KR20130076429A

KR20130076429A - 메모리 장치의 저장 영역 관리 방법 및 이를 이용한 저장 장치

Info

Publication number: KR20130076429A
Application number: KR1020110145016A
Authority: KR
Inventors: 김경호; 김상목; 박현철; 배오태
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2013-07-08
Also published as: US20130173875A1

Abstract

메모리 장치의 저장 영역 관리 방법 및 이를 이용한 저장 장치에 관하여 개시한다. 메모리 장치의 저장 영역 관리 방법은 메모리 장치에서 라이트되는 순서에 기초하여 데이터 블록들을 배열하는 단계, 라이트 요구에 따라서 무효화되는 물리적 페이지가 상기 배열된 데이터 블록들 중에서 가장 최근에 라이트된 데이터 블록을 기준으로 초기 설정된 윈도우 사이즈 내의 블록에 존재하는지에 기초하여 라이트 요구된 논리적 페이지의 데이터에 대한 업데이트 빈도의 유형을 결정하는 단계 및, 상기 업데이트 빈도의 유형별로 분리된 메모리 장치의 저장 영역에 상기 결정된 업데이트 빈도의 유형에 따라서 라이트 요구된 논리적 페이지에 대한 데이터를 저장하는 단계를 포함한다.

Description

메모리 장치의 저장 영역 관리 방법 및 이를 이용한 저장 장치{Method for managing storage space in memory device and storage device using method thereof}

본 발명은 저장 장치에 관한 것으로서, 자세하게는 메모리 장치의 저장 영역 관리 방법 및 이를 이용한 저장 장치에 관한 것이다.

비휘발성 메모리 장치는 전원이 차단되더라도 저장된 정보를 보존할 수 있는 메모리 장치이다. 비휘발성 메모리 장치의 일예로는 플래시 메모리 등이 있다. 저장 장치에서는 라이트 코스트(write cost) 또는 가비지 컬렉션 코스트(garbage collection cost)를 최소화시키기 위하여 비휘발성 메모리 장치에 저장되는 데이터에 대한 사용 패턴을 효율적으로 분석하는 기술이 필요하게 되었다.

본 발명의 목적은 메모리 자원의 사용을 최소화하여 논리적 페이지 데이터의 업데이트 빈도의 유형을 결정하고, 결정된 유형에 따라서 메모리 장치의 저장 영역을 결정하는 메모리 장치의 저장 영역 관리 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 메모리 자원의 사용을 최소화하여 논리적 페이지 데이터의 업데이트 빈도의 유형을 결정하고, 결정된 유형에 따라서 메모리 장치의 저장 영역을 결정하는 저장 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일면에 따른 일실시 예에 의한 메모리 장치의 저장 영역 관리 방법은 메모리 장치에서 라이트되는 순서에 기초하여 데이터 블록들을 배열하는 단계, 라이트 요구에 따라서 무효화되는 물리적 페이지가 상기 배열된 데이터 블록들 중에서 가장 최근에 라이트된 데이터 블록을 기준으로 초기 설정된 윈도우 사이즈 내의 블록에 존재하는지에 기초하여 라이트 요구된 논리적 페이지의 데이터에 대한 업데이트 빈도의 유형을 결정하는 단계 및, 상기 업데이트 빈도의 유형별로 분리된 메모리 장치의 저장 영역에 상기 결정된 업데이트 빈도의 유형에 따라서 라이트 요구된 논리적 페이지에 대한 데이터를 저장하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 무효화되는 물리적 페이지의 위치는 라이트 요구된 논리적 페이지 어드레스에 이전에 매핑되어 있는 유효한 물리적 페이지 어드레스로 결정될 수 있다.

본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 라이트 요구에 따라서 무효화되는 물리적 페이지가 없는 경우에는 상기 라이트 요구된 논리적 페이지를 콜드 페이지로 결정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 라이트 요구에 따라서 무효화되는 물리적 페이지가 상기 배열된 데이터 블록들 중에서 가장 최근에 라이트된 데이터 블록을 기준으로 초기 설정된 윈도우 사이즈 내의 데이터 블록에 존재하는 경우에는 상기 라이트 요구된 논리적 페이지를 핫 페이지로 결정하고, 그렇지 않은 경우에는 상기 라이트 요구된 논리적 페이지를 콜드 페이지로 결정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 핫 페이지로 결정된 논리적 페이지는 핫 액티브 블록으로 설정된 액티브 블록에 포함된 물리적 페이지로 할당하고, 상기 콜드 페이지로 결정된 논리적 페이지는 콜드 액티브 블록으로 설정된 액티브 블록에 포함된 물리적 페이지로 할당하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 핫 액티브 블록 또는 콜드 액티브 블록에 포함된 모든 페이지들에 데이터가 저장되면 해당 액티브 블록을 데이터 블록으로 이동시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 핫 액티브 블록 또는 콜드 액티브 블록이 데이터 블록으로 옮겨질 때마다 데이터 블록에 부여되는 시퀀스 번호를 1씩 증가시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 데이터 블록에 부여된 시퀀스 번호에 기초하여 메모리 장치에서 라이트되는 순서에 따른 데이터 블록들을 배열하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 데이터 블록들을 배열하는 단계는 데이터 블록들 중에서 가비지 컬렉션에 의하여 생성되는 데이터 블록들은 제외시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 윈도우 사이즈는 워크로드 특성에 따라서 다르게 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 윈도우 사이즈는 라이트되는 순서에 따라 배열된 블록들에 대한 무효한 페이지 수에 따라서 산출되는 라이트 코스트에 기초하여 가장 낮은 라이트 코스트가 예측되는 윈도우 사이즈로 결정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시 예에 따르면, 가비지 컬렉션 처리를 수행하는 단계를 더 포함하고, 상기 가장 최근에 라이트된 데이터 블록을 기준으로 초기 설정된 윈도우 사이즈를 벗어난 핫 데이터 블록이 존재하면 상기 핫 데이터 블록을 상기 가비지 컬렉션 처리를 위한 희생 데이터 블록으로 선택하고, 상기 가장 최근에 라이트된 데이터 블록을 기준으로 초기 설정된 윈도우 사이즈를 벗어난 핫 데이터 블록이 존재하지 않으면 상기 윈도우 사이즈를 벗어난 데이터 블록들 중에서 무효한 페이지 개수가 가장 큰 데이터 블록을 상기 가비지 컬렉션 처리를 위한 희생 데이터 블록으로 선택하는 것이 바람직하다.

본 발명의 기술적 사상의 다른 면에 따른 저장 장치는 데이터를 저장하는 메모리 장치 및, 상기 메모리 장치에서 라이트되는 순서에 기초하여 블록 시퀀스 정보를 생성시키고, 상기 블록 시퀀스 정보 및 매핑 테이블 정보를 이용하여 라이트 요구된 논리적 페이지 어드레스에 이전에 매핑되어 있는 유효한 물리적 페이지 어드레스가 상기 블록 시퀀스 정보에 기초하여 배열된 블록들 중에서 가장 최근에 라이트된 블록을 기준으로 초기 설정된 윈도우 사이즈 내의 블록에 존재하지 여부에 따라 상기 라이트 요구된 논리적 페이지의 데이터에 대한 업데이트 빈도의 유형을 결정하고, 상기 결정된 업데이트 빈도의 유형에 기초하여 상기 라이트 요구된 논리적 페이지에 대한 메모리 장치의 물리적 페이지 어드레스를 할당하는 메모리 컨트롤러를 포함한다.

본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 메모리 컨트롤러는 상기 블록 시퀀스 정보 및 매핑 테이블 정보를 일시적으로 저장하는 휘발성 메모리 수단 및, 상기 매핑 테이블 정보 및 블록 시퀀스 정보를 이용하여 상기 라이트 요구된 논리적 페이지 어드레스에 매핑된 물리적 페이지 어드레스가 상기 배열된 데이터 블록들 중에서 가장 최근에 라이트된 데이터 블록을 기준으로 초기 설정된 윈도우 사이즈 내의 데이터 블록에 존재하는 경우에는 상기 라이트 요구된 논리적 페이지를 핫 페이지로 결정하고, 그렇지 않은 경우에는 상기 라이트 요구된 논리적 페이지를 콜드 페이지로 결정하고, 상기 핫 페이지 저장 영역과 상기 콜드 페이지 저장 영역을 분리하여 페이지 라이트 동작 제어를 수행하는 컨트롤 유닛을 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 컨트롤 유닛은 프리 블록의 개수가 임계치 미만이 될 때 상기 가장 최근에 라이트된 데이터 블록을 기준으로 초기 설정된 윈도우 사이즈를 벗어난 핫 데이터 블록이 존재하면 상기 핫 데이터 블록을 희생 데이터 블록으로 선택하고, 상기 가장 최근에 라이트된 블록을 기준으로 초기 설정된 윈도우 사이즈를 벗어난 핫 데이터 블록이 존재하지 않으면 상기 윈도우 사이즈를 벗어난 데이터 블록들 중에서 가비지 컬렉션 코스트가 가장 적은 데이터 블록을 희생 데이터 블록으로 선택하여 가비지 컬렉션 처리하는 펌웨어를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면 워크로드에 적응적으로 최적의 파라미터를 찾아 논리적 페이지의 데이터에 대한 업데이트 빈도의 유형을 분류함으로써, 라이트 코스트(write cost) 또는 가비지 컬렉션 코스트(garbage collection cost)를 최소화시킬 수 있는 효과가 발생된다.

또한, 본 발명에 의하면 타임스탬프(time stamp) 또는 카운터와 같은 메모리 자원을 적게 사용하여 논리적 페이지의 데이터에 대한 업데이트 빈도의 유형을 분류할 수 있으므로, 메모리 컨트롤러의 구성을 단순화시킬 수 있는 효과가 발생된다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 데이터 저장 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 호스트 기기의 세부적인 블록 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시된 메모리 컨트롤러의 세부적인 블록 구성도이다
도 4는 도 1에 도시된 메모리 장치의 정보 저장 영역의 구조를 도시한 것이다.
도 5는 도 1에 도시된 메모리 장치의 세부적인 구성을 도시한 것이다.
도 6은 플래시 메모리의 내부 저장 구조를 보여주는 개념도이다.
도 7은 데이터 저장 시스템의 소프트웨어 구조를 보여주는 도면이다.
도 8a는 랜덤 워크로드에 의한 블록들의 무효한 페이지 수를 도시한 것이고, 도 8b는 핫 워크로드에 의한 블록들의 무효한 페이지 수를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 핫 페이지/콜드 페이지 분리 방법을 설명하기 위한 블록들의 관계를 도시한 개념도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 예측하려는 윈도우 사이즈(W)가 현재 세팅되어 있는 윈도우 사이즈(Wc)보다 큰 경우의 윈도우 내에서의 핫/콜드 페이지 개수를 분석하기 위하여 배열된 데이터 블록들을 보여준다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 예측하려는 윈도우 사이즈(W)가 현재 세팅되어 있는 윈도우 사이즈(Wc)보다 작은 경우의 윈도우 내에서의 핫/콜드 페이지 개수를 분석하기 위하여 배열된 데이터 블록들을 보여준다.
도 12는 본 발명이 적용되는 저장 장치에서의 오버프로비젼과 평균 가비지 컬렉션 코스트 Ugc의 관계를 도시한 그래프이다.
도 13은 본 발명이 적용되는 저장 장치에서의 오버프로비젼과 WAF의 관계를 도시한 그래프이다.
도 14는 랜덤 데이터에 대하여 윈도우 사이즈에 따른 본 발명의 실시 예에 따른 모델에 의하여 계산된 WAF 값과 실제 측정한 WAF 값의 그래프를 도시한 것이다.
도 15는 핫 라이트의 비율과 콜드 라이트의 비율을 1:2로 하고, 핫 데이터 영역의 범위를 7MB(1/200)의 타입A 워크로드에 대하여 본 발명의 실시 예에 따른 모델에 의하여 계산된 WAF 값과 실제 측정한 WAF 값의 그래프를 도시한 것이다.
도 16은 핫 라이트의 비율과 콜드 라이트의 비율을 2:1로 하고, 핫 데이터 영역의 범위를 4MB(1/100)의 타입B 워크로드에 대하여 본 발명의 실시 예에 따른 모델에 의하여 계산된 WAF 값과 실제 측정한 WAF 값의 그래프를 도시한 것이다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 장치의 저장 영역 관리 방법의 흐름도이다.
도 18은 도 17에 도시된 단계120(S120)에 대한 세부적인 흐름도이다.
도 19는 도 17에 도시된 단계130(S130)에 대한 세부적인 흐름도이다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 가비지 컬렉션 처리 방법의 흐름도이다.
도 21은 도 20에 도시된 단계420(S420)에 대한 세부적인 흐름도이다.
도 22a는 다양한 워크로드에서의 DAC-Level 4 방식을 적용하여 산출된 WAF를 도시한 그래프이고, 도 22b는 다양한 워크로드에서의 DAC-Level 2 방식을 적용하여 산출된 WAF를 도시한 그래프이고, 도 22c는 다양한 워크로드에서의 본 발명에 따른 핫/콜드 분리 방법을 적용하여 산출된 WAF를 도시한 그래프이다.
도 23은 본 발명의 실시 예들에 따른 컴퓨터 시스템의 응용 예를 나타내는 블록도이다.
도 24는 본 발명의 실시 예들에 따른 메모리 카드의 응용 예를 나타내는 블록도이다.
도 25는 본 발명의 실시 예들에 따른 데이터 저장 시스템을 포함하는 네트워크 시스템의 응용 예를 나타내는 블록도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 데이터 저장 시스템의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 데이터 저장 시스템(100)은 호스트 기기(110) 및 저장 장치(120)를 포함한다.

호스트 기기(110)의 세부적인 블록 구성을 도 2에 도시하였다.

도 2에 도시된 바와 같이, 호스트 기기(110)는 프로세서(110-1), ROM(Read Only Memory; 110-2), RAM(Random Access Memory; 110-3), 저장 장치 인터페이스(110-4), UI(User Interface; 110-5) 및 버스(110-6)를 포함한다.

버스(110-6)는 호스트 기기(110)의 구성 수단들 간의 데이터를 전송하는 전송로를 의미한다.

ROM(110-2)에는 다양한 애플리케이션(application) 프로그램들이 저장되어 있다. 일예로서, ATA(Advanced Technology Attachment), SCSI(Small Computer System Interface), eMMC(embedded Multi Media Card), UFS(Unix File System) 등과 같은 스토리지 프로토콜을 지원하는 애플리케이션 프로그램들도 저장되어 있다.

RAM(Random Access Memory; 110-3)에는 데이터 또는 프로그램들이 일시적으로 저장된다.

UI(110-5)는 사용자와 호스트 기기, 컴퓨터 프로그램 등 사이에서 정보를 주고받을 수 있는 물리적 또는 가상적 매개체로서 물리적인 하드웨어와 논리적인 소프트웨어를 포함한다. 즉, UI(110-5)는 사용자가 호스트 기기(110)를 조작할 수 있는 입력 장치와 사용자 입력에 대한 처리 결과를 표시하는 출력 장치를 포함할 수 있다.

프로세서(110-1)는 호스트 기기(110)의 전반적인 동작을 제어한다. 프로세서(110-1)는 ROM(110-2)에 저장된 애플리케이션(application) 또는 툴(tool)을 이용하여 저장 장치(120)에 데이터를 저장하기 위한 커맨드 또는 저장 장치(120)로부터 데이터를 읽어내기 위한 커맨드를 생성시켜 저장 장치 인터페이스(110-4)를 통하여 저장 장치(120)로 전달하도록 제어할 수 있다.

저장 장치 인터페이스(110-4)는 ATA(Advanced Technology Attachment) 인터페이스, SATA(Serial Advanced Technology Attachment) 인터페이스, PATA(Parallel Advanced Technology Attachment) 인터페이스, USB(Universal Serial Bus) 또는 SAS(Serial Attached Small Computer System) 인터페이스, SCSI(Small Computer System Interface), eMMC(embedded Multi Media Card) 인터페이스, UFS(Unix File System) 인터페이스 등과 같은 스토리지 프로토콜을 지원하는 인터페이스를 포함할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 저장 장치(120)는 메모리 컨트롤러(121) 및 메모리 장치(122)를 구비한다.

일 예로서, 메모리 장치(122)를 플래시 메모리 등과 같은 비휘발성 반도체 메모리로 구현하는 경우에 저장 장치(120)는 SSD(Solid State Drive)가 될 수 있다. 메모리 컨트롤러(121)는 호스트 기기(110)로부터 수신되는 커맨드에 응답하여 메모리 장치(122)에서의 소거, 쓰기 또는 읽기 동작을 제어한다.

메모리 컨트롤러(121)의 세부적인 블록 구성을 도 3에 도시하였다.

도 3에 도시된 바와 같이, 메모리 컨트롤러(121)는 호스트 인터페이스(121-1), RAM(Random Access Memory; 121-2), 컨트롤 유닛(121-3), ECC(Error Correction Code) 처리부(121-4), 메모리 인터페이스(121-5) 및, 버스(121-6)를 포함한다.

버스(121-6)는 메모리 컨트롤러(121)의 구성 수단들 간의 데이터를 전송하는 전송로를 의미한다.

컨트롤 유닛(121-3)은 저장 장치(120)의 전반적인 동작을 제어한다. 세부적으로, 호스트 기기(110)로부터 수신되는 커맨드를 해독하고, 해독된 결과에 따른 동작을 수행하도록 저장 장치(120)를 제어한다.

호스트 인터페이스(121-1)는 저장 장치(120)와 접속되는 호스트 기기(110)와의 데이터 교환 프로토콜을 구비하고 저장 장치(120)와 호스트 기기(110)를 상호 연결한다. 호스트 인터페이스(121-1)는 ATA(Advanced Technology Attachment) 인터페이스, SATA(Serial Advanced Technology Attachment) 인터페이스, PATA(Parallel Advanced Technology Attachment) 인터페이스, USB(Universal Serial Bus) 또는 SAS(Serial Attached Small Computer System) 인터페이스, SCSI(Small Computer System Interface), eMMC(embedded Multi Media Card) 인터페이스, UFS(Unix File System) 인터페이스로 구현할 수 있다. 그러나 이는 예시일 뿐 이에 제한되는 것은 아니다. 세부적으로, 호스트 인터페이스(121-1)는 컨트롤 유닛(121-3)의 제어에 따라서 호스트 기기(110)와 커맨드, 어드레스 및 데이터를 교환한다.

RAM(121-2)에는 호스트 기기(110)로부터 전송된 데이터 및 컨트롤 유닛(121-3)에서 생성된 데이터가 임시로 저장되거나 메모리 장치(122)에서 읽어낸 데이터가 임시로 저장된다. 또한, RAM(121-2)에는 메모리 장치(122)로부터 읽어낸 메타 데이터도 저장된다. RAM(121-2)은 DRAM, SRAM 등으로 구현될 수 있다.

메타 데이터(meta data)는 메모리 장치(122)를 관리하기 위하여 저장 장치(120)에서 생성된 정보이다. 관리 정보인 메타 데이터에는 논리적 어드레스(Logical Address)를 메모리 장치(122)의 물리적 어드레스(Physical Address)로 변환시키는데 이용되는 매핑(mapping) 테이블 정보가 포함되어 있다. 일 예로서, 메타 데이터에는 페이지 단위로 어드레스 매핑 처리를 수행하는데 필요한 페이지 매핑 테이블 정보가 포함될 수 있다. 또한, 메타 데이터에는 메모리 장치(122)에서의 라이트 순서에 따라서 블록에 부여되는 블록 시퀀스 정보도 포함될 수 있다. 또한, 메타 데이터에는 메모리 장치(122)의 저장 공간을 관리하기 위한 정보들도 포함할 수 있다.

ECC 처리부(121-4)는 라이트 동작 시에 RS 코드(Reed-Solomon code), 헤밍 코드(Hamming code), CRC(Cyclic Redundancy Code) 등과 같은 알고리즘을 이용하여 수신되는 데이터에 대한 에러 정정 코드(Error Correction Code)를 생성시킬 수 있다. 그리고, 리드 동작 시에는 데이터와 함께 리드된 에러 정정 코드(ECC)를 이용하여 수신된 데이터에 대한 에러 검출 및 정정 처리를 수행한다.

메모리 인터페이스(121-5)는 메모리 장치(122)와 전기적으로 연결되어 있다. 메모리 인터페이스(121-5)는 컨트롤 유닛(121-3)의 제어에 따라서 메모리 장치(122)와 커맨드, 어드레스 및 데이터를 교환한다. 메모리 인터페이스(121-5)는 NAND 플래시 메모리 또는 NOR 플래시 메모리를 지원하도록 구성될 수 있다. 메모리 인터페이스(121-5)는 복수 개의 채널들을 통하여 소프트웨어 및 하드웨어 인터리브 동작들이 선택적으로 수행되도록 구성될 수도 있다.

컨트롤 유닛(121-3)은 리드 동작 시에는 리드 커맨드 및 어드레스를 메모리 장치(122)에 제공하고, 라이트 동작 시에는 라이트 커맨드, 어드레스, 그리고 데이터를 제공한다. 그리고, 컨트롤 유닛(121-3)은 RAM(121-2)에 저장된 메타 데이터를 이용하여 호스트 기기로부터 수신되는 논리적 어드레스를 물리적 어드레스로 변환시키는 처리를 수행한다.

컨트롤 유닛(121-3)은 저장 장치(120)에 전원이 공급되면 메모리 장치(122)에 저장되어 있는 메타 데이터를 읽어내어 RAM(121-2)에 저장하도록 저장 장치(120)를 제어한다. 컨트롤 유닛(121-3)은 메모리 장치(122)에서의 메타 데이터 변경을 발생시키는 동작에 따라서 RAM(121-2)에 저장된 메타 데이터를 업데이트 하도록 저장 장치(120)를 제어한다. 그리고, 컨트롤 유닛(121-3)은 저장 장치(120)에서 전원이 차단되기 전에 RAM(121-2)에 저장되어 있는 메타 데이터를 메모리 장치(122)에 라이트하도록 제어한다.

컨트롤 유닛(121-3)은 라이트되는 순서에 기초하여 블록 시퀀스 정보를 생성시키고, 블록 시퀀스 정보 및 매핑 테이블 정보를 이용하여 라이트 요구된 논리적 페이지 어드레스에 이전에 매핑되어 있는 유효한 물리적 페이지 어드레스가 블록 시퀀스 정보에 기초하여 배열된 블록들 중에서 가장 최근에 라이트된 블록을 기준으로 초기 설정된 윈도우 사이즈 내의 블록에 존재하지 여부에 따라 라이트 요구된 논리적 페이지의 데이터에 대한 업데이트 빈도의 유형을 결정하고, 결정된 업데이트 빈도의 유형에 기초하여 라이트 요구된 논리적 페이지에 대한 메모리 장치의 물리적 페이지 어드레스를 할당하도록 제어한다.

컨트롤 유닛(121-3)은 아래에서 후술될 페이지 유형 분석 처리, 메타 데이터 관리, 블록 시퀀스 관리, 가비지 컬렉션 처리, 파라미터 최적화 처리 등과 같은 동작을 수행하기 위한 펌웨어가 내장되어 있다.

다시, 도 1을 참조하면 메모리 장치(122)는 비휘발성 반도체 메모리 장치로 구현될 수 있으며, 구체적으로 플래시 메모리, PRAM(Phase change RAM), FRAM(Ferroelectric RAM), MRAM(Magnetic RAM) 등으로 구현될 수 있다.

도 4를 참조하면, 메모리 장치(122)의 저장 영역은 고정 정보 영역(41), 루트(root) 정보 영역(42) 및, 데이터 영역(43)으로 나눌 수 있다.

고정 정보 영역(41)에는 파일 시스템에 대한 정보, 버전, 블록 당 페이지 수 등의 메모리 장치(122)의 고유한 정보가 저장될 수 있다. 루트 정보 영역(42)에는 메타 데이터가 저장된 위치 정보가 저장된다. 그리고, 데이터 영역(43)에는 메타 데이터 및 사용자 데이터가 저장된다. 데이터 영역(43)을 메타 데이터 저장 영역과 사용자 데이터 영역으로 세분화하여 구분할 수도 있다. 사용자 데이터 영역은 데이터 저장 영역과 스페어(spare) 영역으로 나눌 수 있으며, 스페어 영역에는 ECC가 저장될 수 있다.

일 예로서, 메모리 장치(122)를 플래시 메모리로 구현한 세부적인 구성을 도 5에 도시하였다.

도 5에 도시된 바와 같이, 플래시 메모리(122')는 셀 어레이(10), 페이지 버퍼(20), 제어 회로(30) 및 로우 디코더(40)를 포함한다.

셀 어레이(10)는 트랜지스터에 일정 전압을 인가하는 방식으로 데이터가 기입되는 영역이다. 셀 어레이(10)는 워드라인들(WL0~WLm-1) 및 비트라인들(BL0~BLn-1)이 교차한 곳에 형성된 메모리 셀들을 포함한다. 여기에서, m 및 n은 자연수이다. 도 5에서는 하나의 메모리 블록이 도시되어 있으나 셀 어레이(10)는 복수의 메모리 블록들을 포함할 수 있다. 각각의 메모리 블록들은 각 워드 라인들(WL0~WLm-1)에 대응되는 페이지들을 포함하고 있다. 그리고 페이지들 각각은 해당 워드라인에 연결된 복수의 메모리 셀들을 포함한다. 플래시 메모리(122')는 블록 단위로 소거 동작을 수행하고, 페이지 단위로 프로그램 동작 혹은 읽기 동작을 수행한다.

메모리 셀 어레이(10)는 셀 스트링(cell string) 구조를 갖는다. 각각의 셀 스트링은 스트링 선택 라인(String Selection Line; SSL)에 연결되는 스트링 선택 트랜지스터(SST), 복수의 워드라인들(WLO ~ WLm-1)에 각각 연결된 복수의 메모리 셀들(MC0 ~ MCm-1), 그리고 접지 라인(Ground Section Line; GSL)에 연결된 접지 선택 트랜지스터(GST)를 포함한다. 여기에서, 스트링 선택 트랜지스터(SST)는 비트라인과 스트링 채널 사이에 연결되고, 접지 선택 트랜지스터(GST)는 스트링 채널과 공통 소스 라인(Common Source Line; CSL) 사이에 연결된다.

페이지 버퍼(20)는 복수의 비트라인들(BL0~BLn-1)을 통해 셀 어레이(10)에 연결된다. 페이지 버퍼(20)는 선택된 워드라인에 연결된 메모리 셀들에 기입할 데이터를 임시로 저장하거나 또는 선택된 워드라인에 연결된 메모리 셀들로부터 독출된 데이터를 임시로 저장한다.

제어 회로(30)는 기입 또는 독출 동작 그리고 소거 동작에 필요한 각종 전압들을 생성하고, 제어 신호들을 수신하여 플래시 메모리(122')의 제반 동작을 제어한다.

로우 디코더(40)는 선택 라인들(SSL, GSL) 및 복수의 워드라인들(WL0~WLm-1)을 통해 셀 어레이(10)에 연결된다. 로우 디코더(20)는 기입 동작 또는 독출 동작 시 어드레스를 입력받고, 입력된 어드레스에 따라 어느 하나의 워드라인을 선택한다. 여기에서 선택된 워드라인에는 기입 동작이 수행되거나 또는 독출 동작이 수행될 메모리 셀들이 연결되어 있다.

또한, 로우 디코더(40)는 선택된 워드라인, 비선택된 워드라인들, 그리고 선택 라인들(SSL, GSL)로 프로그램 동작 또는 읽기 동작에 필요한 전압들(예를 들어, 프로그램 전압, 패스 전압, 읽기 전압, 스트링 선택 전압, 접지 선택 전압)을 인가한다.

각각의 메모리 셀은 한 비트의 데이터 혹은 2비트 이상의 데이터를 저장할 수 있다. 하나의 메모리 셀에 한 비트의 데이터를 저장하는 메모리 셀은 싱글 레벨 셀(Single Level Cell; SLC)이라고 불린다. 그리고, 하나의 메모리 셀에 2비트 이상의 데이터를 저장하는 메모리 셀은 멀티 레벨 셀(Multi Level Cell; MLC)이라고 불린다. 싱글 레벨 셀은 문턱 전압에 따라 소거 상태(Erase State) 또는 프로그램 상태(Program State)를 갖는다.

특히, 멀티 레벨 셀로 구성된 플래시 메모리는 사용 시간 및 프로그램/이레이즈(Program/Erase) 사이클 등의 요인에 따라 신뢰성(reliability)이 떨어지면서 ECC 정정 불능 상태가 발생될 수 있다. 플래시 메모리의 물리적인 페이지에는 스페어(spare) 영역이 존재하고, 스페어 영역에 ECC 정보가 저장된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 플래시 메모리(122')의 내부 구조는 복수의 블록들로 구성되고, 각 블록들은 복수의 페이지들로 이루어져 있다.

플래시 메모리(122')에서 데이터의 기입 및 독출은 페이지 단위로 수행되고, 전기적 소거는 블록 단위로 이루어진다. 또한, 기입 전에 블록의 전기적 소거 작업이 요구된다. 이에 따라서, 덮어쓰기가 불가능하다.

덮어쓰기가 불가능한 메모리 장치에서는 사용자 데이터를 사용자가 원하는 물리적 영역에 기입할 수 없다. 따라서 사용자로부터 기입 또는 독출을 위하여 액세스를 요청받는 경우, 사용자로부터 기입 또는 독출이 요청된 영역을 논리적 어드레스로, 실제로 데이터가 저장되어 있는 또는 데이터가 저장될 물리적 영역을 물리적 어드레스로 분류하여 사용자 데이터에 대한 논리적 어드레스를 물리적 어드레스로 변환시키는 어드레스 변환 동작이 필요하다.

데이터 저장 시스템(100)에서 논리적 어드레스를 물리적 어드레스로 변환시키는 과정을 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.

도 7은 데이터 저장 시스템(100)의 소프트웨어 구조를 보여주는 블록도이다. 일 예로서, 도 7에서는 데이터 저장 시스템(100)을 구성하는 메모리 장치(122)를 플래시 메모리로 구현한 경우의 데이터 저장 시스템(100)의 소프트웨어 구조를 보여준다.

도 7을 참조하면, 데이터 저장 시스템(100)은 애플리케이션(101), 파일 시스템(102), 플래시 변환 계층(103), 그리고 플래시 메모리(104)순으로 소프트웨어 계층 구조를 갖는다. 여기에서, 플래시 메모리(104)는 물리적으로 도 5 및 도 6에 도시된 플래시 메모리(122')를 의미한다.

애플리케이션(101)은 UI(110-5)를 이용한 사용자의 입력에 응답하여 사용자 데이터를 가공하는 펌웨어를 의미한다. 예를 들어, 애플리케이션(101)은 워드 프로세서와 같은 문서 처리 소프트웨어, 계산 소프트웨어, 웹 브라우저와 같은 문서 뷰어가 될 수 있다. 애플리케이션(101)은 사용자의 입력에 응답하여 사용자 데이터를 처리하고, 처리된 사용자 데이터를 플래시 메모리(104)에 저장하기 위한 커맨드를 파일 시스템(102)에 전달한다.

파일 시스템(102)은 플래시 메모리(104)에 사용자 데이터를 저장하기 위해 사용되는 구조 또는 소프트웨어를 의미한다. 파일 시스템(102)은 애플리케이션(101)으로부터의 커맨드에 응답하여, 사용자 데이터가 저장될 논리적 어드레스를 할당한다. 파일 시스템(102)의 일종으로 FAT(File Allocation Table) 파일 시스템, NTFS 등이 있다.

플래시 변환 계층(Flash Translation Layer; FTL, 103)에서는 파일 시스템(102)으로부터 전달받은 논리적 어드레스를 플래시 메모리(104)에서의 읽기/쓰기 동작을 위한 물리적 어드레스로의 변환 과정을 수행한다. 플래시 변환 계층(103)에서는 메타 데이터에 포함된 매핑 테이블 정보를 이용하여 논리적 어드레스를 물리적 어드레스로 변환시킨다. 어드레스 매핑 방법은 페이지 매핑 방법 또는 블록 매핑 방법을 이용할 수 있다. 페이지 매핑 방법은 페이지 단위로 어드레스 매핑 동작을 수행하고, 블록 매핑 방법은 블록 단위로 어드레스 매핑 동작을 수행하는 방식이다. 또한, 페이지 매핑과 블록 매핑을 혼합한 혼합 매핑 방법이 적용될 수도 있다. 여기에서, 물리적 어드레스는 플래시 메모리(104)의 데이터 저장 위치를 나타낸다.

특히, 본 발명의 일실시 예에 따른 플래시 변환 계층(Flash Translation Layer; FTL, 103)에서는 논리적 페이지의 데이터에 대한 업데이트 빈도의 유형을 판단한 후에, 업데이트 빈도의 유형별로 분리된 플래시 메모리(104)의 저장 영역에 저장되도록 논리적 페이지 어드레스를 물리적 페이지 어드레스로 변환시킨다.

세부적으로, 플래시 변환 계층(103)에서는 도 3에 도시된 컨트롤 유닛(121-3)에 내장된 펌웨어를 이용하여 다음과 같은 동작에 의하여 어드레스 변환 처리를 할 수 있다.

우선, 본 발명의 실시 예에 따른 페이지 데이터에 대한 업데이트 빈도의 유형을 결정하는 방법의 기본적인 개념을 설명하기로 한다.

플래시 메모리(104)의 전체 영역에서 랜덤하게 라이트된 경우와 특정 영역에서 라이트 빈도가 높게 라이트된 경우의 블록들의 무효한 페이지 수의 패턴이 달라진다. 전체 영역에서 랜덤하게 라이트된다는 것은 라이트되는 데이터가 콜드(cold) 데이터라는 것을 의미한다. 그리고, 특정 영역에서 라이트 빈도가 높게 라이트된 경우는 핫(hat) 데이터와 콜드(cold) 데이터가 섞여서 라이트된다는 것을 의미한다.

도 8a는 전체 저장 영역에서 랜덤하게 데이터가 라이트된 경우의 블록들의 무효한 페이지 수를 보여주는 도면이고, 도 8b는 특정 영역에서 라이트 빈도가 높은 경우의 블록들의 무효한 페이지 수를 보여주는 도면이다.

도 8a 및 도 8b에서 가로축은 블록들의 라이트된 시점에 기초하여 분류된 블록 번호를 나타내고, 세로축은 블록별 무효한 페이지의 수를 나타낸다. 여기에서, 블록 번호가 작은 블록일수록 최근에 라이트된 블록을 나타내고, 블록 번호가 큰 블록일수록 라이트된 시점이 오래 되었다는 나타낸다.

도 8a를 참조하면, 오래된 블록일수록 무효한 페이지의 수가 선형적으로 증가한다는 사실을 알 수 있다. 또한 도 8b를 참조하면, 핫 데이터가 섞여 있는 경우에는 최근에 라이트된 블록에서 무효한 페이지 수가 급격히 증가하고, 그 이후로는 완만하게 증가한다는 사실을 알 수 있다.

본 발명에서는 이와 같이 랜덤 워크로드(random workload)의 경우와 핫 데이터가 섞여 있는 워크로드의 경우에 블록들의 무효한 페이지 수의 패턴이 다름을 고려하여 핫 데이터와 콜드 데이터를 분리한다.

참고적으로, 전체 무효 페이지의 수는 일정하기 때문에 핫 데이터가 섞여 있는 경우의 희생(victim) 블록의 무효 페이지 수보다 랜덤 데이터의 경우의 희생 블록의 무효 페이지의 수가 더 적으므로, 랜덤 데이터에 대한 가비지 컬렉션 코스트가 더 커진다.

핫 데이터는 특정 영역에 집중적으로 랜덤 라이트된 데이터이고, 콜드 데이터는 전체 영역에서 랜덤하게 라이트된 데이터로 정의될 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 플래시 메모리의 저장 영역은 블록이라고 불리는 단위로 분할되고, 각 블록들은 복수개의 페이지들로 구성된다.

그리고, 도 9에 도시된 바와 같이, 플래시 메모리의 블록은 프리 블록(free block), 액티브 블록(active block), 데이터 블록(data block)으로 구분된다. 여기에서, 프리 블록은 데이터가 저장되어 있지 않은 블록을 나타내고, 액티브 블록은 데이터가 저장되어 있는 블록으로서 데이터를 라이트할 수 있는 페이지가 남아있는 블록을 나타내고, 데이터 블록은 데이터가 저장되어 있는 블록으로서 데이터를 라이트할 수 있는 페이지가 소진된 블록을 나타낸다. 즉, 데이터 블록에는 라이트할 수 있는 빈 페이지가 없다는 것을 의미한다.

그리고, 액티브 블록은 핫 액티브 블록(hot active block), 콜드 액티브 블록(cold active block), 컴팩션 액티브 블록(compaction active block)으로 구분된다. 여기에서, 핫 액티브 블록에는 핫 페이지로 결정된 페이지의 데이터가 저장되고, 콜드 액티브 블록에는 콜드 페이지로 결정된 페이지의 데이터가 저장된다. 그리고, 컴팩션 액티브 블록은 가비지 컬렉션(garbage collection)에 처리에 의하여 유효 페이지의 데이터가 저장되는 블록을 의미한다.

컨트롤 유닛(121-3)은 각 액티브 블록이 라이트 동작에 의하여 페이지가 채워지면 데이터 블록으로 옮기고, 새로운 프리 블록을 할당받는다. 컨트롤 유닛(121-3)은 채워진 액티브 블록이 데이터 블록으로 옮겨질 때 옮겨지는 데이터 블록에 현재의 블록 시퀀스 번호를 할당한다. 그리고, 컨트롤 유닛(121-3)은 핫 액티브 블록과 콜드 액티브 블록이 데이터 블록으로 옮겨질 때마다 블록 시퀀스 번호를 1씩 증가시킨다. 이는 호스트 기기로부터 라이트 커맨드와 함께 수신되는 데이터의 분석을 위해 타임스탬프(time stamp) 역할로 블록 시퀀스 번호를 사용하기 위함이다. 컨트롤 유닛(121-3)은 가비지 컬렉션에 의하여 라이트되는 데이터는 플래시 메모리(104) 내부에서 옮겨지는 데이터이기 때문에 워크로드 분석에 사용하지 않는다. 컨트롤 유닛(121-3)은 데이터 블록들을 플래그(flag)에 의하여 핫 데이터 블록, 콜드 데이터 블록, 또는 컴팩션 데이터 블록으로 구분하고, 액티브 블록에서 결정한다.

컨트롤 유닛(121-3)은 프리 블록의 개수가 초기 설정된 임계 개수보다 작아지게 되면 데이터 블록에서 희생 블록(victim block)을 선택하여 프리 블록을 생성한다. 컨트롤 유닛(121-3)은 희생 블록의 유효한 페이지를 액티브 컴팩트 블록에 저장함으로써 가비지 컬렉션 처리한다.

컨트롤 유닛(121-3)은 가비지 컬렉션이 수행될 희생 블록을 다음과 같은 방식으로 선택된다.

우선, 핫 데이터 블록에서 윈도우를 벗어난 핫 데이터 블록을 희생 블록으로 선택한다. 만일 윈도우를 벗어난 핫 데이터 블록이 없으면, 윈도우를 벗어난 나머지 데이터 블록에서 가비지 컬렉션 코스트가 가장 적은 데이터 블록을 희생 블록으로 선택한다.

여기에서, 윈도우 사이즈(W)에는 블록 시퀀스 번호를 참조하여 라이트 순서대로 배열된 데이터 블록에서 가장 최근 라이트된 데이터 블록을 기준으로 W개의 데이터 블록이 포함된다. 이에 따라서, 윈도우 내의 블록이라 함은 라이트 순서대로 배열된 데이터 블록에서 가장 최근 라이트된 데이터 블록으로부터 윈도우 사이즈(W)만큼 떨어진 블록까지에 포함되는 데이터 블록을 의미한다.

컨트롤 유닛(121-3)은 페이지 라이트 요구(page write request)가 발생되면 다음과 같은 방법으로 라이트 요구된 논리적 페이지의 데이터에 대한 업데이트 빈도의 유형을 결정한다.

컨트롤 유닛(121-3)은 라이트 요구에 따라서 무효화되는 물리적 페이지가 가장 최근에 라이트된 블록을 기준으로 초기 설정된 윈도우 사이즈 내의 블록에 존재하는 경우에는 라이트 요구된 논리적 페이지를 핫 페이지로 결정하고, 그렇지 않은 경우에는 라이트 요구된 논리적 페이지를 콜드 페이지로 결정한다.

컨트롤 유닛(121-3)은 라이트 요구에 따라서 무효화되는 물리적 페이지의 위치를 매핑 테이블을 참조하여 라이트 요구된 논리적 페이지 어드레스에 이전에 매핑되어 있는 유효한 물리적 페이지 어드레스로 결정된다.

컨트롤 유닛(121-3)은 라이트 요구에 따라서 무효화되는 물리적 페이지가 없는 것으로 판단된 경우에는 라이트 요구된 논리적 페이지를 콜드 페이지로 결정한다. 즉, 라이트 요구된 논리적 페이지 어드레스에 이전에 매핑된 물리적 페이지 어드레스가 매핑 테이블에 존재하지 않는 경우에는 콜드 페이지로 결정한다.

다음으로, 컨트롤 유닛(121-3)의 펌웨어에 의하여 윈도우 사이즈를 결정하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.

WAF(Write Amplitude Factor; 수학식 4 참조)가 최소화되는 최적의 윈도우 사이즈는 다음과 같이 예측할 수 있다.

도 8a 및 도 8b에서 설명한 바와 같이, 워크로드의 특성에 따라 블록의 무효 페이지 수 분포가 달라지고, 가비지 컬렉션 코스트도 달라진다. 따라서, 워크로드에 따라 최적의 윈도우 사이즈도 달라진다.

본 발명에서는 블록의 무효 페이지 수의 분포를 이용하여 성능 모델을 제시하였으며, 그 성능 모델을 기반으로 예측된 성능(WAF)의 최소 값을 갖는 윈도우 사이즈를 찾아낸다.

윈도우 사이즈 내의 블록들의 페이지 중에서 핫 페이지와 콜드 페이지의 수를 알면 해당 윈도우 사이즈에서의 성능을 예측할 수 있다. 윈도우 사이즈 내의 블록에서 핫 페이지와 콜드 페이지를 구하는 방법은 2가지로 나누어 계산한다.

즉, 예측하려는 윈도우 사이즈(W)가 현재 세팅되어 있는 윈도우 사이즈(Wc)보다 큰 경우와 반대로 예측하려는 윈도우 사이즈(W)의 크기가 현재 세팅되어 있는 윈도우 사이즈(Wc)보다 작은 경우로 나누어서 윈도우 사이즈 내의 블록에서 핫 페이지 수와 콜드 페이지 수를 계산한다.

첫 번째로, 예측하려는 윈도우 사이즈(W)가 현재 세팅되어 있는 윈도우 사이즈(Wc)보다 큰 경우에서의 윈도우 사이즈 내의 블록에서 핫 페이지 수와 콜드 페이지 수는 다음과 같이 계산한다.

예측하려는 윈도우 사이즈(W)가 현재 세팅되어 있는 윈도우 사이즈(Wc)보다 큰 경우에는 윈도우 사이즈(W)를 벗어난 위치에는 가비지 컬렉션에 의하여 핫 데이터 블록이 존재하지 않는다.

도 10은 데이터 블록에서 가비지 컬렉션에 의한 데이터 블록은 제외한 핫/콜드 데이터 블록들을 블록 시퀀스 번호 순으로 나열한 도면이다. 도 10에서 맨 좌측의 블록이 최근에 라이트된 블록에 해당되고, 우측으로 갈수록 오래 전에 라이트된 블록에 해당된다.

워크로드의 패턴이 급격히 바뀌지 않는다고 가정하면, 도 10에 도시된 바와 같이 가장 최근 라이트된 블록에 대한 W만큼 라이트된 후에 갖는 유효한 페이지 수와 W+1 블록의 유효한 페이지 수와 같다고 예상할 수 있다.

이를 이용하면 W 내의 모든 블록의 콜드 페이지는 W+1 블록의 유효한 페이지 수와 같으며, W 내의 핫 페이지 수는 W 내의 모든 유효 페이지 수에서 콜드 페이지 수를 뺀 것과 같다.

윈도우 사이즈 W 내의 콜드 페이지 수를 CP(W), 핫 페이지 수를 HP(W), 윈도우 내의 모든 페이지 수를 KP(W), 블록 당 페이지 수를 Nb, 좌측으로부터 X거리에 있는 블록의 유효한 페이지 수를 V(x), W 내의 모든 유효 페이지 수를 Wv라고 하자. 그러면, KP(W)는 W*Nb가 되고, Cp(W)는 W*V(w+1), HP(W)는 {Wv-CP(W)}가 된다.

두 번째로, 예측하려는 윈도우 사이즈(W)가 현재 세팅되어 있는 윈도우 사이즈(Wc)보다 작은 경우에서의 윈도우 사이즈 내의 블록에서 핫 페이지 수와 콜드 페이지 수는 다음과 같이 계산한다.

예측하려는 윈도우 사이즈(W)가 현재 세팅되어 있는 윈도우 사이즈(Wc)보다 작은 경우에는, 도 11과 같이 핫 데이터 블록과 콜드 데이터 블록을 나누어 핫 페이지 수, 콜드 페이지 수를 예측한다.

핫 데이터 블록의 콜드 페이지는 W 보다 큰 첫 번째 블록의 유효한 페이지 수를 이용하고, 콜드 데이터 블록은 W보다 큰 첫 번째 콜드 블록의 유효한 페이지 수를 이용하여 예상되는 콜드 페이지 수를 계산하여 합한다(CP(W)). 이 값으로 W 내 전체 유효한 페이지 수 Wv에서 CP(W)를 빼면 예상되는 핫 페이지 수가 된다. 참고적으로, 도 11에서 핫 데이터 블록들의 페이지들 중에서 돗트(dot)로 도시된 상위 하나의 페이지는 유효한 페이지를 나타낸다. 같은 방법으로 콜드 데이터 블록들의 페이지들 중에서 돗트(dot)로 도시된 상위 3개의 페이지들은 유효한 페이지를 나타낸다.

이와 같이 예측한 핫 페이지 수 및 콜드 페이지 수를 이용하여 전체 성능을 예측할 수 있다.

핫 페이지는 핫 데이터 블록에 저장되고, 콜드 페이지는 콜드 데이터 블록에 저장된다. 따라서, 핫 데이터 블록 및 콜드 데이터 블록 영역에서의 코스트를 예측하여 라이트 비율을 곱하고, 곱한 값들을 더하면 전체 코스트를 예측할 수 있다. 각각의 라이트 비율은 핫 페이지 라이트 량 및 콜드 페이지 라이트 량의 비율에 의해 정해진다.

각각의 라이트 량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

윈도우 사이즈가 W일 때 K(W)를 윈도우 내의 전체 라이트된 페이지 개수, H(W)를 윈도우 내의 핫 페이지 라이트 수, C(W)를 윈도우 내의 콜드 페이지 라이트 수라고 정의하면, 전체 기대 코스트 WAF는 수학식 1과 같이 계산할 수 있다.

위에서, WAF__HOT 는 핫 블록에서의 WAF 값이고, WAF__COLD 는 콜드 블록에서의 WAF 값이다.

C(W)와 H(W)를 합하면 K(W)가 되고, K(W)는 W에 블록 당 페이지 수를 곱한 값과 같다. 여기에서, 콜드 페이지 라이트 수 C(W)는 윈도우 내의 콜드 페이지 수와 같고, 핫 페이지 라이트 수 H(W)는 윈도우 내의 핫 페이지 수와 무효 페이지 수의 합과 같다. 따라서, 윈도우 내의 콜드 페이지 수를 CP(W), 윈도우 내의 핫 페이지 수를 HP(W), 윈도우 내의 무효 페이지 수를 IP(W)라고 하면 수학식 2와 같은 관계가 성립한다.

또한, 예상되는 핫 데이터 블록 영역의 오버프로비젼(overprovision; 전체 영역 대비 잉여 영역의 비율)은 IP(W)/H(W)가 된다. 그리고, 콜드 데이터 블록 영역의 오버프로비젼은 {TIP-IP(W)}/{TP-H(W)}가 된다. 여기에서, TIP는 플래시 메모리 전체 영역의 총 무효 페이지 수이고, TP는 플래시 메모리 전체 영역의 총 물리적 페이지 수를 나타낸다.

윈도우 사이즈가 W일 때 핫 데이터 블록 및 콜드 데이터 블록 영역의 오버프로비젼이 예측되면, 각각의 WAF를 예측할 수 있다. 유틸라이제이션(utilization) U는 (1-오버프로비젼)이 되며, 평균 가비지 컬렉션 코스트 Ugc와 U와의 관계는 수학식 3과 같다.

U =(1-오버프로비젼) 임을 감한하여 도 12와 같은 그래프를 얻을 수 있다. 도 13을 참조하면, 오버프로비젼이 증가함에 따라 Ugc가 감소함을 알 수 있다. Ugc를 알면 WAF를 알 수 있으며, 이 관계는 수학식 4와 같다.

WAF와 오버프로비젼의 관계를 도 13에 도시하였다.

윈도우 사이즈 W의 크기는 블록의 개수만큼 가능하며, 최적의 W를 찾는 것은 모든 경우의 W에 대하여 WAF를 계산하고, 그 중에서 가장 작은 WAF 값을 갖는 W를 찾아낼 수 있다.

참고적으로, 워크로드가 급격히 변하지 않는 경우로 가정하면 어느 한 순간의 블록의 유효한 페이지 수와 블록 시퀀스 번호의 스냅샷(sanpshot)을 이용하여 라이트 요구가 있을 때마다 계산할 수도 있다. 또한, 실험적으로 최적의 W가 전체 블록 수의 일부만을 서치하여 최적의 윈도우 사이즈 W를 설정할 수도 있다.

참고적으로, 랜덤 데이터에 대하여 윈도우 사이즈에 따른 본 발명의 실시 예에 따른 모델에 의하여 계산된 WAF 값과 실제 측정한 WAF 값의 그래프를 도 14에 도시하였다. 도 14를 참조하면, 측정한 것과 계산한 것의 차이가 크지 않으며 윈도우 사이즈에 상관없이 WAF 값이 약 2.0을 갖는다는 것을 알 수 있다.

다음으로, 핫 라이트의 비율과 콜드 라이트의 비율을 1:2로 하고, 핫 데이터 영역의 범위를 7MB(1/200)의 타입A 워크로드에 대하여 본 발명의 실시 예에 따른 모델에 의하여 계산된 WAF 값과 실제 측정한 WAF 값의 그래프를 도 15에 도시하였다.

도 15를 참조하면, 측정치와 본 발명에서 제안한 모델에 의한 예측값이 모두 W=50에서 WAF가 최소가 된다는 것을 알 수 있다. 또한, 윈도우 사이즈 0인 경우에 비하여 약 40%의 WAF 이득을 얻을 수 있다.

다음으로, 핫 라이트의 비율과 콜드 라이트의 비율을 2:1로 하고, 핫 데이터 영역의 범위를 4MB(1/100)의 타입B 워크로드에 대하여 본 발명의 실시 예에 따른 모델에 의하여 계산된 WAF 값과 실제 측정한 WAF 값의 그래프를 도 16에 도시하였다.

도 16을 참조하면, 측정치와 본 발명에서 제안한 모델에 의한 예측값이 모두 W=100에서 WAF가 최소가 된다는 것을 알 수 있다. 타입B 워크로드의 경우 타입A 워크로드에 비하여 핫 라이트 비율이 낮으므로, 도 15에 비하여 핫/콜드 분리에 의한 WAF 이득이 작아짐을 알 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 메모리 장치의 저장 영역 관리 방법을 도 17의 흐름도를 참조하여 설명하기로 한다. 참고적으로, 도 17의 흐름도는 도 3에 도시된 컨트롤 유닛(121-3)의 제어에 의하여 수행될 수 있다.

우선, 컨트롤 유닛(121-3)은 라이트 순서에 기초하여 데이터 블록들을 배열한다(S110). 도 9를 참조하면, 컨트롤 유닛(121-3)은 각 액티브 블록이 라이트 동작에 의하여 페이지가 채워지면 데이터 블록으로 옮기고, 액티브 블록이 데이터 블록으로 옮겨질 때 옮겨지는 데이터 블록에 현재의 블록 시퀀스 번호를 할당한다. 그리고, 핫 액티브 블록과 콜드 액티브 블록이 데이터 블록으로 옮겨질 때마다 블록 시퀀스 번호를 1씩 증가시킨다. 이와 같은 방식으로 데이터 블록에 블록 시퀀스 번호를 할당할 수 있으며, 블록 시퀀스 번호에 따라 데이터 블록들을 배열하면, 라이트 순서에 기초한 데이터 블록들을 배열할 수 있다.

다음으로, 컨트롤 유닛(121-3)은 라이트 요구된 논리적 페이지에 대한 업데이트 빈도의 유형을 결정한다(S120). 세부적으로, 컨트롤 유닛(121-3)은 라이트 요구에 따라서 무효화되는 물리적 페이지가 가장 최근에 라이트된 블록을 기준으로 초기 설정된 윈도우 사이즈 내의 블록에 존재하는 경우에는 라이트 요구된 논리적 페이지를 핫 페이지로 결정하고, 그렇지 않은 경우에는 라이트 요구된 논리적 페이지를 콜드 페이지로 결정한다. 그리고, 라이트 요구에 따라서 무효화되는 물리적 페이지가 없는 것으로 판단된 경우에는 라이트 요구된 논리적 페이지를 콜드 페이지로 결정한다. 즉, 라이트 요구된 논리적 페이지 어드레스에 이전에 매핑된 물리적 페이지 어드레스가 매핑 테이블에 존재하지 않는 경우에는 콜드 페이지로 결정한다.

단계120(S120)에 대한 세부적인 흐름도를 도 18에 도시하였다. 도 18을 참조하여, 단계120(S120)의 세부적인 프로세스를 설명하면 다음과 같다.

컨트롤 유닛(121-3)은 라이트 요구된 논리적 페이지 어드레스(Logical Page Address; LPA)에 이전에 매핑된 물리적 페이지 어드레스(Physical Page Address; PPA)를 RAM(121-2)에 저장되어 있는 매핑 테이블로부터 검색한다(S210). 즉, 라이트 요구에 따라서 무효화되는 물리적 페이지 어드레스를 검색한다. 참고적으로, 논리적 페이지 어드레스(LPA)는 논리적 페이지 번호(Logical Page Number; LPN)라고 칭하고, 또한 물리적 페이지 어드레스(PPA)를 물리적 페이지 번호(Physical Page Number; PPN)라고 칭하기도 한다.

컨트롤 유닛(121-3)은 단계210(S210)의 검색 결과 라이트 요구된 논리적 페이지 어드레스에 이전에 매핑된 물리적 페이지 어드레스가 매핑 테이블에 존재하는지를 판단한다(S220).

단계220(S220)의 판단 결과 라이트 요구된 논리적 페이지 어드레스에 이전에 매핑된 물리적 페이지 어드레스가 매핑 테이블에 존재하는 경우에는, 컨트롤 유닛(121-3)은 라이트 요구된 논리적 페이지 어드레스에 이전에 매핑된 물리적 페이지 어드레스가 블록 시퀀스 번호에 기초하여 배열된 데이터 블록에서 가장 최근에 라이트된 블록을 기준으로 초기 설정된 윈도우 사이즈(W) 내의 데이터 블록에 존재하는지 판단한다(S230). 즉, 라이트 요구에 따라서 무효화되는 물리적 페이지가 가장 최근에 라이트된 블록을 기준으로 초기 설정된 윈도우 사이즈(W) 내의 데이터 블록에 존재하는지 판단한다. 여기에서, 윈도우 사이즈(W)는 위에서 설명한 바와 같이 워크로드 특성에 적합하게 산출하여 초기 값으로 설정할 수 있다.

컨트롤 유닛(121-3)은 단계230(S230)의 판단 결과 라이트 요구된 논리적 페이지 어드레스에 이전에 매핑된 물리적 페이지 어드레스가 블록 시퀀스 번호에 기초하여 배열된 데이터 블록에서 가장 최근에 라이트된 블록을 기준으로 초기 설정된 윈도우 사이즈(W) 내의 데이터 블록에 존재하는 경우에는 라이트 요구된 논리적 페이지를 핫 페이지로 결정한다(S240).

단계220(S220)의 판단 결과 라이트 요구된 논리적 페이지 어드레스에 이전에 매핑된 물리적 페이지 어드레스가 매핑 테이블에 존재하지 않거나, 또는 단계230(S230)의 판단 결과 라이트 요구된 논리적 페이지 어드레스에 이전에 매핑된 물리적 페이지 어드레스가 블록 시퀀스 번호에 기초하여 배열된 데이터 블록에서 가장 최근에 라이트된 블록을 기준으로 초기 설정된 윈도우 사이즈(W) 내의 데이터 블록에 존재하지 않는 경우에는 라이트 요구된 논리적 페이지를 콜드 페이지로 결정한다(S250).

위와 같은 방식으로 단계120(S120)에서 라이트 요구된 논리적 페이지에 대한 업데이트 빈도의 유형을 결정할 수 있다.

다시 도 17을 참조하면, 컨트롤 유닛(121-3)은 위와 같은 방식으로 단계120(S120)을 수행하고 나서, 단계120(S120)에서 결정된 업데이트 빈도의 유형별로 분리된 저장 영역에 라이트 요구된 논리적 페이지의 데이터를 저장하는 동작을 수행한다(S130).

단계130(S130)에 대한 세부적인 흐름도를 도 19에 도시하였다. 도 19를 참조하여, 단계130(S130)의 세부적인 프로세스를 설명하면 다음과 같다.

단계120(S120)에 따른 업데이트 빈도의 유형 결정 결과 핫 페이지로 결정된 경우에, 컨트롤 유닛(121-3)은 핫 페이지로 결정된 논리적 페이지를 핫 액티브 블록에 포함된 물리적 페이지에 할당하고, 할당된 물리적 페이지에 라이트 요구된 논리적 페이지의 데이터를 라이트하도록 저장 장치(120)를 제어한다(S310).

단계120(S120)에 따른 업데이트 빈도의 유형 결정 결과 콜드 페이지로 결정된 경우에, 컨트롤 유닛(121-3)은 콜드 페이지로 결정된 논리적 페이지를 콜드 액티브 블록에 포함된 물리적 페이지에 할당하고, 할당된 물리적 페이지에 라이트 요구된 논리적 페이지의 데이터를 라이트하도록 저장 장치(120)를 제어한다(S320).

다음으로, 컨트롤 유닛(121-3)은 핫 액티브 블록의 모든 페이지가 소진되었는지를 판단한다(S330). 즉, 핫 액티브 블록의 모든 페이지들이 논리적 페이지에 매핑되어 데이터가 저장되었는지를 판단한다.

또한, 컨트롤 유닛(121-3)은 콜드 액티브 블록의 모든 페이지가 소진되었는지를 판단한다(S340). 즉, 콜드 액티브 블록의 모든 페이지들이 논리적 페이지에 매핑되어 데이터가 저장되었는지를 판단한다.

단계330(S330) 또는 단계340(S340)의 판단 결과 핫 액티브 블록 또는 콜드 액티브 블록의 모든 페이지가 소진된 경우에는, 해당 핫 액티브 블록 또는 콜드 액티브 블록을 데이터 블록으로 이동시키고, 이동되는 데이터 블록에 현재의 블록 시퀀스 번호를 할당한다(S350).

그리고, 컨트롤 유닛(121-3)은 현재 설정되어 있는 블록 시퀀스 번호를 '1' 증가시킨다(S360).

만일 단계330(S330) 또는 단계340(S340)의 판단 결과 핫 액티브 블록 또는 콜드 액티브 블록의 모든 페이지가 소진되지 않은 경우에는 단계를 종료한다.

위와 같은 방식으로 도 17에 도시된 단계130(S130)을 수행할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일실시 예에 따른 저장 장치(120)에서의 가비지 컬렉션 처리 방법에 대하여 도 20의 흐름도를 참조하여 설명하기로 한다. 참고적으로, 도 20의 흐름도는 도 3에 도시된 컨트롤 유닛(121-3)의 제어에 의하여 수행될 수 있다.

컨트롤 유닛(121-3)은 프리 블록의 개수가 초기 설정된 임계 개수(Nth)보다 작은지 판단한다(S410).

단계410(S410)의 판단 결과 프리 블록의 개수가 초기 설정된 임계 개수(Nth)보다 작은 경우에는 컨트롤 유닛(121-3)은 데이터 블록들 중에서 희생 블록(victim block)을 선택한다(S420).

희생 블록을 선택하는 단계420(S420)에 대한 세부적인 흐름도를 도 21에 도시하였다. 도 21을 참조하여, 단계420(S420)의 세부적인 프로세스를 설명하면 다음과 같다.

컨트롤 유닛(121-3)은 데이터 블록에서 윈도우를 벗어난 핫 데이터 블록이 존재하는지를 판단한다(S510).

단계510(S510)의 판단 결과 데이터 블록에서 윈도우를 벗어난 핫 데이터 블록이 존재하는 경우에, 컨트롤 유닛(121-3)은 윈도우를 벗어난 핫 데이터 블록을 희생 블록으로 선택한다(S520).

단계510(S510)의 판단 결과 데이터 블록에서 윈도우를 벗어난 핫 데이터 블록이 존재하지 않는 경우에, 컨트롤 유닛(121-3)은 윈도우를 벗어난 나머지 데이터 블록에서 가비지 컬렉션 코스트가 가장 적은 데이터 블록을 희생 블록으로 선택한다(S530). 즉, 윈도우를 벗어난 데이터 블록들 중에서 무효한 페이지 개수가 가장 큰 데이터 블록을 가비지 컬렉션 처리를 위한 희생 데이터 블록으로 선택한다.

위와 같은 방식으로 희생 데이터 블록을 선택할 수 있다.

다시 도 20을 참조하면, 단계420(S420)을 수행하고 나서, 컨트롤 유닛(121-3)은 희생 데이터 블록의 유효 페이지를 컴팩션 액티브 블록의 빈 페이지에 복사(copy)한다(S430).

다음으로, 컨트롤 유닛(121-3)은 희생 데이터 블록을 소거 처리한다(S440).

다음으로, 컨트롤 유닛(121-3)은 소거 처리된 희생 데이터 블록을 프리 블록으로 이동시킨다(S450).

이와 같은 방식으로 가비지 컬렉션 동작을 수행할 수 있게 된다.

다음으로, 본 발명의 실시 예에 따른 방법을 적용한 경우의 WAF와 DAC(Dynamic Data Clustering) 방식에 따른 WAF를 도 22a ~ 22c에 도시하였다.

세부적으로, 도 22a는 다양한 워크로드에서의 DAC-Level 4 방식을 적용하여 산출된 WAF를 도시한 그래프이고, 도 22b는 다양한 워크로드에서의 DAC-Level 2 방식을 적용하여 산출된 WAF를 도시한 그래프이고, 도 22c는 다양한 워크로드에서의 본 발명에 따른 핫/콜드 분리 방법을 적용하여 산출된 WAF를 도시한 그래프이다.

참고적으로, DAC 방식은 핫/콜드 판정 시에 N가지의 쓰기 빈도 유형으로 판별한다. N 레벨의 유형으로 나눈 DAC를 DAC-Level N 방식이라 칭한다. N가지의 쓰기 빈도 유형으로 판별하기 위해서 특정 시간 동안에 업데이트가 발생했는지를 평가한다. 만약에 주어진 논리적 페이지가 설정된 기준 시간(Time threshold) 내에 업데이트가 일어나면 핫 레벨을 한 단계 높이고, 기준 시간 이후에 업데이트가 일어나면 핫 레벨을 유지한다. 또한, 가비지 컬렉션이 발생하면 희생 블록 내의 유효한 논리적 페이지가 기준 시간이 지났다면 해당 논리적 페이지의 핫 레벨을 한 단계 낮추고, 기준 시간 이전이라면 핫 레벨을 유지한다. DAC 방식은 페이지마다 타임스탬프를 사용하여 시간의 경과를 확인한다.

입력 워크로드는 (핫 데이터: 콜드 데이터 쓰기 비율, 핫 데이터의 영역 크기) 로 표시할 수 있다. 입력 워크로드를 (random), (2:1, 1/200), (1:1, 1/100), (random), (1:1, 1/400), (2:1, 1/25) 로 설정한 경우의 본 발명에서 제안하는 모델에 따른 WAF를 도 22c에 도시하였고, DAC-Level 4, DAC-Level 2 방식을 적용한 경우의 WAF를 도 22b ~ 22c에 도시하였다.

도 22a ~ 도 22c를 참조하면, 본 발명에서 제안한 모델에 따른 WAF는 DAC-Level 2 방식에 따른 WAF에 비하여 최대 40%의 이득이 발생된다는 사실을 알 수 있다.

도 23은 본 발명의 실시 예에 따른 컴퓨터 시스템 장치를 나타내는 블록도이다.

본 발명의 실시 예에 따른 컴퓨터 시스템(1000)은 버스(1600)에 전기적으로 연결된 프로세서(CPU, 1200), RAM(1300), 사용자 인터페이스(UI, 1400) 및 저장 장치(1100)를 구비한다. 저장 장치(1100)는 메모리 컨트롤러(1110) 및 메모리 장치(1120)를 포함한다. 메모리 장치(1120)에는 프로세서(1200)에 의해서 처리된 또는 처리될 데이터가 메모리 컨트롤러(1110)를 통해 저장될 것이다. 도 23의 저장 장치(1100)에는 본 발명의 실시 예에 따른 저장 장치(120)가 적용될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 컴퓨터 시스템(1000)은 파워 공급 장치(1500)를 더 구비할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 컴퓨터 시스템(1000)은 모바일 장치인 경우, 컴퓨터 시스템의 파워 공급 장치(1500)는 배터리 일 수 있으며, 베이스밴드 칩셋(baseband chipset)과 같은 모뎀이 추가적으로 제공될 수도 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 컴퓨터 시스템 장치(1000)에는 응용 칩셋(application chipset), 카메라 이미지 프로세서(Camera Image Processor: CIS), 모바일 디램, 등이 더 제공될 수 있음은 이 분야의 통상적인 지식을 습득한 자들에게 자명한 사항인 바, 더 자세한 설명은 생략한다.

도 24는 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 카드를 나타내는 블록도이다.

도 24를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 카드(2000)는, 메모리 컨트롤러(2020) 및 메모리 장치(2010)를 구비한다. 메모리 컨트롤러(2020)는 입출력 수단(2030)을 통해 수신되는 외부의 호스트의 요청에 응답하여 메모리 장치(2010)로의 데이터 기입 또는 메모리 장치(2010)로부터의 데이터 독출을 제어한다. 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 카드(2000)의 메모리 컨트롤러(2020)는 상기와 같은 제어 동작을 수행하기 위해, 각각 호스트 및 메모리 장치(2010)와의 인터페이스를 수행하는 인터페이스 및 RAM 등을 구비할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 카드(2000)는 도 1의 저장 장치(120)로 구현될 수 있다.

도 24의 메모리 카드(2000)는 컴팩트 플래시 카드(CFC: Compact Flash Card), 마이크로 드라이브(Micro drive), 스마트 미디어 카드(SMC: Smart Media Card) 멀티미디어 카드(MMC: Multimedia Card), 보안 디지털 카드(SDC: Security Digital Card), 메모리 스틱(Memory Stick), 및 USB 플래시 메모리 드라이버 등으로 구현될 수 있다.

도 25는 솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive; SSD)를 포함하는 서버 시스템 및 네트워크 시스템을 나타내는 도면이다.

도 25를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 시스템(4000)은 네트워크를 통해 연결되는 서버 시스템(4100) 및 다수의 단말들(4200_1~4200_n)을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 서버 시스템(4100)은 네트워크에 연결되는 다수의 단말들(4200_1~4200_n)로부터 수신되는 요청을 처리하는 서버(4120) 및 단말들(4200_1~4200_n)로부터 수신되는 요청에 대응되는 데이터를 저장하는 SSD를 포함할 수 있다. 이때, 도 25의 SSD(4110)는 도 1에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 저장 장치(120)로 구현될 수 있다.

한편, 상기에서 설명된 본 발명에 따른 플래시 메모리 시스템은 다양한 형태들의 패키지를 이용하여 실장 될 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 메모리 시스템은 PoP(Package on Package), Ball grid arrays(BGAs), Chip scale packages(CSPs), Plastic Leaded Chip Carrier(PLCC), Plastic Dual In-Line Package(PDIP), Die in Waffle Pack, Die in Wafer Form, Chip On Board(COB), Ceramic Dual In-Line Package(CERDIP), Plastic MetricQuad Flat Pack(MQFP), Thin Quad Flatpack(TQFP), Small Outline(SOIC), Shrink Small Outline Package(SSOP), Thin Small Outline(TSOP), Thin Quad Flatpack(TQFP), System In Package(SIP), Multi Chip Package(MCP), Wafer-level Fabricated Package(WFP), Wafer-Level Processed Stack Package(WSP), 등과 같은 패키지들을 이용하여 실장될 수 있다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 데이터 저장 시스템 110 : 호스트 기기
120 : 저장 장치 121 : 메모리 컨트롤러
122 : 메모리 장치 110-1 : 프로세서
110-2 : ROM 110-3 : RAM
110-4 : 저장 장치 인터페이스 110-5 : 사용자 인터페이스
110-6 : 버스 121-1 : 호스트 인터페이스
121-2 : RAM 121-3 : 컨트롤 유닛
121-4 : ECC 처리부 121-5 : 메모리 인터페이스
121-6 : 버스 1000 : 컴퓨터 시스템
1100 : 저장 장치 1110 : 메모리 컨트롤러
1120 : 메모리 장치 1200 : 프로세서
1300 : RAM 1400 : 사용자 인터페이스
1500 : 파워 공급 장치 2000 : 메모리 카드
2010 : 메모리 장치 2020 : 메모리 컨트롤러
4000 : 네트워크 시스템 4100 : 서버 시스템
4110 : SSD 4120 : 서버
4200_1 ~ 4200_n : 다수의 단말들

Claims

메모리 장치에서 라이트되는 순서에 기초하여 데이터 블록들을 배열하는 단계;
라이트 요구에 따라서 무효화되는 물리적 페이지가 상기 배열된 데이터 블록들 중에서 가장 최근에 라이트된 데이터 블록을 기준으로 초기 설정된 윈도우 사이즈 내의 블록에 존재하는지에 기초하여 라이트 요구된 논리적 페이지의 데이터에 대한 업데이트 빈도의 유형을 결정하는 단계; 및
상기 업데이트 빈도의 유형별로 분리된 메모리 장치의 저장 영역에 상기 결정된 업데이트 빈도의 유형에 따라서 라이트 요구된 논리적 페이지에 대한 데이터를 저장하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 메모리 장치의 저장 영역 관리 방법.
제1항에 있어서, 상기 라이트 요구에 따라서 무효화되는 물리적 페이지가 없는 경우에는 상기 라이트 요구된 논리적 페이지를 콜드 페이지로 결정하는 것을 특징으로 하는 메모리 장치의 저장 영역 관리 방법.
제1항에 있어서, 상기 라이트 요구에 따라서 무효화되는 물리적 페이지가 상기 배열된 데이터 블록들 중에서 가장 최근에 라이트된 데이터 블록을 기준으로 초기 설정된 윈도우 사이즈 내의 데이터 블록에 존재하는 경우에는 상기 라이트 요구된 논리적 페이지를 핫 페이지로 결정하고, 그렇지 않은 경우에는 상기 라이트 요구된 논리적 페이지를 콜드 페이지로 결정하는 것을 특징으로 하는 메모리 장치의 저장 영역 관리 방법.
제3항에 있어서, 상기 핫 페이지로 결정된 논리적 페이지는 핫 액티브 블록으로 설정된 액티브 블록에 포함된 물리적 페이지로 할당하고, 상기 콜드 페이지로 결정된 논리적 페이지는 콜드 액티브 블록으로 설정된 액티브 블록에 포함된 물리적 페이지로 할당함을 특징으로 하는 메모리 장치의 저장 영역 관리 방법.
제4항에 있어서, 상기 핫 액티브 블록 또는 콜드 액티브 블록에 포함된 모든 페이지들에 데이터가 저장되면 해당 액티브 블록을 데이터 블록으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 메모리 장치의 저장 영역 관리 방법.
제5항에 있어서, 상기 핫 액티브 블록 또는 콜드 액티브 블록이 데이터 블록으로 옮겨질 때마다 데이터 블록에 부여되는 시퀀스 번호를 1씩 증가시키고, 상기 데이터 블록에 부여된 시퀀스 번호에 기초하여 메모리 장치에서 라이트되는 순서에 따른 데이터 블록들을 배열하는 것을 특징으로 하는 메모리 장치의 저장 영역 관리 방법.
제1항에 있어서, 상기 데이터 블록들을 배열하는 단계는 데이터 블록들 중에서 가비지 컬렉션에 의하여 생성되는 데이터 블록들은 제외시키는 것을 특징으로 하는 메모리 장치의 저장 영역 관리 방법.
제1항에 있어서, 상기 윈도우 사이즈는 라이트된 순서에 따라 배열된 블록들에 대한 무효한 페이지 수에 따라서 산출되는 라이트 코스트에 기초하여 가장 낮은 라이트 코스트가 예측되는 윈도우 사이즈로 결정함을 특징으로 하는 메모리 장치의 저장 영역 관리 방법.
제1항에 있어서, 가비지 컬렉션 처리를 수행하는 단계를 더 포함하고,
상기 가장 최근에 라이트된 데이터 블록을 기준으로 초기 설정된 윈도우 사이즈를 벗어난 핫 데이터 블록이 존재하면 상기 핫 데이터 블록을 상기 가비지 컬렉션 처리를 위한 희생 데이터 블록으로 선택하고, 상기 가장 최근에 라이트된 데이터 블록을 기준으로 초기 설정된 윈도우 사이즈를 벗어난 핫 데이터 블록이 존재하지 않으면 상기 윈도우 사이즈를 벗어난 데이터 블록들 중에서 무효한 페이지 개수가 가장 큰 데이터 블록을 상기 가비지 컬렉션 처리를 위한 희생 데이터 블록으로 선택하는 것을 특징으로 하는 메모리 장치의 저장 영역 관리 방법.
데이터를 저장하는 메모리 장치; 및
상기 메모리 장치에서 라이트되는 순서에 기초하여 블록 시퀀스 정보를 생성시키고, 상기 블록 시퀀스 정보 및 매핑 테이블 정보를 이용하여 라이트 요구된 논리적 페이지 어드레스에 이전에 매핑되어 있는 유효한 물리적 페이지 어드레스가 상기 블록 시퀀스 정보에 기초하여 배열된 블록들 중에서 가장 최근에 라이트된 블록을 기준으로 초기 설정된 윈도우 사이즈 내의 블록에 존재하지 여부에 따라 상기 라이트 요구된 논리적 페이지의 데이터에 대한 업데이트 빈도의 유형을 결정하고, 상기 결정된 업데이트 빈도의 유형에 기초하여 상기 라이트 요구된 논리적 페이지에 대한 메모리 장치의 물리적 페이지 어드레스를 할당하는 메모리 컨트롤러를 포함함을 특징으로 하는 저장 장치.