오 컨트롤러(1304)와 오디오 컨트롤러(1305) 간의 통신을 실행하는 기능을 갖는다.
메인 메모리(1303)는 프로그램 또는 데이터를 일시적으로 저장하고, CPU(1301)의 작업 영역으로서 기능한다. 메인 메모리(1303)는 예컨대 DRAM으로 구성된다. 비디오 컨트롤러(1304)는 휴대용 컴퓨터(1200)의 디스플레이 모니터(LCD)(1316)로 이용되는 디스플레이 유닛을 제어하기 위한 비디오 재생 컨트롤러이다. 오디오 컨트롤러(1305)는 휴대용 컴퓨터(1200)의 스피커를 제어하기 위한 오디오 재생 컨트롤러이다.
사우스 브릿지(1309)는 LPC(Low Pin Count) 버스에 접속된 장치들을 제어하고, PCI(Peripheral Component Interconnect) 버스에 접속된 장치들을 제어한다. 사우스 브릿지(1309)는 ATA 인터페이스를 통해, 소프트웨어 및 데이터가 저장된 메모리 장치인 SSD(1100)를 제어한다.
개인용 컴퓨터(1200)는 섹터 단위로 SSD(1100)에의 액세스를 실행한다. 예컨대, 기입 커맨드, 판독 커맨드, 캐시 플러시 커맨드가 ATA 인터페이스를 통해 입력된다. 사우스 브릿지(1309)는 BIOS-ROM(1310)과 ODD 유닛(1311)을 제어하는 기능을 갖는다.
EC/KBC(1312)는, 전원을 제어하기 위한 임베디드 컨트롤러 상에 통합되고, 키보드(KB)(1206)와 터치 패드(1207)를 제어하기 위한 키보드 컨트롤러인 원칩(one chip) 마이크로컴퓨터이다. EC/KBC(1312)는 사용자의 전원 버튼 조작에 기초하여 개인용 컴퓨터(1200)의 전원의 온/오프를 설정하는 기능을 갖는다. 예컨대 네트워크 컨트롤러(1313)는 네트워크 예컨대 인터넷에 대한 통신을 실행하는 통신 장치이다.
전술한 실시형태에서의 메모리 시스템은 SSD로서 구성되지만, 예컨대 SDTM 카드로 대표되는 메모리 카드로서 구성될 수 있다. 또, 메모리 시스템은 개인용 컴퓨터뿐만 아니라, 휴대 전화기, PDA(Personal Digital Assistant), 디지털 스틸 카메라, 디지털 비디오 카메라, 텔레비전 세트 등의 다양한 전자 장치에도 적용될 수 있다.
당업자에게는 추가 이점 및 변형예가 용이하게 발생할 수 있다. 이에, 더 넓은 양태에서 본 발명은 구체적인 상세 내용 및 본 명세서에 도시되고 설명한 대표적인 실시형태에 한정되지 않는다. 이에, 이어지는 청구의 범위 및 그 동류에 의해 정해지는 일반적인 발명 원리의 사상 또는 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 변형예가 이루어질 수 있다.

Claims (20)

  1. 메모리 시스템에 있어서,
    휘발성 반도체 메모리를 포함하는 캐시 메모리로서의 제1 기억 영역과,
    페이지 단위로 판독 및 기입이 이루어지고 상기 페이지 단위의 2 이상의 자연수배인 블록 단위로 소거가 이루어지는 비휘발성 반도체 메모리를 포함하는 제2 및 제3 기억 영역과,
    상기 제1, 제2 및 제3 기억 영역에 저장된 데이터의 기억 위치를 포함한 관리 정보가 저장되어 있는 관리 테이블 그룹과,
    상기 비휘발성 반도체 메모리의 기억 영역을 1 이상의 블록과 연관된 논리 블록 단위로 상기 제2 및 제3 기억 영역에 할당하는 컨트롤러
    를 포함하고,
    외부로부터 판독 요청이 수신될 경우, 상기 컨트롤러는 상기 관리 테이블 그룹에 기초하여, 판독되기로 요청된 논리 어드레스 영역이 매핑되어 있는 상기 제2 또는 제3 기억 영역에 미기입 논리 어드레스 영역이 존재하는지의 여부를 판정하고, 상기 미기입 논리 어드레스 영역이 존재할 경우, 상기 미기입 논리 어드레스 영역과 관련하여 미리 정해진 고정 데이터를 외부에 통보하는 것인 메모리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 제1 및 제2 기억 영역을 제1 관리 단위로 관리하고, 상기 제3 기억 영역을 제2 관리 단위로 관리하는 것인 메모리 시스 템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고정 데이터는 상기 제1 기억 영역에 저장되는 것인 메모리 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 관리 단위의 사이즈를 갖는 데이터가 상기 고정 데이터로서 제공되는 것인 메모리 시스템.
  5. 제4항에 있어서, "0" 또는 "1"의 비트 값을 갖는 데이터가 상기 고정 데이터로서 제공되는 것인 메모리 시스템.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제1 관리 단위는 상기 페이지 단위를 자연수로 나누어 얻어진 사이즈인 것인 메모리 시스템.
  7. 제2항에 있어서, 상기 제2 관리 단위는 상기 페이지 단위의 2 이상의 자연수배인 사이즈로서, 상기 블록 단위를 2 이상의 자연수로 나누어 얻어지는 것인 메모리 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 휘발성 반도체 메모리는 DRAM이고,
    상기 비휘발성 반도체 메모리는 NAND 플래시 메모리인 것인 메모리 시스템.
  9. 메모리 시스템에 있어서,
    휘발성 반도체 메모리를 포함하는 캐시 메모리로서의 제1 기억 영역과,
    페이지 단위로 판독 및 기입이 이루어지고 상기 페이지 단위의 2 이상의 자연수배인 블록 단위로 소거가 이루어지는 비휘발성 반도체 메모리를 포함하는 제2 및 제3 기억 영역과,
    상기 제1, 제2 및 제3 기억 영역에 저장된 데이터의 기억 위치를 포함한 관리 정보가 저장되어 있는 관리 테이블 그룹과,
    상기 비휘발성 반도체 메모리의 기억 영역을 1 이상의 블록과 연관된 논리 블록 단위로 상기 제2 및 제3 기억 영역에 할당하는 컨트롤러
    를 포함하고,
    외부로부터, 상기 제1 기억 영역으로부터 상기 제2 기억 영역으로의 데이터 플러시를 수반하는 기입 요청이 수신되고, 상기 제1 기억 영역으로부터 상기 제2 기억 영역으로 플러시된 페이지 단위를 포함하는 논리 어드레스 영역의 모든 데이터가 상기 제1 기억 영역에 존재하지 않을 경우, 상기 컨트롤러는 상기 관리 테이블 그룹에 기초하여, 상기 제1 기억 영역에 존재하지 않는 데이터를 패딩하는데 이용된 논리 어드레스 영역이 매핑되어 있는 상기 제2 및 제3 기억 영역에 미기입 논리 어드레스 영역이 존재하는지의 여부를 판정하고, 상기 미기입 논리 어드레스 영역이 존재할 경우, 미리 정해진 고정 데이터를 패딩 소스 데이터로서 선택하는 것 인 메모리 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 제1 및 제2 기억 영역을 제1 관리 단위로 관리하고, 상기 제3 기억 영역을 제2 관리 단위로 관리하는 것인 메모리 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 컨트롤러는 섹터 단위의 복수의 데이터를 상기 제1 관리 단위의 데이터로서 상기 제1 기억 영역에 기입하는 제1 처리와, 상기 제1 기억 영역에 기입된 데이터를 상기 제1 관리 단위의 데이터로서 상기 제2 기억 영역에 플러시하는 제2 처리와, 상기 제1 기억 영역에 기입된 데이터를 상기 제2 관리 단위의 데이터로서 상기 제3 기억 영역에 플러시하는 제3 처리를 실행하는 것인 메모리 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 제1 기억 영역 내의 데이터가 속하는 상기 제2 관리 단위의 데이터의 개수가 지정값을 초과할 경우 상기 제2 또는 제3 처리를 실행하는 것인 메모리 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제2 처리의 실행 시에, 상기 제1 기억 영역으로부터 플러시된 상기 제1 관리 단위의 데이터와 동일한 어드레스를 갖는 데이터가 상기 제2 기억 영역에 존재할 경우, 상기 컨트롤러는, 동일한 어드레스로 상기 제2 기억 영역에 존재하는 섹터 데이터와 상기 제1 기억 영역에 존재하는 섹터 데이터를 병합한 후에, 그 섹터 데이터를 상기 제2 기억 영역에 기입하는 것인 메모리 시스템.
  14. 제11항에 있어서, 상기 제3 처리의 실행 시에, 상기 제1 기억 영역으로부터 플러시된 상기 제1 관리 단위의 데이터와 동일한 어드레스를 갖는 데이터가 상기 제3 기억 영역에 존재할 경우, 상기 컨트롤러는, 동일한 어드레스로 상기 제3 기억 영역에 존재하는 섹터 데이터와 상기 제1 기억 영역에 존재하는 섹터 데이터를 병합한 후에, 그 섹터 데이터를 상기 제3 기억 영역에 기입하는 것인 메모리 시스템.
  15. 제9항에 있어서, 상기 고정 데이터는 상기 제1 기억 영역에 저장되는 것인 메모리 시스템.
  16. 제10항에 있어서, 상기 제1 관리 단위의 사이즈를 갖는 데이터가 상기 고정 데이터로서 제공되는 것인 메모리 시스템.
  17. 제16항에 있어서, "0" 또는 "1"의 비트 값을 갖는 데이터가 상기 고정 데이터로서 제공되는 것인 메모리 시스템.
  18. 제10항에 있어서, 상기 제1 관리 단위는 상기 페이지 단위를 자연수로 나누어 얻어진 사이즈인 것인 메모리 시스템.
  19. 제10항에 있어서, 상기 제2 관리 단위는 상기 페이지 단위의 2 이상의 자연수배인 사이즈로서, 상기 블록 단위를 2 이상의 자연수로 나누어 얻어지는 것인 메모리 시스템.
  20. 제9항에 있어서,
    상기 휘발성 반도체 메모리는 DRAM이고,
    상기 비휘발성 반도체 메모리는 NAND 플래시 메모리인 것인 메모리 시스템.
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