KR20180117549A - 지능적 백업 커패시터 관리 - Google Patents

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KR20180117549A
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Abstract

저장 디바이스 내의 백업 커패시터들을 지능적으로 관리하기 위한 방법들 및 장치들이 개시된다. 디바이스의 전력 소비는 디바이스로의 주요 전력의 중단의 이벤트 시에 데이터 백업 및 전력 차단 동작들을 위해 디바이스에 전력을 공급하는 데 필요한 에너지의 양을 포함하는 현재 백업 에너지 요건을 결정하기 위해 모니터링된다. 현재 백업 에너지 요건에 기초하여, 디바이스의 복수의 백업 커패시터들 중 하나 이상이 턴온 또는 턴오프되는데, 여기서 복수의 백업 커패시터들은 복수의 백업 커패시터들 중 온 상태로 유지되는 것들이 주요 전력의 중단 동안에 백업 에너지를 디바이스에 제공하게 하도록 구성된다.

Description

지능적 백업 커패시터 관리{INTELLIGENT BACKUP CAPACITOR MANAGEMENT}
본 발명은 커패시터 수명을 연장하기 위해 저장 디바이스 내의 백업 커패시터들을 지능적으로 관리하기 위한 방법들, 시스템들, 및 장치들에 관한 것이다. 일부 실시예들에 따르면, 방법은, 디바이스로의 주요 전력의 중단의 이벤트 시에 데이터 백업 및 전력 차단 동작들을 위해 디바이스에 전력을 공급하는 데 필요한 에너지의 양을 포함하는 현재 백업 에너지 요건을 결정하기 위해 디바이스의 전력 소비를 모니터링하는 단계를 포함한다. 현재 백업 에너지 요건에 기초하여, 디바이스의 복수의 백업 커패시터들 중 하나 이상이 턴온 또는 턴오프될 수 있는데, 여기서 복수의 백업 커패시터들은 복수의 백업 커패시터들 중 온 상태로 유지되는 것들이 주요 전력의 중단 동안에 백업 에너지를 디바이스에 제공하게 하도록 구성된다.
추가 실시예들에 따르면, 컴퓨터 판독가능 저장 매체는, 저장 디바이스의 제어기로 하여금, 전력 모니터 컴포넌트로부터 저장 디바이스와 관련된 전력 소비 데이터를 수신하게 하도록 그리고 전력 소비 데이터에 기초하여 저장 디바이스에 대한 현재 백업 에너지 요건을 결정하게 하도록 구성된 프로세서 실행가능 명령어들을 포함한다. 이어서, 제어기는 현재 백업 에너지 요건에 기초하여 저장 디바이스의 복수의 백업 커패시터들 중 하나 이상을 턴온 또는 턴오프시킬 수 있다. 수신, 결정, 및 턴온 또는 턴오프는 제어기에 의해 주기적으로 반복된다. 저장 디바이스에서의 전력 장애가 제어기에 의해 검출되는 경우, 제어기는 복수의 백업 커패시터들 중 온 상태로 유지되는 것들이 저장 디바이스에 전력을 공급하는 동안에 데이터 백업 및 전력 차단 동작들을 수행한다.
추가 실시예들에 따르면, "SSD(solid-state drive)" 장치는 제어기, SSD 장치의 전력 회로를 호스트 디바이스에 접속시키고 호스트 디바이스로부터의 전력을 SSD 장치에 제공하는 전력 커넥터, 전력 커넥터와 SSD 장치의 다른 컴포넌트들 사이에 개재되고, SSD 장치의 전력 소비를 모니터링하도록 그리고 전력 소비 데이터를 제어기에 제공하도록 구성된 전력 모니터, 전력 회로에 접속되고 호스트 디바이스로부터 SSD 장치로의 전력의 중단의 이벤트 시에 백업 에너지를 SSD 장치에 제공하도록 구성된 복수의 백업 커패시터들, 및 제어기에 의해 제어되도록 그리고 복수의 백업 커패시터들 중 대응하는 백업 커패시터를 SSD 장치의 전력 회로에 스위칭온 또는 그로부터 스위칭오프시키도록 구성된 복수의 스위칭 컴포넌트들을 포함한다. 제어기는 전력 모니터로부터 전력 소비 데이터를 수신하도록, 그리고 전력 소비 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 SSD 장치에 대한 현재 백업 에너지 요건을 결정하도록 구성된다. 현재 백업 에너지 요건은 호스트 디바이스로부터의 전력의 중단의 이벤트 시에 데이터 백업 및 전력 차단 동작들을 위해 SSD 장치에 전력을 공급하는 데 필요한 에너지의 양을 나타낸다. 현재 백업 에너지 요건에 기초하여, 제어기는 복수의 백업 커패시터들 중 하나 이상의 백업 커패시터를 SSD 장치의 전력 회로에 스위칭온 또는 그로부터 스위칭오프시킬 수 있다. 제어기는 수신, 결정, 및 스위칭 단계들을 주기적으로 반복한다.
다양한 실시예들의 이들 및 다른 특징들 및 태양들이 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 읽고 첨부 도면을 검토할 시에 명백해질 것이다.
하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서, 그의 일부를 형성하고, 예시로서, 특정 실시예들 또는 예들을 보여주는 첨부 도면을 참조한다. 본 명세서의 도면들은 축척대로 도시되어 있지 않다. 동일한 번호들은 여러 개의 도면들 전체에 걸쳐서 동일한 요소들을 나타낸다.
도 1은 본 명세서에 기술되는 실시예들에 따른, 커패시터 수명을 연장하기 위해 저장 디바이스 내의 백업 커패시터들을 지능적으로 관리하기 위한 하나의 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 2는 본 명세서에 기술되는 실시예들에 따른, 백업 커패시터들의 지능적 관리를 위한 예시적인 저장 디바이스를 보여주는 블록 다이어그램이다.
도 3은 본 명세서에 기술되는 실시예들에 따른, 백업 커패시터들의 지능적 관리에 이용되는 일부 파라미터들을 보여주는 데이터 구조 다이어그램이다.
하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 백업 커패시터 수명을 연장하기 위해 "SSD"와 같은, 저장 디바이스 내의 백업 커패시터들을 지능적으로 관리하기 위한 방법들, 장치들, 및 시스템들에 관한 것이다. SSD들 및 다른 저장 디바이스들 내의 백업 커패시터들(본 명세서에서, "백업 커패시터(backup capacitor, backup cap)들", "백업 커패시터들/뱅크(backup capacitor/bank)들" 등으로 상호교환가능하게 지칭됨)은 디바이스로의 전력의 중단 동안에 정보 백업에 사용된다. 백업 커패시터들은 저장 채널에 대한 기록 보류 트랜잭션(pending write transaction)들(예컨대, 보류 NAND 트랜잭션들)의 완료를 위한 충분한 에너지를 제공하고, 안전한 전력 차단을 수행한다. SSD에서, 이들 데이터 백업 및 전력 차단 동작들은 완료하는 데 단지 수 밀리초만을 필요로 할 수 있다.
백업 커패시터들 또는 커패시터 뱅크들의 용량은, 전형적으로, 최악의 경우, 즉 저장 디바이스의 피크 동작 전력 요건들에 기초하여 설계된다. 추가로, 시스템에 추가된 백업 커패시터들/뱅크들은 피크 요건 이상의 과도한 용량을 제공하여, 하나 이상의 커패시터들/뱅크들이 고장인 경우에도, 피크 전력 요건들에서 백업 동작들 및 셧다운을 위한 적절한 전력이 여전히 존재하게 할 수 있다. 종래의 저장 디바이스들에서, 백업 커패시터들은 저장 디바이스의 전체 동작 시간 동안에 "상시온(always on)"이고, 이러한 연장된 "온-타임(on-time)"은 디바이스의 수명에 걸쳐서 백업 커패시터들의 신뢰성을 감소시킬 수 있다.
본 명세서에 기술되는 실시예들을 활용하면, 백업 커패시터들 또는 커패시터 뱅크들을 포함하는 SSD 또는 다른 저장 디바이스가 구현될 수 있는데, 여기서 백업 커패시터들/뱅크들은 임의의 주어진 시간에 저장 디바이스의 전력 요건들에 기초하여 시스템에 스위칭온 및 그로부터 스위칭오프되어, 이에 의해, 백업 커패시터들의 신뢰성을 증가시킨다. 전력 손실의 이벤트 시에 데이터 백업 및 전력 차단 동작들을 실행하는 데 필요한 에너지의 양은 전력 손실의 순간의 디바이스의 동작 전력에 의존한다. 디바이스가 그의 수명 동안에 피크 동작 전력에서 상시 작업 중인 것은 아니므로, 모든 백업 커패시터들을 항상 연속적으로 충전할 필요는 없다.
실시예들에 따르면, 전력 모니터가 SSD 또는 다른 저장 디바이스에 구현되어, 디바이스 제어기 및 저장 채널의 전력 소비를 측정하게 할 수 있다. 모든 백업 커패시터들/뱅크들이 디바이스의 동작 동안에 접속되는 것 대신, 종래의 저장 디바이스에서와 같이, 백업 커패시터들/뱅크들은 전력 모니터로부터의 실시간 전력 소비 세부사항들에 기초하여 시스템에 스위칭온 또는 그로부터 스위칭오프된다. 전력 소비가 피크 미만인 경우, 보다 적은 커패시터들/뱅크들이 "턴온", 즉 디바이스의 전력 회로에 스위칭온될 수 있고, 이때 나머지 커패시터들은 "턴오프", 즉 전력 회로로부터 스위칭오프될 수 있다. 이는 커패시터들의 전체 동작 시간(및 그들에 대한 스트레스)을 상당히 감소시켜서, 이에 의해, 그의 수명 전체에 걸쳐서 디바이스의 신뢰성을 증가시킨다. 일부 경우에 있어서, 신뢰성있는 백업 용량을 갖는 디바이스의 수명은 30 내지 40%만큼 증가될 수 있다.
도 1은 일부 실시예들에 따른, 커패시터 수명을 연장하기 위해, 저장 디바이스 내의, 예컨대 SSD 디바이스 내의, 백업 커패시터들을 지능적으로 관리하는 하나의 방법을 도시한다. 루틴(100)은, 예를 들어 디바이스의 일반 동작 또는 "사용자 모드" 동안에 수행될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 루틴(100)은 저장 디바이스의 제어기 내의 회로 및/또는 소프트웨어로 구현되는 백업 커패시터 관리 모듈에 의해 수행될 수 있다. 루틴(100)은 단계(102)를 포함하는데, 여기서 디바이스의 전력 공급 시, 디바이스의 백업 커패시터들 또는 커패시터 뱅크들 모두는 100% 용량으로 충전된다. 일부 실시예들에 따르면, 완전 충전되는 동안 커패시터를 전력 회로로부터 스위칭오프시키는 것은 커패시터의 신뢰성 및 수명을 추가로 증가시킨다. 다른 실시예들에서, 일부 개수의 커패시터들/뱅크들은 전력 공급 시에 턴온될 수 있고, 시간 경과에 따라 충전되도록 허용될 수 있다.
다음, 단계(104)에서, 저장 디바이스의 전력 소비는 데이터 백업 및 전력 차단 동작들을 수행하는 데 필요한 백업 에너지를 결정하기 위해 일반 동작 동안에 모니터링된다. 일부 실시예들에서, 백업 에너지 요건은 전력 입력단에서 측정될 때 디바이스의 현재 전력 소비로부터 결정될 수 있다. 예를 들어, SSD 디바이스에 대한 백업 시간 T는 디바이스의 설계 동안에 결정될 수 있고, 수 밀리초 내지 수 초의 범위에 이를 수 있다. 디바이스의 순시 전력 소비 P INST 가 전력 입력단에서 전력 모니터로부터 획득되는 경우, 현재 백업 에너지 요건 E REQ 가 Er REQ = P INST * T로서 계산될 수 있다. 다른 실시예들에서, 디바이스의 백업 에너지 요건은 디바이스의 현재 전력 소비, 디바이스에 의해 다루어지고 있는 동작들의 속도, 디바이스의 캐시 내에서의 NAND 동작들의 개수 등 중 하나 이상에 기초하여 계산될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 디바이스의 백업 에너지 요건은 주기적으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 디바이스의 백업 에너지 요건은 디바이스를 위한 백업 전력에 이용가능한 용량의 실질적인 실시간 조정을 제공하기 위해 1 내지 5μs마다 결정될 수 있다. 이는 멀티-코어 프로세서들을 갖는 저장 디바이스들에서 바람직할 수 있는데, 이러한 프로세서들에서는 하나의 코어가 덜 빈번하게 사용되고 디바이스의 백업 에너지 요건들의 거의 연속적인 모니터링에 사용가능하게 될 수 있다. 다른 예들에서, 백업 에너지 요건들은 덜 빈번하게, 예컨대 매일 1회 내지 여러 회 결정될 수 있다. 이는 디바이스의 전력 요건들이 상대적으로 일정하게 유지되는 상황에 바람직할 수 있다. 다른 실시예들에서, 디바이스의 백업 에너지 요건이 결정되는 빈도는 디바이스의 동작 조건들에 기초하여 변할 수 있다. 예를 들어, 디바이스의 제어기에서 활동이 있는 동안에는, 디바이스의 백업 에너지 요건은 제1 간격으로, 예컨대 1 내지 5μs마다 결정될 수 있다. 제어기에서 어떠한 활동도 검출되지 않는 경우, 백업 에너지 요건은 덜 빈번한 간격으로, 예컨대 매초마다 결정될 수 있다. 임의의 주기가 백업 에너지 요건들을 결정하는 데 이용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이며, 모든 그러한 주기들이 본 발명의 범주 내에 포함될 수 있다는 것이 의도된다.
루틴(100)은 단계(106)로 진행하는데, 여기서 디바이스 내의 백업 커패시터들/뱅크들 중 하나 이상은, 디바이스의 백업 에너지 요건에 기초하여, 턴온 또는 턴오프, 즉 저장 디바이스의 전력 회로에 스위칭온 또는 그로부터 스위칭오프된다. 실시예들에 따르면, 저장 디바이스의 백업 커패시터들은 개별적인 커패시터들 또는 커패시터들의 뱅크들로 분할될 수 있는데, 각각의 커패시터/뱅크는 공지의 에너지 저장 용량을 갖는다. 백업 커패시터/뱅크가 총 용량 C를 갖는 경우, 백업 커패시터에 의해 제공되는 백업 에너지 E BC 는 E BC = 0.5 * C * V 2 에 의해 계산될 수 있고, 여기서 V는 커패시터에 걸친 전압이다. 예를 들어, 최대 백업 에너지 요건 N의 경우, 저장 디바이스의 백업 커패시터들은 ½N, ½N, ¼N, 및 ¼N의 에너지 저장 용량을 포함하는 4개의 커패시터들/뱅크들로 분할될 수 있다. 각각의 개별적인 커패시터/뱅크는 제어기에 의해 저장 디바이스의 전력 회로에 스위칭온 및 그로부터 스위칭오프될 수 있다.
단계(104)에서 계산된 디바이스의 백업 에너지 요건 E REQ 에 기초하여, 제어기는 개별적인 커패시터들/뱅크들 중 하나 이상을 턴온 또는 턴오프시킬 수 있다. 예를 들어, 이용가능한 총 백업 에너지 E TOTAL 은 현재 온 상태에 있는 모든 백업 커패시터들의 개별적인 백업 에너지들 E BC 을 합산함으로써 획득될 수 있다. E TOTAL > E REQ 이기만 하면, 전력 장애 시에 데이터 백업 및 전력 차단을 실행하면서, 일정한 충전 사이클에서 필요하지 않은 커패시터들/뱅크들이 남아 있지 않게 하여, 이에 의해, 그들의 수명을 증가시키는 데 이용가능한 충분한 백업 에너지가 있어야 한다. 일부 실시예들에 따르면, 분리된 커패시터들은 완전 충전 상태에서 개방된 채로 남겨진다. 최대 백업 에너지 요건이 필요한 경우, 모든 백업 커패시터들/뱅크들이 턴온될 것이다. 추가 실시예들에서, 턴온 또는 턴오프되는 개별적인 커패시터들/뱅크들은, 또한, 각각의 개별적인 커패시터/뱅크에 대한 (일정하게 충전 중인) 온 상태에서의 시간이 실질적으로 균등화되도록 구성되는 순환 스케줄에 기초하여서, 이에 따라, 백업 커패시터들의 신뢰성 및 저장 디바이스의 수명을 추가로 증가시킬 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 백업 에너지 요건을 모니터링하고 적절한 백업 커패시터들/뱅크들을 스위칭온 또는 스위칭오프시키는 프로세스는 저장 디바이스의 일반 동작 동안에 계속해서 반복된다. 그러나, 전력 장애가 발생하는 경우, 단계(108)에 나타난 바와 같이, 루틴(100)은 단계(110)로 진행하는데, 여기서 저장 디바이스는 필요한 데이터 백업 동작들을 수행한다. 이는, 예를 들어, SSD에서 모든 캐싱된 NAND 동작들을 프로세싱하는 것을 포함할 수 있다. 다른 저장 디바이스들에서, 이는 기록 캐시를 기록 매체에 플러싱(flush)하는 것을 포함할 수 있다. 실시예들에 따르면, 저장 디바이스는 데이터 백업 동작들을 완료하기 위해 그리고 모든 데이터가 보호된 상태에서 디바이스의 적절한 전력 차단을 실행하기 위해 현재 온 상태의 백업 커패시터들/뱅크들로부터 충분한 에너지를 가질 것이다. 단계(110)로부터, 루틴(100)이 종료된다.
도 2 및 하기의 설명은 본 명세서에 기술되는 실시예들이 구현될 수 있는 적합한 환경에 대한 일반적인 설명을 제공하고자 의도된다. 구체적으로, 도 2는 본 명세서에 제공되는 실시예들에 따른, 디바이스 내의 백업 커패시터들을 지능적으로 관리하기 위한 하드웨어, 소프트웨어, 및 컴포넌트들과 함께, SSD 디바이스와 같은 예시적인 저장 디바이스(200)를 도시한다. 저장 디바이스(200)는 저장 디바이스의 동작들을 제어하는 제어기/프로세서(210)를 포함할 수 있다. 저장 디바이스(200)는, 저장 디바이스(200)가 호스트 디바이스 또는 다른 컴포넌트들, 예컨대 서버 컴퓨터, 개인용 컴퓨터("PC"), 랩톱, 태블릿, 게임 콘솔, 셋톱 박스, 또는 임의의 다른 전자 디바이스 - 이러한 디바이스는 저장 디바이스(200)에 통신가능하게 커플링되어 저장 디바이스로부터의 데이터를 저장 및 검색하게 할 수 있음 - 와 통신하게 하는 호스트 인터페이스(212)를 추가로 포함할 수 있다. 제어기(210)는, 솔리드 스테이트 매체, 자기적 매체, 광학적 매체, 및/또는 이들과 본 기술 분야에 공지되어 있는 다른 데이터 저장 매체의 임의의 조합을 포함할 수 있는 저장 채널(214)을 통해 호스트 디바이스로부터의 판독/기록 커맨드들을 프로세싱할 수 있다.
제어기/프로세서(210)는 프로세서 실행가능 명령어들, 데이터 구조들, 및 다른 정보를 저장하기 위한 컴퓨터 판독가능 저장 매체 또는 "메모리"(210)를 추가로 포함할 수 있다. 메모리(210)는 비휘발성 메모리, 예컨대 "ROM(read-only memory)" 및/또는 FLASH 메모리, 및 "RAM(random-access memory)", 예컨대 "DRAM(dynamic random access memory)" 또는 "SDRAM(synchronous dynamic random access memory)"을 포함할 수 있다. 메모리(210)는 저장 디바이스(200)의 저장 채널(214) 내에 저장 매체의 일부분을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(216)는 저장 디바이스(200)의 동작들을 수행하는 데 필요한 커맨드들 및 데이터를 포함하는 펌웨어를 저장할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 메모리(216)는, 본 명세서에 기술되는 바와 같이, 프로세서에 의해 실행될 때, 저장 디바이스(200) 내의 백업 커패시터들을 지능적으로 관리하기 위한 루틴(100)의 단계들(102 내지 110) 중 일부 또는 전부를 수행하는 프로세서 실행가능 명령어들을 저장할 수 있다.
메모리(216) 외에도, 환경은 저장 디바이스(200)에서 다수의 전압 서플라이들에 걸쳐서 전력 부하를 공유하기 위해 본 명세서에 기술되는 프로그램 모듈들, 데이터 구조들, 및 다른 데이터를 저장하는 다른 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는, 컴퓨터 판독가능 저장 매체 및 통신 매체를 비롯하여, 제어기/프로세서(210), 또는 다른 컴퓨팅 시스템에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용가능한 매체일 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 통신 매체는 일시적인 신호들을 포함한다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 정보의 비일시적인 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현되는 휘발성 및 비휘발성의, 탈착가능 및 탈착불가능 저장 매체를 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 RAM, ROM, "EPROM(erasable programmable ROM)", "EEPROM(electrically-erasable programmable ROM)", FLASH 메모리 또는 다른 솔리드 스테이트 메모리 기술, "CD-ROM(compact disc ROM)", "DVD(digital versatile disk)", "HD- DVD(high definition DVD)", BLU-RAY 또는 다른 광학 저장소, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장소 또는 다른 자기 저장 디바이스들 등을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다.
저장 디바이스(200)는 표준 전력 커넥터(220), 예컨대 SATA 전력 커넥터, Molexㄾ 전력 커넥터, "SAS(serial-attached SCSI)" 커넥터 등을 통해 호스트 디바이스에 의한 동작을 위한 전력을 제공받을 수 있다. 일부 실시예들에서, 호스트는 디바이스의 다양한 컴포넌트들을 동작시키기 위해 저장 디바이스(200)의 전력 회로에 다수의 전압들을 제공할 수 있다. 예를 들어, SSD 저장 디바이스(200)는 제어기/프로세서(210)를 동작시키기 위해 SATA 전력 커넥터(220)에서 제공되는 +5 V를, 그리고 저장 채널(214) 내의 NAND 플래시 메모리를 동작시키기 위해 +3.3 V를 활용할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 저장 디바이스(200)의 전력 회로는, 본 명세서에 기술되는 바와 같이, 전력을 다양한 컴포넌트들에 분배할 뿐만 아니라 디바이스의 컴포넌트들을 파워 서플라이에 의해 야기되는 손상으로부터 보호하도록 그리고 백업 커패시터들을 사용하여 전력 장애 동안 백업 전력을 인에이블시키도록 하는 전자퓨즈 회로 또는 이퓨즈(efuse)(222)를 포함한다.
추가 실시예들에 따르면, 저장 디바이스(200)의 전력 회로는 저장 디바이스(200)의 순시 전력 소비를 모니터링할 수 있는 전력 모니터(224)를 추가로 포함한다. 일부 실시예들에서, 전력 모니터(224)는, 이퓨즈(222)에 구현되거나 이퓨즈(222)와 전력 커넥터(220) 사이에 포함되는 회로를 포함할 수 있다. 전력 모니터(224)는, 본 명세서에 기술되는 바와 같이, 백업 커패시터들의 관리를 위해 전력 소비 데이터를 제어기/프로세서(210)에 제공하도록 구성될 수 있다.
저장 디바이스(200)의 전력 회로는 다수의 백업 커패시터들(226A 내지 226N)(본 명세서에서, 일반적으로, 백업 커패시터들(226)로 지칭됨)을 추가로 포함한다. 백업 커패시터(226A)와 같은 각각의 개별적인 백업 커패시터는 개별적인 커패시터 컴포넌트 또는 병렬로 접속되는 커패시터 컴포넌트들의 뱅크를 포함할 수 있고, 사전결정된 양의 에너지를 저장하도록 설계된다. 커패시터 컴포넌트들은 탄탈륨 커패시터들, 니오븀 커패시터들, 슈퍼커패시터들, 및/또는 이들과 본 기술 분야에 공지되어 있는 다른 커패시터 컴포너트들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 각각의 백업 커패시터(226A 내지 226N)의 에너지 저장 용량은, 후술되는 바와 같이, 전력의 중단 시에 적절한 그리고 복원력이 있는 백업 에너지를 저장 디바이스(200)에 제공하지만 커패시터들의 관리 시에 활용되는 스위칭 제어부들을 최소화하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 최대 백업 에너지 요건 N의 경우, 저장 디바이스는 ½N, ½N, ¼N 및 ¼N의 에너지 저장 용량을 각각 포함하는 4개의 백업 커패시터들(226)을 포함할 수 있다. 이는, 개별적인 백업 커패시터들(226)의 개수를 4개로 제한하여, 이에 따라, 본 명세서에 기술되는 실시예들에 따른 백업 커패시터들의 지능적 관리를 위해 4개의 스위칭 컴포넌트들만을 필요로 하면서 최대 백업 에너지 요건의 150%를 제공한다. 백업 커패시터들(226)의 타입, 개수, 용량 및 구성은 본 개시내용에 의해 제한되도록 의도되지 않고, 디바이스의 전력 요건들, 디바이스에 의해 채용되는 저장 채널(214)의 타입, 디바이스에 의해 캐싱되는 동작들의 수 및 타입들, 및/또는 기타 등등에 기초하여 저장 디바이스(200) 또는 일정 부류의 저장 디바이스들의 설계 및 제조자 동안에 이루어진 설계 선택안들의 결과일 수 있다는 것이 이해될 것이다.
실시예들에 따르면, 각각의 백업 커패시터(226A 내지 226N)는, 대응하는 스위칭 컴포넌트(228A 내지 228N)(본 명세서에서, 일반적으로 스위칭 컴포넌트(228)로 지칭됨)에 의해, 저장 디바이스(200)의 전력 회로에 스위칭온 또는 그로부터 스위칭오프 - 본 명세서에서 각각 "턴온" 또는 "턴오프"되는 것으로도 지칭됨 - 될 수 있다. 스위칭 컴포넌트들(228)은 백업 커패시터(들)의 충전 및 방전을 위해 대응하는 백업 커패시터(226A 내지 226N)를 전력 버스에 접속 또는 분리시키기 위한 솔리드 스테이트 계전기들, 트랜지스터들, 및/또는 기타 등등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 스위칭 컴포넌트들(228)은 저장 디바이스의 제어기/프로세서(210)에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 제어기/프로세서(210)는 직접적으로 또는 멀티플렉서 회로(MUX)(도시되지 않음)를 통해 스위칭 컴포넌트들(228)의 제어를 위한 이용가능한 범용 I/O(GPIO) 핀들을 활용할 수 있다. 다른 실시예들에서, 스위칭 컴포넌트들(228)은 전용 회로에 의해 제어될 수 있다.
추가 실시예들에서, 저장 디바이스는 백업 커패시터 관리 모듈(230)을 포함할 수 있다. 백업 커패시터 관리 모듈(230)은 커패시터 신뢰성 및 수명을 연장하기 위해 저장 디바이스(200)의 백업 커패시터들(226)을 지능적으로 관리하기 위한 본 명세서에 기술되는 방법들 및 프로세스들을 수행할 수 있다. 예를 들어, 주기적으로, 백업 커패시터 관리 모듈(230)은 전력 모니터(224)로부터 전력 소비 데이터를 수신할 수 있고, 전력 소비 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 저장 디바이스(200)의 순시 백업 에너지 요건을 계산할 수 있고, 이어서, 스위칭 컴포넌트들(228)을 활용하여 디바이스의 현재 백업 에너지 요건에 기초하여 적절한 백업 커패시터들(226)을 스위칭온 또는 스위칭오프시킬 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 백업 커패시터 관리 모듈(230)은 제어기/프로세서(210)에서의 실행을 위해 소프트웨어로서 구현될 수 있고, 저장 디바이스(200)의 펌웨어의 일부로서 메모리(216)에 저장될 수 있다. 추가 실시예들에서, 백업 커패시터 관리 모듈(230)은 저장 디바이스(200)의 전력 회로 내의 하드웨어 컴포넌트들과 제어기/프로세서(210) 내의 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있다.
백업 커패시터 관리 모듈(230)은 백업 커패시터들(226)의 지능적 관리를 위한 다양한 백업 커패시터 관리 파라미터들(232)을 활용할 수 있다. 백업 커패시터 관리 파라미터들(232)은 일부 실시예들에 따라, 저장 디바이스(200)의 메모리(216)에 저장될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 백업 커패시터 관리 파라미터들(232)은 다수의 백업 에너지 요건 임계치들(302A 내지 302N)(본 명세서에서, 일반적으로, 백업 에너지 요건 임계치들(302)로 지칭됨)을 포함할 수 있다. 각각의 백업 에너지 요건 임계치(302)는 백업 에너지 요건을 만족시키기 위해 백업 커패시터 관리 모듈(230)에 의해 턴온되어야 하는 백업 커패시터들(226)의 개수 또는 크기의 사양 및 백업 에너지 요건 임계 값을 특정할 수 있다. 현재 백업 에너지가 임계 값보다 상승하고/하거나 그 아래로 강하하는 경우, 특정된 백업 커패시터들은 이에 따라 턴온 또는 턴오프되어, 디바이스에 대한 전력 중단의 이벤트 시에 충분한 백업 에너지가 저장 디바이스(200)에 대해 이용가능함을 보장하게 할 수 있다.
백업 커패시터 관리 파라미터들(232)은 백업 커패시터 순환 스케줄(304)을 추가로 포함할 수 있다. 백업 커패시터 순환 스케줄(304)은 백업 커패시터 관리 모듈(230)에 의해 활용되는 백업 커패시터들(226)을 위한 순환 스케줄을 특정하여, 다양한 백업 에너지 요건 임계치들(302)에 대해 상이한 백업 커패시터들/뱅크들을 스위칭온 또는 스위칭오프시켜, 어떠한 백업 커패시터도 대부분의 시간 동안에 온 상태로 유지되지 않아서, 즉 일정하게 충전되어서, 이에 의해, 다양한 백업 커패시터들의 수명을 균등화하게 할 수 있다. 예를 들어, 각각의 개별적인 백업 커패시터(226)의 "온 상태"에 있는 시간 - 충전 시간으로도 지칭됨 - 은 카운터에 의해 모니터링될 수 있다. 개별적인 백업 커패시터에 대한 카운터가 일부 임계 시간 값 T를 초과하는 경우, 백업 커패시터는 턴오프될 수 있고, 동등한 에너지 용량의 다음 백업 커패시터(들)가 턴온될 수 있다. 이어서, 그 백업 커패시터에 대한 타이머가 리셋될 수 있다. 백업 커패시터들(226)에 대한 이러한 충전 시간 정보는, 예를 들어, 다른 백업 커패시터 관리 파라미터들(232)과 함께 제어기(210)의 메모리(216)의 비휘발성 섹션에 저장될 수 있다. 충전 시간 정보에 대한 주기적인 판독 및 업데이트는 디바이스의 순시 전력 소비에 기초하여 턴온시킬 백업 커패시터들을 선택하여, 이에 따라, 백업 커패시터들의 수명을 균등화시키는 데 이용될 수 있다. 많은 다른 백업 커패시터 관리 파라미터들(232)이 백업 커패시터 관리 모듈(230)에 의해 추가로 또는 대안으로 활용되어, 도면들에 도시되고 본 명세서에 기술된 것들 이상으로 백업 커패시터들(226)을 지능적으로 관리할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 2로 되돌아가면, 저장 디바이스(200)의 구조 및/또는 기능이 도면에 도시되고 본 명세서에 기술된 것과는 상이할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 제어기/프로세서(210), 호스트 인터페이스(212), 저장 채널(214)의 부분들, 메모리(216), 이퓨즈(222), 전력 모니터(224), 백업 커패시터들(226), 스위칭 컴포넌트들(228), 및 저장 디바이스(200)의 다른 컴포넌트들 및 회로는 공통 집적 회로 패키지, 예컨대 "SoS(system-on-a-chip)" 내에 통합될 수 있거나, 또는 그들은 다수의 집적 회로 패키지들 사이에 분배될 수 있다. 유사하게, 도시된 접속 경로들은 제한이 아니라 예시의 목적을 위해 제공되며, 일부 컴포넌트들 및/또는 상호접속부들은 명료성의 목적들을 위해 생략될 수 있다. 저장 디바이스(200)가 도 2에 도시된 컴포넌트들 모두를 포함하지 않을 수도 있거나, 도 2에 명백하게 도시되지 않은 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있거나, 또는 도 2에 도시된 것과는 완전히 상이한 아키텍처를 활용할 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다.
시뮬레이션들은, 본 명세서에 기술되는 기술들을 활용하면, 전형적인 기업 SSD 디바이스 내의 임의의 하나의 백업 커패시터(226)에 대한 사용률(온/충전/방전 상태에서의 시간)이 35%로 낮게 감소될 수 있지만, 실제 사용률이 지능적 관리 및 백업 커패시터 순환 알고리즘들의 구현 및 효율성에 의존할 수 있다는 것을 나타낸다. 이는 단일 백업 커패시터들, 및 이에 대응하여, 백업 커패시터 뱅크(들)에 대한 증가된 신뢰성을 초래할 것이다. 추가로, 본 명세서에 기술된 컴포넌트들은 드라이브의 성능 또는 동작에서의 임의의 열화 또는 변화 없이 기존의 드라이브 설계들 및 아키텍처들에 추가될 수 있다.
전술한 사항에 기초하여, 커패시터 수명을 연장하기 위해 저장 디바이스 내의 백업 커패시터들을 지능적으로 관리하기 위한 방법들 및 장치들이 본 명세서에 제시되어 있다는 것이 이해될 것이다. 본 명세서에 도시된 실시예들이 저장 디바이스, 및 보다 구체적으로는 SSD를 참조하여 기술되어 있지만, 본 명세서에 기술되는 방법들, 장치들, 및 시스템들이 디바이스에 대한 주요 전원에서의 중단 동안에 백업 전력을 위해 백업 커패시터들을 사용하는 임의의 디바이스와 함께 활용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이는 "HDD(hard disk drive)" 디바이스들, "SSHD(solid-state hybrid drive)" 디바이스들, 광학 저장 디바이스들, 통신 및 네트워킹 디바이스들, 서버 컴퓨터 디바이스들 등을 포함한다. 모든 그러한 디바이스들이 본 발명의 범주 내에 포함될 수 있다는 것이 의도된다.
방법, 프로세스, 또는 루틴의 일부로서 본 명세서에 기술된 로직 단계들, 기능들, 또는 동작들은 (1) 상호접속된 디지털 회로들 또는 컴포넌트들로서, 그리고/또는 (2) 프로세서 구현 작용들의 시퀀스, 소프트웨어 모듈들, 또는 제어기 또는 컴퓨팅 시스템 상에서 실행되는 코드의 부분들로서 구현될 수 있다. 구현예는 시스템의 성능 및 다른 요건들에 따른 선택의 문제이다. 대안의 구현예들이 포함되는데, 여기서는, 본 발명의 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 동작들, 기능들, 또는 단계들이 전혀 포함되거나 실행되지 않을 수도 있고, 수반되는 기능에 따라, 실질적으로 동시에 또는 역순서로 등과 같은, 도시되거나 논의된 것으로부터 벗어난 순서로 실행될 수 있다.
사용된 바와 같은 맥락 내에서 달리 이해되거나 또는 구체적으로 달리 언급되지 않는다면, 특히, 할 수 있다("can", "could", "might", 또는 "may")와 같은 조건부 언어는, 일반적으로, 소정 실시예들이 소정 특징들, 요소들, 및/또는 단계들을 포함하지만 다른 실시예들은 그들을 포함하지 않는다는 것을 전달하고자 의도된다는 것이 추가로 이해될 것이다. 따라서, 그러한 조건부 언어는, 일반적으로, 특징들, 요소들, 및/또는 단계들이 하나 이상의 특정 실시예들에 대해 임의의 방식으로 요구된다는 것, 또는 하나 이상의 특정 실시예들이, 사용자 입력 또는 촉구로 또는 사용자 입력 또는 촉구 없이, 이들 특징들, 요소들, 및/또는 단계들이 임의의 특정 실시예에 포함되거나 또는 수행되어야 하는지 여부를 결정하기 위한 로직을 반드시 포함한다는 것을 암시하도록 의도되지는 않는다.
본 발명의 사상 및 원리들로부터 실질적으로 벗어남이 없이 전술된 실시예들에 대해 많은 변형들 및 수정들이 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명의 범주는 전술된 모든 요소들, 특징들, 및 태양들 중 임의의 및 모든 조합들 및 서브조합들을 커버하도록 의도된다. 모든 그러한 수정예들 및 변형예들은 본 발명의 범주 내에 포함되도록 의도되고, 요소들 또는 단계들의 개별적인 태양들 또는 조합들에 대한 모든 가능한 청구항들은 본 발명에 의해 지지되는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 디바이스의 전력 소비를 모니터링하는 단계;
    상기 디바이스의 전력 소비에 기초하여 상기 디바이스에 대한 백업 에너지 요건을 결정하는 단계 - 상기 백업 에너지 요건은 상기 디바이스로의 전력의 중단의 이벤트 시에 데이터 백업 및 전력 차단 동작들을 위해 상기 디바이스에 전력을 공급하는 데 필요한 에너지의 양을 포함함 -; 및
    상기 디바이스의 백업 에너지 요건에 기초하여 상기 디바이스의 복수의 백업 커패시터들 중 하나 이상을 턴온 또는 턴오프시키는 단계 - 상기 복수의 백업 커패시터들은 상기 복수의 백업 커패시터들 중 온 상태에 있는 것들이 상기 디바이스로의 전력의 중단의 이벤트 시에 상기 디바이스에 백업 에너지를 제공하게 하도록 구성됨 - 를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디바이스의 전력 공급 시에, 상기 복수의 백업 커패시터들 각각을 완전 충전으로 충전하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 모니터링, 결정, 및 턴 단계들은 주기적으로 반복되는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 모니터링, 결정, 및 턴 단계들은 실질적으로 연속적으로 수행되는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 백업 커패시터들 중 하나 이상은 상기 디바이스에 대해 구성된 백업 커패시터 순환 스케줄에 부분적으로 기초하여 턴온 및 턴오프되는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 디바이스의 백업 에너지 요건에 기초하여 상기 디바이스의 복수의 백업 커패시터들 중 하나 이상을 턴온 또는 턴오프시키는 단계는,
    상기 백업 에너지 요건이 제1 임계치 아래로 강하됨을 검출할 시, 상기 디바이스 내의 상기 복수의 백업 커패시터들의 서브세트를 턴오프시키는 단계; 및
    상기 백업 에너지 요건이 상기 제1 임계치 위로 상승됨을 검출할 시, 상기 디바이스 내의 상기 복수의 백업 커패시터들의 서브세트를 턴온시키는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 디바이스는 "SSD(solid-state drive)" 디바이스를 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 복수의 백업 커패시터들 각각은 상기 디바이스의 제어기/프로세서에 의해 제어되는 대응하는 스위칭 컴포넌트를 통해 턴온 또는 턴오프되는, 방법.
  9. 프로세서 실행가능 명령어들을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서,
    상기 프로세서 실행가능 명령어들은, 저장 디바이스의 제어기에 의해 실행될 때, 상기 제어기로 하여금,
    전력 모니터 컴포넌트로부터 상기 저장 디바이스와 관련된 전력 소비 데이터를 수신하게 하도록;
    상기 전력 소비 데이터에 기초하여 상기 저장 디바이스에 대한 현재 백업 에너지 요건을 결정하게 하도록 - 상기 현재 백업 에너지 요건은 상기 저장 디바이스로의 전력의 중단의 이벤트 시에 데이터 백업 및 전력 차단 동작들을 위해 상기 저장 디바이스에 전력을 공급하는 데 필요한 에너지의 양을 포함함 -;
    상기 현재 백업 에너지 요건에 기초하여 상기 저장 디바이스의 복수의 백업 커패시터들 중 하나 이상을 턴온 또는 턴오프시키게 하도록;
    상기 수신, 결정, 및 턴온 또는 턴오프를 주기적으로 반복하게 하도록;
    상기 저장 디바이스에서의 전력 장애를 검출하게 하도록; 그리고
    상기 전력 장애를 검출할 시, 상기 복수의 백업 커패시터들 중 온 상태로 유지되는 것들이 상기 저장 디바이스에 전력을 공급하는 동안에 상기 데이터 백업 및 전력 차단 동작들을 수행하게 하도록 구성된, 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어기로 하여금,
    상기 저장 디바이스의 전력 공급 시에, 상기 복수의 백업 커패시터들 각각이 완전 충전될 때까지 상기 복수의 백업 커패시터들 모두를 턴온시키게 하도록 구성된 추가 프로세서 실행가능 명령어들을 포함하는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  11. 제9항에 있어서, 상기 수신, 결정, 및 턴온 또는 턴오프는 상기 제어기가 상기 저장 디바이스에서 활동을 검출하는 경우에는 제1 간격으로 반복되고, 상기 제어기가 상기 저장 디바이스에서 어떠한 활동도 검출하지 않는 경우에는 제2 간격으로 반복되는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  12. 제9항에 있어서, 상기 복수의 백업 커패시터들 중 하나 이상은 상기 저장 디바이스에 대해 구성된 백업 커패시터 순환 스케줄에 부분적으로 기초하여 턴온 및 턴오프되는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  13. 제9항에 있어서, 상기 저장 디바이스의 복수의 백업 커패시터들 중 하나 이상을 턴온 또는 턴오프시키는 것은,
    상기 현재 백업 에너지 요건이 제1 임계치 아래로 강하됨을 검출할 시, 상기 복수의 백업 커패시터들의 서브세트를 턴오프시키는 것; 및
    상기 현재 백업 에너지 요건이 상기 제1 임계치 위로 상승됨을 검출할 시, 상기 복수의 백업 커패시터들의 서브세트를 턴온시키는 것을 포함하는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  14. 제9항에 있어서, 상기 저장 디바이스는 "SSD"를 포함하는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  15. 제9항에 있어서, 상기 복수의 백업 커패시터들 각각은 상기 저장 디바이스의 제어기에 의해 제어되는 대응하는 스위칭 컴포넌트를 통해 턴온 또는 턴오프되는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  16. "SSD" 장치로서,
    제어기;
    상기 SSD 장치의 전력 회로를 호스트 디바이스에 접속시키고 상기 호스트 디바이스로부터의 전력을 상기 SSD 장치에 제공하는 전력 커넥터;
    상기 전력 커넥터와 상기 SSD 장치의 다른 컴포넌트들 사이에 개재되고, 상기 SSD 장치의 전력 소비를 모니터링하도록 그리고 전력 소비 데이터를 상기 제어기에 제공하도록 구성된 전력 모니터;
    상기 전력 회로에 접속되고, 상기 호스트 디바이스로부터 상기 SSD 장치로의 전력의 중단의 이벤트 시에 백업 에너지를 상기 SSD 장치에 제공하도록 구성된 복수의 백업 커패시터들; 및
    상기 제어기에 의해 제어되도록 그리고 상기 복수의 백업 커패시터들 중 대응하는 백업 커패시터를 상기 SSD 장치의 전력 회로에 스위칭온 또는 그로부터 스위칭오프시키도록 구성된 복수의 스위칭 컴포넌트들을 포함하고, 상기 제어기는,
    상기 전력 모니터로부터 상기 전력 소비 데이터를 수신하도록,
    상기 전력 소비 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 SSD 장치에 대한 현재 백업 에너지 요건을 결정하도록 - 상기 현재 백업 에너지 요건은 상기 호스트 디바이스로부터의 상기 전력의 중단의 이벤트 시에 데이터 백업 및 전력 차단 동작들을 위해 상기 SSD 장치에 전력을 공급하는 데 필요한 에너지의 양을 포함함 -,
    상기 현재 백업 에너지 요건에 기초하여 상기 복수의 백업 커패시터들 중 하나 이상을 상기 SSD 장치의 전력 회로에 스위칭온 또는 그로부터 스위칭오프시키도록, 그리고
    상기 수신, 결정, 및 스위칭을 주기적으로 반복하도록 구성된, SSD 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제어기는,
    상기 호스트 디바이스로부터의 전력의 중단을 검출하도록; 그리고
    상기 호스트 디바이스로부터의 전력의 중단 시에, 상기 복수의 백업 커패시터들 중 상기 전력 회로에 스위칭온된 상태로 유지되는 것들이 상기 SSD 장치에 전력을 공급하는 동안에 데이터 백업 및 전력 차단 동작들을 수행하도록 추가로 구성된, SSD 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 복수의 백업 커패시터들 중 적어도 하나는 커패시터들의 뱅크를 포함하는, SSD 장치.
  19. 제16항에 있어서, 상기 수신, 결정, 및 스위칭은, 상기 제어기가 상기 SSD 장치에서 활동을 검출하는 경우에는 제1 간격으로 반복되고, 상기 제어기가 상기 SSD 장치에서 어떠한 활동도 검출하지 않는 경우에는 제2 간격으로 반복되는, SSD 장치.
  20. 제16항에 있어서, 상기 복수의 백업 커패시터들 중 하나 이상을 상기 전력 회로에 스위칭온 또는 그로부터 스위칭오프시키는 것은 상기 SSD 장치에 대해 구성된 백업 커패시터 순환 스케줄에 추가로 기초하는, SSD 장치.
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