KR20150044654A - 불휘발성 메모리 장치 및 그것을 포함하는 데이터 저장 장치 - Google Patents

불휘발성 메모리 장치 및 그것을 포함하는 데이터 저장 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 데이터 저장 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 불휘발성 메모리 장치로부터 데이터 독출을 가속화할 수 있는 데이터 저장 장치에 관한 것이다. 상기 데이터 저장 장치는, 메모리 셀 어레이로부터 데이터를 독출하거나, 상기 메모리 셀 어레이에 데이터를 저장하도록 구성된 데이터 읽기 및 쓰기 유닛을 포함하는 불휘발성 메모리 장치; 및 동작 메모리 장치에 로딩된 데이터를 상기 불휘발성 메모리 장치에 백업하거나, 상기 불휘발성 메모리 장치에 백업된 데이터를 상기 동작 메모리 장치로 로딩하도록 구성된 컨트롤러를 포함하되, 상기 컨트롤러는 상기 데이터가 상기 메모리 셀 어레이와 상기 데이터 읽기 및 쓰기 유닛 모두에 백업되도록 상기 불휘발성 메모리 장치를 제어하도록 구성된다.

Description

불휘발성 메모리 장치 및 그것을 포함하는 데이터 저장 장치{NONVOLATILE MEMORY DEVICE AND DATA STORAGE DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 데이터 저장 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 불휘발성 메모리 장치로부터 데이터 독출을 가속화할 수 있는 데이터 저장 장치에 관한 것이다.
최근 컴퓨터 환경에 대한 패러다임(paradigm)이 언제, 어디서나 컴퓨터 시스템을 사용할 수 있도록 하는 유비쿼터스 컴퓨팅(ubiquitous computing)으로 전환되고 있다. 이로 인해 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터 등과 같은 휴대용 전자 장치의 사용이 급증하고 있다. 이와 같은 휴대용 전자 장치는 일반적으로 메모리 장치를 이용하는 데이터 저장 장치를 사용한다.
메모리 장치를 이용한 데이터 저장 장치는 기계적인 구동부가 없어서 안정성 및 내구성이 뛰어나며 정보의 액세스 속도가 매우 빠르고 전력 소모가 적다는 장점이 있다. 이러한 장점을 갖는 데이터 저장 장치는 USB(Universal Serial Bus) 메모리 장치, UFS(Universal Flash Storage) 장치, 다양한 인터페이스를 갖는 메모리 카드, 솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive, SSD)를 포함한다.
본 발명의 실시 예는 불휘발성 메모리 장치로부터 데이터 독출을 가속화할 수 있는 데이터 저장 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치는, 메모리 셀 어레이로부터 데이터를 독출하거나, 상기 메모리 셀 어레이에 데이터를 저장하도록 구성된 데이터 읽기 및 쓰기 유닛을 포함하는 불휘발성 메모리 장치; 및 동작 메모리 장치에 로딩된 데이터를 상기 불휘발성 메모리 장치에 백업하거나, 상기 불휘발성 메모리 장치에 백업된 데이터를 상기 동작 메모리 장치로 로딩하도록 구성된 컨트롤러를 포함하되, 상기 컨트롤러는 상기 데이터가 상기 메모리 셀 어레이와 상기 데이터 읽기 및 쓰기 유닛 모두에 백업되도록 상기 불휘발성 메모리 장치를 제어하도록 구성된다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 데이터 저장 장치는, 메모리 영역으로부터 데이터를 센싱하거나 상기 메모리 영역에 데이터를 저장하도록 구성된 데이터 읽기 및 쓰기 유닛을 포함하는 불휘발성 메모리 장치; 상기 불휘발성 메모리 장치의 물리 어드레스와 호스트 장치로부터 제공된 논리 어드레스를 맵핑하기 위한 어드레스 맵핑 정보를 저장하도록 구성된 동작 메모리 장치; 및 상기 동작 메모리 장치에 저장된 상기 어드레스 맵핑 정보가 상기 데이터 읽기 및 쓰기 유닛을 통해서 상기 메모리 영역에 저장된 이후에도 상기 데이터 읽기 및 쓰기 유닛에 유지되도록 상기 불휘발성 메모리 장치를 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 불휘발성 메모리 장치는, 메모리 셀 어레이; 및 상기 메모리 셀 어레이로부터 센싱된 데이터 또는 상기 메모리 셀 어레이에 저장될 데이터를 저장하도록 구성된 제1 래치 블럭과, 상기 제1 래치 블럭으로부터 덤프된 데이터 또는 상기 제1 래치 블럭으로 덤프될 데이터를 저장하도록 구성된 제2 래치 블럭을 포함하는 데이터 읽기 및 쓰기 유닛을 포함하되, 캐시 유지 프로그램 동작이 수행되면, 상기 메모리 셀 어레이에 저장된 데이터와 동일한 데이터가 상기 제2 래치 블럭에 유지된다.
본 발명의 실시 예에 따르면 불휘발성 메모리 장치로부터 데이터를 빨리 독출할 수 있기 때문에 데이터 저장 장치의 동작 속도가 빨라질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치를 예시적으로 보여주는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 캐시 유지 프로그램 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 캐시 유지 프로그램 동작이 완료된 후의 데이터 저장 상태를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 캐시 유지 프로그램 동작 이후에 수행되는 정상 프로그램 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 캐시 유지 프로그램 동작 이후에 수행되는 캐시 프로그램 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 캐시 프로그램 동작이 완료된 후의 데이터 저장 상태를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 캐시 유지 리드 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 캐시 유지 프로그램 동작을 통해서 동작 메모리 장치의 메타 데이터가 저장되는 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 9는 캐시 유지 프로그램 동작을 통해서 동작 메모리 장치의 메타 데이터가 저장될 때 데이터 로딩 가속 유닛에 의해 생성 및 관리되는 독출 가속화 관리 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 캐시 유지 리드 동작을 통해서 메타 데이터가 동작 메모리 장치로 로딩되는 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템을 예시적으로 보여주는 블럭도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)를 예시적으로 보여주는 블럭도이다.
도 13은 도 12에 도시된 SSD 컨트롤러를 예시적으로 보여주는 블럭도이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치가 장착되는 컴퓨터 시스템을 예시적으로 보여주는 블럭도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 통해 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여기에서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 본 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 본 명세서에서 특정한 용어들이 사용되었으나. 이는 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미 한정이나 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 권리 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.
본 명세서에서 '및/또는'이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, '연결되는/결합되는'이란 표현은 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성 요소를 통해서 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 '포함한다' 또는 '포함하는'으로 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및 소자의 존재 또는 추가를 의미한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치를 예시적으로 보여주는 블럭도이다. 데이터 저장 장치(100)는 휴대폰, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 랩탑 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 게임기, TV, 빔 프로젝터, 자동차 엔터테인먼트 시스템 등과 같은 호스트 장치(도시되지 않음)에 의해서 액세스되는 데이터를 저장하도록 구성될 수 있다.
데이터 저장 장치(100)는 호스트 장치(도시되지 않음)와 연결되는 인터페이스 프로토콜에 따라서 다양한 종류의 저장 장치들 중 어느 하나로 제조될 수 있다. 예를 들면, 데이터 저장 장치(100)는 솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive), MMC, eMMC, RS-MMC, micro-MMC 형태의 멀티 미디어 카드(Multi Media Card), SD, mini-SD, micro-SD 형태의 시큐어 디지털(Secure Digital) 카드, USB(Universal Storage Bus) 저장 장치, UFS(Universal Flash Storage) 장치, PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association) 카드, CF(Compact Flash) 카드, 스마트 미디어(Smart Media) 카드, 메모리 스틱(Memory Stick) 등과 같은 다양한 종류의 저장 장치들 중 어느 하나로 제조될 수 있다.
불휘발성 메모리 장치(160)는 데이터 저장 장치(100)의 저장 매체로서 동작할 수 있다. 불휘발성 메모리 장치(160)는 낸드(NAND) 플래시 메모리 장치, 노어(NOR) 플래시 메모리 장치, 강유전체 커패시터를 이용한 강유전체 램(Ferroelectric RAM: FRAM), 티엠알(tunneling magneto-resistive: TMR) 막을 이용한 마그네틱 램(Magnetic RAM: MRAM), 칼코겐 화합물(chalcogenide alloys)을 이용한 상 변화 메모리 장치(phase change memory device: PRAM), 전이 금속 산화물(transition metal oxide)을 이용한 저항성 메모리 장치(resistive memory device: RERAM) 등과 같은 다양한 형태의 불휘발성 메모리 장치들 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 불휘발성 메모리 장치(160)는 낸드 플래시 메모리 장치와 위에서 언급된 다양한 형태의 불휘발성 메모리 장치의 조합으로 구성될 수 있다.
불휘발성 메모리 장치(160)는 메모리 셀 어레이(170) 및 데이터 읽기/쓰기 유닛(180)을 포함할 수 있다. 비록 도시되지는 않았지만, 불휘발성 메모리 장치(160)는 메모리 셀 어레이(170)에 포함된 메모리 셀을 액세스하기 위한 행 디코더 및 열 디코더, 메모리 셀 어레이(170)에 인가될 전압을 제공하기 위한 전압 발생기, 그리고 불휘발성 메모리 장치(160)의 제반 동작을 제어하기 위한 제어 로직과 같은 내부 기능 블럭들을 더 포함할 수 있다.
메모리 셀 어레이(170)는 데이터를 저장하기 위한 메모리 영역일 것이다. 메모리 셀 어레이(170)는 호스트 장치(도시되지 않음)로부터 제공된 데이터를 저장하기 위한 복수의 메모리 셀들을 포함할 수 있다. 메모리 셀 어레이(170)에 포함된 메모리 셀들은 페이지, 블럭 등과 같은 동작 단위로 동작할 수 있다.
데이터 읽기/쓰기 유닛(180)은 동작 모드에 따라서 쓰기 드라이버로서 또는 감지 증폭기로서 동작하도록 구성된다. 예를 들면, 데이터 읽기/쓰기 유닛(180)은 프로그램 동작 시 외부 장치(예를 들면, 컨트롤러(110))로부터 입력된 데이터를 메모리 셀 어레이(170)에 포함된 메모리 셀들에 저장하도록 구성될 수 있다. 다른 예로서, 데이터 읽기/쓰기 유닛(180)은 읽기 동작 시 메모리 셀 어레이(170)에 포함된 메모리 셀들로부터 데이터를 센싱하고, 센싱된 데이터를 외부 장치(예를 들면, 컨트롤러(110))로 출력하도록 구성될 수 있다.
데이터 읽기/쓰기 유닛(180)은 제1 래치(181) 및 제2 래치(183)를 포함할 수 있다. 설명의 간략화를 위해서, 제1 래치(181) 및 제2 래치(183)는 블럭 형태로 도시되었으나, 제1 래치(181)는 비트 라인들(BLs) 각각에 대응하는 제1 래치들을 포함할 수 있고, 제2 래치(183)는 비트 라인들(BLs) 각각에 대응하는 제2 래치들을 포함할 수 있다.
메모리 셀로 프로그램될 데이터 또는 메모리 셀로부터 독출될 데이터가 직접적으로 저장되는 래치는 제1 래치(181)일 것이다. 제1 래치(181)에 덤프(dump)될 데이터 또는 제1 래치(181)로부터 덤프될 데이터가 저장되는 래치는 제2 래치(183)일 것이다. 그러한 이유로, 제1 래치(181)에 포함되는 래치들은 메인 래치라 칭해질 수 있다. 또한, 제2 래치(183)에 포함되는 래치들은 캐시 래치라 칭해질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 불휘발성 메모리 장치(160)는 캐시 유지 프로그램 동작(cache keeping program operation)과 캐시 유지 리드 동작(cache keeping read operation)을 수행하도록 구성될 수 있다. 캐시 유지 프로그램 동작이 수행되면 메모리 셀 어레이(170)에 프로그램된 데이터(D1)는 캐시 래치, 즉, 제2 래치(183)에 유지될 수 있다. 캐시 유지 리드 동작이 수행되면 메모리 셀 어레이(170)에 저장된 데이터(D1)의 센싱 없이, 캐시 래치, 즉, 제2 래치(183)에 저장된 데이터(D1)가 외부 장치(예를 들면, 컨트롤러(110))로 출력될 수 있다. 캐시 유지 프로그램 동작과 캐시 유지 리드 동작, 그리고 그러한 동작들이 수행될 때의 제1 래치(181)와 제2 래치(183)의 동작은 이하의 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
데이터 저장 장치(100)는 컨트롤러(110)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(110)는 데이터 저장 장치(100)의 제반 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 특히, 컨트롤러(110)는 호스트 장치(도시되지 않음)로부터의 요청에 응답하여 불휘발성 메모리 장치(160)를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(110)는 불휘발성 메모리 장치(160)로부터 독출된 데이터를 호스트 장치(도시되지 않음)로 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 예로서, 컨트롤러(110)는 호스트 장치(도시되지 않음)로부터 제공된 데이터를 불휘발성 메모리 장치(160)에 저장하도록 구성될 수 있다. 이러한 동작을 위해서, 컨트롤러(110)는 불휘발성 메모리 장치(160)의 읽기, 프로그램(또는, 쓰기) 및 소거 동작을 제어하도록 구성될 수 있다.
컨트롤러(110)는 컨트롤 유닛(120), 메모리 인터페이스 유닛(130), 동작 메모리 장치(140) 및 데이터 로딩 가속 유닛(150)을 포함할 수 있다. 비록 도시되지는 않았지만, 컨트롤러(110)는 호스트 인터페이스 유닛, 에러 정정 코드(ECC) 유닛, 전원 및 클럭 생성 유닛 등을 더 포함할 수 있다.
컨트롤 유닛(120)은 동작 메모리 장치(140)에 로딩된 펌웨어(또는 소프트 웨어)를 구동하도록 구성될 수 있다. 이러한 펌웨어(또는 소프트웨어)는 데이터 저장 장치(100)의 제어에 필요한 코드 형태의 알고리즘일 것이다. 컨트롤 유닛(120)은 이러한 코드 형태의 알고리즘을 해독하고 구동할 수 있는 하드웨어로 구성될 수 있다. 또는 컨트롤 유닛(120)은 하드웨어와 소프트웨어가 조합된 형태로 구성될 수 있다.
동작 메모리 장치(140)는 컨트롤러(110)의 동작에 필요한 펌웨어(또는 소프트웨어) 및 펌웨어(또는 소프트웨어)의 구동 중에 생성 및 참조되는 메타 데이터를 저장하도록 구성될 수 있다. 동작 메모리 장치(140)는 호스트 장치로부터 불휘발성 메모리 장치(160)로 또는 불휘발성 메모리 장치(160)로부터 호스트 장치로 전송될 데이터를 임시 저장하도록 구성될 수 있다. 즉, 동작 메모리 장치(140)는 버퍼 메모리 장치 또는 캐시(cache) 메모리 장치로서 동작할 수 있다.
메모리 인터페이스 유닛(130)은 컨트롤러(110)와 불휘발성 메모리 장치(160)를 인터페이싱하도록 구성될 수 있다. 메모리 인터페이스 유닛(130)은 컨트롤 유닛(120)의 제어에 따라서 불휘발성 메모리 장치(160)를 제어하기 위한 신호들(예를 들면, 제어 신호 또는 데이터 신호)을 생성 및 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 메모리 인터페이스 유닛(130)은 불휘발성 메모리 장치(160)에 커맨드 및 어드레스를 제공하도록 구성될 수 있다. 그리고 메모리 인터페이스 유닛(130)은 불휘발성 메모리 장치(160)와 데이터를 주고 받도록 구성될 수 있다.
데이터 로딩 가속 유닛(150)은 불휘발성 메모리 장치(160)로부터 데이터 독출을 가속화하도록 구성될 수 있다. 이를 위해서, 데이터 로딩 가속 유닛(150)은 데이터 독출을 가속화하기 위한 독출 가속화 관리 정보를 생성 및 관리하도록 구성될 수 있다. 또한, 데이터 로딩 가속 유닛(150)은 독출 가속화 관리 정보를 참조하여 불휘발성 메모리 장치(160)의 캐시 유지 프로그램 동작 및 캐시 유지 리드 동작을 제어하도록 구성될 수 있다.
예시적으로, 데이터 로딩 가속 유닛(150)은 독출을 가속화할 데이터를 설정하고, 그러한 데이터에 대한 독출 가속화 관리 정보를 생성할 수 있다. 예시적으로, 데이터 로딩 가속 유닛(150)은 동작 메모리 장치(140)에 저장 또는 로딩된 데이터 중 일부를 독출을 가속화할 데이터로 설정하고, 그러한 데이터에 대한 독출 가속화 관리 정보를 생성할 수 있다. 예시적으로, 데이터 로딩 가속 유닛(150)은 동작 메모리 장치(140)에 저장된 메타 데이터 중 일부 또는 모두를 독출을 가속화할 데이터로 설정할 수 있다.
데이터 로딩 가속 유닛(150)은 독출 가속화 관리 정보를 참조하여 메모리 인터페이스 유닛(130)으로 불휘발성 메모리 장치(160)의 캐시 유지 프로그램 동작을 요청할 수 있다. 메모리 인터페이스 유닛(130)은 데이터 로딩 가속 유닛(150)의 요청에 따라서 동작 메모리 장치(140)에 저장된 데이터 중 일부가 캐시 유지 프로그램 동작을 통해 메모리 셀 어레이(170)와 제2 래치(183)에 저장되도록 불휘발성 메모리 장치(160)를 인터페이싱(예를 들면, 명령, 제어 신호 및 데이터 전송)할 수 있다.
불휘발성 메모리 장치(160)는 메모리 인터페이스 유닛(130)의 제어에 따라서 입력된 데이터(DT)(예를 들면, 메타 데이터)가 메모리 셀 어레이(170)와 데이터 읽기/쓰기 유닛(180)의 제2 래치(183)에 저장(또는 유지)되도록 캐시 유지 프로그램 동작을 수행할 수 있다.
다른 예로서, 데이터 로딩 가속 유닛(150)은 독출 가속화 관리 정보를 참조하여 메모리 인터페이스 유닛(130)으로 불휘발성 메모리 장치(160)의 캐시 유지 리드 동작을 요청할 수 있다. 예시적으로, 데이터 로딩 가속 유닛(150)은 독출 가속화 관리 정보를 참조하여 데이터 읽기/쓰기 유닛(180)의 제2 래치(183)에 저장된 데이터(예를 들면, 메타 데이터)가 유지된 것으로 판단한 경우에 메모리 인터페이스 유닛(130)으로 캐시 유지 리드 동작을 요청할 수 있다. 메모리 인터페이스 유닛(130)은 데이터 로딩 가속 유닛(150)의 요청에 따라서 불휘발성 메모리 장치(160)가 캐시 유지 리드 동작을 수행하도록 인터페이싱(예를 들면, 명령 및 제어 신호 전송)할 수 있다.
불휘발성 메모리 장치(160)는 메모리 인터페이스 유닛(130)의 제어에 따라서 메모리 셀 어레이(170)에 저장된 데이터(DT)가 아닌, 데이터 읽기/쓰기 유닛(180)의 제2 래치(183)에 저장된(또는 유지된) 데이터(DT)가 출력되도록 캐시 유지 리드 동작을 수행할 수 있다.
데이터 로딩 가속 유닛(150)은 불휘발성 메모리 장치(160)로부터 출력된 데이터(예를 들면, 메타 데이터)가 동작 메모리 장치(140)에 저장(또는 로딩)되도록 메모리 인터페이스 유닛(130) 및 동작 메모리 장치(140)를 제어할 수 있다.
캐시 유지 프로그램 동작을 통해서, 동작 메모리 장치(140)에 저장된 데이터가 불휘발성 메모리 장치(160)의 메모리 셀 어레이(170)와 제2 래치(183) 모두에 저장될 수 있다. 또한, 캐시 유지 리드 동작을 통해서, 불휘발성 메모리 장치(160)의 메모리 셀 어레이(170)로부터 독출된 데이터가 아닌, 제2 래치(183)에 저장된 데이터가 동작 메모리 장치(140)에 저장될 수 있다. 이러한 동작을 통해서, 메모리 셀 어레이(170)에 저장된 데이터(예를 들면, 메타 데이터)의 센싱 과정이 생략되고, 데이터(예를 들면, 메타 데이터)가 동작 메모리 장치(140)로 빠르게 로딩될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 캐시 유지 프로그램 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다. 그리고 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 캐시 유지 프로그램 동작이 완료된 후의 데이터 저장 상태를 보여주는 도면이다. 도 2 및 도 3을 설명함에 있어서, 컨트롤러(도 1의 110)의 제어에 따라 캐시 유지 프로그램 동작을 수행할 수 있는 상태로 제어된, 예를 들면, 명령과 어드레스에 따라서 프로그램될 데이터를 받아들일 수 있는 상태로 제어된 불휘발성 메모리 장치(160)를 가정할 것이다.
캐시 유지 프로그램 동작이 수행되는 동안, 프로그램될 데이터(D1)는 데이터 읽기/쓰기 유닛(180)의 제2 래치(183)로 입력될 수 있다(①의 과정). 제2 래치(183)에 저장된 데이터(D1)는 메모리 셀 어레이(170)로의 프로그램을 위해서 제1 래치(181)로 덤프될 수 있다(②의 과정). 제2 래치(183)에 저장된 데이터(D1)는 제1 래치(181)로 덤프된 이후에도 제2 래치(183)에 계속 유지될 수 있다. 제1 래치(181)에 저장된 데이터(D1)는 프로그램 요청된 어드레스에 대응하는 메모리 셀 어레이(170)의 메모리 셀들에 프로그램될 수 있다(③의 과정).
캐시 유지 프로그램 동작이 완료되면, 도 3에 도시된 바와 같이, 프로그램될 데이터(D1)가 메모리 셀 어레이(170)에 저장될 뿐만 아니라 데이터 읽기/쓰기 회로(180)의 제2 래치(183)에도 저장될 수 있다.
데이터 읽기/쓰기 회로(180)의 제2 래치(183)에 저장된 데이터(D1)는 캐시 유지 프로그램 동작이 수행된 이후에 또 다른 프로그램 동작이 수행되더라도 계속적으로 유지될 수 있다. 또는 데이터 읽기/쓰기 회로(180)의 제2 래치(183)에 저장된 데이터(D1)는 캐시 유지 프로그램 동작이 수행된 이후에 수행되는 또 다른 프로그램 동작에 의해서 유지되지 못할 수 있다. 이러한 경우를 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명할 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 캐시 유지 프로그램 동작 이후에 수행되는 정상 프로그램 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 4를 설명함에 있어서, 컨트롤러(도 1의 110)의 제어에 따라 정상 프로그램 동작을 수행할 수 있는 상태로 제어된, 예를 들면, 명령과 어드레스에 따라서 프로그램될 데이터를 받아들일 수 있는 상태로 제어된 불휘발성 메모리 장치(160)를 가정할 것이다.
정상 프로그램 동작이 수행되는 동안, 프로그램될 데이터(D2)는 데이터 읽기/쓰기 유닛(180)의 제1 래치(181)로 입력될 수 있다(①의 과정). 제1 래치(181)에 저장된 데이터(D2)는 프로그램 요청된 어드레스에 대응하는 메모리 셀 어레이(170)의 메모리 셀들에 프로그램될 수 있다(②의 과정). 즉, 프로그램될 데이터(D2)는 제1 래치(181) 및 메모리 셀 어레이(170) 순으로 저장될 수 있다. 프로그램될 데이터(D2)가 제1 래치(181)로 직접 입력되었기 때문에, 캐시 유지 프로그램 동작을 통해서 제2 래치(183)에 저장된 데이터(D1)는 제2 래치(183)에 계속 유지될 수 있다.
이러한 과정과 같이, 캐시 유지 프로그램 동작이 수행된 이후에 정상 프로그램 동작이 수행되면, 캐시 유지 프로그램 동작을 통해서 데이터 읽기/쓰기 회로(180)의 제2 래치(183)에 저장된 데이터(D1)는 또 다른 프로그램 동작이 수행되더라도 계속적으로 유지될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 캐시 유지 프로그램 동작 이후에 수행되는 캐시 프로그램 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다. 그리고 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 캐시 프로그램 동작이 완료된 후의 데이터 저장 상태를 보여주는 도면이다. 도 5 및 도 6을 설명함에 있어서, 컨트롤러(도 1의 110)의 제어에 따라 캐시 프로그램 동작을 수행할 수 있는 상태로 제어된, 예를 들면, 명령과 어드레스에 따라서 프로그램될 데이터를 받아들일 수 있는 상태로 제어된 불휘발성 메모리 장치(160)를 가정할 것이다.
캐시 프로그램 동작이 수행되는 동안, 프로그램될 데이터(D3)는 데이터 읽기/쓰기 유닛(180)의 제2 래치(183)로 입력될 수 있다(①의 과정). 제2 래치(183)에 저장된 데이터(D3)는 메모리 셀 어레이(170)로의 프로그램을 위해서 제1 래치(181)로 덤프될 수 있다(②의 과정). 제1 래치(181)에 저장된 데이터(D3)는 프로그램 요청된 어드레스에 대응하는 메모리 셀 어레이(170)의 메모리 셀들에 프로그램될 수 있다(③의 과정). 즉, 프로그램될 데이터(D3)는 제2 래치(183), 제1 래치(181) 및 메모리 셀 어레이(170) 순으로 저장될 수 있다.
제1 래치(181)에 저장된 데이터(D3)가 메모리 셀 어레이(170)에 프로그램되는 도중에 프로그램될 데이터(D4)는 데이터 읽기/쓰기 유닛(180)의 제2 래치(183)로 입력될 수 있다(④의 과정). 제2 래치(183)에 저장된 데이터(D4)는 ②, ③의 과정을 통해서 프로그램 요청된 어드레스에 대응하는 메모리 셀 어레이(170)의 메모리 셀들에 프로그램될 수 있다.
캐시 프로그램 동작이 완료되면, 도 6에 도시된 바와 같이, 캐시 유지 프로그램 동작을 통해서 프로그램된 데이터(D1) 그리고 캐시 프로그램 동작을 통해서 프로그램된 데이터(D3 및 D4)가 메모리 셀 어레이(170)에 저장될 수 있다.
이러한 과정과 같이, 캐시 유지 프로그램 동작이 수행된 이후에 캐시 프로그램 동작이 수행되면, 캐시 유지 프로그램 동작을 통해서 데이터 읽기/쓰기 회로(180)의 제2 래치(183)에 저장된 데이터(D1)는 또 다른 프로그램 동작에 의해서 유지되지 못할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 캐시 유지 리드 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 7을 설명함에 있어서, 캐시 유지 프로그램 동작을 통해서, 데이터(D1)가 메모리 셀 어레이(170)와 데이터 읽기/쓰기 유닛(180)의 제2 래치(183)에 저장된 불휘발성 메모리 장치(160)를 가정할 것이다.
데이터 로딩 가속 유닛(150)은 캐시 유지 프로그램 동작이 수행된 이후에 정상 프로그램 동작이 아닌 제2 래치(183)를 사용하는 프로그램 동작(예를 들면, 캐시 프로그램 동작)이 수행되었는지의 여부를 메모리 인터페이스 유닛(130)을 통해서 감지하도록 구성될 수 있다. 데이터 로딩 가속 유닛(150)은 감지 결과에 따라서 독출 가속화 관리 정보를 갱신하거나 갱신하지 않도록 구성될 수 있다.
데이터 로딩 가속 유닛(150)은 캐시 유지 프로그램 동작이 수행된 이후에 제2 래치(183)를 사용하는 프로그램 동작이 수행된 것을 감지한 경우, 독출 가속화 관리 정보를 갱신할 수 있다. 즉, 데이터 로딩 가속 유닛(150)은 제2 래치(183)에 저장된 데이터가 유실된 상태일 때 유실된 데이터에 대응하는 관리 정보를 갱신할 수 있다. 데이터 로딩 가속 유닛(150)은 갱신된 독출 가속화 관리 정보를 참조하여 유실된 데이터에 대해서는 캐시 유지 리드 동작을 수행하지 않을 수 있다.
데이터 로딩 가속 유닛(150)은 캐시 유지 프로그램 동작이 수행된 이후에 제2 래치(183)를 사용하는 프로그램 동작이 수행된 것을 감지하지 못한 경우, 독출 가속화 관리 정보를 그대로 유지할 수 있다. 데이터 로딩 가속 유닛(150)은 제2 래치(183)에 데이터(D1)가 유지된 상태일 때 독출 가속화 관리 정보를 참조하여 캐시 유지 리드 동작이 수행되도록 제어할 수 있다.
데이터 로딩 가속 유닛(150)의 요청에 따라서 캐시 유지 리드 동작이 수행되면, 메모리 셀 어레이(170)에 저장된 데이터(D1)가 아닌 제2 래치(183)에 저장된 데이터(D1)가 바로 출력될 수 있다(①의 과정). 즉, 캐시 유지 리드 동작을 통해서 데이터의 센싱 과정 없이 데이터가 출력될 수 있기 때문에 데이터 독출이 가속화될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 캐시 유지 프로그램 동작을 통해서 동작 메모리 장치의 메타 데이터가 저장되는 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다. 그리고 도 9는 캐시 유지 프로그램 동작을 통해서 동작 메모리 장치의 메타 데이터가 저장될 때 데이터 로딩 가속 유닛에 의해 생성 및 관리되는 독출 가속화 관리 정보를 설명하기 위한 도면이다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 펌웨어(또는 소프트웨어)의 구동 중에 생성 및 참조되는 메타 데이터 중에서 어드레스 맵핑 테이블이 캐시 유지 프로그램 동작을 통해서 저장되는 과정이 예시될 것이다.
호스트 장치(도시되지 않음)가 데이터 저장 장치(도 1의 100)를 액세스하는 경우(예를 들면, 읽기 또는 쓰기 동작을 요청하는 경우), 호스트 장치는 논리 어드레스(logical address)를 데이터 저장 장치(100)로 제공할 수 있다. 컨트롤러(도 1의 110)는 제공된 논리 어드레스를 불휘발성 메모리 장치(160)의 물리 어드레스(physical address)로 변환하고, 변환된 물리 어드레스를 참조하여 요청된 동작을 수행할 수 있다. 이러한 어드레스 변환 동작을 위해서 어드레스 변환 데이터, 즉, 어드레스 맵핑 테이블이 필요할 수 있다.
어드레스 맵핑 테이블은 논리 어드레스에 대응되는 물리 어드레스 정보, 즉, 어드레스 맵핑 정보(L2P)를 포함하는 세그먼트(SG) 단위로 분할될 수 있다. 동작 메모리 장치(140)의 저장 용량으로 인해서, 호스트 장치로부터 현재 제공된 논리 어드레스를 변환하기 위해 참조되어야 할 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트(SG)만이 동작 메모리 장치(140)에 로딩될 수 있다. 그리고 참조되지 않는 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트(SG)는 동작 메모리 장치(140)로부터 불휘발성 메모리 장치(160)로 백업(backup)될 수 있다.
불휘발성 메모리 장치(160)로 백업된 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트(SG)는 논리 어드레스를 물리 어드레스로 변환하기 위해서 동작 메모리 장치(140)로 빈번히 로딩될 수 있다. 그러한 까닭에, 백업된 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트(SG)를 빨리 독출하면 독출할수록 데이터 저장 장치(100)의 동작 속도는 향상될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 어드레스 맵핑 테이블의 빠른 로딩을 위해서, 백업될 어드레스 맵핑 테이블은 캐시 유지 프로그램 동작을 통해서 저장될 수 있다.
설명의 간략화를 위해서, 동작 메모리 장치(140)에 로딩된 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트들(SG1, SG3, SG4 및 SG5) 중에서 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트들(SG1 및 SG5)이 불휘발성 메모리 장치(160)로 백업되어야 하는 경우를 가정할 것이다. 또한, 어드레스 맵핑 테이블의 백업 및 로딩을 병렬적으로 처리하기 위해서, 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트들(SG1 및 SG5)은 불휘발성 메모리 장치들(160_A 및 160_B)에 분산되어 저장되는 경우가 예시적으로 설명될 것이다.
동작 메모리 장치(140)에 로딩된 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트(SG1)는 캐시 유지 프로그램 동작을 통해서 불휘발성 메모리 장치(160_A)에 저장될 수 있다. 캐시 유지 프로그램 동작을 통해서 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트(SG1)가 저장되었기 때문에, 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트(SG1)는 메모리 셀 어레이(170)의 할당된 영역(P1)뿐만 아니라 데이터 읽기/쓰기 유닛(180_A)의 제2 래치(183_A)에 저장될 수 있다. 동작 메모리 장치(140)에 로딩된 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트(SG5)는 캐시 유지 프로그램 동작을 통해서 불휘발성 메모리 장치(160_B)에 저장될 수 있다. 캐시 유지 프로그램 동작을 통해서 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트(SG5)가 저장되었기 때문에, 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트(SG5)는 메모리 셀 어레이(170_B)의 할당된 영역(P2)뿐만 아니라 데이터 읽기/쓰기 유닛(180_B)의 제2 래치(183_B)에 저장될 수 있다.
캐시 유지 프로그램 동작을 통해서 저장된 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트들(SG1 및 SG5)의 정보는 데이터 로딩 가속 유닛(150)에 의해서 독출 가속화 관리 정보로 관리될 수 있다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 캐시 유지 프로그램 동작을 통해서 저장된 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트의 정보는 세그먼트의 번호(SG#), 저장된 위치 정보(LCT)로서 불휘발성 메모리 장치(C#) 및 메모리 셀 어레이의 위치(P#), 및 캐시 유지 상태 정보(CK)를 포함하는 독출 가속화 관리 정보로 관리될 수 있다.
예시적으로, 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트(SG1)의 독출 가속화 관리 정보를 참조하면, 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트(SG1)는 불휘발성 메모리 장치(160_A)의 1번 영역에 저장되어 있고, 제2 래치(183_A)에 유지되고 있음을 알 수 있다. 또한, 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트(SG5)의 독출 가속화 관리 정보를 참조하면, 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트(SG5)는 불휘발성 메모리 장치(160_B)의 2번 영역에 저장되어 있고, 제2 래치(183_B)에 유지되고 있음을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 캐시 유지 리드 동작을 통해서 메타 데이터가 동작 메모리 장치로 로딩되는 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 10을 설명함에 있어서, 도 8의 과정을 통해 백업된 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트들(SG1 및 SG5)을 독출하기 위해서 도 9에 도시된 독출 가속화 관리 정보가 참조될 것이다.
불휘발성 메모리 장치(160_A)에 백업된 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트(SG1)를 동작 메모리 장치(140)로 다시 로딩하는 경우, 독출 가속화 관리 정보를 참조하여 캐시 유지 리드 동작이 수행될 수 있다. 캐시 유지 리드 동작이 수행되기 때문에 제2 래치(183_A)에 유지된 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트(SG1)가 동작 메모리 장치(140)로 바로 전송될 수 있다. 불휘발성 메모리 장치(160_B)에 백업된 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트(SG5)를 동작 메모리 장치(140)로 다시 로딩하는 경우, 독출 가속화 관리 정보를 참조하여 캐시 유지 리드 동작이 수행될 수 있다. 캐시 유지 리드 동작이 수행되기 때문에 제2 래치(183_B)에 유지된 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트(SG5)가 동작 메모리 장치(140)로 바로 전송될 수 있다. 즉, 캐시 유지 리드 동작을 통해서 어드레스 맵핑 테이블은 동작 메모리 장치에 빠르게 로딩될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 캐시 유지 프로그램 동작이 수행된 이후에 제2 래치(183_A 또는 183_B)를 사용하는 프로그램 동작이 수행되면, 독출 가속화 관리 정보의 캐시 유지 상태 정보(CK)는 변경될 수 있다. 캐시 유지 상태 정보(CK)가 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트(SG1 또는 SG5)가 제2 래치(183_A 또는 183_B)에 유지되지 않은 상태를 의미하는 정보로 변경된 경우, 캐시 유지 리드 동작은 수행되지 않을 것이다. 이러한 경우에는, 정상 리드 동작을 통해서 어드레스 맵핑 테이블 세그먼트(SG1 또는 SG5)가 메모리 셀 어레이(170_A 또는 170_B)로부터 독출될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템을 예시적으로 보여주는 블럭도이다. 도 11을 참조하면, 데이터 처리 시스템(1000)은 호스트 장치(1100)와 데이터 저장 장치(1200)를 포함할 수 있다.
데이터 저장 장치(1200)는 컨트롤러(1210) 및 불휘발성 메모리 장치(1220)를 포함할 수 있다. 데이터 저장 장치(1200)는 데스크톱 컴퓨터, 노트북, 디지털 카메라, 휴대폰, MP3 플레이어, 게임기 등과 같은 호스트 장치(1100)에 접속되어 사용될 수 있다. 데이터 저장 장치(1200)는 메모리 시스템이라고도 불린다.
컨트롤러(1210)는 호스트 장치(1100)로부터의 요청에 응답하여 불휘발성 메모리 장치(1220)를 액세스하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(1210)는 불휘발성 메모리 장치(1220)의 읽기, 프로그램 또는 소거 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(1210)는 불휘발성 메모리 장치(1220)를 제어하기 위한 펌웨어(firmware)를 구동하도록 구성될 수 있다.
컨트롤러(1210)는 호스트 인터페이스(1211), 컨트롤 유닛(1212), 메모리 인터페이스(1213), 램(1214), 에러 정정 코드(ECC) 유닛(1215), 데이터 로딩 가속 유닛(1216)을 포함할 수 있다.
컨트롤 유닛(1212)은 호스트 장치의 요청에 응답하여 컨트롤러(1210)의 제반 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 램(1214)은 마이크로 컨트롤 유닛(1212)의 동작 메모리(working memory)로써 이용될 수 있다. 램(1214)은 불휘발성 메모리 장치(1220)로부터 읽혀진 데이터 또는 호스트 장치(1100)로부터 제공된 데이터를 임시로 저장할 수 있다.
호스트 인터페이스(1211)는 호스트 장치(1100)와 컨트롤러(1210)를 인터페이싱하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 호스트 인터페이스(1211)는 UFS(Universal Flash Storage) 프로토콜, USB(Universal Serial Bus) 프로토콜, MMC(Multi-Media Card) 프로토콜, PCI(Peripheral Component Interconnection) 프로토콜, PCI-E(PCI Express) 프로토콜, PATA(Parallel Advanced Technology Attachment) 프로토콜, SATA(Serial Advanced Technology Attachment) 프로토콜, SCSI(Small Computer System Interface) 프로토콜, SAS(Serial Attached SCSI) 프로토콜 등과 같은 다양한 인터페이스 프로토콜들 중 하나를 통해 호스트 장치(1100)와 통신하도록 구성될 수 있다.
메모리 인터페이스(1213)는 컨트롤러(1210)와 불휘발성 메모리 장치(1220)를 인터페이싱하도록 구성될 수 있다. 메모리 인터페이스(1213)는 불휘발성 메모리 장치(1220)에 커맨드 및 어드레스를 제공하도록 구성될 수 있다. 그리고 메모리 인터페이스(1213)는 불휘발성 메모리 장치(1220)와 데이터를 주고 받도록 구성될 수 있다.
에러 정정 코드(ECC) 유닛(1215)은 불휘발성 메모리 장치(1220)로부터 독출된 데이터의 오류를 검출하도록 구성될 수 있다. 그리고 에러 정정 코드 유닛(1215)은 검출된 에러가 정정 범위 내이면, 검출된 오류를 정정하도록 구성될 수 있다. 한편, 에러 정정 코드 유닛(1215)은 메모리 시스템(1000)에 따라 컨트롤러(1210) 내에 구비되거나 밖에 구비될 수 있다.
데이터 로딩 가속 유닛(1216)은 불휘발성 메모리 장치(1220)로부터 데이터 독출을 가속화하도록 구성될 수 있다. 이를 위해서, 데이터 로딩 가속 유닛(1216)은 데이터 독출을 가속화하기 위한 독출 가속화 관리 정보를 생성 및 관리하도록 구성될 수 있다. 또한, 데이터 로딩 가속 유닛(1216)은 독출 가속화 관리 정보를 참조하여 불휘발성 메모리 장치(1220)의 캐시 유지 프로그램 동작 및 캐시 유지 리드 동작을 제어하도록 구성될 수 있다.
불휘발성 메모리 장치(1220)는 복수의 불휘발성 메모리 칩들(또는 다이들(dies))(NVM_1~NVM_k)로 구성될 수 있다. 불휘발성 메모리 장치(1220)는 본 발명의 실시 예에 따른 캐시 유지 프로그램 동작 및 캐시 유지 리드 동작을 수행할 수 있다.
컨트롤러(1210) 및 불휘발성 메모리 장치(1220)는 다양한 데이터 저장 장치 중 어느 하나로 제조될 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(1210) 및 데이터 저장 매체(1220)는 하나의 반도체 장치로 집적되어 MMC, eMMC, RS-MMC, micro-MMC 형태의 멀티 미디어 카드(Multi Media Card), SD, mini-SD, micro-SD 형태의 시큐어 디지털(Secure Digital) 카드, USB(Universal Storage Bus) 저장 장치, UFS(Universal Flash Storage) 장치, PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association) 카드, CF(Compact Flash) 카드, 스마트 미디어(Smart Media) 카드, 메모리 스틱(Memory Stick) 중 어느 하나로 제조될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)를 예시적으로 보여주는 블럭도이다. 도 12를 참조하면, 데이터 처리 시스템(2000)은 호스트 장치(2100)와 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive, 이하, SSD라 칭함, 2200)를 포함할 수 있다.
SSD(2200)는 SSD 컨트롤러(2210), 버퍼 메모리 장치(2220), 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n), 전원 공급기(2240), 신호 커넥터(2250), 전원 커넥터(2260)를 포함할 수 있다.
SSD(2200)는 호스트 장치(2100)의 요청에 응답하여 동작할 수 있다. 즉, SSD 컨트롤러(2210)는 호스트 장치(2100)로부터의 요청에 응답하여 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)을 액세스하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, SSD 컨트롤러(2210)는 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)의 읽기, 프로그램 그리고 소거 동작을 제어하도록 구성될 수 있다.
버퍼 메모리 장치(2220)는 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)에 저장될 데이터를 임시 저장하도록 구성될 수 있다. 또한, 버퍼 메모리 장치(2220)는 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)로부터 읽혀진 데이터를 임시 저장하도록 구성될 수 있다. 버퍼 메모리 장치(2220)에 임시 저장된 데이터는 SSD 컨트롤러(2210)의 제어에 따라 호스트 장치(2100) 또는 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)로 전송될 수 있다.
불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)은 SSD(2200)의 저장 매체로써 사용될 수 있다. 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n) 각각은 복수의 채널들(CH1~CHn)을 통해 SSD 컨트롤러(2210)와 연결될 수 있다. 하나의 채널에는 하나 또는 그 이상의 불휘발성 메모리 장치가 연결될 수 있다. 하나의 채널에 연결되는 불휘발성 메모리 장치들은 동일한 신호 버스 및 데이터 버스에 연결될 수 있다.
전원 공급기(2240)는 전원 커넥터(2260)를 통해 입력된 전원(PWR)을 SSD(2200) 내부에 제공하도록 구성될 수 있다. 전원 공급기(2240)는 보조 전원 공급기(2241)를 포함할 수 있다. 보조 전원 공급기(2241)는 서든 파워 오프(sudden power off)가 발생되는 경우, SSD(2200)가 정상적으로 종료될 수 있도록 전원을 공급하도록 구성될 수 있다. 보조 전원 공급기(2241)는 전원(PWR)을 충전할 수 있는 슈퍼 캐패시터들(super capacitors)을 포함할 수 있다.
SSD 컨트롤러(2210)는 신호 커넥터(2250)를 통해서 호스트 장치(2100)와 신호(SGL)를 주고 받을 수 있다. 여기에서, 신호(SGL)는 커맨드, 어드레스, 데이터 등이 포함될 수 있다. 신호 커넥터(2250)는 호스트 장치(2100)와 SSD(2200)의 인터페이스 방식에 따라 PATA(Parallel Advanced Technology Attachment), SATA(Serial Advanced Technology Attachment), SCSI(Small Computer System Interface), SAS(Serial Attached SCSI), PCI(Peripheral Component Interconnection), PCI-E(PCI Express) 등의 커넥터로 구성될 수 있다.
도 13은 도 12에 도시된 SSD 컨트롤러를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 13을 참조하면, SSD 컨트롤러(2210)는 메모리 인터페이스(2211), 호스트 인터페이스(2212), 에러 정정 코드(ECC) 유닛(2213), 마이크로 컨트롤 유닛(2214), 램(2215), 데이터 로딩 가속 유닛(2217)을 포함할 수 있다.
메모리 인터페이스(2211)는 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)에 커맨드 및 어드레스를 제공하도록 구성될 수 있다. 그리고 메모리 인터페이스(2211)는 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)과 데이터를 주고 받도록 구성될 수 있다. 메모리 인터페이스(2211)는 마이크로 컨트롤 유닛(2214)의 제어에 따라 버퍼 메모리 장치(2220)로부터 전달된 데이터를 각각의 채널들(CH1~CHn)로 스캐터링(Scattering)할 수 있다. 그리고 메모리 인터페이스(2211)는 마이크로 컨트롤 유닛(2214)의 제어에 따라 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)로부터 읽혀진 데이터를 버퍼 메모리 장치(2220)로 전달할 수 있다.
호스트 인터페이스(2212)는 호스트 장치(2100)의 프로토콜에 대응하여 SSD(2200)와의 인터페이싱을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 호스트 인터페이스(2212)는 PATA(Parallel Advanced Technology Attachment), SATA(Serial Advanced Technology Attachment), SCSI(Small Computer System Interface), SAS(Serial Attached SCSI), PCI(Peripheral Component Interconnection), PCI-E(PCI Expresss) 프로토콜들 중 어느 하나를 통해 호스트 장치(2100)와 통신하도록 구성될 수 있다. 또한, 호스트 인터페이스(2212)는 호스트 장치(2100)가 SSD(2200)를 하드 디스크 드라이브(HDD)로 인식하도록 지원하는 디스크 에뮬레이션(Disk Emulation) 기능을 수행할 수 있다.
에러 정정 코드(ECC) 유닛(2213)은 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)로 전송되는 데이터에 근거하여 패러티 비트를 생성하도록 구성될 수 있다. 생성된 패러티 비트는 불휘발성 메모리(2231~223n)의 스페어 영역(spare area)에 저장될 수 있다. 에러 정정 코드(ECC) 유닛(2213)은 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)로부터 읽혀진 데이터의 에러를 검출하도록 구성될 수 있다. 만약, 검출된 에러가 정정 범위 내이면, 검출된 에러를 정정하도록 구성될 수 있다.
컨트롤 유닛(2214)는 호스트 장치(2100)로부터 입력된 신호(SGL)를 분석하고 처리하도록 구성될 수 있다. 컨트롤 유닛(2214)는 호스트 장치(2100)의 요청에 응답하여 SSD 컨트롤러(2210)의 제반 동작을 제어할 수 있다. 컨트롤 유닛(2214)은 SSD(2200)를 구동하기 위한 펌웨어에 따라서 버퍼 메모리 장치(2220) 및 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)의 동작을 제어할 수 있다. 램(2215)은 이러한 펌웨어를 구동하기 위한 동작 메모리 장치(working memory device)로써 사용될 수 있다.
데이터 로딩 가속 유닛(2217)은 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)로부터 데이터 독출을 가속화하도록 구성될 수 있다. 이를 위해서, 데이터 로딩 가속 유닛(2217)은 데이터 독출을 가속화하기 위한 독출 가속화 관리 정보를 생성 및 관리하도록 구성될 수 있다. 또한, 데이터 로딩 가속 유닛(2217)은 독출 가속화 관리 정보를 참조하여 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)의 캐시 유지 프로그램 동작 및 캐시 유지 리드 동작을 제어하도록 구성될 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치가 장착되는 컴퓨터 시스템을 예시적으로 보여주는 블럭도이다. 도 14를 참조하면, 컴퓨터 시스템(3000)은 시스템 버스(3700)에 전기적으로 연결되는 네트워크 어댑터(3100), 중앙 처리 장치(3200), 데이터 저장 장치(3300), 램(3400), 롬(3500) 그리고 사용자 인터페이스(3600)를 포함한다. 여기에서, 데이터 저장 장치(3300)는 도 1에 도시된 데이터 저장 장치(100), 도 11에 도시된 데이터 저장 장치(1200) 또는 도 12에 도시된 SSD(2200)로 구성될 수 있다.
네트워크 어댑터(3100)는 컴퓨터 시스템(3000)과 외부의 네트워크들 사이의 인터페이싱을 제공한다. 중앙 처리 장치(3200)는 램(3400)에 상주하는 운영 체제(Operating System)나 응용 프로그램(Application Program)을 구동하기 위한 제반 연산 처리를 수행한다.
데이터 저장 장치(3300)는 컴퓨터 시스템(3000)에서 필요한 제반 데이터를 저장한다. 예를 들면, 컴퓨터 시스템(3000)을 구동하기 위한 운영 체제, 응용 프로그램, 다양한 프로그램 모듈, 프로그램 데이터, 그리고 사용자 데이터 등이 데이터 저장 장치(3300)에 저장된다.
램(3400)은 컴퓨터 시스템(3000)의 동작 메모리 장치로 사용될 수 있다. 부팅 시에 램(3400)에는 데이터 저장 장치(3300)로부터 읽혀진 운영 체제, 응용 프로그램, 다양한 프로그램 모듈과 프로그램들의 구동에 소요되는 프로그램 데이터가 로드된다. 롬(3500)에는 운영 체제가 구동되기 이전부터 활성화되는 기본적인 입출력 시스템인 바이오스(BIOS: Basic Input/Output System)가 저장된다. 사용자 인터페이스(3600)를 통해서 컴퓨터 시스템(3000)과 사용자 사이의 정보 교환이 이루어진다.
비록 도면에는 도시되지 않았지만, 컴퓨터 시스템(3000)은 배터리(Battery), 응용 칩셋(Application chipset), 카메라 이미지 프로세서(Camera Image Processor: CIS) 등과 같은 장치들을 더 포함할 수 있음은 잘 이해될 것이다.
이상에서, 본 발명은 구체적인 실시 예를 통해 설명되고 있으나, 본 발명은 그 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지로 변형할 수 있음은 잘 이해될 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 및 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. 본 발명의 범위 또는 기술적 사상을 벗어나지 않고 본 발명의 구조가 다양하게 수정되거나 변경될 수 있음은 잘 이해될 것이다.
100 : 데이터 저장 장치
110 : 컨트롤러
120 : 컨트롤 유닛
130 : 메모리 인터페이스 유닛
140 : 동작 메모리 장치
150 : 데이터 로딩 가속 유닛
160 : 불휘발성 메모리 장치
170 : 메모리 셀 어레이
180 : 데이터 읽기/쓰기 유닛
181 : 제1 래치
183 : 제2 래치

Claims (19)

  1. 메모리 셀 어레이로부터 데이터를 독출하거나, 상기 메모리 셀 어레이에 데이터를 저장하도록 구성된 데이터 읽기 및 쓰기 유닛을 포함하는 불휘발성 메모리 장치; 및
    동작 메모리 장치에 로딩된 데이터를 상기 불휘발성 메모리 장치에 백업하거나, 상기 불휘발성 메모리 장치에 백업된 데이터를 상기 동작 메모리 장치로 로딩하도록 구성된 컨트롤러를 포함하되,
    상기 컨트롤러는 상기 데이터가 상기 메모리 셀 어레이와 상기 데이터 읽기 및 쓰기 유닛 모두에 백업되도록 상기 불휘발성 메모리 장치를 제어하도록 구성된 데이터 저장 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 메모리 셀 어레이와 상기 데이터 읽기 및 쓰기 유닛 모두에 백업된 데이터를 관리하도록 구성된 데이터 로딩 가속 유닛을 포함하는 데이터 저장 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 데이터 로딩 가속 유닛은 상기 메모리 셀 어레이에 백업된 데이터의 저장 위치 정보와, 상기 데이터 읽기 및 쓰기 유닛에 백업된 데이터가 상기 데이터 읽기 및 쓰기 유닛에 유지되고 있는지를 나타내는 유지 상태 정보를 포함하는 독출 가속화 관리 정보를 생성 및 관리하도록 구성된 데이터 저장 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 독출 가속화 관리 정보에 근거하여 상기 데이터 읽기 및 쓰기 유닛에 백업된 데이터가 유지된 것으로 판단하는 경우에 상기 데이터 읽기 및 쓰기 유닛에 백업된 데이터가 상기 동작 메모리 장치로 로딩되도록 상기 불휘발성 메모리 장치를 제어하도록 구성된 데이터 저장 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 독출 가속화 관리 정보에 근거하여 상기 데이터 읽기 및 쓰기 유닛에 백업된 데이터가 유실된 것으로 판단하는 경우에 상기 메모리 셀 어레이에 백업된 데이터가 상기 동작 메모리 장치로 로딩되도록 상기 불휘발성 메모리 장치를 제어하도록 구성된 데이터 저장 장치.
  6. 메모리 영역으로부터 데이터를 센싱하거나 상기 메모리 영역에 데이터를 저장하도록 구성된 데이터 읽기 및 쓰기 유닛을 포함하는 불휘발성 메모리 장치;
    상기 불휘발성 메모리 장치의 물리 어드레스와 호스트 장치로부터 제공된 논리 어드레스를 맵핑하기 위한 어드레스 맵핑 정보를 저장하도록 구성된 동작 메모리 장치; 및
    상기 동작 메모리 장치에 저장된 상기 어드레스 맵핑 정보가 상기 데이터 읽기 및 쓰기 유닛을 통해서 상기 메모리 영역에 저장된 이후에도 상기 데이터 읽기 및 쓰기 유닛에 유지되도록 상기 불휘발성 메모리 장치를 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함하는 데이터 저장 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 불휘발성 메모리 장치를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하도록 구성된 메모리 인터페이스 유닛; 및
    상기 데이터 읽기 및 쓰기 유닛에 유지되는 어드레스 맵핑 정보를 상기 메모리 인터페이스 유닛을 통해서 관리하도록 구성된 데이터 로딩 가속화 유닛을 포함하는 데이터 저장 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 데이터 로딩 가속화 유닛은 상기 어드레스 맵핑 정보가 저장된 상기 메모리 영역의 위치 정보와, 상기 어드레스 맵핑 정보가 상기 데이터 읽기 및 쓰기 유닛에 유지되고 있는지를 나타내는 유지 상태 정보를 포함하는 독출 가속화 관리 정보를 생성 및 관리하도록 구성된 데이터 저장 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 데이터 로딩 가속화 유닛은 상기 독출 가속화 관리 정보에 따라서 상기 어드레스 맵핑 정보가 상기 데이터 읽기 및 쓰기 유닛에 유지되도록 상기 메모리 인터페이스 유닛에 상기 불휘발성 메모리 장치에 대한 캐시 유지 프로그램 동작의 제어를 요청하도록 구성된 데이터 저장 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 데이터 로딩 가속화 유닛은 상기 독출 가속화 관리 정보에 따라서 상기 데이터 읽기 및 쓰기 유닛에 유지된 어드레스 맵핑 정보가 출력되도록 상기 메모리 인터페이스 유닛에 상기 불휘발성 메모리 장치에 대한 캐시 유지 읽기 동작의 제어를 요청하도록 구성된 데이터 저장 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 불휘발성 메모리 장치는 상기 캐시 유지 읽기 동작의 제어에 따라서 상기 메모리 영역에 대한 센싱 없이 상기 데이터 읽기 및 쓰기 유닛에 유지된 상기 어드레스 맵핑 정보를 출력하도록 구성된 데이터 저장 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 데이터 로딩 가속화 유닛은 상기 데이터 읽기 및 쓰기 유닛으로부터 출력된 상기 어드레스 맵핑 정보가 상기 동작 메모리 장치에 로딩되도록 상기 동작 메모리 장치 및 상기 메모리 인터페이스 유닛을 제어하도록 구성된 데이터 저장 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 데이터 읽기 및 쓰기 유닛은 상기 메모리 영역으로부터 센싱된 데이터 또는 상기 메모리 영역에 저장될 데이터를 저장하도록 구성된 제1 래치 블럭과, 상기 제1 래치 블럭으로부터 덤프된 데이터 또는 상기 제1 래치 블럭으로 덤프될 데이터를 저장하도록 구성된 제2 래치 블럭을 포함하되,
    상기 어드레스 맵핑 정보는 상기 제2 래치 블럭에 유지되는 데이터 저장 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 어드레스 맵핑 정보는 상기 제2 래치 블럭을 이용한 캐시 프로그램 동작이 수행될 때까지 상기 제2 래치 블럭에 유지되는 데이터 저장 장치.
  15. 메모리 셀 어레이; 및
    상기 메모리 셀 어레이로부터 센싱된 데이터 또는 상기 메모리 셀 어레이에 저장될 데이터를 저장하도록 구성된 제1 래치 블럭과, 상기 제1 래치 블럭으로부터 덤프된 데이터 또는 상기 제1 래치 블럭으로 덤프될 데이터를 저장하도록 구성된 제2 래치 블럭을 포함하는 데이터 읽기 및 쓰기 유닛을 포함하되,
    캐시 유지 프로그램 동작이 수행되면, 상기 메모리 셀 어레이에 저장된 데이터와 동일한 데이터가 상기 제2 래치 블럭에 유지되는 불휘발성 메모리 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 캐시 유지 프로그램 동작이 수행된 이후에 정상 프로그램 동작이 수행되면, 상기 메모리 셀 어레이에 프로그램될 데이터는 상기 제1 래치 블럭 및 상기 메모리 셀 어레이 순으로 저장되는 불휘발성 메모리 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 캐시 유지 프로그램 동작이 수행된 이후에 캐시 프로그램 동작이 수행되면, 상기 메모리 셀 어레이에 프로그램될 데이터는 상기 제2 래치 블럭, 상기 제1 래치 블럭 및 상기 메모리 셀 어레이 순으로 저장되는 불휘발성 메모리 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 캐시 유지 프로그램 동작이 수행된 이후에 캐시 유지 리드 동작이 수행되면, 상기 제2 래치 블럭에 유지된 데이터가 출력되는 불휘발성 메모리 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 캐시 유지 리드 동작이 수행되면, 상기 메모리 셀 어레이에 저장된 데이터에 대한 센싱 없이 데이터가 출력되는 불휘발성 메모리 장치.
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