KR20190006677A - 데이터 저장 장치 및 그것의 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 불휘발성 메모리 장치를 저장 매체로 사용하는 데이터 저장 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 제1 영역의 메모리 블럭들과 제2 영역의 메모리 블럭들을 포함하는 불휘발성 메모리 장치를 저장 매체로 사용하는 데이터 저장 장치의 동작 방법은, 호스트 장치로부터 전송된 데이터를 임시 저장하는 데이터 캐시 메모리로부터 상기 제1 영역의 메모리 블럭들로 데이터를 저장하고, 상기 데이터 캐시 메모리에 데이터가 유지된 상기 제1 영역의 메모리 블럭들 중에서 유효 페이지의 수가 가장 적은 제1 대상 메모리 블럭에 대한 제1 가비지 컬렉션 비용을 산출하고, 상기 데이터 캐시 메모리에서 데이터가 클리어된 상기 제1 영역의 메모리 블럭들 중에서 유효 페이지의 수가 가장 적은 제2 대상 메모리 블럭에 대한 제2 가비지 컬렉션 비용을 산출하고, 그리고 상기 제1 가비지 컬렉션 비용과 상기 제2 가비지 컬렉션 비용을 비교한 결과에 따라서 가비지 컬렉션 대상으로 선정된 메모리 블럭의 유효 데이터를, 상기 제2 영역의 메모리 블럭으로 복사하는 가비지 컬렉션 동작을 수행한다.

Description

데이터 저장 장치 및 그것의 동작 방법{DATA STORAGE DEVICE AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 불휘발성 메모리 장치를 저장 매체로 사용하는 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. 데이터 저장 장치는 휴대용 전자 장치에서 사용되는 데이터를 저장하기 위해서 사용된다.
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, 다양한 인터페이스를 갖는 메모리 카드, UFS(Universal Flash Storage) 장치, 솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive, 이하, SSD라 칭함)를 포함한다.
본 발명의 실시 예는 가비지 컬렉션 동작을 최적화시킬 수 있는 데이터 저장 장치 및 그것의 동작 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 제1 영역의 메모리 블럭들과 제2 영역의 메모리 블럭들을 포함하는 불휘발성 메모리 장치를 저장 매체로 사용하는 데이터 저장 장치의 동작 방법은, 호스트 장치로부터 전송된 데이터를 임시 저장하는 데이터 캐시 메모리로부터 상기 제1 영역의 메모리 블럭들로 데이터를 저장하고, 상기 데이터 캐시 메모리에 데이터가 유지된 상기 제1 영역의 메모리 블럭들 중에서 유효 페이지의 수가 가장 적은 제1 대상 메모리 블럭에 대한 제1 가비지 컬렉션 비용을 산출하고, 상기 데이터 캐시 메모리에서 데이터가 클리어된 상기 제1 영역의 메모리 블럭들 중에서 유효 페이지의 수가 가장 적은 제2 대상 메모리 블럭에 대한 제2 가비지 컬렉션 비용을 산출하고, 그리고 상기 제1 가비지 컬렉션 비용과 상기 제2 가비지 컬렉션 비용을 비교한 결과에 따라서 가비지 컬렉션 대상으로 선정된 메모리 블럭의 유효 데이터를, 상기 제2 영역의 메모리 블럭으로 복사하는 가비지 컬렉션 동작을 수행한다.
본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치는, 제1 영역의 메모리 블럭들과 제2 영역의 메모리 블럭들을 포함하는 불휘발성 메모리 장치; 호스트 장치로부터 라이트 요청된 데이터를 임시 저장하는 데이터 캐시 메모리; 및 상기 호스트 장치의 요청을 처리하기 위해서 상기 불휘발성 메모리 장치를 제어하는 컨트롤 유닛을 포함하되, 상기 컨트롤 유닛은, 상기 데이터 캐시 메모리에 데이터가 유지된 상기 제1 영역의 메모리 블럭들 중에서 유효 페이지의 수가 가장 적은 제1 대상 메모리 블럭에 대한 제1 가비지 컬렉션 비용을 산출하고, 상기 데이터 캐시 메모리에서 데이터가 클리어된 상기 제1 영역의 메모리 블럭들 중에서 유효 페이지의 수가 가장 적은 제2 대상 메모리 블럭에 대한 제2 가비지 컬렉션 비용을 산출하고, 상기 제1 가비지 컬렉션 비용과 상기 제2 가비지 컬렉션 비용을 비교한 결과에 따라서 가비지 컬렉션 대상으로 선정된 메모리 블럭의 유효 데이터를 상기 제2 영역의 메모리 블럭으로 복사하는 가비지 컬렉션 동작을 수행한다.
본 발명의 실시 예에 따르면 데이터 저장 장치의 가비지 컬렉션 동작이 최적화될 수 있고, 그로 인해서 데이터 저장 장치의 동작 속도가 빨라질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치를 예시적으로 보여주는 블럭도이다.
도 2는 도 1의 워킹 메모리에 로딩되는 펌웨어를 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 가비지 컬렉션 모듈에 의해서 수행되는 가비지 컬렉션 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 캐시 메모리에 임시 저장된 데이터의 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치의 가비지 컬렉션 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 버퍼 블럭들 각각의 유효 페이지 카운트와 유지 기준 값을 비교한 결과에 따라서, 데이터 캐시 메모리에 데이터가 유지된 버퍼 블럭들과 데이터 캐시 메모리에서 데이터가 클리어된 버퍼 블럭들을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 가비지 컬렉션 비용을 산출하기 위한 수식을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)를 포함하는 데이터 처리 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치를 포함하는 데이터 처리 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치를 포함하는 데이터 처리 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치를 포함하는 네트워크 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치에 포함된 불휘발성 메모리 장치를 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, 랩탑 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 게임기, TV, 차량용 인포테인먼트(in-vehicle infotainment) 시스템 등과 같은 호스트 장치(도시되지 않음)에 의해서 액세스되는 데이터를 저장할 수 있다. 데이터 저장 장치(100)는 메모리 시스템이라고도 불릴 수 있다.
데이터 저장 장치(100)는 호스트 장치와의 전송 프로토콜을 의미하는 호스트 인터페이스에 따라서 다양한 종류의 저장 장치들 중 어느 하나로 제조될 수 있다. 예를 들면, 데이터 저장 장치(100)는 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive, SSD), 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 형태의 저장 장치, PCI(peripheral component interconnection) 카드 형태의 저장 장치, PCI-E(PCI express) 카드 형태의 저장 장치, CF(compact flash) 카드, 스마트 미디어(smart media) 카드, 메모리 스틱(memory stick) 등과 같은 다양한 종류의 저장 장치들 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
데이터 저장 장치(100)는 다양한 종류의 패키지(package) 형태들 중 어느 하나로 제조될 수 있다. 예를 들면, 데이터 저장 장치(100)는 POP(package on package), SIP(system in package), SOC(system on chip), MCP(multi chip package), COB(chip on board), WFP(wafer-level fabricated package), WSP(wafer-level stack package) 등과 같은 다양한 종류의 패키지 형태들 중 어느 하나로 제조될 수 있다.
데이터 저장 장치(100)는 컨트롤러(200)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(200)는 호스트 인터페이스 유닛(210), 컨트롤 유닛(220), 워킹 메모리(230), 메모리 컨트롤 유닛(240) 및 데이터 캐시 메모리(250)를 포함할 수 있다.
호스트 인터페이스 유닛(210)은 호스트 장치와 데이터 저장 장치(100)를 인터페이싱할 수 있다. 예시적으로, 호스트 인터페이스 유닛(210)은 USB(universal serial bus), UFS(universal flash storage), MMC(multimedia card), 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)와 같은 표준 전송 프로토콜들 중 어느 하나, 즉, 호스트 인터페이스를 이용해서 호스트 장치와 통신할 수 있다.
컨트롤 유닛(220)은 마이크로 컨트롤 유닛(micro control unit)(MCU), 중앙 처리 장치(central processing unit)(CPU)로 구성될 수 있다. 컨트롤 유닛(220)은 호스트 장치로부터 전송된 리퀘스트를 처리할 수 있다. 컨트롤 유닛(220)은, 리퀘스트를 처리하기 위해서, 랜덤 액세스 메모리(230)에 로딩된 코드 형태의 명령(instruction) 또는 알고리즘, 즉, 펌웨어를 구동하고, 내부의 기능 블럭들(210, 230, 240 및 250) 및 불휘발성 메모리 장치(300)를 제어할 수 있다.
워킹 메모리(230)는 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM) 또는 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM)와 같은 랜덤 액세스 메모리로 구성될 수 있다. 워킹 메모리(230)는 컨트롤 유닛(220)에 의해서 구동되는 펌웨어를 저장할 수 있다. 또한, 워킹 메모리(230)는 소프트웨어의 구동에 필요한 데이터를 저장할 수 있다.
메모리 컨트롤 유닛(240)은 컨트롤 유닛(220)의 제어에 따라서 불휘발성 메모리 장치(300)를 제어할 수 있다. 메모리 컨트롤 유닛(240)은 메모리 인터페이스 유닛으로도 불릴 수 있다. 메모리 컨트롤 유닛(240)은 제어 신호들을 불휘발성 메모리 장치(300)로 제공할 수 있다. 제어 신호들은 불휘발성 메모리 장치(300)를 제어하기 위한 커맨드, 어드레스, 제어 신호 등을 포함할 수 있다. 메모리 컨트롤 유닛(240)은 데이터를 불휘발성 메모리 장치(300)로 제공하거나, 불휘발성 메모리 장치(300)로부터 데이터를 제공 받을 수 있다.
데이터 캐시 메모리(250)는 호스트 장치로부터 불휘발성 메모리 장치(300)로 전송될 데이터를 임시 저장할 수 있다. 즉, 데이터 캐시 메모리(250)는 호스트 장치로부터 라이트 요청된 데이터를 임시 저장하는 라이트 캐시 메모리로서 동작할 수 있다.
데이터 저장 장치(100)는 불휘발성 메모리 장치(300)를 포함할 수 있다. 불휘발성 메모리 장치(300)는 커맨드, 어드레스, 제어 신호들과 데이터를 전송할 수 있는 하나 이상의 신호 라인을 포함하는 채널(CH)을 통해서 컨트롤러(200)와 연결될 수 있다. 불휘발성 메모리 장치(300)는 데이터 저장 장치(100)의 저장 매체로 사용될 수 있다.
불휘발성 메모리 장치(300)는 낸드(NAND) 플래시 메모리 장치, 노어(NOR) 플래시 메모리 장치, 강유전체 커패시터를 이용한 강유전체 램(ferroelectric random access memory: FRAM), 티엠알(tunneling magneto-resistive: TMR) 막을 이용한 마그네틱 램(magnetic random access memory: MRAM), 칼코겐 화합물(chalcogenide alloys)을 이용한 상 변화 램(phase change random access memory: PCRAM), 전이 금속 산화물(transition metal oxide)을 이용한 저항성 램(resistive random access memory: RERAM) 등과 같은 다양한 형태의 불휘발성 메모리 장치들 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
불휘발성 메모리 장치(300)는 복수의 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 영역(310)을 포함할 수 있다. 메모리 셀 영역(310)은 용도에 따라서 그리고 동작 방식에 따라서 구분되는 제1 영역(311) 및 제2 영역(312)을 포함할 수 있다. 제1 영역(311) 및 제2 영역(312)에 각각 포함된 메모리 셀들은, 동작의 관점에서 또는 물리적(또는 구조적) 관점에서, 메모리 블럭, 페이지와 같은 계층적인 메모리 셀 집합또는 메모리 셀 단위로 구성될 수 있다. 예를 들면, 동일한 워드 라인에 연결되며, 동시에 리드되고 라이트되는 메모리 셀들은 페이지로 구성될 수 있고, 동시에 이레이즈되는 메모리 셀들은 메모리 블럭으로 구성될 수 있다.
도 2는 도 1의 워킹 메모리에 로딩되는 펌웨어를 예시적으로 설명하기 위한 도면이다. 앞서 설명된 바와 같이, 워킹 메모리에 로딩된 펌웨어는 컨트롤 유닛(220)에 의해서 구동될 수 있다.
워킹 메모리(230)에 로딩된 펌웨어는 여러 기능을 수행하기 위한 모듈들과, 모듈의 구동에 필요한 메타 데이터로 구성될 수 있다. 도 2를 참조하여 예를 들면, 펌웨어(FW)는 어드레스 맵핑 테이블(MAP), 웨어-레벨링 모듈(WLM), 배드 블럭 관리 모듈(BBM) 및 가비지 컬렉션 모듈(GCM)을 포함할 수 있다. 펌웨어(FW)의 구성은, 이러한 모듈 외에, 불휘발성 메모리 장치(300)를 병렬적으로 동작시키기 위한 인터리빙 모듈, 예상치 못한 전원 차단에 대비하기 위한 관리 모듈 등과 같은 모듈들을 더 포함할 수 있다.
호스트 장치가 데이터 저장 장치(100)를 액세스하는 경우(예를 들면, 리드 또는 라이트 동작을 요청하는 경우), 호스트 장치는 논리 어드레스(logical address)를 데이터 저장 장치(100)로 제공할 수 있다. 컨트롤 유닛(220)은 제공된 논리 어드레스를 불휘발성 메모리 장치(300)의 물리 어드레스(physical address)로 변환하고, 변환된 물리 어드레스를 참조하여 요청된 동작을 처리할 수 있다. 이러한 어드레스 변환 동작을 위해서 어드레스 변환 데이터, 즉, 어드레스 맵핑 테이블(MAP)은 펌웨어(FW)에 포함될 수 있다.
웨어-레벨링 모듈(WLM)은 불휘발성 메모리 장치(300)의 메모리 셀 영역(310)을 구성하는 메모리 블럭들에 대한 웨어-레벨(wear-level)을 관리할 수 있다. 이레이즈 동작 또는 라이트 동작에 의해서 불휘발성 메모리 장치(300)의 메모리 셀들은 노화(aging)될 수 있다. 노화된 메모리 셀, 즉, 마모된 메모리 셀은 결함이 발생될 수 있다. 웨어-레벨링 모듈(WLM)은 특정 메모리 블럭이 다른 메모리 블럭들보다 빨리 마모되는 것을 방지하기 위해서 메모리 블럭들 각각의 이레이즈-라이트 횟수(erase-write count)가 평준화 되도록 관리할 수 있다.
배드 블럭 관리 모듈(BBM)은 불휘발성 메모리 장치(300)의 메모리 셀 영역(310)을 구성하는 메모리 블럭들 중에서 결함이 발생된 메모리 블럭을 관리할 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 마모된 메모리 셀은 결함이 발생될 수 있다. 결함이 발생된 메모리 셀에 저장된 데이터는 정상적으로 읽혀질 수 없다. 또한, 결함이 발생된 메모리 셀에는 데이터가 정상적으로 저장되지 않을 수 있다. 배드 블럭 관리 모듈(BBM)은 결함이 발생된 메모리 셀을 포함하는 메모리 블럭이 사용되지 않도록 관리할 수 있다.
불휘발성 메모리 장치(300)의 이레이즈 동작은 긴 시간을 필요로 한다. 동작 속도를 향상시키기 위해서, 컨트롤 유닛(220)은 데이터가 라이트된 메모리 셀에 라이트되어야 할 데이터를 이미 이레이즈된 메모리 셀에 저장한다. 컨트롤 유닛(220)의 이러한 동작으로 인해서, 불휘발성 메모리 장치(300)에는 유효한 데이터와 무효한 데이터가 혼재(mixed)하게 된다. 필요에 따라서, 가비지 컬렉션 모듈(GCM)은 유효한 데이터들을 한 곳에 모으고, 무효한 데이터들을 이레이즈하는 일련의 동작, 즉, 가비지 컬렉션(garbage collection) 동작을 수행할 수 있다. 가비지 컬렉션 동작은 병합(merge) 동작이라고도 불릴 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 가비지 컬렉션 동작은 이하 상세히 설명될 것이다.
도 3은 도 2의 가비지 컬렉션 모듈에 의해서 수행되는 가비지 컬렉션 동작을 설명하기 위한 도면이다. 설명의 편의를 위해서, 4개의 페이지들(P1~P4)을 각각 포함하는 메모리 블럭들(B1~B3)이 도 3에 예시될 것이다. 메모리 셀 영역(310)을 구성하는 메모리 블럭의 수 및 메모리 블럭 당 페이지의 수는 다양하게 변경될 수 있다.
가비지 컬렉션 동작이 수행되면, 가비지 컬렉션 동작의 대상으로 선정된 메모리 블럭들의 유효 데이터는 빈 메모리 블럭으로 복사될 수 있다. 예를 들면, 가비지 컬렉션 대상인 제1 메모리 블럭(B1)의 소스 페이지들(P2 및 P3)에 저장된 데이터는 빈 메모리 블럭, 즉, 제2 메모리 블럭(B2)의 데스티네이션 페이지들(P1 및 P2)에 복사될 수 있다. 또한, 가비지 컬렉션 대상인 제3 메모리 블럭(B3)의 소스 페이지들(P3 및 P4)에 저장된 데이터는 제2 메모리 블럭(B2)의 데스티네이션 페이지들(P3 및 P4)에 복사될 수 있다. 유효 페이지가 모두 복사된 제3 메모리 블럭(B3)은 이레이즈되고, 빈 메모리 블럭으로 변경될 수 있다.
가비지 컬렉션 동작은 유효 데이터를 빈 메모리 블럭으로 복사하는 동작(즉, 유효 데이터를 리드하는 동작과, 리드된 데이터를 라이트하는 동작) 및 유효 데이터가 모두 복사된 메모리 블럭을 이레이즈하는 동작을 수반하기 때문에, 컨트롤러(200)의 리소스를 많이 소모하게되고, 긴 동작 시간을 필요로 할 수 있다. 가비지 컬렉션 동작은, 호스트 장치의 리드 또는 라이트 요청과는 무관하게, 유휴(idle) 시간 동안 컨트롤러(200)의 내부 동작으로서 수행되거나, 호스트 장치의 요청을 수행하는 도중에 빈 영역을 확보하기 위해서 수행될 수 있다. 따라서, 가비지 컬렉션 동작에 소요되는 시간을 최적화시키면, 데이터 저장 장치(100)의 동작 속도 및 호스트 장치의 요청에 대한 응답 속도가 빨라질 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 방법을 설명하기 위한 도면이다.
불휘발성 메모리 장치(310)의 제1 영역(311)은, 이레이즈 상태에 대응하는 문턱 전압을 갖도록 이레이즈되거나 하나의 프로그램 상태에 대응하는 문턱 전압을 갖도록 프로그램되는 싱글 레벨 메모리 셀들을 포함할 수 있다. 또는, 제1 영역(311)은, 이레이즈 상태에 대응하는 문턱 전압을 갖도록 이레이즈되거나 복수의 프로그램 상태들 중 어느 하나에 대응하는 문턱 전압을 갖도록 프로그램되는 멀티 레벨 메모리 셀들을 포함할 수 있다.
불휘발성 메모리 장치(310)의 제2 영역(312)은, 이레이즈 상태에 대응하는 문턱 전압을 갖도록 이레이즈되거나 복수의 프로그램 상태들 중 어느 하나에 대응하는 문턱 전압을 갖도록 프로그램되는 멀티 레벨 메모리 셀들을 포함할 수 있다.
제1 영역(311)이 싱글 레벨 메모리 셀들을 포함하고 제2 영역(312)이 멀티 레벨 메모리 셀들을 포함하는 경우 또는 제1 영역(311)과 제2 영역(312) 모두가 멀티 레벨 메모리 셀들을 포함하는 경우, 제1 영역(311)에 포함된 메모리 셀들의 셀 당 저장 가능한 비트의 수는, 제2 영역(312)에 포함된 메모리 셀들의 셀 당 저장 가능한 비트의 수보다 적어지도록 사용될 수 있다. 예를 들면, 제1 영역(311)에 포함된 메모리 셀들이 셀 당 1-비트의 데이터를 저장하도록 사용되면, 제2 영역(312)에 포함된 메모리 셀들은 셀 당 2-비트 이상의 데이터를 저장하도록 사용될 수 있다. 다른 예로서, 제1 영역(311)에 포함된 메모리 셀들이 셀 당 2-비트의 데이터를 저장하도록 사용되면, 제2 영역(312)에 포함된 메모리 셀들은 셀 당 3-비트 이상의 데이터를 저장하도록 사용될 수 있다.
제1 영역(311)에 포함된 메모리 셀들이 제2 영역(312)에 포함된 메모리 셀들보다 저장 가능한 비트의 수가 적도록 사용되기 때문에, 제1 영역(311)에 포함된 메모리 셀들의 동작 속도는 제2 영역(312)에 포함된 메모리 셀들의 동작 속도보다 빠를 수 있다. 컨트롤러(200)는, 제1 영역(311)과 제2 영역(312) 각각에 포함된 메모리 셀들의 동작 속도의 차이를 이용해서, 데이터를 단계적으로 저장할 수 있다.
예를 들면, 호스트 장치의 라이트 요청에 빠르게 응답하기 위해서, 호스트 장치로부터 전송된 데이터는 휘발성 메모리인 데이터 캐시 메모리(250)에 1차적으로 저장될 수 있다. 데이터 캐시 메모리(250)에 임시 저장된 데이터(빗금으로 도시됨)는, 버퍼 라이트(BW)라 정의되는 동작에 의해서, 제1 영역(311)의 메모리 셀들에 2차적으로 저장될 수 있다. 제1 영역(311)의 메모리 셀들에 저장된 데이터는, 가비지 컬렉션 동작(GC)에 의해서, 제2 영역(312)의 메모리 셀들에 3차적으로 저장될 수 있다. 이러한 데이터 저장 방법에 따라 데이터가 저장되면, 호스트 장치의 라이트 요청은 빠르게 처리될 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 캐시 메모리에 임시 저장된 데이터의 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다. 설명의 편의를 위해서, 4개의 페이지들(P1~P4)을 포함하는 제1 영역의 메모리 블럭이 도 5 및 도 6에 예시되며, 버퍼 라이트 동작이 수행되기 때문에 버퍼 블럭(BFBLK)이라 칭해질 것이다.
유지 기준 값(THk)은, 버퍼 블럭(BFBLK)에 라이트된 데이터를 데이터 캐시 메모리(250)에 유지할지 말지를 결정하는 데 사용될 수 있다. 유지 기준 값(THk)은, 컨트롤 유닛(220)에 의해서 설정되며, 데이터 캐시 메모리(250)의 크기에 따라서 변경될 수 있다. 예를 들면, 데이터 캐시 메모리(250)의 저장 용량이 크다면 유지 기준 값(THk)은 커질 수 있고, 데이터 캐시 메모리(250)의 저장 용량이 작다면 유지 기준 값(THk)은 작아질 수 있다. 도 5 및 도 6을 설명함에 있어서, "3"으로 설정된 유지 기준 값(THk)을 가정할 것이다.
버퍼 블럭(BFBLK)의 모든 페이지가 라이트되면, 유효 데이터가 저장된 페이지(즉, 유효 페이지)의 수가 카운트될 수 있다. 이하에서, 버퍼 블럭(BFBLK)의 유효 페이지의 수는 유효 페이지 카운트(VPC)라 칭해질 것이다.
도 5를 참조하여 예를 들면, 제3 페이지(P3)가 유효 페이지이기 때문에, 버퍼 블럭(BFBLKa)의 모든 페이지(P1~P4)가 라이트된 후, 버퍼 블럭(BFBLKa)의 유효 페이지 카운트(VPC)는 "1"로 결정될 될 수 있다. 도 6을 참조하여 예를 들면, 제1 페이지(P1), 제3 페이지(P3) 및 제4 페이지(P4)가 유효 페이지이기 때문에, 버퍼 블럭(BFBLKb)의 모든 페이지(P1~P4)가 라이트된 후, 버퍼 블럭(BFBLKb)의 유효 페이지 카운트(VPC)는 "3"으로 결정될 수 있다.
버퍼 블럭(BFBLK)의 유효 페이지 카운트(VPC)와 유지(keeping) 기준 값(THk)의 비교 결과에 따라서, 버퍼 블럭(BFBLK)에 라이트된 데이터는, 데이터 캐시 메모리(250)에서 클리어(clear)되거나, 데이터 캐시 메모리(250)에 유지(keep)될 수 있다. 즉, 버퍼 블럭(BFBLK)의 유효 페이지 카운트(VPC)가 유지 기준 값(THk) 이상인 경우, 버퍼 블럭(BFBLK)에 라이트된 데이터는 데이터 캐시 메모리(250)에서 클리어될 수 있다. 또한, 버퍼 블럭(BFBLK)의 유효 페이지 카운트(VPC)가 유지 기준 값(THk) 미만인 경우, 버퍼 블럭(BFBLK)에 라이트된 데이터는 데이터 캐시 메모리(250)에 유지될 수 있다.
도 5를 참조하여 예를 들면, 유지 기준 값(THk) 미만의 유효 페이지 카운트(VPC)를 갖는 버퍼 블럭(BFBLKa)에 라이트된 데이터(D1)는, 버퍼 블럭(BFBLKa)에 저장될 뿐만아니라, 데이터 캐시 메모리(250)에도 저장될 수 있다. 데이터 캐시 메모리(250)에 유지된 데이터(D1)는 추후 수행되는 가비지 컬렉션 동작에서 사용될 것이다. 도 6을 참조하여 예를 들면, 유지 기준 값(THk) 이상의 유효 페이지 카운트(VPC)를 갖는 버퍼 블럭(BFBLKb)에 라이트된 데이터(D3, D4 및 D5)는, 버퍼 블럭(BFBLKb)에 저장될 뿐, 데이터 캐시 메모리(250)에서 클리어될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치의 가비지 컬렉션 동작을 설명하기 위한 순서도이다. 그리고 도 8은 버퍼 블럭들 각각의 유효 페이지 카운트와 유지 기준 값을 비교한 결과에 따라서, 데이터 캐시 메모리에 데이터가 유지된 버퍼 블럭들과 데이터 캐시 메모리에서 데이터가 클리어된 버퍼 블럭들을 예시적으로 보여주는 도면이다.
S110 단계에서, 데이터 캐시 메모리에 데이터가 유지된 버퍼 블럭들 중에서, 유효 페이지 카운트가 가장 적은 버퍼 블럭이 제1 가비지 컬렉션 대상 블럭(이하, 제1 대상 블럭으로 칭함)으로 선정될 수 있다. S120 단계에서, 데이터 캐시 메모리에서 데이터가 클리어된 버퍼 블럭들 중에서, 유효 페이지 카운트가 가장 적은 버퍼 블럭이 제2 가비지 컬렉션 대상 블럭(이하, 제2 대상 블럭으로 칭함)으로 선정될 수 있다. 도 8을 참조하여 예를 들면, 데이터 캐시 메모리에 데이터가 유지된 버퍼 블럭들(BFBLK_K) 중에서 유효 페이지 카운트(VPC)가 가정 적은 제5 버퍼 블럭(BFBLK5)이 제1 대상 블럭으로 선정될 수 있고, 데이터 캐시 메모리에서 데이터가 클리어된 버퍼 블럭들(BFBLK_C) 중에서 유효 페이지 카운트(VPC)가 가장 적은 제3 버퍼 블럭(BFBLK3)이 제2 대상 블럭으로 선정될 수 있다.
S130 단계에서, 제1 대상 블럭에 대한 제1 가비지 컬렉션 비용이 산출될 수 있다. 제1 가비지 컬렉션 비용은 도 9에 도시된 수식에 의해서 산출될 수 있다. 즉, 제1 가비지 컬렉션 비용은, 데스티네이션 페이지, 즉, 제2 영역(312)에 포함된 하나의 페이지를 라이트하는 데 소모되는 시간(Twr)과 제1 대상 블럭의 유효 페이지 카운트(VPC_tgblk1)의 곱으로 산출될 수 있다. 제1 대상 블럭의 유효 데이터는 데이터 캐시 메모리(250)에 유지되고 있기 때문에, 제1 대상 블럭의 유효 데이터를 리드하기 위해 소모되는 시간은 제1 가비지 컬렉션 비용에 영향을 주지 않을 것이다.
S140 단계에서, 제2 대상 블럭에 대한 제2 가비지 컬렉션 비용이 산출될 수 있다. 제2 가비지 컬렉션 비용은 도 9에 도시된 수식에 의해서 산출될 수 있다. 즉, 제2 가비지 컬렉션 비용은, 소스 페이지, 즉, 제1 영역(311)에 포함된 하나의 페이지를 리드하는 데 소모되는 시간(Trd)과 제2 대상 블럭의 유효 페이지 카운트(VPC_tgblk2)의 곱과, 데스티네이션 페이지, 즉, 제2 영역(312)에 포함된 하나의 페이지를 라이트하는 데 소모되는 시간(Twr)과 제2 대상 블럭의 유효 페이지 카운트(VPC_tgblk2)의 곱을 더하여 산출될 수 있다. 제2 대상 블럭의 유효 데이터는 데이터 캐시 메모리(250)에서 클리어되었기 때문에, 제2 대상 블럭의 유효 데이터를 리드하기 위해 소모되는 시간은 제2 가비지 컬렉션 비용에 영향을 줄 수 있다.
S150 단계에서, 제1 가비지 컬렉션 비용이 제2 가비지 컬렉션 비용 이하 인지 판단될 수 있다. 제1 대상 블럭의 유효 페이지 카운트(VPC)는 유지 기준 값(THk) 미만이고 제2 대상 블럭의 유효 페이지 카운트(VPC)는 유지 기준 값(THk) 이상이기 때문에, 제1 가비지 컬렉션 비용이 제2 가비지 컬렉션 비용보다 적을 확률이 더 높을 수 있다. 그러나, 호스트 장치로부터 라이트 요청된 데이터에 의해서 제2 대상 블럭의 데이터가 무효화되고, 제2 대상 블럭의 유효 페이지 카운트(VPC)가 감소되는 경우가 발생될 수 있기 때문에, 제1 가비지 컬렉션 비용과 제2 가비지 컬렉션 비용이 서로 비교될 것이다.
제1 가비지 컬렉션 비용이 제2 가비지 컬렉션 비용 이하인 경우, S160 단계와 같이, 데이터 캐시 메모리(250)에 유지된 데이터를 이용해서 제1 대상 블럭에 대한 가비지 컬렉션 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 데이터 캐시 메모리(250)에 유지된 제1 대상 블럭의 유효 데이터는 제2 영역(312)의 데스티네이션 페이지에 라이트될 수 있다. 따라서, 제1 가비지 컬렉션 비용이 제2 가비지 컬렉션 비용 이하인 경우, 제1 대상 블럭의 유효 데이터를 독출하는 동작은 생략될 수 있다.
제2 가비지 컬렉션 비용이 제1 가비지 컬렉션 비용보다 크면, S170 단계와 같이, 제2 대상 블럭의 유효 데이터가 제2 대상 블럭으로부터 독출될 수 있다. 그리고 S180 단계와 같이, 독출된 제2 대상 블럭의 유효 데이터를 이용해서 제2 대상 블럭에 대한 가비지 컬렉션 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 독출된 제2 대상 블럭의 유효 데이터는 제2 영역(312)의 데스티네이션 페이지에 라이트될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)를 포함하는 데이터 처리 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 10을 참조하면, 데이터 처리 시스템(1000)은 호스트 장치(1100)와 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive)(1200)(이하, SSD라 칭함)를 포함할 수 있다.
SSD(1200)는 컨트롤러(1210), 버퍼 메모리 장치(1220), 불휘발성 메모리 장치들(1231~123n), 전원 공급기(1240), 신호 커넥터(1250) 및 전원 커넥터(1260)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(1210)는 SSD(1200)의 제반 동작을 제어할 수 있다. 컨트롤러(1210)는 호스트 인터페이스 유닛(1211), 컨트롤 유닛(1212), 랜덤 액세스 메모리(1213), 에러 정정 코드(ECC) 유닛(1214) 및 메모리 인터페이스 유닛(1215)을 포함할 수 있다.
호스트 인터페이스 유닛(1211)은 신호 커넥터(1250)를 통해서 호스트 장치(1100)와 신호(SGL)를 주고 받을 수 있다. 여기에서, 신호(SGL)는 커맨드, 어드레스, 데이터 등을 포함할 수 있다. 호스트 인터페이스 유닛(1211)은, 호스트 장치(1100)의 프로토콜에 따라서, 호스트 장치(1100)와 SSD(1200)를 인터페이싱할 수 있다. 예를 들면, 호스트 인터페이스 유닛(1211)은, 시큐어 디지털(secure digital), USB(universal serial bus), MMC(multi-media card), eMMC(embedded MMC), PCMCIA(personal computer memory card international association), 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), UFS(universal flash storage)와 같은 표준 인터페이스 프로토콜들 중 어느 하나를 통해서 호스트 장치(1100)와 통신할 수 있다.
컨트롤 유닛(1212)은 호스트 장치(1100)로부터 입력된 신호(SGL)를 분석하고 처리할 수 있다. 컨트롤 유닛(1212)은 SSD(1200)를 구동하기 위한 펌웨어 또는 소프트웨어에 따라서 내부 기능 블럭들의 동작을 제어할 수 있다. 랜덤 액세스 메모리(1213)는 이러한 펌웨어 또는 소프트웨어를 구동하기 위한 동작 메모리로서 사용될 수 있다.
에러 정정 코드(ECC) 유닛(1214)은 불휘발성 메모리 장치들(1231~123n)로 전송될 데이터의 패리티 데이터를 생성할 수 있다. 생성된 패리티 데이터는 데이터와 함께 불휘발성 메모리 장치들(1231~123n)에 저장될 수 있다. 에러 정정 코드(ECC) 유닛(1214)은 패리티 데이터에 근거하여 불휘발성 메모리 장치들(1231~123n)로부터 독출된 데이터의 에러를 검출할 수 있다. 만약, 검출된 에러가 정정 범위 내이면, 에러 정정 코드(ECC) 유닛(1214)은 검출된 에러를 정정할 수 있다.
메모리 인터페이스 유닛(1215)은, 컨트롤 유닛(1212)의 제어에 따라서, 불휘발성 메모리 장치들(1231~123n)에 커맨드 및 어드레스와 같은 제어 신호를 제공할 수 있다. 그리고 메모리 인터페이스 유닛(1215)은, 컨트롤 유닛(1212)의 제어에 따라서, 불휘발성 메모리 장치들(1231~123n)과 데이터를 주고받을 수 있다. 예를 들면, 메모리 인터페이스 유닛(1215)은 버퍼 메모리 장치(1220)에 저장된 데이터를 불휘발성 메모리 장치들(1231~123n)로 제공하거나, 불휘발성 메모리 장치들(1231~123n)로부터 읽혀진 데이터를 버퍼 메모리 장치(1220)로 제공할 수 있다.
버퍼 메모리 장치(1220)는 불휘발성 메모리 장치들(1231~123n)에 저장될 데이터를 임시 저장할 수 있다. 또한, 버퍼 메모리 장치(1220)는 불휘발성 메모리 장치들(1231~123n)로부터 읽혀진 데이터를 임시 저장할 수 있다. 버퍼 메모리 장치(1220)에 임시 저장된 데이터는 컨트롤러(1210)의 제어에 따라 호스트 장치(1100) 또는 불휘발성 메모리 장치들(1231~123n)로 전송될 수 있다.
불휘발성 메모리 장치들(1231~123n)은 SSD(1200)의 저장 매체로 사용될 수 있다. 불휘발성 메모리 장치들(1231~123n) 각각은 복수의 채널들(CH1~CHn)을 통해 컨트롤러(1210)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(1240)는 전원 커넥터(1260)를 통해 입력된 전원(PWR)을 SSD(1200) 내부에 제공할 수 있다. 전원 공급기(1240)는 보조 전원 공급기(1241)를 포함할 수 있다. 보조 전원 공급기(1241)는 서든 파워 오프(sudden power off)가 발생되는 경우, SSD(1200)가 정상적으로 종료될 수 있도록 전원을 공급할 수 있다. 보조 전원 공급기(1241)는 대용량 캐패시터들(capacitors)을 포함할 수 있다.
신호 커넥터(1250)는 호스트 장치(1100)와 SSD(1200)의 인터페이스 방식에 따라서 다양한 형태의 커넥터로 구성될 수 있다.
전원 커넥터(1260)는 호스트 장치(1100)의 전원 공급 방식에 따라서 다양한 형태의 커넥터로 구성될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치를 포함하는 데이터 처리 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 11을 참조하면, 데이터 처리 시스템(2000)은 호스트 장치(2100)와 데이터 저장 장치(2200)를 포함할 수 있다.
호스트 장치(2100)는 인쇄 회로 기판(printed circuit board)과 같은 기판(board) 형태로 구성될 수 있다. 비록 도시되지 않았지만, 호스트 장치(2100)는 호스트 장치의 기능을 수행하기 위한 내부 기능 블럭들을 포함할 수 있다.
호스트 장치(2100)는 소켓(socket), 슬롯(slot) 또는 커넥터(connector)와 같은 접속 터미널(2110)을 포함할 수 있다. 데이터 저장 장치(2200)는 접속 터미널(2110)에 마운트(mount)될 수 있다.
데이터 저장 장치(2200)는 인쇄 회로 기판과 같은 기판 형태로 구성될 수 있다. 데이터 저장 장치(2200)는 메모리 모듈 또는 메모리 카드로 불릴 수 있다. 데이터 저장 장치(2200)는 컨트롤러(2210), 버퍼 메모리 장치(2220), 불휘발성 메모리 장치(2231~2232), PMIC(power management integrated circuit)(2240) 및 접속 터미널(2250)을 포함할 수 있다.
컨트롤러(2210)는 데이터 저장 장치(2200)의 제반 동작을 제어할 수 있다. 컨트롤러(2210)는 도 10에 도시된 컨트롤러(1210)와 동일하게 구성될 수 있다.
버퍼 메모리 장치(2220)는 불휘발성 메모리 장치들(2231~2232)에 저장될 데이터를 임시 저장할 수 있다. 또한, 버퍼 메모리 장치(2220)는 불휘발성 메모리 장치들(2231~2232)로부터 읽혀진 데이터를 임시 저장할 수 있다. 버퍼 메모리 장치(2220)에 임시 저장된 데이터는 컨트롤러(2210)의 제어에 따라 호스트 장치(2100) 또는 불휘발성 메모리 장치들(2231~2232)로 전송될 수 있다.
불휘발성 메모리 장치들(2231~2232)은 데이터 저장 장치(2200)의 저장 매체로 사용될 수 있다.
PMIC(2240)는 접속 터미널(2250)을 통해 입력된 전원을 데이터 저장 장치(2200) 내부에 제공할 수 있다. PMIC(2240)는, 컨트롤러(2210)의 제어에 따라서, 데이터 저장 장치(2200)의 전원을 관리할 수 있다.
접속 터미널(2250)은 호스트 장치의 접속 터미널(2110)에 연결될 수 있다. 접속 터미널(2250)을 통해서, 호스트 장치(2100)와 데이터 저장 장치(2200) 간에 커맨드, 어드레스, 데이터 등과 같은 신호와, 전원이 전달될 수 있다. 접속 터미널(2250)은 호스트 장치(2100)와 데이터 저장 장치(2200)의 인터페이스 방식에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있다. 접속 터미널(2250)은 데이터 저장 장치(2200)의 어느 한 변에 배치될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치를 포함하는 데이터 처리 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 12를 참조하면, 데이터 처리 시스템(3000)은 호스트 장치(3100)와 데이터 저장 장치(3200)를 포함할 수 있다.
호스트 장치(3100)는 인쇄 회로 기판(printed circuit board)과 같은 기판(board) 형태로 구성될 수 있다. 비록 도시되지 않았지만, 호스트 장치(3100)는 호스트 장치의 기능을 수행하기 위한 내부 기능 블럭들을 포함할 수 있다.
데이터 저장 장치(3200)는 표면 실장형 패키지 형태로 구성될 수 있다. 데이터 저장 장치(3200)는 솔더 볼(solder ball)(3250)을 통해서 호스트 장치(3100)에 마운트될 수 있다. 데이터 저장 장치(3200)는 컨트롤러(3210), 버퍼 메모리 장치(3220) 및 불휘발성 메모리 장치(3230)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(3210)는 데이터 저장 장치(3200)의 제반 동작을 제어할 수 있다. 컨트롤러(3210)는 도 10에 도시된 컨트롤러(1210)와 동일하게 구성될 수 있다.
버퍼 메모리 장치(3220)는 불휘발성 메모리 장치(3230)에 저장될 데이터를 임시 저장할 수 있다. 또한, 버퍼 메모리 장치(3220)는 불휘발성 메모리 장치들(3230)로부터 읽혀진 데이터를 임시 저장할 수 있다. 버퍼 메모리 장치(3220)에 임시 저장된 데이터는 컨트롤러(3210)의 제어에 따라 호스트 장치(3100) 또는 불휘발성 메모리 장치(3230)로 전송될 수 있다.
불휘발성 메모리 장치(3230)는 데이터 저장 장치(3200)의 저장 매체로 사용될 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치를 포함하는 네트워크 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 13을 참조하면, 네트워크 시스템(4000)은 네트워크(4500)를 통해서 연결된 서버 시스템(4300) 및 복수의 클라이언트 시스템들(4410~4430)을 포함할 수 있다.
서버 시스템(4300)은 복수의 클라이언트 시스템들(4410~4430)의 요청에 응답하여 데이터를 서비스할 수 있다. 예를 들면, 서버 시스템(4300)은 복수의 클라이언트 시스템들(4410~4430)로부터 제공된 데이터를 저장할 수 있다. 다른 예로서, 서버 시스템(4300)은 복수의 클라이언트 시스템들(4410~4430)로 데이터를 제공할 수 있다.
서버 시스템(4300)은 호스트 장치(4100) 및 데이터 저장 장치(4200)를 포함할 수 있다. 데이터 저장 장치(4200)는 도 1의 데이터 저장 장치(100), 도 10의 SSD(1200), 도 11의 데이터 저장 장치(2200), 도 12의 데이터 저장 장치(3200)로 구성될 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치에 포함된 불휘발성 메모리 장치를 예시적으로 보여주는 블럭도이다. 도 14를 참조하면, 불휘발성 메모리 장치(300)는 메모리 셀 어레이(310), 행 디코더(320), 데이터 읽기/쓰기 블럭(330), 열 디코더(340), 전압 발생기(350) 및 제어 로직(360)을 포함할 수 있다.
메모리 셀 어레이(310)는 워드 라인들(WL1~WLm)과 비트 라인들(BL1~BLn)이 서로 교차된 영역에 배열된 메모리 셀(MC)들을 포함할 수 있다.
행 디코더(320)는 워드 라인들(WL1~WLm)을 통해서 메모리 셀 어레이(310)와 연결될 수 있다. 행 디코더(320)는 제어 로직(360)의 제어에 따라 동작할 수 있다. 행 디코더(320)는 외부 장치(도시되지 않음)로부터 제공된 어드레스를 디코딩할 수 있다. 행 디코더(320)는 디코딩 결과에 근거하여 워드 라인들(WL1~WLm)을 선택하고, 구동할 수 있다. 예시적으로, 행 디코더(320)는 전압 발생기(350)로부터 제공된 워드 라인 전압을 워드 라인들(WL1~WLm)에 제공할 수 있다.
데이터 읽기/쓰기 블럭(330)은 비트 라인들(BL1~BLn)을 통해서 메모리 셀 어레이(310)와 연결될 수 있다. 데이터 읽기/쓰기 블럭(330)은 비트 라인들(BL1~BLn) 각각에 대응하는 읽기/쓰기 회로들(RW1~RWn)을 포함할 수 있다. 데이터 읽기/쓰기 블럭(330)은 제어 로직(360)의 제어에 따라 동작할 수 있다. 데이터 읽기/쓰기 블럭(330)은 동작 모드에 따라서 쓰기 드라이버로서 또는 감지 증폭기로서 동작할 수 있다. 예를 들면, 데이터 읽기/쓰기 블럭(330)은 쓰기 동작 시 외부 장치로부터 제공된 데이터를 메모리 셀 어레이(310)에 저장하는 쓰기 드라이버로서 동작할 수 있다. 다른 예로서, 데이터 읽기/쓰기 블럭(330)은 읽기 동작 시 메모리 셀 어레이(310)로부터 데이터를 독출하는 감지 증폭기로서 동작할 수 있다.
열 디코더(340)는 제어 로직(360)의 제어에 따라 동작할 수 있다. 열 디코더(340)는 외부 장치로부터 제공된 어드레스를 디코딩할 수 있다. 열 디코더(340)는 디코딩 결과에 근거하여 비트 라인들(BL1~BLn) 각각에 대응하는 데이터 읽기/쓰기 블럭(330)의 읽기/쓰기 회로들(RW1~RWn)과 데이터 입출력 라인(또는 데이터 입출력 버퍼)을 연결할 수 있다.
전압 발생기(350)는 불휘발성 메모리 장치(300)의 내부 동작에 사용되는 전압을 생성할 수 있다. 전압 발생기(350)에 의해서 생성된 전압들은 메모리 셀 어레이(310)의 메모리 셀들에 인가될 수 있다. 예를 들면, 프로그램 동작 시 생성된 프로그램 전압은 프로그램 동작이 수행될 메모리 셀들의 워드 라인에 인가될 수 있다. 다른 예로서, 소거 동작 시 생성된 소거 전압은 소거 동작이 수행될 메모리 셀들의 웰-영역에 인가될 수 있다. 다른 예로서, 읽기 동작 시 생성된 읽기 전압은 읽기 동작이 수행될 메모리 셀들의 워드 라인에 인가될 수 있다.
제어 로직(360)은 외부 장치로부터 제공된 제어 신호에 근거하여 불휘발성 메모리 장치(300)의 제반 동작을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어 로직(360)은 불휘발성 메모리 장치(300)의 읽기, 쓰기, 소거 동작을 제어할 수 있다.
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
200 : 컨트롤러
210 : 호스트 인터페이스 유닛
220 : 컨트롤 유닛
230 : 워킹 메모리
240 : 메모리 인터페이스 유닛
250 : 데이터 캐시 메모리
300 : 불휘발성 메모리 장치

Claims (20)

  1. 제1 영역의 메모리 블럭들과 제2 영역의 메모리 블럭들을 포함하는 불휘발성 메모리 장치를 저장 매체로 사용하는 데이터 저장 장치의 동작 방법에 있어서:
    호스트 장치로부터 전송된 데이터를 임시 저장하는 데이터 캐시 메모리로부터 상기 제1 영역의 메모리 블럭들로 데이터를 저장하고,
    상기 데이터 캐시 메모리에 데이터가 유지된 상기 제1 영역의 메모리 블럭들 중에서 유효 페이지의 수가 가장 적은 제1 대상 메모리 블럭에 대한 제1 가비지 컬렉션 비용을 산출하고,
    상기 데이터 캐시 메모리에서 데이터가 클리어된 상기 제1 영역의 메모리 블럭들 중에서 유효 페이지의 수가 가장 적은 제2 대상 메모리 블럭에 대한 제2 가비지 컬렉션 비용을 산출하고, 그리고
    상기 제1 가비지 컬렉션 비용과 상기 제2 가비지 컬렉션 비용을 비교한 결과에 따라서 가비지 컬렉션 대상으로 선정된 메모리 블럭의 유효 데이터를, 상기 제2 영역의 메모리 블럭으로 복사하는 가비지 컬렉션 동작을 수행하는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  2. 제1항에 있어서:
    상기 가비지 컬렉션 동작을 수행하는 것은,
    상기 제1 가비지 컬렉션 비용이 상기 제2 가비지 컬렉션 비용 이하인 경우, 상기 제1 대상 메모리 블럭을 상기 가비지 컬렉션 동작의 대상으로 선정하고, 그리고
    상기 데이터 캐시 메모리에 유지된 상기 제1 대상 메모리 블럭의 유효 데이터를 상기 제2 영역의 메모리 블럭으로 복사하는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가비지 컬렉션 동작을 수행하는 것은,
    상기 제2 가비지 컬렉션 비용이 상기 제1 가비지 컬렉션 비용보다 큰 경우, 상기 제2 대상 메모리 블럭을 상기 가비지 컬렉션 동작의 대상으로 선정하고,
    상기 제2 대상 메모리 블럭으로부터 유효 데이터를 독출하고, 그리고
    독출된 상기 제2 대상 메모리 블럭의 유효 데이터를 상기 제2 영역의 메모리 블럭으로 복사하는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가비지 컬렉션 비용을 산출하는 것은, 상기 제2 영역에 포함된 하나의 페이지를 라이트하는 데 소모되는 시간과 상기 제1 대상 블럭의 유효 페이지의 수를 곱하여 산출하는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 가비지 컬렉션 비용을 산출하는 것은, 상기 제1 영역에 포함된 하나의 페이지를 리드하는 데 소모되는 시간과 상기 제2 대상 블럭의 유효 페이지의 수의 곱과, 상기 제2 영역에 포함된 하나의 페이지를 라이트하는 데 소모되는 시간과 상기 제2 대상 블럭의 유효 페이지의 수의 곱을 더하여 산출하는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역의 메모리 블럭들 중에서 모든 페이지가 라이트된 메모리 블럭의 유효 페이지의 수를 카운트하는 것을 더 포함하는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    유효 페이지의 수가 기준 값 미만인 메모리 블럭의 유효 데이터를 상기 데이터 캐시 메모리에 유지하는 것을 더 포함하는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    유효 페이지의 수가 기준 값 이상인 메모리 블럭의 유효 데이터를 상기 데이터 캐시 메모리에서 클리어하는 것을 더 포함하는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  9. 제1 영역의 메모리 블럭들과 제2 영역의 메모리 블럭들을 포함하는 불휘발성 메모리 장치;
    호스트 장치로부터 라이트 요청된 데이터를 임시 저장하는 데이터 캐시 메모리; 및
    상기 호스트 장치의 요청을 처리하기 위해서 상기 불휘발성 메모리 장치를 제어하는 컨트롤 유닛을 포함하되,
    상기 컨트롤 유닛은, 상기 데이터 캐시 메모리에 데이터가 유지된 상기 제1 영역의 메모리 블럭들 중에서 유효 페이지의 수가 가장 적은 제1 대상 메모리 블럭에 대한 제1 가비지 컬렉션 비용을 산출하고, 상기 데이터 캐시 메모리에서 데이터가 클리어된 상기 제1 영역의 메모리 블럭들 중에서 유효 페이지의 수가 가장 적은 제2 대상 메모리 블럭에 대한 제2 가비지 컬렉션 비용을 산출하고, 상기 제1 가비지 컬렉션 비용과 상기 제2 가비지 컬렉션 비용을 비교한 결과에 따라서 가비지 컬렉션 대상으로 선정된 메모리 블럭의 유효 데이터를 상기 제2 영역의 메모리 블럭으로 복사하는 가비지 컬렉션 동작을 수행하는 데이터 저장 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 컨트롤 유닛은, 상기 제1 가비지 컬렉션 비용이 상기 제2 가비지 컬렉션 비용 이하인 경우, 상기 제1 대상 메모리 블럭을 상기 가비지 컬렉션 동작의 대상으로 선정하는 데이터 저장 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 컨트롤 유닛은, 상기 데이터 캐시 메모리에 유지된 상기 제1 대상 메모리 블럭의 유효 데이터를 상기 제2 영역의 메모리 블럭으로 복사하는 데이터 저장 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 컨트롤 유닛은, 상기 제2 가비지 컬렉션 비용이 상기 제1 가비지 컬렉션 비용보다 큰 경우, 상기 제2 대상 메모리 블럭을 상기 가비지 컬렉션 동작의 대상으로 선정하는 데이터 저장 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 컨트롤 유닛은, 상기 제2 대상 메모리 블럭으로부터 유효 데이터를 독출하고, 독출된 상기 제2 대상 메모리 블럭의 유효 데이터를 상기 제2 영역의 메모리 블럭으로 복사하는 데이터 저장 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 컨트롤 유닛은, 상기 제2 영역에 포함된 하나의 페이지를 라이트하는 데 소모되는 시간과 상기 제1 대상 메모리 블럭의 유효 페이지의 수를 곱하여 상기 제1 가비지 컬렉션 비용을 산출하는 데이터 저장 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 컨트롤 유닛은, 상기 제1 영역에 포함된 하나의 페이지를 리드하는 데 소모되는 시간과 상기 제2 대상 블럭의 유효 페이지의 수의 곱과, 상기 제2 영역에 포함된 하나의 페이지를 라이트하는 데 소모되는 시간과 상기 제2 대상 블럭의 유효 페이지의 수의 곱을 더하여 상기 제2 가비지 컬렉션 비용을 산출하는 데이터 저장 장치.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 컨트롤 유닛은, 상기 제1 영역의 메모리 블럭들 중에서 모든 페이지가 라이트된 메모리 블럭의 유효 페이지의 수를 카운트하는 데이터 저장 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 컨트롤 유닛은, 유효 페이지의 수가 기준 값 미만인 메모리 블럭의 유효 데이터를 상기 데이터 캐시 메모리에 유지하는 데이터 저장 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 컨트롤 유닛은, 유효 페이지의 수가 기준 값 이상인 메모리 블럭의 유효 데이터를 상기 데이터 캐시 메모리에서 클리어하는 데이터 저장 장치.
  19. 제9항에 있어서,
    상기 컨트롤 유닛은, 상기 제1 영역의 메모리 블럭들에 포함된 메모리 셀들을싱글 레벨 셀 방식으로 사용하고, 상기 제2 영역의 메모리 블럭들에 포함된 메모리 셀들을 멀티 레벨 셀 방식으로 사용하는 데이터 저장 장치.
  20. 제9항에 있어서,
    상기 컨트롤 유닛은, 상기 제1 영역의 메모리 블럭들에 포함된 메모리 셀들을 메모리 셀 당 2-비트의 데이터를 저장하도록 사용하고, 상기 제2 영역의 메모리 블럭들에 포함된 메모리 셀들을 메모리 셀 당 셀 당 3-비트 이상의 데이터를 저장하도록 사용하는 데이터 저장 장치.
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