KR20080024983A

KR20080024983A - 장애 관련 데이터 저장용 비휘발성 메모리를 갖춘 디스크드라이브

Info

Publication number: KR20080024983A
Application number: KR1020070092189A
Authority: KR
Inventors: 프랭크 알 주; 조지 에이 던; 리처드 엠에이치 뉴; 스펜서 더블유 엔지
Original assignee: 히다치 글로벌 스토리지 테크놀로지스 네덜란드 비.브이.
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2007-09-11
Publication date: 2008-03-19
Also published as: CN101145372A; US8015433B2; EP1901303A2; SG141367A1; US20080130156A1; JP2008071478A; CN101145372B; TW200818200A

Abstract

비휘발성 메모리를 포함하는 디스크 드라이브는, 드라이브의 신뢰성과 관련된 변수들을 모니터해서 실제 또는 잠재적인 장애 상황들을 검출하고 디스크의 예비 영역이 아닌 비휘발성 메모리 내에 장애 관련 데이터를 기록한다. 상기 모니터링은 진단 루틴을 실행하거나 또는 온도 및 충격 센서들과 같은 디스크 드라이브 센서들을 규칙적으로 또는 정기적으로 모니터링 함으로써 가능하다. 모니터 되고 기록되는 장애 상황들은 결함이 있는 데이터 섹터들을 포함한다. 디스크 드라이브가 동작 상태로 들어간 후에 새로운 결함 섹터가 검출되면, 이러한 결함 섹터는 사용되지 않고, 이 섹터의 로직 블록 어드레스(LBA)가 디스크 상의 예비 스페어 섹터가 아닌 비휘발성 메모리 내의 메모리 공간으로 맵핑된다. 판독 또는 기록 명령어가 결함 섹터의 LBA를 포함하는 LBA 범위에 대해서 수신되는 경우, 명령어의 전체 LBA 범위가 처리되는 동안, 결함 섹터는 건너뛰게 되고 결함 섹터의 LBA에 대한 사용자 데이터는 비휘발성 메모리 내의 상기 맵핑된 메모리 공간으로 기록되거나 또는 이로부터 읽혀진다.

자기 기록 디스크, 비휘발성 메모리, 휘발성 메모리, 하드 디스크 드라이브, 장애 데이터

Description

장애 관련 데이터 저장용 비휘발성 메모리를 갖춘 디스크 드라이브 {DISK DRIVE WITH NONVOLATILE MEMORY FOR STORAGE OF FAILURE-RELATED DATA}

본 발명은 디스크 드라이브, 상세하게는 비휘발성 메모리를 포함하는 자기 기록 디스크 드라이브(Magnetic recording disk drive)에 관한 것이다.

자기 기록 하드 디스크 드라이브(HDD)는 통상, 회전 디스크 메모리(rotating disk memory) 외에도, 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 많은 수의 기록/삭제 사이클을 수행할 수 있고 높은 데이터 전송 속도를 가지는 휘발성 메모리를 포함한다. DRAM은 호스트 컴퓨터와 디스크들 사이에서 전송되는 사용자 데이터를 임시로 보유하는 캐시(cache)로서 기능 한다. 디스크 드라이버의 데이터 컨트롤러는 호스트 컴퓨터로부터 판독 및 기록 명령어들을 수신하고 디스크로의 사용자 데이터 기록과 디스크로부터의 사용자 데이터의 판독을 제어한다. "재기록 캐싱(write-back caching)"이나 "기록 캐시 활성화(write-cache enabled)"로 불리는 DRAM에 기록 데이터를 전송하는 일반적인 한 방법으로는, 호스트로부터의 기록 명령을 위한 기록 데이터를 DRAM에 저장하고, 기록 데이터가 DRAM에 수신되었을 때에 기록 완료 신호를 호스트로 전하고, 그리고 나서 일정 시간 후에 DRAM에서의 기록 데이터를 DRAM 으로부터 디스테이지(destage)하고 디스크에 기록하는 것이 있다.

배터리에 의해 전력이 공급되는 이동형 컴퓨터의 출현과 함께, 일부 HDD는 디스크 드라이브가 일정 시간 동안 비활성인 경우, 디스크를 지원하는 스핀들 모터의 회전이 저하되는 (또는 회전이 멈추는) "전력-절약" 또는 "대기" 모드를 가진다. 이런 모드의 주요 목적은 이동형 컴퓨터의 배터리 수명을 연장하기 위한 것이다. 디스크 드라이브가 단순한 전자적인 활성상태인 대기 모드인 경우 배터리 전력이 보존된다. 호스트로부터 기록 데이터가 수신되고 디스크로 기록되어야 하는 경우, 디스크 드라이브는 대기 모드로부터 빠져나오고 디스크는 기록데이터가 기록되도록 회전상승하며, 이러한 작동은 상당한 양의 배터리 전력을 소모한다. 이러한 경우가 자주 발생하는 경우, 전력은 절약되지 않는다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 한 방법은 드라이브가 대기 모드에 있고 디스크가 회전하지 않은 경우 기록 데이터를 DRAM에 저장하고, 그리고 나서 기록 캐시가 활성화되는 일정 시간 후에 기록데이터를 디스크로 디스테이지 하는 것이다. 그러나 DRAM은 휘발성 메모리이기 때문에, 기록 데이터가 디스크로 디스테이지 되기 전에 드라이브가 전력을 잃는 경우에는 DRAM 내의 기록 데이터를 잃어버릴 위험이 있다. 그래서 이동형 컴퓨터에서는 DRAM에 부가해서 또는 DRAM을 대신하여 HDD에 비휘발성 메모리, 예를 들어, "플래시" 메모리를 사용하는 것이 제안되어 왔다. 플래시 메모리는 비휘발성이기 때문에, 전력을 잃어버리는 경우에도 기록 데이터는 손실되지 않는다. 이런 종류의 HDD는, "영구적인" 데이터 저장 매체, 즉, 비휘발성 메모리와 자기 기록 디스크의 두 종류를 포함하고 있기 때문에, 종종 "하이브리 드(hybrid)" 디스크 드라이브로 불린다. 하이브리드 HDD들은 이런 작동 모드, 즉, 전력 절약 모드 용으로 자신들의 플래시 메모리를 사용한다. 따라서 하이브리드 디스크 드라이브의 주요 장점은 대기 모드로 빠져나가지 않고도 호스트로부터 기록 데이터를 수신할 수 있어서, 전력을 잃는 경우에도 데이터를 잃어버리는 위험 없이 전력을 보존하고 배터리 수명을 연장한다는 것이다.

HDD는 종종 진단 프로그램이나 또는 실제 또는 잠재적인 HDD 장애 상황을 표시하는 HDD의 신뢰도와 관련된 변수들을 모니터하는 루틴을 포함한다. 이러한 상황과 연관된 장애-관련 데이터(failure-related data)는 사용자 데이터용으로 사용되지 않는 예비 영역(reserved area) 내의 디스크 상에 기록된다. 장애 상황을 검출하기 위해 모니터 될 수 있는 HDD 변수들의 예로서는, HDD 온도, 판독 및/또는 기록 에러의 빈도, 헤드-디스크 간극 및 스핀들 모터가 디스크를 회전상승(spin-up)시키기 위해 필요한 시간이 있다. 장애를 가지는 HDD가 제조사에 반품된 경우에는 장애 원인을 결정하도록 기록된 장애 데이터가 조사된다. 하지만, 데이터가 디스크에 기록될 수 없는 장애 모드의 경우에는 장애 정보는 기록될 수 없다. 또한, HDD 스핀들 모터가 회전상승 할 수 없거나 데이터가 디스크로부터 읽혀질 수 없는 경우에는, 디스크의 예비 영역으로부터 장애 데이터를 검출하는 것이 어렵거나 불가능하다.

장애 상황의 특별한 하나의 형태는 결함 데이터 섹터(defective data sector)이다. HDD에서 각각의 동심형 데이터 트랙은 데이터가 저장되는 인접하는 물리적 섹터들로 나뉘며, 각각의 물리적 섹터는 로직 블록 어드레스(LBA)와 연관되 어 있다. 결함 섹터들은 진단 루틴을 실행하거나 HDD의 판독/기록 과정의 한 부분인 결함 관리 루틴을 실행하는 것에 의해 검출될 수 있다. [성장 결함(grown defect)이라 불리는] HDD가 작동 상태로 진입한 후에 새로운 결함 섹터가 발견되는 경우에는, 이러한 결함 섹터는 사용되지 않고 이와 연관된 LBA가 통상 디스크의 데이터 트랙의 마지막에 있는 예비 영역의 재할당 섹터 또는 스페어 섹터로 맵핑된다. 그러나 스페어 섹터는 LBA에 바로 후속하거나 앞에 있는 물리적 섹터들과 물리적으로 연속하지 않기 때문에, 결함 섹터들의 LBA를 포함하는 LBA 범위에 대한 판독 또는 기록 명령어는, 그 명령어를 처리시키는 동안, 디스크 드라이브로 하여금 스페어 섹터들로의 접근을 시도하는 것 (즉, 하나의 트랙으로부터 다른 트랙으로 판독/기록 헤드를 이동시키는 것)을 요구하며, 그리고 나서 상기 명령어의 처리를 계속 진행하도록 재시도한다. 이러한 두 가지의 부가적인 시도와 그에 따른 회전 잠복시간 (즉, 헤드를 트랙 위에 올린 후 섹터가 판독/기록 헤드 아래에서 회전하기 위한 시간)이 성장 결함을 수반하는 데이터 액세스의 성능을 상당히 저하시킨다. 저하된 성능에 더해서, 스페어 섹터들의 사용은 디스크 상에서 예비 영역들을 요구하며, 이것은 사용자 데이터에 이용하기 위한 디스크 영역을 감소시킨다.

장애 상황의 기록과 관련된 문제점들이 없고 장애 데이터 섹터들의 조작과 관련된 성능 저하가 없는 하이브리드 디스크 드라이브가 필요하다.

본 발명은 HDD의 신뢰성과 관련된 변수들을 모니터해서 실제 또는 잠재적인 HDD 장애 상황들을 검출하고, 디스크들의 예비 영역들이 아닌, 비휘발성 메모리 내에 장애 관련 데이터를 기록하는 하이브리드 디스크 드라이브이다. 모니터링은, 예를 들어 많은 HDD 제조사들에 의해 이용되고 있는 셀프-모니터링 분석 및 보고 기술(Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology: SMART)과 같은, 진단 루틴을 실행하여 이루어질 수 있다. 진단 루틴을 실행하는 것에 더하거나 또는 이에 대신하여, 온도 및 충격 센서들과 같은 HDD 센서들이 규칙적 또는 정기적으로 모니터 될 수 있고, 센서 신호들이 수용가능한 범위 밖에 있는 경우에는 장애 관련 데이터들이 비휘발성 메모리에 기록된다. 주기적으로 측정되는 신뢰도 관련 드라이브 이용 데이터도 비휘발성 메모리에 기록될 수 있다.

모니터 되고 기록되는 장애 상황은 결함이 있는 데이터 섹터들을 포함할 수 있다. 결함 섹터들은 진단 루틴을 실행하거나 또는 HDD의 판독/기록 과정의 일부인 결함 관리 루틴을 실행함으로써 검출될 수 있다. HDD가 작동 상태로 들어간 후에 새로운 결함 섹터가 검출되면, 이러한 결함 섹터는 사용되지 않고 이 섹터의 LBA는 디스크 상의 예비 스페어 섹터가 아닌 비휘발성 메모리 내의 메모리 공간으 로 맵핑된다. 결함 섹터에 저장되는 사용자 데이터는 장애 데이터로 간주되고 비휘발성 메모리 내의 관련된 메모리 공간 내에 저장된다. 판독 또는 기록 명령어가 결함 섹터의 LBA를 포함하는 LBA 범위에 대해서 수신되는 경우, 명령어의 전체 LBA 범위가 처리되는 동안 결함 섹터는 건너뛰게 되고 결함 섹터의 LBA에 대한 사용자 데이터는 비휘발성 메모리 내의 맵핑 된 메모리 공간에 기록되거나 또는 이로부터 읽혀진다. 따라서 가외의 시도는 필요하지 않고 부가의 회전 잠재 지연도 없다.

HDD가 실제 또는 잠재적인 장애로 인해 제조사로 반품되는 경우, 비휘발성 메모리로의 액세스가, 장애 데이터를 추출하여 장애 원인을 결정하고 미래의 HDD를 수리하거나 재디자인하기 위해 요구되는 것의 전부이다. 만일 HDD 전자제품이 고장을 일으키더라도, 비휘발성 메모리는 HDD로부터 제거될 수 있고 장애 데이터는 읽혀질 수 있다. 본 발명에 의해, 결함 섹터들과 연관된 사용자 데이터를 저장하도록 보유된 스페어 섹터들을 포함하여, 디스크들의 예비 영역들이 장애 관련 데이터를 저장할 필요가 없기 때문에, HDD는 더 많은 저장 용량을 가질 수 있다. 따라서 본 발명의 HDD는, 보유 스페어 섹터 없이, 사용자 데이터를 위한 섹터들로만 포맷된 데이터 트랙들을 가지는 디스크를 포함할 수 있다. 모든 섹터들은 연관된 LBA를 가지며, 어떠한 섹터들도 나중에 결함이 있게 될 섹터들을 대신하기 위해 스페어 섹터로서 보유되지 않는다.

본 발명은, 결함 섹터들과 연관된 사용자 데이터를 저장하기 위한 예비 스페어 섹터들을 포함하여 디스크들의 예비 영역들이 장애 관련 데이터를 저장할 필요 가 없기 때문에, HDD로 하여금 보다 큰 저장 능력을 가지게 한다. 따라서 본 발명의 HDD는, 예비 스페어 섹터들 없이, 사용자 데이터용 섹터들만으로 포맷된 데이터 트랙들을 갖춘 디스크를 가질 수 있다. 모든 섹터들은 연관된 LBA를 가질 수 있고, 어떠한 섹터들도 나중에 결함이 있게 되는 섹터들을 대신하도록 스페어 섹터로서 보유할 필요가 없다.

본 발명의 특징과 장점의 충분한 이해를 위해, 첨부하는 도면들과 함께 이하의 상세한 설명들을 참조한다.

도 1은 본 발명에 따른 자기 기록 하이브리드 하드 디스크 드라이브 (HDD)(10)의 블록 도이다. HDD(10)는 마이크로 컨트롤러 또는 마이크로 프로세서를 포함 및/또는 마이크로 컨트롤러 또는 마이크로 프로세서에 의해 구현될 수 있는 하드디스크 컨트롤러(HDC)(12)를 포함한다. 컨트롤러(12)는 메모리(14)에 저장되어 있고 아래에서 설명하는 로직 및 알고리즘을 구현하는 컴퓨터 프로그램을 실행한다. 메모리(14)는 컨트롤러(12)와 별개이거나 컨트롤러 칩에 내장된 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램 또한 마이크로코드로 구현되거나 또는 컨트롤러(12)에 액세스 가능한 유형의 메모리 일 수도 있다.

컨트롤러(12)는 호스트 컴퓨터(18)와 통신하는 호스트 인터페이스(16)에 연결된다. 호스트 컴퓨터(18)는 배터리 전력으로 작동하는 이동형 컴퓨터일 수 있다. 호스트 인터페이스(16)는, 직렬 ATA(Advanced Technology Attachment) 또는 SCSI(Small Computer System Interface)와 같은 종래의 컴퓨터-HDD 인터페이스 중 하나이다.

컨트롤러(12)는 또한 판독/기록 채널(20)을 통해서 각각의 HDD의 판독/기록 헤드(22)에 연결된다. 헤드(22)는 자기 기록 디스크(24)의 표면을 가로질러 이동하여 동심형 데이터 트랙을 액세스한다. 각각의 동심형 데이터 트랙은 사용자 데이터가 저장되는 복수의 물리적 섹터들로 나뉜다. HDD(10)는 통상 스핀들 모터(26) 위에 장착되고 이에 의해 회전되는 디스크 스택(24)을 포함하는데, 각각의 디스크 면은 헤드들(22) 중 하나와 연관된다. 스핀들 모터(26)는 컨트롤러(12)에 의해 제어되며 또한 스핀들 모터 속도와 회전상승 시간과 같은 상태 정보를 컨트롤러(12)로 보낸다. 헤드들(22)은, 트랙 "탐색(seeking)" 이라는 과정을 통해, 액추에이터(29)에 의해, 디스크 표면 위의 동심형 데이터 트랙들을 가로질러서 원하는 데이터 트랙들로 이동한다. 헤드들이 원하는 데이터 트랙에 위치할 때, 헤드들은 트랙 "추종(following)" 이라는 과정을 통해 액추에이터(28)에 의해 트랙에 유지되며, 그렇게 해서 데이터 섹터들로부터 사용자 데이터를 읽어내고 기록한다. 모든 헤드들(22)이 함께 움직이기 때문에, 각 헤드가 한 트랙 위에 위치할 때 헤드들이 위치한 한 그룹의 트랙들을 실린더(cylinder)라 부른다. 따라서 로직 블록 어드레스(LBA)로 식별되는 사용자 데이터 블록은 실린더 번호, 헤드 번호, 및 섹터 번호로 고유하게 지정되는 물리적 섹터로 맵핑된다.

컨트롤러(12)는 호스트 컴퓨터(18)로부터의 기록 명령어들에 응답하여 기록 데이터 블록들을 수신하도록 데이터 컨트롤러로서 작동하고, 판독/기록 채널(20)을 통해서 헤드들(22)을 이용하여 디스크들(24)로 기록하도록 기록 데이터를 전송한 다. 컨트롤러(12)는 또한 호스트 컴퓨터(18)로부터 판독 명령어들을 수신하고, 헤드들(22)로 하여금 디스크들(24)로부터 사용자 데이터를 읽게 하고, 판독 데이터 블록을 호스트 컴퓨터(18)로 다시 전송한다. 호스트 컴퓨터(18)로부터의 판독 및 기록 명령어들은 기록되거나 또는 읽혀지는 사용자 데이터 블록들과 연관된 LBA를 지정한다. 각각의 LBA는 디스크들(24) 상의 물리적 섹터들과 연관되어 있다.

컨트롤러(12)는 데이터 버스(34)를 통해 휘발성 메모리(30) 및 비휘발성 메모리(32)와도 통신한다. 휘발성 메모리(30)의 한 종류로는 다이내믹 랜덤 액세스 메모리(DRAM)가 있다. 비휘발성 메모리(32)의 한 종류로는 플래시 메모리가 있다. 플래시 메모리는 "셀"이라고 하는 플로팅 게이트 트랜지스터들의 어레이 내에 정보를 저장하며, 블록 내에서 전기적으로 삭제되고 재 프로그램될 수 있다. HDD(10)는 두 가지 타입의 "영구" 데이터 저장 매체, 즉, 비휘발성 메모리(32)와 자기 기록 디스크(24)를 포함하기 때문에, 때때로 "하이브리드" 디스크 드라이브로 불린다.

(일반적으로 DRAM인) 휘발성 메모리(30)는 호스트 컴퓨터(18)와 디스크들(24) 사이에서 사용자 데이터를 일시적으로 보관하는 "캐시"로서 작용한다. 그 하나의 이유는, 데이터가 디스크들(24) 상에 기록될 수 있는 속도가 많은 물리적 제한에 의해 결정되기 때문이다. 예를 들어, 기록을 위한 헤드가 이와 연관된 디스크의 한 영역 위에 위치하고, 데이터가 그 디스크의 다른 영역에 기록되면, 헤드가 동심형 데이터 트랙들 사이에서 이동되는 데 "탐색 시간(seek time)" 지연이 생긴다. 또한, 사용자 데이터가 기록되는 물리적 섹터가 헤드 아래에 위치하도록 디 스크가 회전상승하는 데 요구되는 회전 잠복(rotational latency) 지연이 있다. 따라서, 호스트 컴퓨터(18)는 디스크 드라이브가 기록 동작을 완성하기를 기다려야만 한다. 이러한 대기 시간을 줄이기 위해 호스트 컴퓨터(18)로부터 기록 데이터가 캐시(DRAM)(30)로 먼저 기록된다. 데이터가 캐시로 기록된 후, 호스트 컴퓨터(18)는 디스크 기록 작업이 완성되기를 기다리는 일 없이 작업을 계속할 수 있다. 캐시에 기록된 데이터는 이후에 캐시로부터 제거되거나 또는 디스테이지 되어 디스크로 기록된다. 컨트롤러(12)는 일반적으로, 캐시로부터 제거되는 기록 데이터 블록과 상기 블록들이 디스크로 기록되는 시간을 결정하기 위해, 탐색 시간, 회전 잠복 및 기록 캐시의 크기를 포함하는 요소들에 기초해서, 잘 알려진 몇몇의 스케줄링 알고리즘들 중 하나를 적용한다.

하이브리드 HDD(10)에서, 비휘발성 메모리(32)는, 하이브리드 HDD(10)가 디스크가 회전하지 않는 "전력-절약" 또는 "대기 모드" 인 경우에만 캐시로서 작용한다. 대기 모드에서 컨트롤러(12)는 기록 데이터를 호스트 컴퓨터(18)로부터 비휘발성 메모리(32)로 향하게 한다. 대기 모드가 시작되었을 때 휘발성 메모리(30)에 이미 저장된 기록 데이터는 비휘발성 메모리(32)로 전송될 수 있다. 이것은 대기 모드 동안 하이브리드 HDD(10)에 대한 전력 손실이 있는 경우, 기록 데이터가 손실되지 않도록 하기 위해서이다. 따라서 비휘발성 메모리(32)는, 디스크를 다시 회전상승시키는 일 없이, 하이브리드 HDD(10)가 기록 데이터를 호스트 컴퓨터(18)로부터 수신할 수 있게 만들어서, 전력 장애가 있는 경우에도 데이터의 손실 없이 전력을 보존하고 배터리 수명을 연장시킨다.

HDD는 종종, 컨트롤러(12)로 하여금 실제 혹은 잠재적인 HDD 장애 상황들을 표시할 수 있는 HDD의 신뢰성과 관련된 변수들을 모니터할 수 있도록, 컨트롤러 (12)에 의해 액세스 가능한 진단 프로그램이나 루틴을 마이크로 코드 또는 메모리에 포함한다. 이러한 상황들과 관련한 장애 관련 데이터는 사용자 데이터를 위해 사용되지 않는 예비 영역의 디스크 상에 기록된다. 만일 장애 HDD가 제조사에 반품되면, 장애 원인을 결정하도록 기록된 장애 데이터가 조사될 수 있다. 그러나 만일 HDD가 회전상승 할 수 없거나 데이터가 디스크로부터 읽혀질 수 없다면 그때는 디스크들의 예비 영역들로부터 장애 데이터를 추출하는 것이 어렵거나 불가능하게 된다.

많은 HDD 제조사들이 이용하고 있는 HDD 진단 루틴의 하나의 예로는, 자체-모니터링 분석 및 보고 기술(Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology: SMART)이 있다. SMART는 여러 가지로 다양하지만 일반적으로 HDD의 내부 동작을 모니터하는 진보된 진단방법을 포함하며 많은 종류의 잠재적인 문제점들에 대한 빠른 경고를 제공한다. 잠재적인 문제가 검출될 때, HDD는 어떤 사용자 데이터가 손실되거나 손상되기 전에 치유될 수 있거나 대신 될 수 있다. SMART는 HDD를 모니터하고 일반적으로 디스크의 예비 영역들 내에 장애 관련 데이터를 기록하며, 장애 데이터를 분석하고, 그리고 잠재적인 HDD 장애를 호스트 컴퓨터로 통지한다. 모니터 될 수 있는, 소위 "특성(attributes)"으로 불리는 변수들의 예로는, HDD 온도, 판독 및/또는 기록 에러들의 빈도, 헤드-디스크 간극, 결함 섹터들의 개수와 LBA, 및 스핀들 모터의 회전상승 시간이 있다. HDD 제조사들은 모니터할 일군의 특성들 과 정상 작동 하에서 넘지 말아야 할 임계값을 선택한다. 아래의 표 1은 일반적인 특성들과 그 의미를 나열한다.

표 1

ID 번호	특성 명	특성의 의미
1	생 판독 에러율 (raw read error rate)	교정되지 않은 판독 에러들의 수. 에러가 많다는 것 (즉, 낮은 특성 값)은 디스크의 표면 상태가 나쁘다는 것을 의미함
2	처리량 성능	(일반적이고) 전체적인 HDD의 처리량 성능
3	회전상승 시간	(정지한 상태로부터 완전히 작동할 때까지의) 스핀들 모터의 평균 회전상승 시간
4	시작/멈춤의 횟수	스핀들 모터의 시작/멈춤 사이클의 수
5	재분배 섹터들의 수	재분배 섹터들의 수. HDD가 판독/기록 에러를 발견한 경우 이러한 섹터들을 결함이 있고 "재분배"된 것으로 표시하며, 사용자 데이터를 스페어 섹터라고 하는 디스크 상의 특수한 예비 영역으로 전송한다.
7	탐색 에러율	검색 에러의 수. 기계적 위치 시스템에서 장애가 있는 경우 탐색 에러가 발생함. 보다 많은 탐색 에러는 디스크 면의 상태와 디스크의 기계적 하위 시스템이 상태가 나빠졌음을 표시함
8	탐색 시간 성능	탐색 동작의 성능. 탐색 동작이 얼마나 빠르게 진행되는지를 보여줌.
9	파워-온 시간	전력이 들어와 있는 시간. 이 특성의 원래의 값은 전력이 들어와 있는 상태에서의 총 시간을 보여줌.
10	온도	현재 내부 온도
11	충격 센서율	외부적으로 기인한 충격이나 진동에 의한 에러 수

본 발명에서, 하이브리드 HDD(10)는 SMART를 포함하여 앞에서 설명한 진단 루틴을 포함할 수 있으나, 실제 및 잠재적인 HDD 장애와 관련된 상황이 검출되어 디스크들(24)의 예비 영역들보다는 비휘발성 메모리(32)에서 장애 관련 데이터들이 기록된다. 진단 루틴의 실행에 부가하거나 또는 이를 대신해서, 컨트롤러(12)는 일정하게 또는 주기적으로 소정의 HDD 센서들을 모니터하고, 센서 신호들이 수용가능한 범위 밖에 있는 경우에는 장애 데이터를 비휘발성 메모리(32)에 기록할 수 있다. 예를 들어, 도 1을 다시 참조하면, 하이브리드 HDD(10)는 컨트롤러(12)에 신호들을 제공하는 온도 센서(50)나 충격 센서(52)와 같은 주변 센서를 포함할 수 있다. 일반적인 필터들, 비교기 및 A/D 컨버터들과 같은 (도시되지 않은) 하드웨어 또는 신호 조절 회로는 센서들(50, 52)과 컨트롤러(12) 사이에 위치할 수 있다. 디스크 드라이브들은 통상, 실수로 데이터가 중복 기록되거나 의도한 또는 타깃 트랙에 인접한 트랙에 기록된 데이터가 붕괴 되는 것을 막기 위해, 외부 충격 또는 진동들을 감지하고 "기록-억제" 신호들을 컨트롤러(12)로 보내는 가속도계와 같은 충격 센서를 포함한다.

일 실시 예에 있어서, 컨트롤러(12)는 센서들(50, 52)로부터 신호들을 모니터한다. 주변 센서(50)로부터의 신호가 수용가능한 범위 외에 있는 경우, 이는 잠재적인 HDD 장애 관련 상황의 표식이며 컨트롤러(12)는 비휘발성 메모리(32)에 관련 장애 데이터를 기록한다. 마찬가지로 기록-억제 신호가 충격 센서(52)로부터 수신되는 경우, 컨트롤러(12)는 비휘발성 메모리(32)에 관련 장애 데이터를 기록할 수 있다. 마찬가지로 컨트롤러(12)는 스핀들 모터(26)의 상태를 모니터할 수 있고, 회전상승 시간이 수용할 수 있는 값보다 더 큰 경우에는 비휘발성 메모리(32)에 장애 관련 데이터를 기록할 수 있다.

본 발명에서, 드라이브가 실제 또는 잠재적인 장애로 인해 제조사에 반품되는 경우에는, 비휘발성 메모리로의 액세스가, 장애 원인을 결정하고 복구 또는 장래의 HDD의 재디자인을 촉진하도록 장애 데이터를 검출하는 데 하는 것의 전부이다. HDD 전자제품이 고장 난 경우에도, 비휘발성 메모리가 HDD로부터 제거되어 장애 데이터가 읽혀내어 질 수 있다.

실제 상황의 하나의 특별한 유형은 새로운 결함 데이터 섹터를 만나는 것이다. HDD에서 각각의 동심형 데이터 트랙은 데이터가 저장되는 연속적인 물리적 섹 터들로 나누어지는데, 각각의 물리적 섹터는 LBA와 연관되어 있다. 결함 섹터들은 진단 루틴을 실행함으로써 검출될 수 있다. 결함 섹터들은, 섹터가 적절히 읽혀지거나 기록되는 것에 실패했을 때, HDD의 판독/기록 과정에 의해 유발된 결함 관리 루틴에 의해서도 식별된다. HDD가 작동을 시작한 후에 새로운 결함 섹터가 검출될 때[성장 결함(grown defect)], 그 결함 섹터는 작동시키지 않고, 그 섹터의 LBA는, 데이터 트랙의 말단 또는 실린더 그룹의 말단과 같이, 디스크의 예비 영역 내의 재할당 또는 스페어 섹터와 연관되거나 또는 그곳으로 맵핑된다. 도 2는 이러한 과정을 모식적으로 도시한다. 트랙(07)은 3개의 연속된 물리적 섹터들(70, 71, 72)을 갖춘 것으로 도시되어 있다. 이러한 물리적 섹터들은 LBA03, LBA04 및 LBA05와 각각 연관된다. 트랙(09)는 정상 작동에서 사용자 데이터를 위한 것이 아닌 예비 영역 상에 위치한 스페어 섹터를 갖춘 것으로 도시되어 있다. 트랙(07) 내에 있는 물리적 섹터(71)에 결함이 있는 경우에는, 이와 연관된 LBA04가 트랙(09)의 스페어 섹터와 연관된다. 하지만, 트랙(09) 내의 스페어 섹터가 각각 바로 앞과 뒤의 LBA03 및 LBA05의 물리적 섹터들(70 및 72)과 물리적으로 연속하지 않기 때문에, LBA03 에서 LBA05를 포함하는 범위에 대한 판독 또는 기록 명령어는 스페어 섹터를 액세스하기 위해 트랙(07)에서부터 트랙(09)까지의 탐색을 요구하고, 다음으로 트랙(07)로의 탐색을 다시 할 것이다. 이에 수반되는 회전 잠복에 더해서 이러한 두 번의 부가적인 탐색은 성장 결함을 수반하는 데이터 액세스의 성능을 상당히 저하시킨다. 저하된 성능에 부가해서, 스페어 섹터들의 사용은 디스크들 상의 예비 영역을 요하고, 이러한 요구는 사용자 데이터에 이용하기 위한 디스크 영역을 감소시 킨다.

본 발명에 따른 하이브리드 HDD에서는, 결함 섹터들은 디스크들(24)의 예비 영역 대신에 비휘발성 메모리(32)에 재할당된다. 성장 결함이 검출될 경우, 이와 연관된 LBA는 비휘발성 메모리(32) 내의 메모리 공간으로 맵핑된다. 성장 결함 리스트 또는 "G-List" 라 불리는 결함 표는 상기 맵핑의 트랙을 유지한다. 아래의 표 2는 G-List의 일 예이다.

표 2

LBA	플래시 어드레스
876	122000
2388	122512
2389	123024
685273	123536

결함 섹터와 연관된 LBA에 대한 모든 추후의 사용자 데이터는 LBA가 맵핑되는 비휘발성 메모리(32) 내의 메모리 공간에 저장된다. 따라서 결함-섹터 장애 상황이 검출될 때, 결함 섹터 내에 저장되는 사용자 데이터는 디스크 상의 예비 스페어 섹터들보다는 비휘발성 메모리(32) 내에 저장되어 있는 장애 데이터처럼 간주 될 수 있다. 결함 섹터의 LBA를 포함하는 LBA 범위에서 판독 또는 기록 명령어가 수신될 경우, 명령어의 전체 LBA 범위가 진행되는 동안 결함 섹터는 간단히 건너뛰게 될 것이다. 결함 섹터 LBA에 대한 사용자 데이터는 비휘발성 메모리(32) 내의 맵핑된 메모리 공간으로부터 판독되거나 이 공간에 기록될 것이다. 따라서 부가적인 검색이 필요치 않고 부가적인 회전 잠복 지연이 없다.

도 3은 본 발명에 따른 판독 명령어를 처리하는 플로우 차트이다. 컨트롤러(12)는 호스트 컴퓨터(18)로부터 LBA를 포함하는 판독 명령어를 수신한다(블록 100). 컨트롤러(12)는 LBA가 캐시 표에 있는지의 여부를 결정한다(블록 102). LBA가 캐시 표에 있다고 결정되면, 이는 판독될 사용자 데이터가 이미 DRAM 내에 있고 디스크 상에서 물리적 섹터로 액세스할 필요 없이 호스트로 되돌아 갈 수 있음을 의미한다(블록 104). 만일 LBA가 캐시 테이블 내에 없다면, 컨트롤러(12)는 결함 표(G-List)를 체크한다(블록 106). 만일 LBA가 결함 표에 있다면, 이는 연관된 물리적 섹터가 결함이고 (결함 표로부터의 맵핑을 이용하여) 사용자 데이터가 비휘발성 메모리(32) 내의 메모리 공간으로부터 판독돼서, 호스트 컴퓨터(18)로 되돌아 감을 의미한다(블록 108). 만일 LBA가 결함 표에 없다면, 이는 연관된 물리적 섹터에 결함이 없으며 컨트롤러(12)가 디스크(24) 상의 LBA와 연관된 물리적 섹터의 위치를 결정하고(블록 110), 판독/기록 헤드가 디스크 상의 물리적 섹터로 액세스해서 사용자 데이터를 읽고 이를 호스트 컴퓨터(18)로 되돌림(블록 112)을 의미한다.

도 4는 본 발명에 따른 기록 명령어를 처리하는 플로우 차트이다. 컨트롤러(12)는 호스트 컴퓨터(18)로부터 LBA를 포함하는 기록 명령어를 수신한다(블록 200). 컨트롤러(12)는 기록 캐시가 이용가능한 지의 여부를 결정하고(블록 202), 만일 그렇다면 기록 데이터를 단순히 DRAM 캐시로 기록하고(블록 204); 컨트롤러(12)가 일정 시간 후에 기록 데이터를 DRAM 캐시로부터 디스크로 디스테이지 한다(블록 220). 만일 컨트롤러(12)가 기록 캐시가 이용 가능하지 않다고 결정하면(블록 202), 컨트롤러(12)는 LBA가 캐시 표 내에 있는 지의 여부를 결정한다(블록 206). 만일 LBA가 캐시 표에 있다면, 이것은 기록될 사용자 데이터가 이미 DRAM 내에 있다는 것을 의미한다. 컨트롤러(12)는 새로운 기록 데이터로 이러한 LBA의 캐시 된 사본을 갱신하거나 또는 LBA에 대한 캐시 입력을 단순히 무효화시킬 수 있다(블록 208). 어떠한 경우에도, 만일 LBA가 캐시 표에 없다면, 컨트롤러(12)는 다음으로 결함 표(G-List)를 체크한다(블록 210). 만일 컨트롤러(12)가 캐시된 기록 데이터를 DRAM 캐시로부터 디스크로 디스테이지 할 것을 자동으로 결정하면, 블록 210으로도 입력된다. 만일 LBA가 결함 표에 있다면, 이는, 연관된 물리적 섹터에 결함이 있고 다음에 사용자 데이터가 (결함 표로부터의 맵핑을 이용하여) 플래시 메모리 내의 메모리 공간으로 기록되는 것을 의미한다(블록 212). 만일 LBA가 결함 표 내에 없다면, 이는, 연관된 물리적 섹터에 결함이 없고 컨트롤러(12)가 디스크 상의 LBA와 연관된 물리적 섹터의 위치를 결정하고(블록 214) 판독/기록 헤드로 하여금 디스크 상의 물리적 섹터를 액세스하여 사용자 데이터를 디스크 상의 물리적 섹터로 기록하도록 하는 것(블록 216)을 의미한다.

본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 본 발명의 사상과 범위를 벗어나는 일 없이 당업자에 의해 다양한 형태와 구성의 변경이 가능하다. 따라서, 여기서 설명한 발명은 단순히 예시적인 것이며 오직 첨부한 청구항에 특정된 범위로만 제한된다. .

도 1은 본 발명에 따른 자기 기록 하이브리드 하드 디스크 드라이브 (HDD)의 블록도 이다.

도 2는 결함 섹터로부터 스페어 섹터로 사용자 데이터를 재할당하는 종래의 방법을 나타내는 모식도이다.

도 3은 본 발명에 따른 판독 명령어를 처리하는 플로우 차트이다.

도 4는 본 발명에 따른 기록 명령어를 처리하는 플로우 차트이다.

Claims

호스트 컴퓨터로부터 사용자 데이터를 저장하기 위한 회전 가능한 기록 디스크;

상기 디스크로부터 사용자 데이터를 기록하고 사용자 데이터를 판독하기 위한 컨트롤러; 및

상기 컨트롤러에 연결된 비휘발성 메모리를 포함하며,

상기 컨트롤러가, 디스크 드라이브 장애 관련 상황을 결정하는 단계 및 상기 비휘발성 메모리에 상기 상황을 표시하는 장애 관련 데이터를 기록하는 단계를 포함하는 방법을 실행하기 위한 로직을 포함하는 것인

디스크 드라이브.
제 1항에 있어서,

상기 장애 관련 상황을 결정하는 단계는 디스크 드라이브 변수 값을 측정하는 단계 및 상기 측정된 값이 소정의 임계값을 넘는 경우를 검출하는 단계를 포함하며,

상기 변수는, 온도, 데이터 판독 시의 에러 빈도 및 상기 디스크가 상기 디스크의 동작 속도에 도달하는 시간으로 구성된 그룹에서 선택되는 것인

디스크 드라이브.
상기 제 1항에 있어서,

상기 디스크 드라이브는 상기 컨트롤러에 연결된 온도 센서를 포함하며, 상기 장애 관련 상황을 결정하는 단계는 상기 온도 센서로부터 신호를 모니터링 하는 단계 및 상기 온도 센서로부터의 신호가 소정의 임계값을 넘는 경우를 검출하는 단계를 포함하는 것인

디스크 드라이브.
제 1 항에 있어서,

상기 디스크 드라이브는 상기 컨트롤러에 연결된 충격 센서를 포함하며, 상기 장애 관련 상황을 결정하는 단계는 상기 충격 센서로부터 신호를 모니터링 하는 단계 및 상기 충격 센서로부터의 신호가 소정의 임계값을 넘는 경우를 검출하는 단계를 포함하는 것인

디스크 드라이브.
제 1항에 있어서,

상기 디스크는 동심형 데이터 트랙들을 포함하며, 각각의 데이터 트랙은 복수의 데이터 저장 섹터들을 포함하며, 각각의 섹터는 상기 컨트롤러에 의해 판독 가능한 로직 블록 어드레스(LBA)를 포함하며,

상기 디스크 드라이브 장애 관련 상황을 결정하는 단계는, 섹터가 결함이 있는 지를 결정하는 단계를 포함하며, 상기 비휘발성 메모리에 장애 관련 데이터를 기록하는 단계는 상기 비휘발성 메모리에 상기 결함-섹터 LBA에 대한 사용자 데이터를 저장하는 단계를 포함하는 것인

디스크 드라이브.
제 5 항에 있어서,

각각의 데이터 트랙에서의 모든 섹터들은 연관된 LBA를 가지며, 결함 섹터들을 대신하기 위한 스페어 섹터로서 보유된 섹터는 없는 것인

디스크 드라이브.
제 1 항에 있어서,

상기 디스크 드라이브는 상기 컨트롤러에 연결된 휘발성 메모리를 포함하며,

상기 컨트롤러는, 상기 디스크가 회전하지 않는 대기 모드 동작에서는, 상기 호스트 컴퓨터로부터 상기 휘발성 메모리로 이용자 데이터를 전송하는 단계 및 상기 휘발성 메모리로부터 상기 비휘발성 메모리로 상기 이용자 데이터를 디스테이지 하는 단계를 포함하는 방법을 실행하기 위한 로직을 더 포함하는 것인

디스크 드라이브.
호스트 컴퓨터로부터 사용자 데이터를 저장하기 위한 회전 가능한 자기 기록 디스크로서, 상기 디스크는 복수의 동심형 데이터 트랙들을 포함하며, 각각의 데이터 트랙은 사용자 데이터 저장을 위한 복수의 인접하는 섹터들을 포함하며, 각각의 섹터는 연관된 로직 블록 어드레스(LBA)를 포함하는 것인 상기 회전 가능한 자기 기록 디스크;

상기 섹터들로 사용자 데이터를 기록하고 상기 섹터들로부터 사용자 데이터를 판독하기 위해 상기 디스크의 표면을 가로질러 이동 가능한 판독/기록 헤드;

상기 호스트 컴퓨터로부터의 판독 및 기록 명령어들에 응답하여, 상기 디스크 상의 상기 섹터들과 상기 호스트 컴퓨터 사이에서 사용자 데이터를 전송하기 위해서 상기 호스트 컴퓨터에 연결 가능하도록 구성된 컨트롤러;

사용자 데이터를 일시적으로 저장하기 위해 상기 컨트롤러에 연결된 휘발성 메모리; 및

상기 컨트롤러에 연결된 비휘발성 메모리를 포함하며,

상기 컨트롤러는, 섹터가 결함이 있는지를 결정하는 단계; 상기 결함 있는 섹터의 로직 블록 어드레스(LBA)에 상기 비휘발성 메모리의 메모리 공간을 할당하는 단계; 및 상기 결함 있는 섹터의 LBA와 연관된 사용자 데이터를 기록하기 위해 상기 호스트 컴퓨터로부터의 명령어에 응답하여, 상기 사용자 데이터를 상기 할당된 메모리 공간으로 기록하는 단계를 포함하는 방법을 실행하기 위한 로직을 포함하는 것인

자기 기록 디스크 드라이브.
제8항에 있어서,

상기 컨트롤러는, 상기 결함 있는 섹터의 LBA와 연관된 사용자 데이터를 판 독하기 위해 상기 호스트 컴퓨터로부터의 명령어에 응답하여, 상기 할당된 메모리 공간으로부터 상기 사용자 데이터를 판독하는 단계를 포함하는 방법을 실행하기 위한 로직을 더 포함하는 것인

자기 기록 디스크 드라이브.
제8항에 있어서,

상기 컨트롤러는, 상기 디스크가 회전하지 않는 대기 모드 동작에서는, 상기 호스트 컴퓨터로부터 상기 휘발성 메모리로 사용자 데이터를 전송하는 단계; 및 상기 휘발성 메모리로부터 상기 비휘발성 메모리로 상기 사용자 데이터를 디스테이지 하는 단계를 포함하는 방법을 실행하기 위한 로직을 더 포함하는 것인

자기 기록 디스크 드라이브.
제8항에 있어서,

각각의 데이터 트랙에서의 모든 섹터들이 연관된 LBA를 포함하며, 결함 섹터들을 대신하기 위한 스페어 섹터들로 보유되는 섹터들이 없는 것인

자기 기록 디스크 드라이브.
제8항에 있어서,

상기 비휘발성 메모리는 플래시 메모리를 포함하는 것인

자기 기록 디스크 드라이브.
제8항에 있어서,

상기 휘발성 메모리는 DRAM을 포함하는 것인

자기 기록 디스크 드라이브.