KR20110030071A - 데이터를 압축하는 반도체 스토리지 시스템 - Google Patents

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Abstract

반도체 스토리지 시스템이 개시된다. 개시된 반도체 스토리지 시스템은, 호스트 인터페이스, 제 1명령에 따라 상기 호스트 인터페이스로부터 수신된 데이터를 압축하여 압축 데이터를 제공하고, 제 2명령에 따라 상기 압축 데이터를 복원하여 복원된 데이터를 제공하는 압축 처리부 및 상기 압축 데이터를 저장하는 메모리 영역을 포함한다.
데이터, 메모리 영역, 크기, 전송 속도

Description

데이터를 압축하는 반도체 스토리지 시스템{Solid State Storage System For Compressing Data}
본 발명은 반도체 스토리지 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 데이터를 압축하는 반도체 스토리지 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 비휘발성 메모리를 많은 휴대용 정보 기기의 저장용 메모리로 사용하고 있다. 더 나아가, 최근에는 PC(Personal Computer)에서 HDD(Hard Disk Drive)를 대신하여 낸드(NAND) 플래시 메모리를 사용한 SSD(Solid State Drive)가 출시되고 있어 급속도로 HDD(Hard Disk Drive) 시장을 잠식할 것으로 전망되고 있다.
이러한 SSD(Solid State Drive)와 같은 반도체 스토리지 시스템은 플래시 메모리의 특징으로 인하여 데이터를 갱신하려면, 라이트 하기 전에 선택된 데이터 저장 영역에서 삭제를 먼저 수행해야 한다. 만약, 데이터들의 갱신 빈도가 높다면, 이들의 잦은 삭제 및 라이트 동작으로 인하여 메모리 셀의 노화(aging)가 빠르게 진행된다. 이로 인하여, 데이터의 사이즈가 크다면 노화 영역도 그만큼 커진다는 것을 의미한다. 또한, 데이터 사이즈가 클수록 이들에 대한 플래시 메모리 영역에 서의 라이트 비지 타임(Write Busy Time)이 커지므로 데이터 전송 시간이 증가하였다.
한편, OS 파일, 워드 또는 데이터 관리용 응용 프로그램 파일(application file)등은 연속적으로 프로그램되는 큰 단위의 데이터이다. 따라서, 이러한 데이터들에 대해서는 큰 영역이 할당되어야 한다. 하지만, 이러한 데이터는 수차례 반복적으로 갱신 되지 않고 일단 설치(install)되고 나면 새로 갱신 경우가 비교적 적은 파일들이다. 따라서, 큰 데이터의 사이즈에 비해 핸들링 빈도는 낮은데 큰 영역을 할당함으로써 메모리 영역의 자원 배치의 효율을 저하시키는 요인이 된다.
이와 같이, 한정된 메모리 영역의 자원에 더 많은 데이터를 저장할 수 있으면서도 더 오래도록 사용할 수 있거나 데이터 전송 효율을 높이는 방법들이 강력히 요구되고 있다.
본 발명의 기술적 과제는 데이터를 압축하는 반도체 스토리지 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 스토리지 시스템은, 호스트 인터페이스, 제 1명령에 따라 상기 호스트 인터페이스로부터 수신된 데이터를 압축하여 압축 데이터를 제공하고, 제 2명령에 따라 상기 압축 데이터를 복원하여 복원된 데이터를 제공하는 압축 처리부 및 상기 압축 데이터를 저장하는 메모리 영역을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 데이터를 압축함으로써 실제 데이터 크기보다 처리되는 데이터의 크기를 감소시킬 수 있다. 이로써, 메모리 영역의 공간 활용도를 높이고 노화 속도를 감소시키며 데이터 전송시간을 줄일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 스토리지 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다.
먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 스토리지 시스템에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 스토리지 시스템(100)의 블록도 이다. 여기서, 반도체 스토리지 시스템(100)은 낸드 플래시 메모리를 이용한 스토리지 시스템으로 예시한다.
도 1을 참조하면, 반도체 스토리지 시스템(100)은 호스트 인터페이스(110), 압축 처리부(120), 버퍼부(130), MCU(140), 메모리 컨트롤러(150) 및 메모리 영역(160)을 포함한다.
우선, 호스트 인터페이스(110)는 압축 처리부(120) 및 버퍼부(130)와 연결된다. 호스트 인터페이스(110)는 외부 호스트 (미도시)와 버퍼부(130)간에 제어 명령 및 어드레스 신호를 송수신한다. 호스트 인터페이스(110)와 외부 호스트 (미도시)간의 인터페이스 방식은 직렬 ATA(Serial Advanced Technology Attachment;SATA), 병렬 ATA(Parallel Advanced Technology attachment;PATA) 및 SCSI, Express Card, PCI-Express 방식 중 어느 하나일 수 있으며 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압축 처리부(120)는 라이트 명령시에는 외부로부터의 데이터(data)를 압축하여 압축 데이터(comp_data)를 버퍼부(130)에 제공한다. 또한, 리드 명령시에는 버퍼부(130)로부터 압축 데이터(comp_data)를 수신하여, 압축 해제하여 복원함으로써 원래 형태의 데이터(data)를 호스트 인터페이스(110)에 제공할 수 있다.
종래에는, 메모리 영역의 데이터 저장 공간이 부족해 더 이상의 데이터를 저장하기가 어렵거나 메모리 영역의 저장 공간은 부족하지 않으나 잦은 빈도로 갱신되어야 하는 데이터의 크기가 큰 경우에는 노화 영역도 커진다는 어려운 점이 있었다. 또한, 처리 단위 데이터가 클수록 이들의 라이트 비지 타임이 커지므로 데이터 전송 시간이 증가하였다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 처리부(120)를 구비함으로써 메모리 영역(160)의 공간 활용도를 높이고 노화 속도를 감소시키며 데이터 전송시간을 줄일 수 있다. 이러한 압축 처리부(120)에 대해서는 후술하기로 한다.
버퍼부(130)는 호스트 인터페이스(110)와 MCU(140)에 의해 제어되며, 호스트 인터페이스(110)로부터의 출력 신호들을 버퍼링한다. 또한 버퍼부(130)는 압축 처리부(120) 및 메모리 영역(160)으로부터의 압축 데이터(comp_data)를 임시 저장한다.
보다 구체적으로 설명하면, 버퍼부(130)에는 논리적 어드레스와 데이터 저장 영역의 물리적 어드레스(physical address)의 맵핑 정보, 즉 FTL(Flash Translation Layer)변환 정보가 임시 저장된다. 또한, 버퍼부(130)에는 플래시 메모리 수명(life time)을 결정하는 중요 요소(factor)인 메모리 블록의 삭제 횟수(erase count)가 저장된다. 전술한 정보 외에도, 버퍼부(130)에는 압축 처리부(120)로부터 제공된 압축 데이터(comp_data)가 저장된다. 또한, 메모리 영역(160)내 저장된 압축 데이터(comp_data)를 수신하여 버퍼링하기도 한다. 이러한 버퍼부(130)는 예컨대 SRAM(Static Random Access Memory)을 이용한 버퍼일 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않고 DRAM(Dynamic Random Access Memory)을 이용할 수도 있음은 물론이다.
MCU(Micro Control Unit; 140)는 호스트 인터페이스(110)간에 제어 명령, 어드레스 신호 및 데이터 신호등을 송수신하거나, 이러한 신호들에 의해 메모리 컨트 롤러(150) 및 압축 처리부(120)를 제어한다.
메모리 컨트롤러(150)는 메모리 영역(160)의 복수개의 낸드 플래시 메모리 소자 중 소정 낸드 플래시 메모리 소자(ND)를 선택하고, 라이트, 삭제 또는 리드 명령을 제공한다. 또한, 메모리 컨트롤러(150)는 버퍼부(130)의 임시 정보들을 메모리 영역(160)의 일부 영역에 저장하도록 제어한다.
메모리 영역(160)은 메모리 컨트롤러(150)에 의해 제어되어 데이터의 라이트, 삭제 및 리드 동작이 수행된다. 여기서, 메모리 영역(160)은 낸드(NAND) 플래시 메모리일 수 있다. 이러한 메모리 영역(160)은 다수의 페이지를 포함하는 다수의 블록으로 구성된 칩이 복수개 구비될 수 있다. 메모리 영역(160)내의 블록에는 압축 데이터(comp_data)가 통상의 경우보다는 적은 영역을 차지하며 저장될 수 있다.
도 2는 도 1에 따른 압축 처리부(120)의 블록도이며, 도 3 및 도 4는 도 2에 따른 실제 데이터가 압축되는 형태를 개념적으로 도시한 블록도이다.
도 2내지 도 4를 참조하면, 압축 처리부(120)는 압축부(122) 및 압축 해제부((124)를 포함한다.
압축부(122)는 외부로부터의 데이터(data)를 소정의 압축율로 압축한다.
데이터 압축이란 데이터를 더 적은 저장 공간에 효율적으로 기록하기 위한 기술, 또는 그 기술의 실제 적용을 의미한다.
여기서, 실질적으로 압축 대상이 되는 데이터(data)는 OS 파일, 워드 또는 데이터 관리용 응용 프로그램 파일(application file)등 연속적으로 프로그램되는 큰 단위의 데이터 및 실제 외부 호스트에서 제공되는 라이트 데이터로서 예시하기로 한다. 그러나, 이에 한정되지 않고 맵핑 정보 및 블록의 삭제 주기등에도 적용할 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압축부(122)는 데이터를 작은 크기로 변환시키기 위하여 인코딩(encoding)을 수행할 수 있다. 이러한 인코딩 기법으로는 반복 길이 부호화 (RLE, Run-length encoding) 기법 및 허프만 코딩 (Huffman coding) 등이 포함된다. 여기서는 반복 길이 부호화 기법을 이용하는 것으로 예시하기로 한다. 구체적으로, 반복 길이 부호화 기법은 데이터에서 같은 값이 연속해서 나타나는 것을 데이터의 종류와 반복되는 수로 표현하는 방법이다.
예를 들어, 도 3과 같이, 12비트의 시리즈 데이터가 들어올 경우, 압축부(122)는 각각의 반복되는 숫자의 열을 카운트한다. 즉, 압축부(122)는 12비트의 시리즈 데이터에 대해 4개의 1, 2개의 0, 5개의 1 및 1개의 0으로 해석하고 압축한 후 이를 버퍼부(도 1의 130 참조)에 제공한다. 물론, 압축 데이터(comp_data)의 구성을 ‘데이터-데이터의 개수’ 순으로 나열되는 것으로 규정한다면, 버퍼부(도 1의 130 참조), 메모리 컨트롤러 및 메모리 영역(도 1의 150, 160 참조)에서도 이러한 압축 데이터(comp_data)를 데이터 및 데이터의 반복 수로 인식하고 처리할 수 있다. 도 3의 경우, 데이터(data)의 압축 전에는 12비트의 데이터였으나, 압축 후에는 8비트의 데이터로서 표현할 수 있다. 따라서, 압축 데이터(cop_data)는 원래 데이터(data)의 사이즈보다 작은 사이즈로 메모리 영역(도 1의 160 참조)에 저장될 수 있다. 이로써, 본 발명의 일 실시예에 따르면 데이터(data)에 대해 압축을 수행 하므로 메모리 영역(도 1의 160 참조)의 할당 영역을 감소시킬 수 있으며, 데이터의 처리 속도(또는 라이트 비지 타임)도 감소시킬 수 있다. 더 나아가, 적은 비트수의 압축 데이터(comp_data)를 메모리 영역(도 1의 160 참조)에 저장하게 되면 메모리 영역(도 1의 160 참조)의 할당 영역도 상대적으로 적게 차지하므로, 전체 메모리 영역(도 1의 160 참조)으로 확장하여 본다면 셀들의 노화 속도가 늦춰질 수 있다.
도 4의 경우는 도 3보다 더욱 큰 압축율로 압축된 데이터를 나타내고 있다. 즉, 연속되는 12비트의 데이터가 모두 1일 경우(모두 0일 경우도 해당), 1과 C(ASCII C는 십진수의 12를 표현), 즉 2 비트로 표현될 수 있다. 이때 인코딩하기 전의 데이터 크기와 인코딩하고 나서의 데이터 크기의 비율을 압축률이라고 한다. 다시 말하면, 도 3의 경우 데이터 압축률은 8/12이나 도 4의 경우의 데이터 압축률은 2/12이다. 그리하여, 도 3의 경우보다 도 4의 경우 압축률이 더 큰 것을 알 수 있다.
이처럼 2진으로 표현되는 데이터중 반복되는 수의 나열로 이루어진 데이터의 경우가 실질적으로는 빈번하게 발생된다. 이러한 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축부(122)를 이용한다면 데이터의 저장 영역을 보다 극적으로 감소시킬 수 있다.
한편, 설명의 편의상 도 3 및 도 4에서 12 비트의 데이터를 ASCII 코드를 이용하여 압축하는 것으로 표현하였으나, 실제로는 128bit 이상의 데이터일 수 있고, 데이터의 반복되는 길이를 표현하는 방법도 다양할 것이나 기본적인 발명의 사상은 동일하다.
한편, 압축 해제부(124)는 버퍼부(도 1의 130 참조)를 경유한 압축 데이터(comp_data)를 수신하여 원래 데이터 형태로 복원시키도록 디코딩을 수행한다. 압축 해제부(124)의 원리는 압축부(122)의 원리를 역으로 이용하면 가능하고, 이것은 당업자라면 이해 가능한 내용이므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. 압축 해제부(124)는 실제로 원래 형태로 데이터(data)를 복원할 수 있다. 그리하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 압축을 수행한다 해도 데이터(data)의 신뢰성을 저하시키지 않는다.
다만, 첨언할 것은 데이터를 압축하는 알고리즘은 다양하고, 이를 적절히 채용하는 것은 시스템의 구성 및 메모리 영역(도 1의 160 참조)의 크기와도 관계가 있다. 즉, 데이터 압축률을 높일수록 데이터의 크기가 작아져 메모리 영역(도 1의 160 참조)의 활용도는 높아질 수 있다. 하지만, 이러한 것들을 결정하기 위해서는 압축 처리부(도 1의 120 참조)의 처리 속도도 고려해야 한다.
보다 자세히 설명하면, 압축 및 압축 해제의 과정에서, 이들을 수행하는데 걸리는 시간 또한 전체 데이터 처리 속도의 중요한 요소가 된다. 이러한 압축 및 압축 해제의 시간은 압축 알고리즘의 복잡도에 따라 다르다. 낮은 데이터 압축률의 알고리즘, 즉 압축 알고리즘의 복잡도가 낮으면 압축과 압축 해제의 시간이 빠르나, 높은 데이터 압축률의 알고리즘을 채용한다면 데이터 압축 처리 속도는 저하될 수 있다. 따라서, 데이터 압축 처리의 시간 및 메모리 영역(도 1의 160 참조)의 크기를 고려하여 압축 알고리즘을 정하도록 한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 외부로부터의 데이터를 압축하여 내부적으로 통상의 경우보다 적은 영역에서 처리하고, 압축된 데이터를 이후에 복원하여 외부에 제공할 수 있다. 이로써, 플래시 메모리 영역의 한정된 자원을 효율적으로 이용할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 스토리지 시스템의 블록도,
도 2는 도 1에 따른 압축 처리부의 개념적인 블록도,
도 3및 도 4는 도 1에 따라 데이터가 압축되는 과정을 도시한 블록도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 호스트 인터페이스 120: 압축 처리부
130: 버퍼부 140: MCU
150: 메모리 컨트롤러 160: 메모리 영역

Claims (4)

  1. 호스트 인터페이스;
    제 1명령에 따라 상기 호스트 인터페이스로부터 수신된 데이터를 압축하여 압축 데이터를 제공하고, 제 2명령에 따라 상기 압축 데이터를 복원하여 복원된 데이터를 제공하는 압축 처리부; 및
    상기 압축 데이터를 저장하는 메모리 영역을 포함하는 반도체 스토리지 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압축 처리부는,
    상기 데이터를 수신하여 인코딩(encoding)함으로써 상기 압축 데이터를 상기 메모리 영역에 제공하는 압축부; 및
    상기 메모리 영역으로부터 상기 압축 데이터를 수신하여 디코딩(decoding)함으로써 상기 복원된 데이터를 상기 호스트 인터페이스에 제공하는 압축 해제부를 포함하는 반도체 스토리지 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 압축 처리부에 의한 상기 복원된 데이터는 상기 호스트 인터페이스로부터 제공된 상기 데이터와 실질적으로 동일한 반도체 스토리지 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 명령은 라이트 명령이고, 상기 제 2 명령은 리드 명령인 반도체 스토리지 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US10496312B2 (en) 2016-09-27 2019-12-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of operating a storage device to compress or decompress data and a data storage system including the storage device

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