KR20130100727A - Shingle-written magnetic recording(smr) device with hybrid e-region - Google Patents

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KR20130100727A
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데이비드 로비슨 홀
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에이취지에스티 네덜란드 비.브이.
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Abstract

PURPOSE: A singled write magnetic recording (SMR) device with a hybrid E-area is provided to be optimized by using tradeoff between performance and cost. CONSTITUTION: A singled write magnetic recording disk drive includes an I-area (13), a disk E-area (16), a memory E-area (19), and a system electronic device (21). The disk has a plurality of circular concentric tracks in which data is stored, and a magnetic thin film coating. The I-area includes the tracks of a first subset. The disk E-area includes the tracks of a second subset. The memory E-area includes an exception records that is stored in a non-volatility solid state memory. The system electronic device re-stages the exceptional record of first set from the disk E-area to the memory E-area according to the first order that is output from the disk E-area, and the set of exceptional records is recorded in the disk E-area according to the different sequence to the first order. [Reference numerals] (10) Storage device; (11) Host/user; (12) Thin films on a disc; (13) I-area; (14) Cache; (15) Guard area; (16) E-area; (19) E-area of a flash memory; (21) Electronic device of an SMR system

Description

하이브리드 E 영역을 갖는 싱글 기입 자기 기록(SMR)장치{SHINGLE-WRITTEN MAGNETIC RECORDING(SMR) DEVICE WITH HYBRID E-REGION}Single write magnetic recording (SMR) device with hybrid E area {SHINGLE-WRITTEN MAGNETIC RECORDING (SMR) DEVICE WITH HYBRID E-REGION}

본 출원은 2011년 5월 23일자 출원되어 일련 번호가 61/489,174로 통상적으로 부여된 가출원에 관한 것으로, 이 가출원의 이점을 35 U.S.C. 119(e)에 따라 청구한다.This application relates to provisional applications, filed May 23, 2011, and which is typically assigned the serial number 61 / 489,174. The benefit of this provisional application is 35 U.S.C. Claim in accordance with 119 (e).

참고로 통합된, 2011년 7월 18일자 출원되어 일련 번호가 13/135,953으로 통상적으로 부여된 특허 출원은, 본 출원에 언급된 2배 기입 캐시 영역을 갖는 SMR 드라이브 실시예들을 기술하고 있다.The patent application, filed Jul. 18, 2011, commonly assigned serial number 13 / 135,953, incorporated by reference, describes SMR drive embodiments with the double write cache region referred to in this application.

본 발명은 데이터 저장 장치 아키텍쳐의 분야, 특히, 싱글-기입 자기 기록(SMR) 장치에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the field of data storage architectures, in particular single-write magnetic recording (SMR) devices.

자기 매체를 갖는 통상적인 디스크 드라이브들은 거리를 두고 있는 동심 트랙들에 데이터를 편성하고 있다. 싱글구조 기입(shingled writing)의 개념은, 수직 자기 기록의 형태로 되고 자기 기록의 면 밀도(areal density)를 증대시키는 방법으로서 기술되고 있다. 싱글 기입 자기 기록(SMR) 매체에 있어서, 인접한 트랙들의 영역(밴드)은, 하나 이상의 미리 기입된 트랙들과 중첩하도록 기입된다. 싱글구조의 트랙들은, 임의의 순서로 기입될 수 있는 통상적으로 분리된 트랙들과 달리 순차적으로 기입되어야 한다. 디스크 표면상의 트랙들은 복수의 싱글 영역(I-영역이라고도 지칭) 내에 편성된다. I-영역에 대한 싱글 기입의 방향은, 내경(ID)으로부터 외경(OD)으로 또는 OD로부터 ID로 될 수 있다. 디스크는 또한 동일 면상에 두 방향으로 싱글구조로 될 수 있으며, 이때 두 개의 영역들은 대략 중간 직경 지점에서 만난다. 한 영역에 함께 싱글구조로 된 트랙들의 수는 싱글 기입의 주요 성능 파라미터이다. 싱글 구조로 일단 기입되면, 개별 트랙은 제 위치에서 갱신될 수 없는 데, 그 이유는 중첩 트랙들에 데이터를 겹쳐 써서 파괴하기 때문이다. 따라서, 유저의 관점에서, 싱글 기입 데이터 트랙들은 비슷한 추가 전용 로그들을 때때로 고려한다. SMR 드라이브들의 성능을 향상시키기 위해, 자기 매체의 일부는, 궁극적으로 I-영역에 기입될 데이터에 대한 스테이징 영역으로 사용되는 하나 이상의 소위 "예외 영역"(E-영역)에 할당된다. E-영역은 때때로 E 캐시로 지칭된다. SMR 드라이브에 있어서의 대부분의 데이터는 I-영역들에 순차적으로 저장되도록 기대되며, 현재 I-영역들에 저장되지 않은 데이터 기록들은 순차적인 I-영역 저장영역에 대해 "예외"로서 고려될 수 있다. 무작위 순서로 된 기입들이 수신되었을 때, 이들은 일반적으로 수신된 순서로 디스크 E-영역에 저장된다. Conventional disk drives with magnetic media organize data on concentric tracks that are spaced apart. The concept of shingled writing is described as a method of increasing the area density of magnetic writing in the form of vertical magnetic writing. In a single write magnetic recording (SMR) medium, an area (band) of adjacent tracks is written to overlap one or more pre-written tracks. Tracks in a single structure must be written sequentially, unlike conventionally separated tracks, which can be written in any order. The tracks on the disc surface are organized into a plurality of single regions (also called I-regions). The direction of single writing for the I-region can be from inner diameter (ID) to outer diameter (OD) or from OD to ID. The disc can also be single in two directions on the same plane, where the two regions meet at approximately mid-diameter points. The number of tracks that are single structured together in one area is the main performance parameter of the single write. Once written in a single structure, individual tracks cannot be updated in place because they destroy the data by overwriting the overlapping tracks. Thus, from the user's point of view, single write data tracks sometimes consider similar additional dedicated logs. In order to improve the performance of SMR drives, part of the magnetic medium is allocated to one or more so-called "exception zones" (E-regions) that are ultimately used as staging areas for data to be written to the I-regions. E-regions are sometimes referred to as E caches. Most data in an SMR drive is expected to be stored sequentially in the I-areas, and data records not currently stored in the I-areas may be considered as an "exception" for sequential I-area storage. . When writes in random order have been received, they are generally stored in the disk E-area in the received order.

산비도(Sanvido) 등의 미국 특허 7,965,465(2011년 6월 21일)는, 순차적으로 기입되어야 하는 SMR 디스크 저장장치의 싱글구조(shingled)의 블록들에 기록들을 갱신하는 것을 용이하게 하도록 캐시 메모리를 사용하기 위한 기술을 개시하고 있다.Sanvido et al. US Pat. No. 7,965,465 (June 21, 2011) discloses a cache memory to facilitate updating records in shingled blocks of SMR disk storage that must be written sequentially. Disclosed are techniques for use.

싱글 기입 저장 장치의 내부 아키텍쳐에 있어서의 어드레스 간접지정은, SMR과 관련된 복잡성으로부터 호스트를 보호하기에 유용하다. 통상적으로 호스트 파일 시스템들은, 저장 장치에 의해 내부적으로 사용되는 실제 장소들(물리적 블록 어드레스(PBA))를 무시하고 데이터의 판독 및 기입 블록들에 대한 명령들의 논리적 블록 어드레스들(LBA들)을 사용한다. 하드 디스크 드라이브들은, 무엇보다도, 디스크상의 불량 섹터들이 이 목적을 위해 예비되어 있는 양호한 섹터들로 리매핑될 수 있도록 수십년 동안 일정 레벨의 LBA-PBA 간접지정을 갖고 있다. 어드레스 간접지정은 전형적으로 드라이브의 아키텍쳐의 컨트롤러 부분에서 실시된다. 이 컨트롤러는 호스트 커맨드들에 있어서의 LBA들을 내부의 물리적 어드레스로, 또는 물리적 어드레스가 궁극적으로 도출될 수 있는 중간 어드레스로 번역한다.Address indirection in the internal architecture of a single write storage device is useful to protect the host from the complexity associated with SMR. Host file systems typically use logical block addresses (LBAs) of instructions for read and write blocks of data, ignoring the actual places (physical block address (PBA)) used internally by the storage device. do. Hard disk drives have, among other things, a level of LBA-PBA indirection for decades so that bad sectors on the disk can be remapped into good sectors reserved for this purpose. Address indirection is typically done in the controller portion of the architecture of the drive. This controller translates the LBAs in host commands into an internal physical address or an intermediate address from which the physical address can ultimately be derived.

결점들에 대한 종래의 LBA-PBA 도표화(mapping)는 종종 변경될 필요가 없다. 이에 반해, SMR 장치에 있어서, 논리적 블록 어드레스(LBA)에 있어서의 물리적 블록 어드레스(PBA)는 빈번히 변경될 수 있다. 간접지정 시스템은, 호스트 LBA들과 매체 상의 현재 물리적 장소들 간에 동적 번역 층을 제공한다. SMR 시스템에 있어서, LBA-PBA 도표화는 모든 기입 동작에 따라 변경될 수 있는 데, 이는 상기 시스템이, LBA에 대한 호스트 데이터가 기입될 매체 상의 물리적 장소를 동적으로 결정하기 때문이다. 동일 LBA에 대한 데이터는, 호스트 LBA가 갱신되는 다음 회에 다른 장소에 기입된다. 더욱이, 드라이브는, RAM에 있어서의 기입 캐시들, 디스크 상의 기입 캐시들, 디스크 상의 E-영역 및 디스크 상의 I-영역들 간에 데이터를 자동으로 이동시킨다. 데이터에 대한 LBA들은 드라이브가 그 저장된 데이터를 갖는 곳에 무관하게 그대로 유지된다. LBA가 그대로 있는 동안 한 PBA로부터 다른 것으로 데이터 섹터들을 이동시키도록, 단편화 제거(defragmentation)와 같은 배경 처리도 상기 장치에 의해 자동으로 실행된다.Conventional LBA-PBA mapping for defects often does not need to be changed. In contrast, in the SMR apparatus, the physical block address PBA in the logical block address LBA may be changed frequently. The indirection system provides a dynamic translation layer between host LBAs and current physical locations on the medium. In an SMR system, LBA-PBA charting can change with every write operation because the system dynamically determines the physical location on the medium on which host data for the LBA is to be written. Data for the same LBA is written to another place the next time the host LBA is updated. Moreover, the drive automatically moves data between write caches in RAM, write caches on disk, E-regions on disk and I-regions on disk. LBAs for data remain intact, regardless of where the drive holds its stored data. Background processing, such as defragmentation, is also executed automatically by the device to move data sectors from one PBA to another while the LBA remains intact.

단편화 제거는 일반적으로, 단편화 현상(fragmentation)을 제거 또는 감소시키기 위해 파일 또는 데이터베이스 시스템에 있는 기록들을 재편성하는 과정을 기술하도록 종종 사용되는 용어이다. 기록들이 갱신 또는 제거되었을 때의 SMR I-영역에 있어서, 통상적으로 무효 또는 '스테일(stale)' 데이터로 지칭되는 작은 자유 공간들의 수가 증가한다. 단편화 제거의 과정은, 기록들을 물리적으로 이동시킴으로써 이 기록들을 더욱 근접시키도록 함과 동시에 더 크고 더 유용한 자유 영역들을 생성한다. DRAM은 전형적으로 리스테이징(restaging)에 사용되는 데 이는 기록들의 효율적인 분류를 적절한 시퀀스로 행할 수 있기 때문이다. SMR 드라이브들에 있어서는 효율적인 단편화 제거가 장치의 전체 성능에 있어서의 중요한 요인이다.Fragmentation is generally a term often used to describe the process of reorganizing records in a file or database system to eliminate or reduce fragmentation. In the SMR I-region when records are updated or removed, the number of small free spaces, commonly referred to as invalid or 'stale' data, increases. The process of defragmentation makes these records closer by physically moving them, while creating larger and more useful free areas. DRAM is typically used for restaging because efficient sorting of records can be done in the proper sequence. For SMR drives, efficient defragmentation is an important factor in the overall performance of the device.

본 발명의 실시예들은, 디스크상의 자기 매체 E-영역들에 부가하여 비휘발성 솔리드 스테이트 메모리 E-영역을 갖는 SMR 디스크 드라이브들을 포함한다. 솔리드 스테이트 메모리와 디스크상의 E-영역들의 조합을 하이브리드 E-영역으로 지칭한다. 본 발명의 실시예들에서, 솔리드 스테이트 메모리 E-영역은 디스테이징 및/또는 리스테이징으로 지칭되는 동작에 대해 사용될 수 있다. 메모리 E-영역은, 디스크 E-영역에서 탐색을 행할 때 소비되는 시간 및 에너지를 감소시키기 위해 예외 기록들의 세트들을 순차화하도록 사용될 수 있다. 디스크상의 전체 E-영역 용량에 대한 솔리드 스테이트 메모리 E-영역의 크기의 비율은 성능과 비용 간의 상호균형(tradeoff)을 이용하여 본 발명에 따라 선택된 응용들에 대해 최적화될 수 있다. 예컨대, 전체 디스크 E-영역 용량의 10%인 메모리 E-영역 크기를 갖는 실시예는, 디스크-온리(only) E-영역 예보다 실질적으로 향상된 성능을 달성하며 또한 NAND-온리 메모리 E-영역에서 요구되는 비용을 절감하는 결과로 이어진다.Embodiments of the present invention include SMR disk drives having a nonvolatile solid state memory E-region in addition to magnetic medium E-regions on the disk. The combination of solid state memory and E-regions on disk is referred to as a hybrid E-region. In embodiments of the present invention, the solid state memory E-region may be used for an operation referred to as destaging and / or restaging. The memory E-region can be used to sequence sets of exception writes to reduce the time and energy consumed when doing a search in the disk E-region. The ratio of the size of the solid state memory E-area to the total E-area capacity on the disk can be optimized for applications selected in accordance with the present invention using a tradeoff between performance and cost. For example, an embodiment having a memory E-area size that is 10% of the total disk E-area capacity, achieves substantially improved performance over the disk-only E-area example, and also achieves performance in the NAND-only memory E-area. This results in a reduction in the required cost.

일 실시예에서, 1 세트의 들어오는 기입 예외들이 우선 솔리드 스테이트 메모리 E-영역에 저장된 다음, 디스크 E-영역에 디스테이지되기 전에 재순서화(reordering) 된다. 솔리드 스테이트 메모리 E-영역을 사용함으로써, 재순서화가 순차화를 향상시키고 데이터 기록들이 디스크 저장장치에 수용될 때 요구되는 탐색들을 감소시킨다. In one embodiment, one set of incoming write exceptions are first stored in the solid state memory E-area and then reordered before being destaged in the disk E-area. By using the solid state memory E-area, reordering improves sequencing and reduces the searches required when data records are accommodated in disk storage.

다른 실시예에서, 비휘발성 솔리드 스테이트 메모리 E-영역은, 예컨대 단편화 제거 과정에 있어서와 같이, 재순서화 될 필요가 있는 디스크에 사전에 기입된 다음, 디스크에 재기입된 데이터를 리스테이징하기 위해 사용된다. 디스테이징 및 리스테이징 실시예들은 함께 사용될 수 있다.In another embodiment, the non-volatile solid state memory E-region is used for restage of data that has been previously written to the disk that needs to be reordered, such as in a defragmentation process, and then rewritten to the disk. do. Destaging and restaging embodiments may be used together.

디스크상에 자기 매체 E-영역에 더하여 비휘발성 솔리드 스테이트 메모리 E-영역을 포함하는 하이브리드 E-영역을 갖는 SMR 디스크 드라이브들이 기술된다. 메모리 E-영역은, 디스크 E-영역에서 탐색들을 실행할 때 시간 및 에너지 소비를 감소시키기 위해 예외 기록들의 세트들을 순차화시키도록 디스테이징 및/또는 리스테이징으로 지칭되는 동작들에 사용될 수 있다. 디스크상의 전체 E-영역 용량에 대한 솔리드 스테이트 메모리 E-영역의 크기의 비는 성능과 비용 간의 상호균형을 이용하여 본 발명에 따라 선택된 응용에 대해 최적화될 수 있다. 예컨대, 전체 디스크 E-영역 용량의 10%인 메모리 E-영역 크기를 갖는 실시예는 디스크-온리 E-영역 예보다 상당한 성능 향상을 달성하며 또한 NAND-온리 메모리 E-영역에서 요구되는 것보다 적은 비용을 가능케 한다.SMR disc drives are described that have a hybrid E-area on a disk that includes a non-volatile solid state memory E-area in addition to a magnetic medium E-area. The memory E-region may be used for operations referred to as destaging and / or restaging to sequence sets of exception writes to reduce time and energy consumption when performing searches in the disk E-region. The ratio of the size of the solid state memory E-area to the total E-area capacity on the disk can be optimized for the application selected according to the invention using the trade-off between performance and cost. For example, an embodiment having a memory E-area size that is 10% of the total disk E-area capacity achieves significant performance improvements over the disk-only E-area example and also requires less than that required in the NAND-only memory E-area. Enable cost.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 E-영역들을 갖는 SMR 데이터 저장 장치를 도시한다.
도 2는, 수직축상의 유지 IOP 대 수평축상의 재독출률(초당 탐색들)을 나타낸 그래프로, 디스크-온리 E-영역을 갖는 SMR 드라이브, 및 1 GB, 2 GB, 4 GB 및 8 GB의 NAND 플래시 크기를 갖는 하이브리드 E-영역들을 갖는 본 발명의 실시예들에 따른 4개 드라이브들에 대한 것이다.
도 3은, 본 발명에 따른 디스테이징을 위한 NAND 하이브리드 E-영역 및 디스크-온리 E-영역을 사용하여 PMR 성능을 충족하도록 요구되는 E-영역 크기를 나타낸 그래프이다.
도 4는, 각종 NAND E-영역 크기와 DRAM 재독출 버퍼 크기들 및 전송 길이를 갖는 장치들에 대한 사용자 용량 대 디스크 E-영역 크기의 백분율의 비를 나타낸 막대 그래프이다.
도 5는, 통상적인 PMR 드라이브, 디스크-온리 E-영역 SMR 드라이브 및 본 발명에 따른 하이브리드 E-영역 드라이브에 대해 무작위로 기입된 영역들에 대한 MB/초에 있어서의 순차적 독출 성능을 나타낸 그래프이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 NAND 플래시 E-영역으로부터 디스크 E-영역으로의 디스테이징 동안 데이터 블록들의 재순서화를 도시한다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크 E-영역의 단편화 제거 동안 데이터 블록들의 재순서화를 용이하게 하도록 디스크 E-영역으로부터의 데이터 블록들을 리스테이징할 때 NAND 플래시 E-영역을 사용하는 것을 도시한다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크 E-영역의 단편화 제거 동안 재순서화된 데이터 블록들의 NAND 플래시 E-영역으로부터 다시 디스크 E-영역으로 디스테이징하는 것을 도시한다.
1 illustrates an SMR data storage device having hybrid E-regions according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing sustained IOP on the vertical axis versus reread rate (seeks per second) on the horizontal axis, with an SMR drive with disk-only E-area, and NAND flash sizes of 1 GB, 2 GB, 4 GB and 8 GB. For four drives according to embodiments of the present invention having hybrid E-regions.
3 is a graph showing the E-region size required to meet PMR performance using NAND hybrid E-regions and disk-only E-regions for destaging in accordance with the present invention.
4 is a bar graph showing the ratio of user capacity to disk E-area size for devices with various NAND E-area sizes and DRAM reread buffer sizes and transfer lengths.
5 is a graph showing sequential read performance in MB / sec for randomly written regions for a conventional PMR drive, a disk-only E-region SMR drive, and a hybrid E-region drive according to the present invention. .
6 illustrates reordering of data blocks during destaging from a NAND flash E-region to a disk E-region according to one embodiment of the present invention.
7 illustrates the use of a NAND flash E-region when restage data blocks from a disk E-region to facilitate reordering of the data blocks during fragmentation removal of the disk E-region according to one embodiment of the present invention. Shows that.
8 illustrates destaging from the NAND flash E-region of the reordered data blocks back to the disk E-region during fragmentation removal of the disk E-region according to one embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 전자 장치(21)를 갖는 SMR을 사용한 데이터 저장 장치(DSD)를 도시한다. 상기 시스템 전자 장치(21)는 본 명세서에 기술된 것을 제외하고 종래 기술에 따라 작용하며, 종래 기능들을 행하는 시스템의 양태는 도시되지 않았다. 상기 시스템 전자 장치(21)는, 단일 칩에, 호스트 인터페이스, 컨트롤러, 서보 기능들, 마이크로프로세서, 펌웨어 프로그램 등을 전부 포함하는 집적 회로인 종래의 시스템-온 칩일 수 있다.1 illustrates a data storage device (DSD) using SMR having a system electronic device 21 according to an embodiment of the present invention. The system electronic device 21 operates according to the prior art except as described herein, and aspects of the system for performing the conventional functions are not shown. The system electronic device 21 may be a conventional system-on chip, which is an integrated circuit including a host interface, a controller, servo functions, a microprocessor, a firmware program, and the like, on a single chip.

호스트/유저(11)는 임의 형태의 컴퓨터일 수 있고 또한 네트워크를 포함하는 임의의 수단에 의해 상기 장치와 통신할 수 있다. "유저"라는 용어는 "호스트"와 호환가능하게 사용될 것이다. 다수의 호스트들도 종래 기술을 사용하여 장치와 통신할 수 있다. 박막들(12)은 자기 박막 코팅들이고, 이들은 전형적으로 하드 디스크(도시되지 않음)의 상면 및 하면 모두에 증착되고 장치는 다수의 디스크들을 가질 수도 있다. 막(12)은 도 1에 단면도로 도시되어 있다. 평면도에 있어서, 영역들은 복수의 동심상 원형 밴드들이다. 자기 박막들은 SMR 아키텍쳐에 사용하기 위해 포맷되어 있고, 이 실시예에서는 디스크 E-영역(16), I-영역들(13)(I 트랙으로도 지칭), 기입 캐시 영역들(14)(2배 기입 캐시 영역들이라고도 지칭), 및 가드(guard) 영역 또는 밴드들(15)을 포함한다. 비록 도 1에는 하나만 도시되어 있으나, 장치는 각 디스크 표면상에 다수의 E-영역들(16)을 가질 수 있고 통상적으로 다수의 디스크 표면들이 존재한다. 비휘발성의 솔리드 스테이트 메모리 E-영역(19)은 일반적으로 NAND 플래시 E-영역 또는 NAND E-영역으로 불린다. 디스크-온리 E-영역의 예보다 성능을 향상시키고 전력을 절감하기 위해 본 발명에 따라 NAND 플래시 E-영역(16)이 사용된다. 더욱이, NAND 플래시 E-영역(16)의 크기를, NAND-온리 E-영역에서 요구되는 것보다 상당히 작도록 설계함으로써 비용이 절감된다.The host / user 11 can be any type of computer and can also communicate with the device by any means including a network. The term "user" will be used interchangeably with "host". Multiple hosts can also communicate with the device using conventional techniques. Thin films 12 are magnetic thin film coatings, which are typically deposited on both the top and bottom surfaces of a hard disk (not shown) and the device may have multiple disks. Membrane 12 is shown in cross section in FIG. 1. In plan view, the regions are a plurality of concentric circular bands. Magnetic thin films are formatted for use in an SMR architecture, in this embodiment the disk E-region 16, I-regions 13 (also referred to as I tracks), write cache regions 14 (doubled). Also referred to as write cache regions), and a guard region or bands 15. Although only one is shown in FIG. 1, the device may have multiple E-regions 16 on each disk surface and typically there are multiple disk surfaces. Non-volatile solid state memory E-region 19 is generally referred to as NAND flash E-region or NAND E-region. NAND flash E-regions 16 are used in accordance with the present invention to improve performance and save power over the example of disk-only E-regions. Moreover, cost is saved by designing the size of the NAND flash E-region 16 to be significantly smaller than that required for the NAND-only E-region.

본 발명에 의해 해소되는 문제에 대한 다른 비유를 들면, 우편 배달에 대해 행해질 수 있다. 들어오는 서신들은 무작위 순서로 들어오므로 특정 목적지, 예컨대, 나라, 지역, 주, 우편 번호, 우편 루트, 배달 순서들로 분류할 필요가 있다. 우편 집배원이 주소를 제대로 보지 않고 우편물을 제멋대로 왔다 갔다 배달하는 것은 매우 비효율적일 것이다. Another analogy to the problem addressed by the present invention can be made for postal delivery. Incoming correspondences come in random order and need to be sorted into specific destinations such as country, region, state, zip code, postal route, delivery order. It would be very inefficient for a postman to deliver mail back and forth without seeing the address properly.

그래서 이 비유에 있어서, 기입 예외들은 서신들과 같이 기본적으로 무작위 순서로 수신되나, 이들을 들어오는 순서로 디스크에 기입하면 이는 후에 예외들의 순서를 바꿀 필요가 있을 때 매우 많은 시간이 들고 자원을 낭비하는 탐색들로 귀결된다. 예외들은 이들이 I-영역의 I 트랙에 효율적으로 기입될 수 있기 전에 여러 방법으로 편성될 필요가 있다. 우편번호에 의한 하이 레벨 선 분류는 타겟 I-영역에 의한 예외들을 편성하는 것에 비교될 수 있다. 예외들을 분류하는 다른 레벨은 LBA 시퀀스를 포함한다. 본 발명에 따라 상기 예외들을 분류하면, 탐색들의 개수가 상당히 감소되기 때문에 탐색 속도와 완전히 독립적인 유지 기입 성능을 가능케 한다. So in this analogy, write exceptions are received in basically random order, like letters, but writing them to disk in the order they come in can be very time consuming and resource-consuming when you later need to change the order of the exceptions. To the end. Exceptions need to be organized in several ways before they can be written efficiently to the I track of the I-region. High level line classification by postal code may be compared to organizing exceptions by target I-region. Other levels of classifying exceptions include LBA sequences. Categorizing the exceptions in accordance with the present invention enables maintenance write performance that is completely independent of the search speed since the number of searches is significantly reduced.

본원에 기술된 것 이외에, 일반적인 디스테이징 및 리스테이징 알고리즘이 NAND E-영역과 디스크 E-영역 간에 전후로 데이터 전송을 처리하도록 사용될 수 있다. 하기 설명에서, E-영역(19)에 사용된 비휘발성 솔리드 스테이트 메모리는 일반적으로 NAND 플래시로 지칭되는 데 그 이유는 이것이 현재 기술에 기초한 바람직한 기입 버퍼이기 때문이다. 그러나, 위상 변경 메모리, NOR 플래시, 및/또는 MRAM와 같은 어떤 형태의 비휘발성 솔리드 스테이트 버퍼 메모리도 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 상기 용어 "NAND"의 사용은 설명의 편의를 위한 것으로 발명의 실시예를 제한하기 위한 의미가 아니다.In addition to those described herein, general destaging and restaging algorithms may be used to handle data transfer back and forth between the NAND E-region and the disk E-region. In the following description, the nonvolatile solid state memory used in the E-region 19 is generally referred to as NAND flash because it is a preferred write buffer based on the current technology. However, any form of nonvolatile solid state buffer memory such as phase change memory, NOR flash, and / or MRAM may be used in accordance with the present invention. The use of the term "NAND" is for convenience of description and is not meant to limit the embodiments of the invention.

하이브리드 E-영역을 사용한 디스테이징Destaging Using Hybrid E-Area

기입 버퍼로서 NAND 플래시 E-영역(19)을 사용함으로써, 1 세트의 예외들은 이들이 디스크 E-영역(16)으로 디스테이징될 때 일반적으로 시퀀스로 재순서화될 수 있도록 된다. 디스크 E-영역에 대한 기입 전에 분류를 위한 큰 1 세트의 예외 기록들을 축적하는 것이 바람직하다. 따라서, 디스테이징은 일반적으로 디스테이징 시 I-영역당 예외들의 수를 최대화하도록 플래시 E-영역(19)에 빈 공간이 없을 때 기동되어야 한다. 이는 단편화 제거가 행해졌을 때 탐색(재독출)들의 수를 감소시킨다.By using the NAND flash E-region 19 as a write buffer, one set of exceptions can be generally reordered in sequence when they are destaged into the disk E-region 16. It is desirable to accumulate a large set of exception records for sorting before writing to the disk E-area. Thus, destaging should generally be activated when there is no free space in flash E-region 19 to maximize the number of exceptions per I-region upon destaging. This reduces the number of seeks (rereads) when fragmentation is done.

도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 NAND 플래시 E-영역(19)으로부터 디스크 E-영역(16)으로의 디스테이징 동안 예외 데이터 블록들의 재순서화의 도면이다. 시간경과에 따라, 호스트는 순차적, 역 순차적, 어떤 다른 비 무작위 순서 또는 기본적으로 무작위 순서로 기입 기록들을 보낼 수 있다. 본 발명은 기록들이 무작위 순서로 수신되었을 때 종래에 비해 가장 큰 이득을 제공한다. 도 6의 예에 있어서, 좌측의 LBA 블록들은 기본적으로 무작위 순서로 호스트/유저로부터 수신되고 NAND 플래시 E-영역에 위치되는 것으로 가정한다. 비록 예외 기록들은 NAND 플래시 E-영역에 시퀀스로 분류될 수 있으나, 기계적이고, 시간 소비적인 탐색들이 입력에서 입력으로 이동하는 것이 요구되지 않기 때문에 예외 LBA 블록들이 플래시 E-영역 내에 갖는 물리적 순서는 중요하지 않다. 중요한 점은, LBA 블록들의 세트가 개선된 순차적 순서로 디스크 E-영역에 디스테이징 된다는 점이다. 이는, 디스크 E-영역(16)이 종래 SMR에 있어서와 같이 완전 무작위 기입들을 포함하지 않는다는 것을 의미한다. 1 세트의 호스트 무작위 기입들(예외 기록들)의 초기 재순서화는 개별 예외들의 유효 재독출률을 증대시킨다. 탐색들의 수는 감소되지만, 이는 재독출률과는 다소 무관하다.6 is a diagram of reordering of exception data blocks during destaging from NAND flash E-region 19 to disk E-region 16 in accordance with one embodiment of the present invention. Over time, the host can send write records in sequential, reverse sequential, any other non-random order, or basically in random order. The present invention provides the greatest gain compared to the prior art when records are received in random order. In the example of FIG. 6, it is assumed that the left LBA blocks are received from the host / user in a random order by default and located in the NAND flash E-region. Although exception records can be sorted into sequences in the NAND flash E-area, the physical ordering of the exception LBA blocks within the flash E-area is important because mechanical and time-consuming searches are not required to move from input to input. Not. Importantly, the set of LBA blocks is destaged in the disk E-area in an improved sequential order. This means that disk E-region 16 does not contain completely random writes as in conventional SMR. Initial reordering of one set of host random writes (exception writes) increases the effective reread rate of individual exceptions. The number of searches is reduced, but this is somewhat independent of the reread rate.

이들 "스킵-순차적(skip-sequentials"은 리스테이징/단편화 제거에 따라 버스트 독출된다. 본 발명은 디스크 E-영역(16)에 대한 단편화 제거 과정 동안 무작위 탐색 수의 실질적 감소를 가능케 한다. 예외 기록들의 세트가 디스크 E-영역(16)에 기입될 때 또는 그 전에 이들의 재순서화는 시스템 전자 장치에 의해 달성되고 또한 마이크로 프로세서에 의해 실행되는 펌웨어 프로그램들에 의해 달성될 수 있다.These " skip-sequentials " are burst read out following restage / fragmentation removal The present invention allows for a substantial reduction in the number of random seeks during the defragmentation process for the disk E-region 16. Exception Recording When or before the set of these are written to the disk E-region 16, their reordering may be accomplished by firmware programs that are accomplished by the system electronics and also executed by the microprocessor.

디스크-온리 E-영역에서 더 많은 무작위 재독출들이 필요하기 때문에, 이는: a) 불량한 짧은 탐색 기구; b) 높은 분류 오버헤드; c) 큰 내부 대기행렬에 대한 불충분한 SRAM; 및 d) 높은 전력 소비의 문제가 있다. 이에 반해, 본 발명은, 리스테이지/단편화 제거 동안 재독출시에 보다 적은 수의 무작위 탐색을 가능케 함으로써, 디스크-온리 E-영역 설계에 따른 전술한 문제의 각각에 대한 개선을 행하며, 이는 상당한 전력을 절감할 수 있도록 한다. 비록 DRAM이 NAND 플래시 대신 사용될 수 있으나, DRAM보다는 NAND를 사용하는 것이 이득이다. NAND는 DRAM보다 MB당 약 10배 저렴하고, NAND는 DRAM과 달리 비휘발성이다.Since more random rereads are needed in the disk-only E-region, this may include: a) a poor short search mechanism; b) high sorting overhead; c) insufficient SRAM for large internal queues; And d) high power consumption. In contrast, the present invention makes improvements to each of the above-mentioned problems with disc-only E-region design by allowing fewer random searches during rereading during restage / fragmentation removal, which saves considerable power. Make savings possible. Although DRAM can be used instead of NAND flash, using NAND rather than DRAM is a benefit. NAND is about 10 times cheaper per MB than DRAM, and NAND is nonvolatile unlike DRAM.

하이브리드 E-영역 설계는 또한, 디스크 E-영역을 NAND 플래시 E-영역으로 100% 교체하는 것보다 비용이 덜 든다. 본 발명은, NAND E-영역의 크기가 전체 디스크 E-영역의 크기보다 상당히 작게 될 수 있도록 한다. 예컨대, 하기 데이터와 같이 NAND E-영역의 크기를 전체 디스크 E-영역 저장의 크기의 약 10%인 것으로 사용하면 향상된 성능을 달성한다. 10%의 NAND E-영역 크기를 사용하면 또한, NAND-온리 E-영역 설계의 증가 비용을 10%로 낮춘다. 성능 추정치(테이블 1 참조)는, 하이브리드 E-영역 설계에서의 디스테이징을 위해 사용되는 2GB의 NAND를 갖는 시스템이 32GB의 NAND-온리 E-영역(421 IOP들)을 갖는 시스템에 비견되는 성능인 498 IOP들을 달성할 수 있다. 표 1에서의 추정치는 2TB 유저 용량 및 4k RW IOP들을 추정한다. IOP들은 초당 입력/출력 동작들을 의미한다.Hybrid E-region designs are also less expensive than replacing disk E-regions with 100% NAND flash E-regions. The present invention allows the size of the NAND E-region to be significantly smaller than the size of the entire disk E-region. For example, using the size of the NAND E-region as about 10% of the size of the total disk E-region storage as shown in the following data achieves improved performance. Using a 10% NAND E-region size also reduces the cost of increasing the NAND-only E-region design to 10%. Performance estimates (see Table 1) indicate that a system with 2 GB NAND used for destaging in a hybrid E-region design is comparable to a system with 32 GB NAND-only E-region (421 IOPs). 498 IOPs can be achieved. The estimates in Table 1 estimate 2TB user capacity and 4k RW IOPs. IOPs represent input / output operations per second.

NAND 용량(GB)NAND capacity (GB) 저장에 대한 %% For save NAND E-영역 IOP들NAND E-Area IOPs NAND 디스테이지 IOP들NAND Destage IOPs 22 0.11%0.11% 3030 498498 44 0.21%0.21% 5959 568568 88 0.43%0.43% 116116 626626 3232 1.72%1.72% 421421 783783 6464 3.44%3.44% 747747 954954

현재의 수직 자기 기록(PMR) 구동장치 기술은 무작위 장소에 무작위 기입을 위치시키며, 각각의 기입 전에 더 많은 탐색을 요하고 그에 따라 반응시간이 늦어진다. 하이브리드 E-영역을 갖는 SMR 구동장치는, 유저가 데이터를 기입하는 동안 무작위 탐색이 불필요하기 때문에 보다 빠른 무작위 기입 IOP들을 갖는다. 새로운 유저 데이터는 I-영역의 I 트랙 또는 SMR 드라이브의 디스크 E-영역에 순차적으로 기입된다.Current vertical magnetic recording (PMR) drive technology places random writes at random locations, requiring more searching before each write and thus slowing response time. An SMR driver with a hybrid E-region has faster random write IOPs because random search is unnecessary while the user writes data. New user data is sequentially written to the I track of the I-area or the disk E-area of the SMR drive.

도 2는, 수직축상의 유지 IOP들 대 수평축상의 재독출률(초당 탐색들)을 나타나며, 디스크-온리 E-영역을 갖는 SMR 드라이브, 및 1 GB, 2 GB, 4 GB 및 8 GB의 NAND 플래시 크기를 갖는 하이브리드 E-영역들을 구비한 4개 드라이브들에 대한 그래프이다. 4개 하이브리드 E-영역 예들의 각각은 초당 200 내지 1000 탐색의 재독출율 범위에 걸쳐 디스크-온리 E-영역보다 빠른 IOP로 되게 한다. 비록 NAND 플래시 크기를 보다 크게 하면 성능을 더 좋게 할 수 있지만, 플래시 크기의 크기를 각각 두 배로 하면 이전의 하나 보다 수율을 덜 증가시킨다.Figure 2 shows sustained IOPs on the vertical axis versus reread rate (seeks per second) on the horizontal axis, showing an SMR drive with disk-only E-area, and NAND flash sizes of 1 GB, 2 GB, 4 GB and 8 GB. Is a graph of four drives with hybrid E-regions with Each of the four hybrid E-region examples results in a faster IOP than the disk-only E-region over a reread rate range of 200 to 1000 seeks per second. Although larger NAND flash sizes result in better performance, doubling the size of each flash increases yield less than the previous one.

본 발명에 따른 예외들의 순차화는 유지 기입 성능으로부터 탐색 속도의 효과를 거의 완전히 제거한다. NAND E-영역 디스테이지(NED)는 NAND-온리 E-영역 설계와 동등한 성능을 달성하며 80 내지 90% 적은 NAND를 사용한다. NAND 대신 동등한 크기의 DRAM E-영역 버퍼를 사용하여 동일한 성능의 이점이 가능한 반면, NAND E-영역은 DRAM보다 장점을 갖는다.Sequencing the exceptions in accordance with the present invention almost completely eliminates the effect of search speed from maintenance write performance. NAND E-Area Destage (NED) achieves performance equivalent to NAND-only E-Area design and uses 80-90% less NAND. The same performance benefit is achieved by using equally sized DRAM E-region buffers instead of NAND, while NAND E-regions have advantages over DRAM.

도 3에서의 그래프는, 본 발명에 따른 디스테이징을 위해 NAND 하이브리드 E-영역들을 사용하는 경우와 디스크-온리 E-영역을 사용하는 경우의 긴 전송 블록 크기 성능을 비교한 것이다. 수평축은 1 k 단위에서의 전송 길이이다. 추정치들은 PMR 성능 레벨, 커맨드 Queue Depth(QD)=32, Write Cache Enabled (WCE)=1, 즉 WCE On인 것으로 한다. 수직 축은 유저 용량에 대한 디스크 E-영역 크기의 백분율의 비이다. 디스크 E-영역의 크기가 신장하도록 허용되면, 재독출율은, PMR 등가 성능 레벨을 충족시키는 데에 요구되는 E-영역 공간의 양에 대해 강한 영향을 미친다. E-영역 신장은 재독출이 지배적으로 되도록 한다. 소정의 예외 재독출율에 대해, E-영역 크기 요구량은 전송 길이의 두 배마다 두 배로 된다. 이는 트랙당 예외들의 평균 수를 일정하게 한다. The graph in FIG. 3 compares the long transport block size performance when using NAND hybrid E-regions and when using disk-only E-regions for destaging according to the present invention. The horizontal axis is the transmission length in 1 k units. Estimates are PMR performance level, command Queue Depth (QD) = 32, Write Cache Enabled (WCE) = 1, that is, WCE On. The vertical axis is the ratio of the percentage of disk E-area size to user capacity. If the size of the disk E-area is allowed to stretch, the reread rate has a strong impact on the amount of E-area space required to meet the PMR equivalent performance level. E-region stretching causes reread to be dominant. For a given exception reread rate, the E-region size requirement is doubled every two times the transmission length. This keeps the average number of exceptions per track constant.

그래프에서 상측 3개의 라인들은 디스크-온리 E-영역에 대해 초당 200, 500 및 1000 탐색들의 재독출율에 대한 것이다. 하측 라인은 본 발명에 따른 하이브리드 E-영역에 대한 것이다. 상기 가정에 따라, 1 k의 전송 길이 및 200의 재독출율로, 본 발명은 필요한 디스크-온리 E-영역의 크기의 약 10%인 디스크 E-영역의 크기로 PMR 성능을 충족시키도록 한다. 하이브리드 E-영역의 이점은 전송 길이가 증가함에 따라 감소하지만, 디스크-온리 E-영역보다는 결코 나쁘지 않다. 낮은 재독출율을 갖거나 원하는 드라이브에 대해, NAND 디스테이지(“NED”)는, 보다 많은 드라이브의 용량이 유저 데이터 저장장치에 대한 I-영역에 할당될 수 있게 하기 위해 디스크 E-영역의 필요량을 감소시키도록 사용될 수 있다. (주의: 하나의 드라이브 대 다른 드라이브에 있어서의 낮은 재독출률은, 예컨대 공간을 절약하고, 탐색에 대한 파워를 최소화하거나 또는 낮은 비용을 위해, 설계 상의 상호균형(tradeoff)으로부터 비롯될 수 있다. 액튜에이터를 이동시키기 위한 역할을 하는 보다 작고 덜 강력한 보이스 코일들의 선택이 하나의 예가 될 수 있다. The upper three lines in the graph are for the reread rate of 200, 500 and 1000 searches per second for the disk-only E-region. The lower line is for the hybrid E-region according to the invention. In accordance with the above assumption, with a transmission length of 1 k and a reread rate of 200, the present invention allows the PMR performance to be met with the size of the disk E-region being about 10% of the size of the required disk-only E-region. The benefits of hybrid E-regions decrease with increasing transmission length, but they are never worse than disk-only E-regions. For drives with low or reread rates, NAND destages (“NEDs”) can reduce the amount of disk E-area required to allow more drive capacity to be allocated to the I-area for user data storage. Can be used to reduce. (Note: Low reread rates for one drive versus another can result from a design tradeoff, for example, to save space, minimize power to seek, or lower costs. Actuator An example would be the selection of smaller and less powerful voice coils that serve to move.

하이브리드 E-영역을 사용한 리스테이징Restage with Hybrid E-Area

NAND 플래시 E-영역(19)은 또한, 전술한 바와 같이 디스테이징 전의 초기 재순서화(순차화)는 물론, 리스테이징(예컨대, I-영역 또는 디스크 E-영역의 단편화 제거)를 위해 사용될 수 있다. 도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크 E-영역의 단편화 제거 동안 데이터 블록들의 재순서화를 용이하게 하도록 디스크 E-영역(16)으로부터의 데이터 블록들을 리스테이징할 때 NAND 플래시 E-영역(19)을 사용하는 것의 예시도이다. 도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크 E-영역의 단편화 제거 동안 재순서화된 데이터 블록들의 NAND 플래시 E-영역으로부터 다시 디스크 E-영역으로의 디스테이징하는 것의 예시도이다. 이 리스테이징은, 마이크로프로세서에 의해 실행되는 펌웨어 프로그램을 갖는 시스템 전자장치에 의해 달성될 수 있다. 디스크 E-영역의 단편화 제거 작업 시, 플래시 E-영역을 사용함으로써, 기록들은 이들이 탐색 시간을 최소화되도록 나타나는 물리적 순서로 디스크 E-영역으로부터 독출되도록 한다. 일단 기록들이 플래시 E-영역에 있으면, 이들은 LBA 시퀀스와 같이 임의의 선택된 기준을 사용하여 용이하게 분류될 수 있다. NAND flash E-region 19 may also be used for restage (e.g., fragmentation removal of I-region or disk E-region) as well as initial reordering (sequencing) prior to destaging, as described above. . Figure 7 shows a NAND flash E-region when restage data blocks from disk E-region 16 to facilitate reordering of data blocks during fragmentation removal of the disk E-region according to one embodiment of the present invention. It is an illustration of using (19). 8 is an exemplary diagram of destageting of reordered data blocks from a NAND flash E-region back to the disk E-region during fragmentation removal of the disk E-region according to one embodiment of the present invention. This restaging may be accomplished by system electronics having a firmware program executed by the microprocessor. In the defragmentation operation of the disk E-area, by using the flash E-area, records are read from the disk E-area in the physical order in which they appear to minimize seek time. Once the records are in the flash E-region, they can be easily sorted using any selected criteria, such as the LBA sequence.

NAND E-영역을 사용하는 리스테이징의 이점은 다음을 포함한다:The benefits of restage using NAND E-regions include:

Figure pat00001
예컨대 DRAM의 16MB 내지 64MB로, DRAM 필요량을 감소시킨다 (DRAM은 NAND 플래시보다 10배 이상 고가이다). DRAM 버퍼 크기는 디스크 E-영역 크기의 필요량에 큰 역할을 수행한다.
Figure pat00001
For example, 16 MB to 64 MB of DRAM, which reduces DRAM requirements (DRAM is 10 times more expensive than NAND flash). The DRAM buffer size plays a large role in the required amount of disk E-region size.

Figure pat00002
리스테이징은 I 트랙 재기입에 앞서 예외들을 재순서화하기 위한 부가적 기회이다.
Figure pat00002
Restage is an additional opportunity to reorder exceptions prior to I track rewriting.

도 4에서 그래프의 막대는, 각종 파라미터를 갖는 장치들의 유저 용량에 대한 디스크 E-영역 크기의 백분율의 비를 나타낸다. 각 세트의 3개의 막대(3)는 막대의 밑에 나타낸 선택된 NAND E-영역 및 DRAM 재독출 버퍼 크기에 대응한다. 예컨대, 좌측의 제1 세트의 막대는 NAND=2GB 및 DRAM=32MB에 대한 것이다. 각 세트의 막대에 있어서, 좌측에서 우측으로, 막대들은 128k, 64k 및 32k의 전송 길이에 대응한다. 이 결과는 DRAM 버퍼 크기가 디스크 E-영역 크기 필요량에서 큰 역할을 담당하는 것을 나타낸다. 따라서, 단편화 제거 작업 직전에 예외들을 NAND E-영역에 wo기입하는 것이 이로울 수 있다. 예컨대, 리스테이징을 위해 DRAM 대신 NAND E-영역을 사용함으로써 작은 DRAM이 설계에 포함될 수 있다.The bars in the graph in FIG. 4 represent the ratio of the percentage of disk E-area size to user capacity of devices with various parameters. Three bars 3 of each set correspond to the selected NAND E-region and DRAM reread buffer size shown below the bar. For example, the first set of bars on the left is for NAND = 2GB and DRAM = 32MB. For each set of bars, from left to right, the bars correspond to transmission lengths of 128k, 64k and 32k. This result shows that the DRAM buffer size plays a large role in the disk E-region size requirement. Thus, it may be beneficial to write exceptions to the NAND E-region immediately before the defragmentation operation. For example, small DRAM can be included in the design by using the NAND E-region instead of DRAM for restage.

디스테이징을 위한 가용 NAND보다 디스크 E-영역이 훨씬 큰 경우, NAND로의 리스테이징에 의한 단편화 제거 직전에 예외들을 다시 NAND로 저장하는 것이 이로울 수 있다. DRAM 폭넓은 사용으로 I 트랙과 통합할 수도 있다. 예컨대, E-영역이 NAND 디스테이지 버퍼의 크기의 10배인 경우, 단편화 제거 작업에 앞서 I 트랙에 대한 디스크 E-영역으로부터 모든 예외들을 복구하기 위해 평균 10개 탐색들이 필요하게 될 것이다. 예외들의 다수의 I 트랙들은 각 탐색에 대해 재독출되어야 하며, 이는 버퍼 필요량을 증가시키고 I 트랙당 재독출 비용을 감소시킨다.If the disk E-area is much larger than the available NAND for destaging, it may be beneficial to save the exceptions back to the NAND just prior to defragmentation by restage to the NAND. Widespread use of DRAM can also be integrated with the I-track. For example, if the E-region is ten times the size of the NAND destage buffer, an average of ten seeks will be needed to recover all exceptions from the disk E-region for the I track prior to the defragmentation operation. Multiple I tracks of exceptions must be reread for each seek, which increases the buffer requirement and reduces the reread cost per I track.

도 5의 그래프는 종래 PMR 드라이브, 디스크-온리 E-영역 SMR 드라이브 및 본 발명에 따른 하이브리드 E-영역 드라이브에 대해 무작위로 기입된 영역에 대한 MB/초에 있어서의 순차적 독출 성능을 나타낸다. 수평축은 전송 길이를 나타낸다. 이 결과는, 본 발명에 따른 NAND E-영역 디스테이징이 디스크-온리 E-영역 SMR 드라이브에 비해 무작위로 기입된 데이터를 포함하는 호스트 영역에서의 순차적 독출을 만족시키기 위해 필요한 무작위 독출들의 수를 감소시키는 것을 보여준다. The graph of FIG. 5 shows sequential read performance in MB / sec for randomly written regions for conventional PMR drives, disk-only E-region SMR drives and hybrid E-region drives according to the present invention. The horizontal axis represents the transmission length. This result reduces the number of random reads required for NAND E-region destaging according to the present invention to satisfy sequential reads in a host region containing randomly written data compared to a disk-only E-region SMR drive. Show what you're asking

대안적 실시예들 및 선택적 특징들Alternative Embodiments and Optional Features

본 발명의 여러 실시예들에 포함될 수 있는 몇 가지 선택적 특징들 및 최적화들을 이하에 설명한다. 하나의 선택사항은, 하드 드라이브가 OD에 갖는 높은 회전당 비트들을 사용하도록 디스크의 OD 부근에 디스크 E-영역(16)을 위치시키는 것이다. OD 부근의 트랙들은 보다 길고 전형적인 디스크상의 ID에 회전당 데이터를 약 2배 유지한다. Some optional features and optimizations that may be included in various embodiments of the present invention are described below. One option is to position the disk E-region 16 near the OD of the disk to use the high bits per revolution that the hard drive has in the OD. The tracks near the OD keep about twice as much data per revolution at the longer, typical disc ID.

다른 선택사항은, 전체 디스크 저장의 약 3%, 예컨대 1 TB SMR 드라이브에서 30GB로서 전체 디스크 E-영역 저장을 선택하는 것이다. 고가의 I-영역 트랙들 대신 디스크 E-영역 트랙들을 사용하기 되기 때문에, 본 발명의 이점은 디스크 E-영역 크기를 다른 방식으로 하는 것보다 작게 할 수 있다는 점이다. 보다 큰 NAND 저장 용량이 사용될 경우 보다 큰 E-영역 용량에 대한 점증하는 이점을 약화시킨다(도 2 참조).Another option is to select full disk E-area storage as about 3% of total disk storage, such as 30 GB in a 1 TB SMR drive. Since disc E-area tracks are used instead of expensive I-area tracks, the advantage of the present invention is that the disc E-area size can be made smaller than in other ways. The use of larger NAND storage capacity weakens the growing benefit of larger E-region capacity (see Figure 2).

전술한 바와 같이, 전체 NAND E-영역 저장부를 전체 디스크 E-영역 저장부의 대략 10% 또는 전체 디스크 저장부의 0.3%로 되도록 선택하는 것이, 합리적인 비용으로 상당한 성능 개선을 달성하기 위한 매력적 선택사항이다. 전체 디스크 E-영역 저장이 전체 디스크 저장의 약 3%로 선택되고 NAND E-영역이 그의 10%로 선택되는 경우, NAND E-영역은 전체 디스크 저장의 0.3%이다.As mentioned above, selecting the total NAND E-area storage to be approximately 10% of the total disk E-area storage or 0.3% of the total disk storage is an attractive option for achieving significant performance improvements at a reasonable cost. If the total disk E-area storage is selected as about 3% of the total disk storage and the NAND E-area is selected as its 10%, the NAND E-region is 0.3% of the total disk storage.

고려되는 다른 선택사항은, NAND 및/또는 디스크 중 어느 것에 기입하기 전에, 들어오는 기입 동작들의 버퍼링을 위해 DRAM이 사용될 수 있고; DRAM 및 SRAM이 유저 데이터를 재순서화하고 이동시키는 데 유용하도록 하드 디스크 컨트롤러에 의해 사용되는 것이다.Another option to consider is that the DRAM can be used for buffering of incoming write operations before writing to either NAND and / or disk; DRAM and SRAM are used by hard disk controllers to help reorder and move user data.

Claims (13)

데이터가 복수의 원형 동심 트랙들에 저장된, 자기 박막 코팅을 갖는 디스크;
이전 트랙들과 부분적으로 중첩하는 트랙들을 갖는 순차적으로 싱글 기입된 제1 서브세트의 트랙들을 포함하는 I-영역;
예외 기록들을 유지하는 제2 서브세트의 트랙들을 포함하는 디스크 E-영역;
비휘발성 솔리드 스테이트 메모리에 저장된 예외 기록들을 포함하는 메모리 E-영역; 및
디스크 E-영역으로부터 독출된 제1 순서로 상기 디스크 E-영역으로부터 메모리 E-영역으로 1 세트의 예외 기록들을 리스테이징 한 다음, 제1 순서와 다른 시퀀스 순서로 상기 예외 기록들의 세트를 디스크 E-영역에 기입하는 시스템 전자장치를 포함하는, 싱글구조의 자기 기록 디스크 드라이브.
A disk having a magnetic thin film coating, wherein data is stored in a plurality of circular concentric tracks;
An I-region comprising tracks of a first single written first subset having tracks partially overlapping previous tracks;
A disk E-area containing tracks of a second subset of holding exception records;
A memory E-region containing exception records stored in non-volatile solid state memory; And
Restage a set of exception records from the disk E-area to the memory E-area in a first order read out from the disk E-area, and then set the set of exception records in a different sequence order than the first order. A single-structure magnetic recording disc drive comprising system electronics writing to an area.
제1항에 있어서,
전체 디스크 E-영역 저장 크기를 갖는 복수의 디스크 E-영역들을 더 포함하고, 상기 메모리 E-영역의 사이즈는 전체 디스크 E-영역 저장 크기보다 실질적으로 작은, 싱글구조의 자기 기록 디스크 드라이브.
The method of claim 1,
And a plurality of disk E-areas having a total disk E-area storage size, wherein the size of the memory E-area is substantially smaller than the total disk E-area storage size.
제2항에 있어서, 상기 메모리 E-영역의 사이즈는, 전체 디스크 E-영역 저장 크기의 약 10%인, 싱글구조의 자기 기록 디스크 드라이브.3. The magnetic recording disk drive of claim 2, wherein the size of the memory E-area is about 10% of the total disk E-area storage size. 제2항에 있어서, 상기 시퀀스 순서는, 독출된 제1 순서로 예외 기록의 세트들을 기입하기에 필요한 것보다 예외 기록의 세트들을 기입하기 위해 필요하게 되는 탐색 시간이 덜 걸리도록 하는, 싱글구조의 자기 기록 디스크 드라이브.3. The unitary structure of claim 2, wherein the sequence ordering takes less searching time needed to write the sets of exception records than is needed to write the sets of exception records in the read first order. Magnetic recording disk drive. 제1항에 있어서, 상기 시퀀스 순서는, 독출된 제1 순서로 예외 기록의 세트들을 기입하기에 필요한 것보다 I-영역으로 예외 기록의 세트들을 기입하기 위해 필요하게 되는 탐색 시간이 덜 걸리도록 하는, 싱글구조의 자기 기록 디스크 드라이브.2. The method of claim 1, wherein the sequence ordering takes less searching time needed to write sets of exception records into the I-area than is required to write sets of exception records in the first order read out. Magnetic recording disk drive, single structure. 제1항에 있어서,
상기 시스템 전자장치는, 메모리 E-영역에 수신된 순서로 기입 명령들로 수신된 제2 세트의 예외 기록들을 저장한 다음, 상기 수신된 순서와 다른 시퀀스 순서로 상기 제2 세트의 예외 기록들을 상기 디스크 E-영역에 기입하는, 싱글구조의 자기 기록 디스크 드라이브.
The method of claim 1,
The system electronics stores a second set of exception records received with write commands in a received order in a memory E-region, and then stores the second set of exception records in a different sequence order than the received order. A single-structure magnetic recording disk drive that writes to the disk E-area.
디스크 E-영역으로부터 비휘발성 솔리드 스테이트 메모리에 있는 메모리 E-영역으로 1 세트의 예외 기록들을 독출하는 단계로서, 상기 예외 기록들의 세트는 디스크 E-영역에서의 물리적 순서에 대응하는 제1 순서로 독출되는 단계; 및
상기 제1 순서와 다른 시퀀스 순서로 디스크 E-영역에 상기 예외 기록들의 세트를 기입하는 단계로서, 상기 시퀀스 순서는 상기 예외 기록들의 세트의 선택된 특성에 대한 분류 순서인 단계를 포함하는, 싱글구조의 자기 기록 디스크 드라이브의 동작 방법.
Reading a set of exception records from the disk E-area to the memory E-area in the non-volatile solid state memory, the set of exception records being in a first order corresponding to the physical order in the disk E-area. Read out; And
Writing the set of exception records in a disc E-region in a different sequence order than the first order, wherein the sequence order is a sorting order for a selected characteristic of the set of exception records. How a magnetic recording disk drive works.
제7항에 있어서, 상기 시퀀스 순서는, 독출된 제1 순서로 예외 기록의 세트들을 기입하기에 필요한 것보다 I-영역으로 예외 기록의 세트들을 기입하기 위해 필요하게 되는 탐색 시간이 덜 걸리도록 하는, 싱글구조의 자기 기록 디스크 드라이브의 동작 방법.8. The method of claim 7, wherein the sequence ordering takes less searching time needed to write sets of exception records into the I-area than is required to write sets of exception records in the first order read out. Operating method of magnetic recording disk drive of single structure. 제8항에 있어서, 상기 디스크 드라이브는, 전체 디스크 E-영역 저장 사이즈를 갖는 복수의 디스크 E-영역들을 더 포함하고, 메모리 E-영역의 사이즈는 전체 디스크 E-영역 저장 사이즈보다 실질적으로 작은, 싱글구조의 자기 기록 디스크 드라이브의 동작 방법.9. The disk drive of claim 8, wherein the disk drive further comprises a plurality of disk E-areas having a total disk E-area storage size, wherein the size of the memory E-area is substantially smaller than the total disk E-area storage size. Method of operation of single structure magnetic recording disk drive. 제9항에 있어서, 상기 메모리 E-영역의 사이즈는 전체 디스크 E-영역 저장 사이즈의 약 10%인, 싱글구조의 자기 기록 디스크 드라이브의 동작 방법.10. The method of claim 9, wherein the size of the memory E-area is about 10% of the total disk E-area storage size. 제10항에 있어서, 상기 시퀀스 순서는, 독출된 제1 순서로 예외 기록의 세트들을 기입하기에 필요한 것보다 I-영역으로 예외 기록들의 세트들을 기입하기 위해 필요하게 되는 탐색 시간이 덜 걸리도록 하는, 싱글구조의 자기 기록 디스크 드라이브의 동작 방법.11. The method of claim 10, wherein the sequence ordering takes less searching time needed to write the sets of exception records into the I-area than is needed to write the sets of exception records in the read first order. Operating method of magnetic recording disk drive of single structure. 제7항에 있어서, 시퀀스 순서로 디스크 E-영역에 상기 예외 기록들의 세트들을 기입하는 단계 전에 상기 메모리 E-영역에 시퀀스 순서로 상기 예외 기록들의 세트를 분류하는 단계를 더 포함하는, 싱글구조의 자기 기록 디스크 드라이브의 동작 방법.8. The unitary structure of claim 7, further comprising the step of sorting the set of exception records in sequence order in the memory E-region before the writing of the sets of exception records in the disk E-region in sequence order. How a magnetic recording disk drive works. 제7항에 있어서,
제2 세트의 예외 기록들을 메모리 E-영역에 저장하는 단계로서, 상기 제2 세트의 예외 기록들은 무작위 순서로 기입 명령들로 수신되는 단계; 및
상기 무작위 순서와 다른 제2 시퀀스 순서로 제2 세트의 예외 기록들을 디스크 E-영역에 기입하는 단계로서, 상기 제2 시퀀스 순서는, 제2 세트의 예외 기록들의 선택된 특성에 대한 분류 순서인 단계를 포함하는, 싱글구조의 자기 기록 디스크 드라이브의 동작 방법.
The method of claim 7, wherein
Storing a second set of exception records in a memory E-area, wherein the second set of exception records are received as write commands in a random order; And
Writing a second set of exception records to the disc E-area in a second sequence order that is different from the random order, wherein the second sequence order is a sorting order for a selected characteristic of the second set of exception records. A method of operating a magnetic recording disk drive having a single structure.
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