KR20130050586A - 낸드 플래시 메모리의 셀 방식 변경 장치 및 방법 - Google Patents

낸드 플래시 메모리의 셀 방식 변경 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리의 셀 방식 변경 장치 및 방법은, 예를 들어, 에스에스디(SSD)에 사용되는 낸드 플래시 메모리에, 멀티 레벨 셀(MLC) 방식을 적용하여 데이터를 기록하되, 예를 들어, FTL 관리 데이터의 프로그램/삭제(Program/Erase) 카운트 값을 확인하여, 낸드 플래시 메모리의 사용 수명이, 사전에 설정된 제한 수명(예: 10,000 Cycle)에 도달한 경우, 싱글 레벨 셀(SLC) 방식으로 자동 변경하여 데이터를 기록함으로써, 낸드 플래시 메모리의 사용 수명을 보다 효율적으로 연장시킬 수 있게 된다.

Description

낸드 플래시 메모리의 셀 방식 변경 장치 및 방법 {Apparatus and method for changing cell mode of flash memory}
본 발명은, 예를 들어, 다수의 낸드 플래시 메모리(LAND Flash Memory)들이 구비된 에스에스디(SSD: Solid State Drive) 등에 적용되는 낸드 플래시 메모리의 셀 방식 변경 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근에는, 차세대 대용량 저장매체로서 다수의 낸드 플래시 메모리(NAND Flash Memory)들을 사용하는 에스에스디(SSD: Solid State Drive)가 널리 보급되어 상용화되고 있는 데, 상기 에스에스디(SSD)는, 하드디스크 드라이브(HDD)에 비해 규칙적인 리드/라이트(Read/Write) 속도가 빠르며, 소비 전력이 적고 충격에도 강한 장점을 가지고 있다.
한편, 상기 에스에스디(SSD)에 사용되는 낸드 플래시 메모리는, 싱글 레벨 셀(SLC: Single Level Cell) 방식이 적용되거나, 멀티 레벨 셀(MLC: Multi Level Cell) 방식이 적용되는 데, 예를 들어, 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 싱글 레벨 셀(SLC)은, 하나의 셀(Cell)에 충전된 전하(Charge)의 유무(1,0)에 따라 1 비트로 데이터를 기록하게 된다.
반면, 상기 멀티 레벨 셀(MLC)은, 예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, 하나의 셀(Cell)에 충전된 전하(Charge)의 유무(11,00)와 전하량(10,01)에 따라 2 비트로 데이터를 기록하게 된다.
즉, 상기 싱글 레벨 셀(SLC)은, 1 개의 기준(Reference) 전압을 적용하여, 1 비트(1,0)로 데이터를 기록하고, 상기 멀티 레벨 셀(MLC)은, 여러 개의 기준 전압을 적용하여, 2 비트(11,10,01,00)로 데이터를 기록하게 되므로, 상기 멀티 레벨 셀(MLC)의 낸드 플래시 메모리가, 상기 싱글 레벨 셀(SLC)의 낸드 플래시 메모리 보다 더 많은 데이터 저장 용량을 갖게 된다.
그러나, 상기 멀티 레벨 셀(MLC)과 같이 하나의 셀을 이용하여, 2 비트의 데이터를 기록하게 되면, 상기 싱글 레벨 셀(SLC)과 같이, 하나의 셀을 이용하여, 1 비트의 데이터를 기록할 때에 비해, 상대적으로 데이터의 신뢰성이 저하됨은 물론 낸드 플래시 메모리의 사용 수명이 단축되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은, 예를 들어, 멀티 레벨 셀(MLC) 방식을 적용하여, 데이터를 기록하던 낸드 플래시 메모리의 사용 수명이, 사전에 설정된 제한 수명에 도달하게 되면, 싱글 레벨 셀(SLC) 방식으로 자동 변경하여, 낸드 플래시 메모리의 사용 수명을 효율적으로 연장시킬 수 있도록 하기 위한 낸드 플래시 메모리의 셀 방식 변경 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리의 셀 방식 변경 방법은, 멀티 레벨 셀 방식을 적용하여, 낸드 플래시 메모리에 노멀 데이터와 관리 데이터를 기록하는 1단계; 상기 관리 데이터에 근거하여, 상기 낸드 플래시 메모리의 사용 수명을 확인하는 2단계; 및 상기 확인 결과, 상기 사용 수명이 사전에 설정된 제한 수명에 도달한 경우, 싱글 레벨 셀 방식으로 자동 변경하는 3단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 관리 데이터는, 플래시 변환 레이어(Flash Translation Layer) 관리 데이터로서, 결함 블록 정보, 어드레스 매핑 테이블, 프로그램/삭제 카운트 테이블, 그리고 디바이스 정보 중 어느 하나 이상이 포함되는 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 2단계는, 상기 프로그램/삭제 카운트 테이블에 기록 관리되는 카운트 값이, 사용 수명에 해당하는 값인지를 검색 확인하는 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 3단계는, 상기 확인 결과, 상기 사용 수명이 사전에 설정된 제한 수명에 도달한 경우, 멀티 레벨 셀 방식에 적용되는 다수 개의 기준 전압을, 싱글 레벨 셀에 적용되는 1 개의 기준 전압으로 변경하여, 전하 유무(1,0)를 나타내는 1 비트로 데이터를 기록하는 것을 특징으로 하며,
또한, 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리의 셀 방식 변경 장치는, 멀티 레벨 셀 방식 또는 싱글 레벨 셀 방식 중 어느 하나의 방식으로, 낸드 플래시 메모리에 데이터를 기록 또는 재생하기 위한 재생/기록부; 및 상기 재생/기록부를 동작 제어하여, 상기 낸드 플래시 메모리에 기록 관리되는 관리 데이터를 검색 확인함과 아울러, 상기 관리 데이터에 근거하여, 낸드 플래시 메모리의 사용 수명이 사전에 설정된 제한 수명에 도달한 경우, 멀티 레벨 셀 방식에서 싱글 레벨 셀 방식으로 자동 변경하기 위한 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 관리 데이터는, 플래시 변환 레이어(Flash Translation Layer) 관리 데이터로서, 결함 블록 정보, 어드레스 매핑 테이블, 프로그램/삭제 카운트 테이블, 그리고 디바이스 정보 중 어느 하나 이상이 포함되는 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 제어부는, 상기 프로그램/삭제 카운트 테이블에 기록 관리되는 카운트 값이, 사용 수명에 해당하는 값인지를 검색 확인하는 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 제어부는, 상기 확인 결과, 상기 사용 수명이 사전에 설정된 제한 수명에 도달한 경우, 멀티 레벨 셀 방식에 적용되는 다수 개의 기준 전압을, 싱글 레벨 셀에 적용되는 1 개의 기준 전압으로 변경하여, 전하 유무(1,0)를 나타내는 1 비트로 데이터를 기록하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리의 셀 방식 변경 장치 및 방법은, 예를 들어, 에스에스디(SSD)에 사용되는 낸드 플래시 메모리에, 멀티 레벨 셀(MLC) 방식을 적용하여 데이터를 기록하되, 예를 들어, FTL 관리 데이터의 프로그램/삭제(Program/Erase) 카운트 값을 확인하여, 낸드 플래시 메모리의 사용 수명이, 사전에 설정된 제한 수명(예: 10,000 Cycle)에 도달한 경우, 싱글 레벨 셀(SLC) 방식으로 자동 변경하여 데이터를 기록함으로써, 낸드 플래시 메모리의 사용 수명을 보다 효율적으로 연장시킬 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 낸드 플래시 메모리에 싱글 레벨 셀 방식을 적용한 실시예를 도시한 것이고,
도 2는 일반적인 낸드 플래시 메모리에 멀티 레벨 셀 방식을 적용한 실시예를 도시한 것이고,
도 3은 본 발명이 적용되는 낸드 플래시 메모리의 싱글 레벨 셀과 멀티 레벨 셀 간의 비교 내역을 도시한 것이고,
도 4는 본 발명이 적용되는 낸드 플래시 메모리에 기록 관리되는 FTL 관리 데이터를 도시한 것이고,
도 5는 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리의 셀 방식 변경 장치 및 방법이 적용되는 에스에스디(SSD)에 대한 실시예의 구성을 도시한 것이고,
도 6은 본 발명에 따라 멀티 레벨 셀에서 싱글 레벨 셀로 자동 변경되는 실시예를 도시한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리의 셀 방식 변경 장치 및 방법에 대한 바람직한 실시예에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리의 셀 방식 변경 장치 및 방법은, 예를 들어, 개인용 컴퓨터(PC) 등과 같은 다양한 유형의 호스트(Host)와 연결 사용되는 에스에스디(SSD)에 적용될 수 있다.
한편, 상기 에스에스디(SSD)에 사용되는 낸드 플래시 메모리에는, 전술한 바와 같이, 싱글 레벨 셀(SLC) 방식이 적용되거나, 멀티 레벨 셀(MLC) 방식이 적용될 수 있는 데, 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 싱글 레벨 셀(SLC)의 경우, 16Mbit의 기록 밀도(Density), 100ns의 리드 속도(Read Speed), 64Kbyte의 블록 사이즈(Block Size), x8의 아키텍처(Architecture), 100,000 cycles의 내구성(Endurance), 그리고 Industrial의 작동 온도(Operating Temperature)를 갖는다.
반면, 상기 멀티 레벨 셀(MLC)의 경우, 32Mbit 또는 64Mbit의 기록 밀도(Density), 120ns 또는 150ns의 리드 속도(Read Speed), 128Kbyte의 블록 사이즈(Block Size), x8 또는 x16의 아키텍처(Architecture), 10,000 cycles의 내구성(Endurance), 그리고 Commercial의 작동 온도(Operating Temperature)를 갖는다.
즉, 상기 멀티 레벨 셀(MLC)은, 기록 밀도와 리드 속도, 그리고 블록 사이즈 등의 측면에서 볼 때, 상기 싱글 레벨 셀(SLC)에 비해 우수한 성능을 갖지만, 내구성 측면에서 볼 때에는, 상기 싱글 레벨 셀(SLC)에 비해 10 배 정도 수명이 짧은 단점이 있다.
한편, 상기 멀티 레벨 셀 방식 또는 싱글 레벨 셀 방식이 적용되는 낸드 플래시 메모리에는, 예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이, 관리 데이터(Management Data) 기록 영역인 제1 영역(Area #1)과, 노멀 데이터(Normal Data) 기록 영역인 제2 영역(Area #2)이 구분 할당된다.
그리고, 상기 관리 데이터 기록 영역에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 결함 블록 정보(Bad Block Information), 어드레스 매핑 테이블(Address Mapping Table), 프로그램/삭제 카운트 테이블(Program/Erase Count Table), 그리고 디바이스 정보(Device Information) 등과 같은 플래시 변환 레이어(FTL: Flash Translation Layer) 관리 데이터가 기록된다.
한편, 상기 프로그램/삭제 카운트 테이블에 기록되는 카운트 값은, 낸드 플래시 메모리의 사용 수명(Endurance)과 직접적인 관련성을 갖기 때문에, 예를 들어, 본 발명이 적용되는 에스에스디(SSD)에서는, 상기 프로그램/삭제 카운트 테이블에 기록되는 카운트 값에 근거하여, 멀티 레벨 셀(MLC)로 데이터를 기록하던 낸드 플래시 메모리를, 싱글 레벨 셀(SLC)로 자동 변경하여, 낸드 플래시 메모리의 사용 수명을 연장시키게 된다.
예를 들어, 도 5는, 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리의 셀 방식 변경 장치 및 방법이 적용되는 에스에스디(SSD)에 대한 실시예의 구성을 도시한 것으로, 상기 에스에스디(SSD)에는, 인터페이스부(10), 제어부(11), 재생/기록부(12), 그리고 다수의 낸드 플래시 메모리(13,14,15) 등이 포함 구성될 수 있다.
또한, 상기 인터페이스부(10)는, 예를 들어, SATA(Serial Advanced Technology Attachment) 방식의 인터페이스를 통해 개인용 컴퓨터(PC) 등과 같은 다양한 유형의 호스트(Host)와 통신하게 된다.
그리고, 상기 제어부(11)는, 상기 재생/기록부(12)를 동작 제어하여, 상기 인터페이스부(10)를 통해 입력되는 오디오(Audio) 데이터, 비디오(Video) 데이터, 그리고 어플리케이션(Application) 데이터 등과 같은 노멀(Normal) 데이터를, 상기 낸드 플래시 메모리(13~15)의 노멀 데이터 기록 영역인 제2 영역(Area #2)에 기록하게 된다.
또한, 상기 제어부(11)는, 상기 낸드 플래시 메모리에 기록된 노멀 데이터의 재생 및 기록 동작 등을 제어하기 위한 관리(Management) 데이터를 생성한 후, 상기 재생/기록부(12)를 동작 제어하여, 상기 낸드 플래시 메모리의 관리 데이터 기록 영역인 제1 영역(Area #1)에 기록하게 된다.
한편, 상기 제어부(11)에서는, 멀티 레벨 셀(MLC) 방식으로, 상기 재생/기록부(12)를 동작 제어하여, 하나의 셀(Cell)에 충전된 전하의 유무(11,00)와 전하량(10,01)에 따라 2 비트로 노멀 데이터를 기록하게 된다.
그리고, 이후, 상기 제어부(11)에서는, 상기 관리 데이터 기록 영역에, FTL 관리 데이터를 기록 관리하게 되는 데, 예를 들어, 상기 FTL 관리 데이터 중 프로그램/삭제 카운트 테이블(Program/Erase Count Table)에 기록 관리되는 카운트 값이, 사전에 설정된 소정 값, 예를 들어, 100,000 Cycle에 해당하는 값이 되면, 싱글 레벨 셀(SLC) 방식으로, 상기 재생/기록부(12)를 동작 제어하여, 하나의 셀(Cell)에 충전된 전하의 유무(1,0)를 나타내는 1 비트로 관리 데이터를 기록하게 된다.
즉, 도 6에 도시한 바와 같이, 다수 개의 기준(Reference) 전압을 이용하여, 전하 유무(11,00)와 전하량(10,01)을 나타내는 2 비트로 노멀 데이터를 기록하는 멀티 레벨 셀(MLC) 방식에서, 하나의 기준(Reference) 전압을 이용하여, 전하 유무(1,0)를 나타내는 1 비트로 노멀 데이터를 기록하는 싱글 레벨 셀(SLC) 방식으로 자동 변경하게 된다.
이에 따라, 멀티 레벨 셀(MLC) 방식으로 사용하던 낸드 플래시 메모리의 사용 수명이 제한 수명(예: 10,000 Cycle)에 도달하게 되면, 싱글 레벨 셀(SLC) 방식으로 자동 변경하여, 낸드 플래시 메모리의 사용 수명을 자동으로 연장(예: 100,000 Cycle)할 수 있게 된다.
이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면, 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 또다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.
10 : 인터페이스부 11 : 제어부
12 : 재생/기록부 13~15 : 낸드 플래시 메모리

Claims (8)

  1. 멀티 레벨 셀 방식을 적용하여, 낸드 플래시 메모리에 노멀 데이터와 관리 데이터를 기록하는 1단계;
    상기 관리 데이터에 근거하여, 상기 낸드 플래시 메모리의 사용 수명을 확인하는 2단계; 및
    상기 확인 결과, 상기 사용 수명이 사전에 설정된 제한 수명에 도달한 경우, 싱글 레벨 셀 방식으로 자동 변경하는 3단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 낸드 플래시 메모리의 셀 방식 변경 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 관리 데이터는, 플래시 변환 레이어(Flash Translation Layer) 관리 데이터로서, 결함 블록 정보, 어드레스 매핑 테이블, 프로그램/삭제 카운트 테이블, 그리고 디바이스 정보 중 어느 하나 이상이 포함되는 것을 특징으로 하는 낸드 플래시 메모리의 셀 방식 변경 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 2단계는, 상기 프로그램/삭제 카운트 테이블에 기록 관리되는 카운트 값이, 사용 수명에 해당하는 값인지를 검색 확인하는 것을 특징으로 하는 낸드 플래시 메모리의 셀 방식 변경 방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 3단계는, 상기 확인 결과, 상기 사용 수명이 사전에 설정된 제한 수명에 도달한 경우, 멀티 레벨 셀 방식에 적용되는 다수 개의 기준 전압을, 싱글 레벨 셀에 적용되는 1 개의 기준 전압으로 변경하여, 전하 유무(1,0)를 나타내는 1 비트로 데이터를 기록하는 것을 특징으로 하는 낸드 플래시 메모리의 셀 방식 변경 방법.
  5. 멀티 레벨 셀 방식 또는 싱글 레벨 셀 방식 중 어느 하나의 방식으로, 낸드 플래시 메모리에 데이터를 기록 또는 재생하기 위한 재생/기록부; 및
    상기 재생/기록부를 동작 제어하여, 상기 낸드 플래시 메모리에 기록 관리되는 관리 데이터를 검색 확인함과 아울러,
    상기 관리 데이터에 근거하여, 낸드 플래시 메모리의 사용 수명이 사전에 설정된 제한 수명에 도달한 경우, 멀티 레벨 셀 방식에서 싱글 레벨 셀 방식으로 자동 변경하기 위한 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 낸드 플래시 메모리의 셀 방식 변경 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 관리 데이터는, 플래시 변환 레이어(Flash Translation Layer) 관리 데이터로서, 결함 블록 정보, 어드레스 매핑 테이블, 프로그램/삭제 카운트 테이블, 그리고 디바이스 정보 중 어느 하나 이상이 포함되는 것을 특징으로 하는 낸드 플래시 메모리의 셀 방식 변경 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 프로그램/삭제 카운트 테이블에 기록 관리되는 카운트 값이, 사용 수명에 해당하는 값인지를 검색 확인하는 것을 특징으로 하는 낸드 플래시 메모리의 셀 방식 변경 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 확인 결과, 상기 사용 수명이 사전에 설정된 제한 수명에 도달한 경우, 멀티 레벨 셀 방식에 적용되는 다수 개의 기준 전압을, 싱글 레벨 셀에 적용되는 1 개의 기준 전압으로 변경하여, 전하 유무(1,0)를 나타내는 1 비트로 데이터를 기록하는 것을 특징으로 하는 낸드 플래시 메모리의 셀 방식 변경 장치.
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US11243700B2 (en) 2018-11-29 2022-02-08 SK Hynix Inc. Memory system for changing cell mode of memory block and operation method thereof

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