KR20190090629A

KR20190090629A - 메모리 시스템 및 그것의 동작 방법

Info

Publication number: KR20190090629A
Application number: KR1020180009567A
Authority: KR
Inventors: 김지열
Original assignee: 에스케이하이닉스 주식회사
Priority date: 2018-01-25
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2019-08-02
Also published as: US20190227940A1

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템은, 각각이 복수의 맵 데이터로 구성된 복수의 세그먼트들을 저장하는 비휘발성 메모리 장치, 세그먼트들 중 타겟 맵 데이터를 포함하는 타겟 세그먼트를 캐싱하는 제1 영역, 타겟 세그먼트에 포함되는 복수의 맵 데이터 그룹들 중 선택된 타겟 맵 데이터 그룹을 캐싱하는 제2 영역 및 제1 영역 및 상기 제2 영역의 데이터 캐싱을 제어하는 컨트롤 유닛을 포함할 수 있고, 맵 데이터 그룹들 각각은 복수의 맵 데이터를 포함하고, 제2 영역은 제1 영역보다 작은 단위의 데이터를 캐싱하는 것을 특징으로 한다.

Description

메모리 시스템 및 그것의 동작 방법{MEMORY SYSTEM AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 발명은 메모리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비휘발성 메모리 장치를 포함하는 메모리 시스템에 관한 것이다.

메모리 시스템은 외부 장치의 라이트 요청에 응답하여, 외부 장치로부터 제공된 데이터를 저장하도록 구성될 수 있다. 또한, 메모리 시스템은 외부 장치의 리드 요청에 응답하여, 저장된 데이터를 외부 장치로 제공하도록 구성될 수 있다. 외부 장치는 데이터를 처리할 수 있는 전자 장치로서, 컴퓨터, 디지털 카메라 또는 휴대폰 등을 포함할 수 있다. 메모리 시스템은 외부 장치에 내장되어 동작하거나, 분리 가능한 형태로 제작되어 외부 장치에 연결됨으로써 동작할 수 있다.

메모리 장치를 이용한 메모리 시스템은 기계적인 구동부가 없어서 안정성 및 내구성이 뛰어나며 정보의 액세스 속도가 매우 빠르고 전력 소모가 적다는 장점이 있다. 이러한 장점을 갖는 메모리 시스템은 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, 맵 데이터를 캐싱하는 단위를 달리하는 복수의 영역들을 이용하여 캐시 메모리 활용의 효율성을 증대시키는 메모리 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템은, 각각이 복수의 맵 데이터로 구성된 복수의 세그먼트들을 저장하는 비휘발성 메모리 장치, 세그먼트들 중 타겟 맵 데이터를 포함하는 타겟 세그먼트를 캐싱하는 제1 영역, 타겟 세그먼트에 포함되는 복수의 맵 데이터 그룹들 중 선택된 타겟 맵 데이터 그룹을 캐싱하는 제2 영역 및 제1 영역 및 상기 제2 영역의 데이터 캐싱을 제어하는 컨트롤 유닛을 포함할 수 있고, 맵 데이터 그룹들 각각은 복수의 맵 데이터를 포함하고, 제2 영역은 제1 영역보다 작은 단위의 데이터를 캐싱할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템의 동작 방법은, 컨트롤러가 호스트 장치로부터 리드 데이터에 대한 리드 요청을 수신한 때, 리드 데이터가 저장된 영역에 대한 타겟 맵 데이터가 제1 영역 또는 제2 영역에 저장되어 있는지 서치하는 단계, 타겟 맵 데이터가 제1 영역 및 제2 영역에 저장되어 있지 않은 때, 컨트롤러가 비휘발성 메모리 장치로부터 타겟 맵 데이터를 포함하는 타겟 세그먼트를 수신하는 단계, 타겟 세그먼트를 제1 영역에 저장하는 단계, 타겟 세그먼트에 포함되는 복수의 맵 데이터 그룹들 중 타겟 맵 데이터 그룹을 선택하는 단계 및 타겟 맵 데이터 그룹을 제1 영역보다 작은 단위의 데이터를 캐싱하는 제2 영역에 저장하는 단계를 포함할 수 있고, 타겟 맵 데이터 그룹은, 타겟 맵 데이터를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템은, 맵 데이터를 캐싱하는 단위를 달리하는 복수의 영역들을 이용하여 캐시 메모리 활용의 효율성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템의 구성을 예시적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 세그먼트들, 맵 데이터 그룹들 및 맵 데이터의 관계를 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라, 타겟 맵 데이터 그룹이 제2 영역에 저장되는 과정을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라, 제1 영역 및 제2 영역이 가득 찬 때, 타겟 세그먼트 및 타겟 맵 데이터 그룹이 각각 제1 영역 및 제2 영역에 저장되는 과정을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라, 맵 데이터의 크기가 제2 영역의 저장 용량 이상인 때, 타겟 세그먼트들이 제1 영역에 저장되는 과정을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 SSD를 포함하는 데이터 처리 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템을 포함하는 데이터 처리 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템을 포함하는 데이터 처리 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템을 포함하는 네트워크 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템에 포함된 비휘발성 메모리 장치를 예시적으로 보여주는 블록도이다.

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 메모리 시스템의 구성을 예시적으로 도시한 블록도이다.

메모리 시스템(100)은 휴대폰, MP3 플레이어, 랩탑 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 게임기, TV, 차량용 인포테인먼트(in-vehicle infotainment) 시스템 등과 같은 호스트 장치(도 3의 400)에 의해서 액세스되는 데이터를 저장할 수 있다.

메모리 시스템(100)은 호스트 장치(도 3의 400)와의 전송 프로토콜을 의미하는 호스트 인터페이스에 따라서 다양한 종류의 저장 장치들 중 어느 하나로 제조될 수 있다. 예를 들면, 메모리 시스템(100)은 SSD, MMC, eMMC, RS-MMC, micro-MMC 형태의 멀티 미디어 카드(multimedia 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.

메모리 시스템(100)은 다양한 종류의 패키지(package) 형태들 중 어느 하나로 제조될 수 있다. 예를 들면, 메모리 시스템(100)은 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.

메모리 시스템(100)은 컨트롤러(200) 및 비휘발성 메모리 장치(300)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(200)는 컨트롤 유닛(210), 랜덤 액세스 메모리(220), 맵 데이터 서치부(230), 맵 데이터 선택부(240) 및 메모리 컨트롤 유닛(250)을 포함할 수 있다.

컨트롤 유닛(210)은 마이크로 컨트롤 유닛(micro control unit)(MCU), 중앙 처리 장치(central processing unit)(CPU)로 구성될 수 있다. 컨트롤 유닛(210)은 호스트 장치(도 3의 400)로부터 전송된 리퀘스트를 처리할 수 있다. 컨트롤 유닛(210)은, 리퀘스트를 처리하기 위해서, 랜덤 액세스 메모리(220)에 로딩된 코드 형태의 명령(instruction) 또는 알고리즘, 즉, 펌웨어(FW)를 구동하고, 내부의 기능 블록들 및 비휘발성 메모리 장치(300)를 제어할 수 있다.

랜덤 액세스 메모리(220)는 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM) 또는 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM)와 같은 랜덤 액세스 메모리(220)로 구성될 수 있다. 랜덤 액세스 메모리(220)는 컨트롤 유닛(210)에 의해서 구동되는 펌웨어(FW)를 저장할 수 있다. 또한, 랜덤 액세스 메모리(220)는 펌웨어(FW)의 구동에 필요한 데이터, 예를 들면, 메타 데이터를 저장할 수 있다. 즉, 랜덤 액세스 메모리(220)는 컨트롤 유닛(210)의 동작 메모리(working memory)로서 동작할 수 있다. 랜덤 액세스 메모리(220)는 제1 영역(221) 및 제2 영역(222)을 포함할 수 있다. 또한, 제1 영역(221) 및 제2 영역(222)은 SRAM으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않고 데이터를 저장하는 모든 종류의 메모리가 적용될 수 있다.

제1 영역(221)은 비휘발성 메모리 장치(300)로부터 수신한 세그먼트들을 저장할 수 있다. 세그먼트들 각각은 복수의 맵 데이터 그룹들을 포함할 수 있고, 맵 데이터 그룹들 각각은 복수의 맵 데이터를 포함할 수 있다. 제1 영역(221)은 맵 캐시로서의 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로, 제1 영역(221)은 적어도 한번 히트된 맵 데이터를 포함하는 세그먼트를 저장할 수 있고, 이후에 요청되는 어드레스에 대응되는 맵 데이터가 포함된 세그먼트가 제1 영역(221)에 저장되어 있는 경우, 컨트롤 유닛(210)은 제1 영역(221)에 저장된 세그먼트에 포함되는 맵 데이터를 이용하여 동작을 수행할 수 있다.

제2 영역(222)은 제1 영역(221)으로부터 수신한 맵 데이터 그룹들을 저장할 수 있다. 맵 데이터 그룹들 각각은 복수의 맵 데이터를 포함할 수 있다. 제2 영역(222)은 제1 영역(221)과 마찬가지로 맵 캐시로서의 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로, 제2 영역(222)은 적어도 한번 히트된 맵 데이터를 포함하는 맵 데이터 그룹들을 저장할 수 있고, 이후에 요청되는 어드레스에 대응되는 맵 데이터를 포함하는 맵 데이터 그룹이 제2 영역(222)에 저장되어 있는 경우, 컨트롤 유닛(210)은 제2 영역(222)에 저장된 맵 데이터 그룹에 포함되는 맵 데이터를 이용하여 동작을 수행할 수 있다.

맵 데이터 서치부(230)는 컨트롤 유닛(210)의 제어에 의하여, 제1 영역(221) 또는 제2 영역(222)에 타겟 맵 데이터가 저장되어 있는지를 서치할 수 있다. 맵 데이터 서치부(230)가 수행하는 동작에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.

맵 데이터 선택부(240)는 제1 영역(221)에 저장되었거나 저장될 세그먼트에 포함되는 맵 데이터 그룹들 중 제2 영역(222)에 저장될 타겟 맵 데이터 그룹을 선택한다. 맵 데이터 선택부(240)가 수행하는 동작에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.

메모리 컨트롤 유닛(250)은 컨트롤 유닛(210)의 제어에 따라서 비휘발성 메모리 장치(300)와 인터페이싱하고, 비휘발성 메모리 장치(300)의 구동을 제어할 수 있다. 메모리 컨트롤 유닛(250)은 메모리 인터페이스 유닛으로도 불릴 수 있다. 메모리 컨트롤 유닛(250)은 제어 신호들을 비휘발성 메모리 장치(300)로 제공할 수 있다. 제어 신호들은 비휘발성 메모리 장치(300)를 제어하기 위한 커맨드, 어드레스, 제어 신호 등을 포함할 수 있다. 메모리 컨트롤 유닛(250)은 데이터를 비휘발성 메모리 장치(300)로 제공하거나, 비휘발성 메모리 장치(300)로부터 데이터를 제공 받을 수 있다.

호스트 인터페이스 유닛(미도시)는 호스트 장치(도 3의 400)와 메모리 시스템(100)을 인터페이싱할 수 있다. 예시적으로, 호스트 인터페이스 유닛은 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 Express), UFS(universal flash storage)와 같은 표준 전송 프로토콜들 중 어느 하나, 즉, 호스트 인터페이스를 이용해서 호스트 장치(도 3의 400)와 통신할 수 있다.

비휘발성 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), 전이금속 산화물(transition metal oxide)을 이용한 저항성 램(resistive random access memory: RERAM) 등과 같은 다양한 형태의 비휘발성 메모리 장치들 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

비휘발성 메모리 장치(300)는 메모리 셀 어레이를 포함할 수 있다. 메모리 셀 어레이에 포함된 메모리 셀들은 동작의 관점에서 또는 물리적(또는 구조적) 관점에서 계층적인 메모리 셀 집합 또는 메모리 셀 단위로 구성될 수 있다. 예를 들면, 동일한 워드 라인에 연결되며, 동시에 읽혀지고 쓰여지는(또는 프로그램되는) 메모리 셀들은 페이지로 구성될 수 있다. 이하에서, 설명의 편의를 위해서, 페이지로 구성되는 메모리 셀들을 "페이지"라고 칭할 것이다. 또한, 동시에 삭제되는 메모리 셀들은 메모리 블록으로 구성될 수 있다. 메모리 셀 어레이는 복수의 메모리 블록들을 포함하고, 메모리 블록들 각각은 복수의 페이지들을 포함할 수 있다.

컨트롤러(200)는 외부 장치로부터 제공되는 논리 어드레스에 대한 맵핑 정보 및 순차 정보를 생성할 수 있다. 비휘발성 메모리 장치(300)는 구조적인 특성 때문에 외부 장치(예를 들면, 호스트 장치(도 3의 400))가 인식하는 논리 어드레스 체계와 다른 물리 어드레스 체계로 동작할 수 있다. 이러한 연유로, 컨트롤러(200)는 논리 어드레스와 물리 어드레스 간의 대응 관계를 나타내는 맵핑 정보를 생성하고, 외부 장치로부터 제공된 논리 어드레스를 맵핑된 물리 어드레스로 변환하여 비휘발성 메모리 장치(300)로 제공할 수 있다.

컨트롤러(200)는 논리 어드레스에 대한 맵핑 정보에 근거하여 logical to physical(이하, L2P) 맵핑 테이블 및 physical to logical(이하, P2L) 맵핑 테이블 중 적어도 하나를 랜덤 액세스 메모리(220)에 구성할 수 있다. 컨트롤러(200)는 구성된 맵핑 테이블을 랜덤 액세스 메모리(220)로부터 비휘발성 메모리 장치(300)로 백업할 수 있다.

본 명세서에서 하나의 맵 데이터는 하나의 논리 어드레스에 대한 맵핑 정보를 의미할 수 있다. 또한, 각각의 맵 데이터 그룹들은 복수개의 맵 데이터를 포함할 수 있고, 각각의 세그먼트들은 복수개의 맵 데이터 그룹들을 포함할 수 있다.

랜덤 액세스 메모리(220)에 모든 논리 어드레스들에 대응되는 맵 데이터가 저장되어 있다면, 호스트 장치(도 3의 400)의 리드 요청 등으로 인한 동작 수행 시, 데이터가 저장되어 있는 어드레스에 대한 정보를 랜덤 액세스 메모리(220)에 저장된 정보를 통하여 알 수 있으므로 비휘발성 메모리 장치(300)로부터 맵 데이터를 리드하는 동작이 필요하지 않으나, 근래에 장치의 소형화 등의 이유로 컨트롤러(200) 내부의 메모리의 개수가 감소하는 추세이고, 이에 따라 맵 데이터를 랜덤 액세스 메모리(220)에 저장하고 있지 않은 경우가 많이 발생한다. 이러한 경우 필요한 맵 데이터를 비휘발성 메모리 장치(300)로부터 리드하고, 리드된 맵 데이터에 근거하여 리드 동작 등을 수행하게 된다. 맵 데이터를 비휘발성 메모리 장치(300)로부터 리드할 때에는 복수의 맵 데이터를 포함하는 세그먼트 단위로 리드하게 되고, 빈번한 맵 데이터 리드 동작으로 인한 과부하 및 성능 저하를 방지하기 위하여 리드된 세그먼트는 맵 캐시(또는, 맵 버퍼)에 캐싱하고, 맵 캐시에 저장되어 있는 세그먼트에 포함되는 맵 데이터가 필요한 경우, 비휘발성 메모리 장치(300)에서 리드하는 동작 없이 맵 캐시에 저장된 맵 데이터에 근거하여 동작을 수행하게 된다. 그러나, 맵 캐시의 제한적인 용량으로 인하여, 다수의 세그먼트들이 리드되는 경우 특정 세그먼트가 맵 캐시에서 빠르게 지워지게 되고, 이로 인하여 자주 리드되는 맵 데이터를 포함하는 세그먼트의 경우 빈번하게 비휘발성 메모리 장치(300)에서 리드해야 하는 문제점이 존재한다. 또한, 이러한 문제점에 대응하여 맵 캐시를 두 개의 영역으로 구분하고, 히트되는 횟수가 많은 맵 데이터를 포함하는 세그먼트를 일정 기간 동안 별도로 저장하는 방법이 고안되었으나, 하나의 세그먼트에 포함되는 맵 데이터 중 히트되는 맵 데이터는 극히 일부임에도 세그먼트 단위로 저장함으로써, 저장 공간을 비효율적으로 사용하게 된다는 문제점이 존재한다.

도 2는 세그먼트들, 맵 데이터 그룹들 및 맵 데이터의 관계를 예시적으로 설명하기 위한 도면이다. 상술한 바와 같이, 본 명세서에서 하나의 맵 데이터는 하나의 논리 어드레스에 대한 맵핑 정보를 의미할 수 있다.

도 2를 참조하면, 하나의 맵 데이터 그룹은 복수의 맵 데이터를 포함할 수 있다. 예시적으로, 맵 데이터 그룹(MDG0)은 맵 데이터(MD0) 내지 맵 데이터(MD15)를 포함할 수 있다. 즉, 16개의 맵 데이터가 하나의 맵 데이터 그룹에 포함될 수 있다. 또한, 하나의 세그먼트는 복수의 맵 데이터 그룹들을 포함할 수 있다. 예시적으로 세그먼트(SEG0)은 맵 데이터 그룹(MDG0) 내지 맵 데이터 그룹(MDG128)을 포함할 수 있다. 즉, 128개의 맵 데이터 그룹이 하나의 세그먼트에 포함될 수 있고, 이에 따라 2048개의 맵 데이터가 하나의 세그먼트에 포함될 수 있다. 다만, 도 2에 도시된 세그먼트가 포함하는 맵 데이터 그룹의 수 및 맵 데이터 그룹이 포함하는 맵 데이터의 수는 예시적인 것으로, 필요에 따라 언제든지 변경될 수 있다. 예시적으로, 각각의 세그먼트의 크기는 비휘발성 메모리 장치(300)에 데이터가 쓰여지는 단위인 페이지의 크기로 설정될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따라, 타겟 맵 데이터 그룹이 제2 영역에 저장되는 과정을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다. SEGn', SEGn"으로 도시된 부호는 세그먼트(SEGn)(n은 0 이상의 정수)에 포함되고, 이전에 요청되었던 타겟 맵 데이터를 포함하는 맵 데이터 그룹을 의미한다. 예를 들어, 도 3의 제1 영역(221)에 저장된 SEG7'은, 세그먼트(SEG7)이 제1 영역(221)에 저장될 때의 타겟 맵 데이터 그룹을 의미한다.

도 3 내지 도 5의 설명에 있어서 다음의 조건들을 가정한다. 제1 영역(221)은 4개의 세그먼트들을 저장할 수 있는 용량을 가지고, 제2 영역(222)은 16개의 맵 데이터 그룹들을 저장할 수 있는 용량을 가진다. 또한, 도 3의 설명에 있어서 제1 영역(221)에는 3개의 세그먼트들(세그먼트(SEG6), 세그먼트(SEG5), 세그먼트(SEG7))이 저장되어 있고, 제2 영역(222)에는 15개의 맵 데이터 그룹들(SEG5', SEG8', SEG0', SEG5", SEG6', SEG4', SEG7' 등)이 저장되어 있고 가정한다. 이하에서, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템(100)은, 각각이 복수의 맵 데이터로 구성된 복수의 세그먼트들을 저장하는 비휘발성 메모리 장치(300), 세그먼트들 중 타겟 맵 데이터를 포함하는 타겟 세그먼트를 캐싱하는 제1 영역(221), 타겟 세그먼트에 포함되는 복수의 맵 데이터 그룹들 중 선택된 타겟 맵 데이터 그룹을 캐싱하는 제2 영역(222) 및 제1 영역(221)과 제2 영역(222)의 데이터 캐싱을 제어하는 컨트롤 유닛(210)을 포함할 수 있다. 이 때, 맵 데이터 그룹들 각각은 복수의 맵 데이터를 포함할 수 있고, 제2 영역(222)은 제1 영역(221)보다 상대적으로 작은 단위의 데이터를 캐싱한다고 가정한다. 또한, 타겟 맵 데이터는, 호스트 장치(400)의 리드 요청의 대상인 리드 데이터가 저장된 물리 어드레스에 대한 맵핑 정보가 저장된 맵핑 데이터로 정의한다.

①단계에서, 컨트롤러(200)는 호스트 장치(400)로부터 제1 데이터(DT1)에 대한 리드 요청(RQ_READ(DT1))을 수신할 수 있다.

실시 예에 따라, 컨트롤러(200)는 타겟 맵 데이터가 제1 영역(221) 또는 제2 영역(222)에 저장되어 있는지 여부를 서치하는 맵 데이터 서치부(230)를 포함할 수 있다. 단계에서, 맵 데이터 서치부(230)는 호스트 장치(400)로부터 리드 요청된 제1 데이터(DT1)에 대한 맵 데이터(MD0)이 제1 영역(221) 또는 제2 영역(222)에 저장되어 있는지 서치할 수 있다. 구체적으로, 제1 영역(221)에 저장된 복수의 세그먼트들 중 맵 데이터(MD0)을 포함하는 세그먼트가 있는지를 서치할 수 있고, 제1 영역(221)에서 서치되지 않은 경우 제2 영역(222)에 저장된 복수의 맵 데이터 그룹들 중 맵 데이터(MD0)을 포함하는 맵 데이터 그룹이 있는지를 서치할 수 있다. 다만, 제1 영역(221)과 제2 영역(222)을 서치하는 순서는 바뀔 수 있고, 동시에 수행될 수도 있을 것이다. 실시 예에 따라, 맵 데이터 서치부(230)에 의해서 맵 데이터(MD0)이 서치되지 않았다고 가정한다.

③단계에서, 컨트롤러(200)는 메모리 컨트롤 유닛(250)을 통하여 맵 데이터(MD0)에 대한 리드 명령(CMD_READ(MD0))을 비휘발성 메모리 장치(300)로 전송할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템(100)은, 타겟 맵 데이터(도 3의 맵 데이터(MD0))가 제1 영역(221) 및 제2 영역(222)에 저장되어 있지 않다고 판단된 때, 비휘발성 메모리 장치(300)로 타겟 맵 데이터에 대한 리드 명령(CMD_READ(MD0))을 전송하는 메모리 컨트롤 유닛(250)을 포함할 수 있다.

④단계에서, 컨트롤러(200)는 맵 데이터(MD0)를 포함하는 세그먼트(SEG0)을 비휘발성 메모리 장치(300)로부터 수신할 수 있다. 통상적으로 비휘발성 메모리 장치(300)에는 세그먼트 단위로 맵 데이터가 저장되고, 타겟 맵 데이터를 포함하는 세그먼트를 컨트롤러(200)로 전송하게 된다. 세그먼트 단위는 비휘발성 메모리의 페이지 단위일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 변경하여 적용될 수 있다.

⑤단계에서, 컨트롤 유닛(210)은 비휘발성 메모리 장치(300)로부터 수신한 세그먼트(SEG0)을 제1 영역(221)에 저장할 수 있다.

실시 예에 따라, 컨트롤러(200)는 제2 영역(222)에 저장될 타겟 맵 데이터 그룹을 선택하는 맵 데이터 선택부(240)를 포함할 수 있다. 맵 데이터 선택부(240)는, 하나의 맵 데이터 그룹에 포함되는 복수의 맵 데이터 각각이 히트된 횟수의 합이 기준 횟수 이상인 때, 타겟 맵 데이터 그룹으로 선택할 수 있다. 예시적으로, 기준 횟수는 "1"이라고 가정한다. 단계에서, 맵 데이터 선택부(240)는 맵 데이터 그룹(MDG0)을 타겟 맵 데이터 그룹으로 선택할 수 있다. 구체적으로, 맵 데이터 그룹(MDG0)은 리드 요청된 제1 데이터(DT1)에 대한 맵 데이터인 맵 데이터(MD0)을 포함하고, 이에 근거하여 타겟 맵 데이터 그룹으로 선택될 수 있을 것이다. 컨트롤 유닛(210)은, 타겟 맵 데이터 그룹으로 선택된 맵 데이터 그룹(MDG0)이 제2 영역(222)에 저장되도록 제어한다.

실시 예에 따라, 맵 데이터 그룹(MDG0)이 제2 영역(222)에 저장되는 시점은 조절될 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(221)에 세그먼트(SEG0)가 저장된 후 제2 영역(222)에 맵 데이터 그룹(MDG0)이 저장될 수 있다. 또한, 제2 영역(222)에 맵 데이터 그룹(MDG0)이 저장된 후 제1 영역(221)에 세그먼트(SEG0)가 저장될 수 있고, 실시 예에 따라 제1 영역(221)에 세그먼트(SEG0)가 저장되는 동작 및 제2 영역(222)에 맵 데이터 그룹(MDG0)이 저장되는 동작이 동시에 이루어 질 수 있을 것이다. 실시 예에 따라, 제1 영역(221)에 세그먼트(SEG0)가 저장되고, 세그먼트(SEG0)에 기초하여 제1 데이터(DT1)에 대한 리드 동작이 수행된 후, 제2 영역(222)에 맵 데이터 그룹(MDG0)이 저장될 수 있다. 다른 실시 예로서, 제1 영역(221)이 가득 찬 때, 즉 제1 영역(221)에 저장된 세그먼트들로 인하여 제1 영역(221)의 저장 용량이 모두 사용된 상태인 때, 제1 영역(221)에 저장된 세그먼트들 각각에 포함되는 타겟 맵 데이터 그룹들을 제2 영역(222)에 저장하도록 제어할 수 있다.

실시 예에 따라, 하나의 리드 요청에 기초하여 복수의 세그먼트들이 제1 영역(221)에 저장되거나, 복수의 맵 데이터 그룹들이 제2 영역(222)에 저장될 수 있다. 예를 들어, 제1 데이터(DT1)에 대한 맵 데이터가 복수이고, 이를 포함하는 맵 데이터 그룹들 및 세그먼트들이 복수인 경우, 타겟 맵 데이터 그룹들 및 타겟 세그먼트들은 각각 제2 영역(222) 및 제1 영역(221)에 저장될 수 있고, 상술한 하나의 타겟 맵 데이터 그룹 및 타겟 세그먼트가 저장되는 방식과 동일하게 동작할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따라, 제1 영역 및 제2 영역이 가득 찬 때, 타겟 세그먼트 및 타겟 맵 데이터 그룹이 각각 제1 영역 및 제2 영역에 저장되는 과정을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 설명함에 있어서, 도 3의 과정이 수행되었다고 가정한다. 즉, 제1 영역(221)은 세그먼트(SEG0)을 저장함으로써 저장 용량이 가득 찼고, 제2 영역(222) 역시 맵 데이터 그룹(MDG0)을 저장함으로써 저장 용량이 가득 찼다고 가정한다. 이하에서 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.

①단계 내지 단계는, 도 3에서 설명한 동작들에 대응되는 동작들이 수행될 수 있다. 즉, 컨트롤러(200)가 호스트 장치(400)로부터 제2 데이터(DT2)에 대한 리드 요청(RQ_READ(DT2))을 수신하고, 맵 데이터 서치부(230)가, 제2 데이터(DT2)에 대한 맵 데이터인 맵 데이터(MD2048)가 제1 영역(221) 또는 제2 영역(222)에 저장되어 있는지 여부를 서치할 수 있고, 서치 결과 저장되어 있지 않다고 가정한다. 이후 메모리 컨트롤 유닛(250)을 통하여 맵 데이터(MD2048)에 대한 리드 명령(CMD_READ(MD2048))을 비휘발성 메모리 장치(300)로 전송할 수 있고, 맵 데이터(MD2048)을 포함하는 세그먼트(SEG1)를 비휘발성 메모리 장치(300)로부터 수신할 수 있다.

⑤단계에서, 컨트롤 유닛(210)은 비휘발성 메모리 장치(300)로부터 수신한 세그먼트(SEG1)을 제1 영역(221)에 저장하도록 제어할 수 있다. 앞서 가정한 바와 같이, 세그먼트(SEG1)이 제1 영역(221)에 저장되기 전에, 제1 영역(221)의 저장 용량은 가득 찬 상태이다. 실시 예에 따라, 컨트롤 유닛(210)은 제1 영역(221)에 저장된 시점이 가장 오래된 세그먼트가 저장된 영역에 타겟 세그먼트인 세그먼트(SEG1)을 저장하도록 제어할 수 있다. 다른 실시 예로써, 제1 영역(221)에 저장된 세그먼트들 각각이 히트된 횟수를 판단하고, 히트된 횟수가 가장 적은 세그먼트가 저장된 영역에 타겟 세그먼트인 세그먼트(SEG1)을 저장되도록 제어할 수 있다.

⑥단계에서, 맵 데이터 선택부(240)는, 맵 데이터 그룹(MDG128)을 타겟 맵 데이터 그룹으로 선택할 수 있다. 구체적으로, 맵 데이터 그룹(MDG128)은 리드 요청된 제2 데이터(DT2)에 대한 맵 데이터인 맵 데이터(MD2048)을 포함하고, 이에 근거하여 타겟 맵 데이터 그룹으로 선택될 수 있다. 컨트롤 유닛(210)은, 타겟 맵 데이터 그룹으로 선택된 맵 데이터 그룹(MDG128)이 제2 영역(222)에 저장되도록 제어한다. 앞서 가정한 바와 같이, 맵 데이터 그룹(MDG128)이 제2 영역(222)에 저장되기 전에, 제2 영역(222)의 저장 용량은 가득 찬 상태이고, 실시 예에 따라, 컨트롤 유닛(210)은 제2 영역(222)에 저장된 시점이 가장 오래된 맵 데이터 그룹이 저장된 영역에 타겟 맵 데이터 그룹인 맵 데이터 그룹(MDG128)을 저장하도록 제어할 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 제2 영역(222)에 저장된 맵 데이터 그룹들 각각이 히트된 횟수를 판단하고, 히트된 횟수가 가장 적은 맵 데이터 그룹이 저장된 영역에 타겟 맵 데이터 그룹인 맵 데이터 그룹(MDG128)이 저장되도록 제어할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따라, 맵 데이터의 크기가 제2 영역의 저장 용량 이상인 때, 타겟 세그먼트들이 제1 영역에 저장되는 과정을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 설명함에 있어서, 도 3의 과정이 수행되었다고 가정한다. 즉, 제1 영역(221)은 세그먼트(SEG0)을 저장함으로써 저장 용량이 가득 찼고, 제2 영역(222) 역시 맵 데이터 그룹(MDG0)을 저장함으로써 저장 용량이 가득 찼다고 가정한다. 이하에서 도 1 내지 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.

①단계 내지 단계는, 도 3에서 설명한 동작들에 대응되는 동작들이 수행될 수 있다. 즉, 컨트롤러(200)가 호스트 장치(400)로부터 제3 데이터(DT3)에 대한 리드 요청(RQ_READ(DT3))을 수신한다. 이 때, 제3 데이터(DT3)가 저장된 어드레스의 맵 데이터는 복수이고, 예시적으로 맵 데이터 2048 내지 맵 데이터 4100의 맵 데이터라고 가정한다. 도 2를 참조하면, 맵 데이터 2048 내지 맵 데이터 4100은 복수의 세그먼트들(세그먼트(SEG1), 세그먼트(SEG2))에 포함된다. 맵 데이터 서치부(230)가, 제3 데이터(DT3)에 대한 맵 데이터인 맵 데이터(MD2048) 내지 맵 데이터(MD4100)가 제1 영역(221) 또는 제2 영역(222)에 저장되어 있는지 여부를 서치할 수 있고, 서치 결과 저장되어 있지 않다고 가정한다. 이후 메모리 컨트롤 유닛(250)을 통하여 맵 데이터(MD2048) 내지 맵 데이터(MD4100)에 대한 리드 명령(CMD_READ(MD2048~4100))을 비휘발성 메모리 장치(300)로 전송할 수 있고, 맵 데이터(MD2048) 내지 맵 데이터(MD4100)을 포함하는 세그먼트(SEG1) 및 세그먼트(SEG2)를 비휘발성 메모리 장치(300)로부터 수신할 수 있다.

⑤단계 및 단계에서, 컨트롤 유닛(210)은 비휘발성 메모리 장치(300)로부터 수신한 세그먼트(SEG1) 및 세그먼트(SEG2)를 제1 영역(221)에 저장하도록 제어할 수 있다. 앞서 가정한 바와 같이, 세그먼트(SEG1) 및 세그먼트(SEG2)가 제1 영역(221)에 저장되기 전에, 제1 영역(221)의 저장 용량은 가득 찬 상태이므로, 소정의 기준에 따라 선택된 2개의 세그먼트들이 저장된 영역에 세그먼트(SEG1) 및 세그먼트(SEG2)가 저장될 수 있다. 소정의 기준은 도 4에 설명한 방식과 동일하게 적용될 수 있다. 예시적으로, 도 3의 세그먼트(SEG6) 및 세그먼트(SEG5)가 저장된 영역들 각각에 세그먼트(SEG1) 및 세그먼트(SEG2)가 저장된다.

본 발명의 실시 예에 따른 컨트롤 유닛(210)은, 복수의 타겟 맵 데이터 그룹들의 크기의 합이 제2 영역(222)의 저장 용량 이상인 때, 타겟 맵 데이터 그룹들을 제2 영역(222)에 저장하지 않도록 제어할 수 있다. 도 2에서 예시적으로 도시된 바에 의하여, 제3 데이터(DT3)에 대응하는 맵 데이터는 맵 데이터(MD2048) 내지 맵 데이터(MD4100)으로 도출될 수 있고, 이를 포함하는 맵 데이터 그룹들은 맵 데이터128 내지 맵 데이터256이다. 즉, 129개의 맵 데이터 그룹들이 타겟 맵 데이터 그룹들로 선택될 수 있으나, 16개의 맵 데이터 그룹들을 저장할 수 있는 것으로 가정된 제2 영역(222)의 저장 용량을 초과하는 바, 컨트롤 유닛(210)은 타겟 맵 데이터 그룹들을 제2 영역(222)에 저장하지 않도록 제어할 수 있을 것이다. 이에 따라 타겟 세그먼트들인 세그먼트(SEG1) 및 세그먼트(SEG2)만이 제1 영역(221)에 저장될 수 있다. 실시 예에 따라, 맵 데이터 선택부(240)는 타겟 맵 데이터 그룹의 조건을 만족하는 맵 데이터 그룹들의 크기가 제2 영역(222)의 저장 용량 이상인 경우, 타겟 맵 데이터 그룹들로 선택하지 않을 수 있다. 즉, 타겟 맵 데이터 그룹들로 선택되지 않거나, 타겟 맵 데이터 그룹들로 선택되어도 컨트롤 유닛(210)의 제어에 의하여 제2 영역(222)에 저장되지 않을 수 있다.

실시 예에 따라, 맵 데이터 선택부(240)는 맵 데이터 그룹에 포함되는 복수의 맵 데이터가 시퀀셜 데이터인지 여부에 따라 타겟 맵 데이터 그룹을 선택할 수 있다. 예시적으로, 복수의 맵 데이터가 시퀀셜 데이터인 때, 복수의 맵 데이터를 포함하는 맵 데이터 그룹을 타겟 맵 데이터 그룹으로 선택하지 않을 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따라, 맵 캐시를 두 개의 영역으로 구분하고, 제1 영역(221)에 저장된 세그먼트에 포함되는 맵 데이터 그룹들 중 소정의 기준에 의하여 선택되는 맵 데이터 그룹을 제2 영역(222)에 별도로 일정 기간 동안 저장함으로써, 맵 데이터의 캐싱을 위하여 빈번하게 비휘발성 메모리 장치(300)에 액세스 하는 문제점을 해결하고, 메모리 시스템(100)의 효율을 향상시킬 수 있다.

실시 예에 따라, 제1 영역(221)과 제2 영역(222)에 데이터(세그먼트 또는 맵 데이터 그룹)가 저장되는 단위를 다르게 설정함으로써, 빈번하게 히트되어 제2 영역(222)에 별도의 저장이 필요한 특정 맵 데이터를 포함한 최소한의 데이터(맵 데이터 그룹)만 제2 영역(222)에 저장할 수 있다. 결과적으로, 용량을 최소화하는 추세인 랜덤 액세스 메모리(220)의 저장 공간을 좀 더 효율적으로 사용할 수 있고, 메모리 시스템(100)의 다른 동작에 필요한 리소스를 더 할당함으로써 메모리 시스템(100)의 성능을 향상시킬 수 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 1 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템(100)의 동작 방법은, 컨트롤러(200)가 호스트 장치(도 3의 400)로부터 리드 데이터에 대한 리드 요청을 수신하는 단계(S100), 맵 데이터 서치부(230)가 타겟 맵 데이터의 저장 여부를 서치하는 단계(S200, S300), 제1 영역(221) 또는 제2 영역(222)에 타겟 맵 데이터가 존재하지 않은 때, 비휘발성 메모리 장치(300)로부터 타겟 맵 데이터가 포함된 타겟 세그먼트를 수신하는 단계(S400), 수신된 타겟 세그먼트를 제1 영역(221)에 저장하는 단계(S500), 맵 데이터 선택부(240)가 타겟 세그먼트에 포함되는 복수의 맵 데이터 그룹들 중 타겟 맵 데이터 그룹을 선택하는 단계(S600) 및 선택된 타겟 맵 데이터 그룹을 제2 영역(222)에 저장하는 단계(S700)를 포함할 수 있다.

도 1 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템(100)의 동작 방법은, 컨트롤러(200)가 호스트 장치(도 3의 400)로부터 리드 데이터에 대한 리드 요청을 수신하는 단계(S100), 맵 데이터 서치부(230)가 타겟 맵 데이터의 저장 여부를 서치하는 단계(S200, S300), 제1 영역(221) 또는 제2 영역(222)에 타겟 맵 데이터가 존재하지 않은 때, 비휘발성 메모리 장치(300)로부터 타겟 맵 데이터가 포함된 타겟 세그먼트를 수신하는 단계(S400), 수신된 타겟 세그먼트를 제1 영역(221)에 저장하는 단계(S500), 맵 데이터 선택부(240)가, 맵 데이터 그룹에 포함되는 복수의 맵 데이터 각각이 히트된 횟수의 합을 판단하고, 히트된 횟수의 합과 기준 횟수를 비교하는 단계(S610), 히트된 횟수의 합이 기준 횟수보다 많은 맵 데이터 그룹을 타겟 맵 데이터 그룹으로 선택하는 단계(S620) 및 선택된 타겟 맵 데이터 그룹을 제2 영역(222)에 저장하는 단계(S700)를 포함할 수 있다.

실시 예에 따라, 메모리 시스템(100)의 동작 방법은 컨트롤러(200)가 비휘발성 메모리 장치(300)로부터 새로운 타겟 맵 데이터를 포함하는 새로운 타겟 세그먼트를 수신하는 단계, 제1 영역(221)의 가용 용량을 판단하는 단계, 제1 영역(221)이 가득 찬 때, 제1 영역(221)에 저장된 세그먼트들 각각이 히트된 횟수에 근거하여 새로운 타겟 세그먼트가 저장되는 영역을 결정하는 단계 및 결정된 영역에 새로운 타겟 세그먼트를 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다. 실시 예에 따라, 히트된 횟수가 가장 적은 세그먼트가 저장된 영역을 새로운 타겟 세그먼트가 저장되는 영역으로 결정할 수 있다. 다른 실시 예로써, 제1 영역(221)에 저장된 시점이 가장 오래된 세그먼트가 저장된 영역을 새로운 타겟 세그먼트가 저장되는 영역으로 결정할 수 있다.

실시 예에 따라, 메모리 시스템(100)의 동작 방법은 컨트롤러(200)가 비휘발성 메모리 장치(300)로부터 새로운 타겟 맵 데이터를 포함하는 새로운 타겟 세그먼트를 수신하는 단계, 새로운 타겟 세그먼트를 제1 영역(221)에 저장하는 단계, 새로운 타겟 세그먼트로 포함되는 복수의 맵 데이터 그룹들 중 새로운 타겟 맵 데이터 그룹을 선택하는 단계, 제2 영역(222)의 가용 용량을 판단하는 단계, 제2 영역(222)이 가득 찬 때, 제2 영역(222)에 저장된 맵 데이터 그룹들 각각이 히트된 횟수에 근거하여 새로운 타겟 맵 데이터 그룹이 저장되는 영역을 결정하는 단계 및 결정된 영역에 새로운 타겟 맵 데이터 그룹을 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예시적으로, 히트된 횟수가 가장 적은 맵 데이터 그룹이 저장된 영역을 새로운 타겟 맵 데이터 그룹이 저장되는 영역으로 결정할 수 있다. 실시 예에 따라, 제2 영역(222)에 저장된 시점이 가장 오래된 맵 데이터 그룹이 저장된 영역을 새로운 타겟 맵 데이터 그룹이 저장되는 영역으로 결정할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 SSD를 포함하는 데이터 처리 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 8을 참조하면, 데이터 처리 시스템(1000)은 호스트 장치(1100)와 SSD(1200) 를 포함할 수 있다.

SSD(1200)는 컨트롤러(1210), 버퍼 메모리 장치(1220), 비휘발성 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 컨트롤 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 Express), 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 블록들의 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 비휘발성 메모리 장치들(1231~123n)로 전송될 데이터의 패리티 데이터를 생성할 수 있다. 생성된 패리티 데이터는 데이터와 함께 비휘발성 메모리 장치들(1231~123n)에 저장될 수 있다. 에러 정정 코드(ECC) 유닛(1214)은 패리티 데이터에 근거하여 비휘발성 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 컨트롤 유닛(1215)은, 컨트롤 유닛(1212)의 제어에 따라서, 비휘발성 메모리 장치들(1231~123n)에 커맨드 및 어드레스와 같은 제어 신호를 제공할 수 있다. 그리고 메모리 컨트롤 유닛(1215)은, 컨트롤 유닛(1212)의 제어에 따라서, 비휘발성 메모리 장치들(1231~123n)과 데이터를 주고받을 수 있다. 예를 들면, 메모리 컨트롤 유닛(1215)은 버퍼 메모리 장치(1220)에 저장된 데이터를 비휘발성 메모리 장치들(1231~123n)로 제공하거나, 비휘발성 메모리 장치들(1231~123n)로부터 읽혀진 데이터를 버퍼 메모리 장치(1220)로 제공할 수 있다.

버퍼 메모리 장치(1220)는 비휘발성 메모리 장치들(1231~123n)에 저장될 데이터를 임시 저장할 수 있다. 또한, 버퍼 메모리 장치(1220)는 비휘발성 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 비휘발성 메모리 장치들(1231~123n)로 전송될 수 있다.

비휘발성 메모리 장치들(1231~123n)은 SSD(1200)의 저장 매체로 사용될 수 있다. 비휘발성 메모리 장치들(1231~123n) 각각은 복수의 채널들(CH1~CHn)을 통해 컨트롤러(1210)와 연결될 수 있다. 하나의 채널에는 하나 또는 그 이상의 비휘발성 메모리 장치가 연결될 수 있다. 하나의 채널에 연결되는 비휘발성 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 9는 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템을 포함하는 데이터 처리 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 9를 참조하면, 데이터 처리 시스템(2000)은 호스트 장치(2100)와 메모리 시스템(2200)을 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 블록들을 포함할 수 있다.

호스트 장치(2100)는 소켓(socket), 슬롯(slot) 또는 커넥터(connector)와 같은 접속 터미널(2110)을 포함할 수 있다. 메모리 시스템(2200)은 접속 터미널(2110)에 마운트(mount)될 수 있다.

메모리 시스템(2200)은 인쇄 회로 기판과 같은 기판 형태로 구성될 수 있다. 메모리 시스템(2200)은 메모리 모듈 또는 메모리 카드로 불릴 수 있다. 메모리 시스템(2200)은 컨트롤러(2210), 버퍼 메모리 장치(2220), 비휘발성 메모리 장치(2231~2232), PMIC(power management integrated circuit)(2240) 및 접속 터미널(2250)을 포함할 수 있다.

컨트롤러(2210)는 메모리 시스템(2200)의 제반 동작을 제어할 수 있다. 컨트롤러(2210)는 도 8에 도시된 컨트롤러(1210)와 동일하게 구성될 수 있다.

버퍼 메모리 장치(2220)는 비휘발성 메모리 장치들(2231~2232)에 저장될 데이터를 임시 저장할 수 있다. 또한, 버퍼 메모리 장치(2220)는 비휘발성 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 비휘발성 메모리 장치들(2231~2232)로 전송될 수 있다.

비휘발성 메모리 장치들(2231~2232)은 메모리 시스템(2200)의 저장 매체로 사용될 수 있다.

PMIC(2240)는 접속 터미널(2250)을 통해 입력된 전원을 메모리 시스템(2200) 내부에 제공할 수 있다. PMIC(2240)는, 컨트롤러(2210)의 제어에 따라서, 메모리 시스템(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 메모리 시스템(2200) 간에 커맨드, 어드레스, 데이터 등과 같은 신호와, 전원이 전달될 수 있다. 접속 터미널(2250)은 호스트 장치(2100)와 메모리 시스템(2200)의 인터페이스 방식에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있다. 접속 터미널(2250)은 메모리 시스템(2200)의 어느 한 변에 배치될 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템을 포함하는 데이터 처리 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 10을 참조하면, 데이터 처리 시스템(3000)은 호스트 장치(3100)와 메모리 시스템(3200)을 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 블록들을 포함할 수 있다.

메모리 시스템(3200)은 표면 실장형 패키지 형태로 구성될 수 있다. 메모리 시스템(3200)은 솔더 볼(solder ball)(3250)을 통해서 호스트 장치(3100)에 마운트될 수 있다. 메모리 시스템(3200)은 컨트롤러(3210), 버퍼 메모리 장치(3220) 및 비휘발성 메모리 장치(3230)를 포함할 수 있다.

컨트롤러(3210)는 메모리 시스템(3200)의 제반 동작을 제어할 수 있다. 컨트롤러(3210)는 도 8에 도시된 컨트롤러(1210)와 동일하게 구성될 수 있다.

버퍼 메모리 장치(3220)는 비휘발성 메모리 장치(3230)에 저장될 데이터를 임시 저장할 수 있다. 또한, 버퍼 메모리 장치(3220)는 비휘발성 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 비휘발성 메모리 장치(3230)로 전송될 수 있다.

비휘발성 메모리 장치(3230)는 메모리 시스템(3200)의 저장 매체로 사용될 수 있다.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템을 포함하는 네트워크 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 11을 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 메모리 시스템(4200)을 포함할 수 있다. 메모리 시스템(4200)은 도 1의 메모리 시스템(100), 도 8의 SSD(1200), 도 9의 메모리 시스템(2200), 도 10의 메모리 시스템(3200)로 구성될 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템에 포함된 비휘발성 메모리 장치를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 12를 참조하면, 비휘발성 메모리 장치(300)는 메모리 셀 어레이(310), 행 디코더(320), 데이터 읽기/쓰기 블록(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 블록(330)은 비트 라인들(BL1~BLn)을 통해서 메모리 셀 어레이(310)와 연결될 수 있다. 데이터 읽기/쓰기 블록(330)은 비트 라인들(BL1~BLn) 각각에 대응하는 읽기/쓰기 회로들(RW1~RWn)을 포함할 수 있다. 데이터 읽기/쓰기 블록(330)은 제어 로직(360)의 제어에 따라 동작할 수 있다. 데이터 읽기/쓰기 블록(330)은 동작 모드에 따라서 쓰기 드라이버로서 또는 감지 증폭기로서 동작할 수 있다. 예를 들면, 데이터 읽기/쓰기 블록(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 블록(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 블록(330)의 읽기/쓰기 회로들(RW1~RWn)과 데이터 입출력 라인(또는 데이터 입출력 버퍼)을 연결할 수 있다.

전압 발생기(350)는 비휘발성 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 비휘발성 메모리 장치(300)의 제반 동작을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어 로직(360)은 비휘발성 메모리 장치(300)의 읽기, 쓰기, 소거 동작을 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 방법과 관련하여서는 전술한 시스템에 대한 내용이 적용될 수 있다. 따라서, 방법과 관련하여, 전술한 시스템에 대한 내용과 동일한 내용에 대하여는 설명을 생략하였다.

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 : 메모리 시스템
200 : 컨트롤러
210 : 컨트롤 유닛
220 : 랜덤 액세스 메모리
221 : 제1 영역
222 : 제2 영역
230 : 맵 데이터 서치부
240 : 맵 데이터 선택부
250 : 메모리 컨트롤 유닛
300 : 비휘발성 메모리 장치

Claims

각각이 복수의 맵 데이터로 구성된 복수의 세그먼트들을 저장하는 비휘발성 메모리 장치;
상기 세그먼트들 중 타겟 맵 데이터를 포함하는 타겟 세그먼트를 캐싱하는 제1 영역;
상기 타겟 세그먼트에 포함되는 복수의 맵 데이터 그룹들 중 선택된 타겟 맵 데이터 그룹을 캐싱하는 제2 영역; 및
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 데이터 캐싱을 제어하는 컨트롤 유닛을 포함하되,
맵 데이터 그룹들 각각은 복수의 맵 데이터를 포함하고, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역보다 작은 단위의 데이터를 캐싱하는 메모리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 타겟 맵 데이터는, 리드 데이터가 저장된 물리 어드레스에 대한 맵핑 정보가 저장된 맵 데이터인 메모리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 타겟 맵 데이터가 상기 제1 영역 또는 상기 제2 영역에 저장되어 있는지 여부를 서치하는 맵 데이터 서치부; 및
상기 타겟 맵 데이터가 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 저장되어 있지 않은 때, 상기 비휘발성 메모리 장치로 상기 타겟 맵 데이터에 대한 리드 명령을 전송하는 메모리 컨트롤 유닛을 더 포함하는 메모리 시스템.
제3항에 있어서,
상기 컨트롤 유닛은,
상기 맵 데이터 서치부에 의하여 상기 타겟 맵 데이터가 서치된 때, 상기 제1 영역 또는 상기 제2 영역에 저장된 상기 타겟 맵 데이터에 근거하여 리드 데이터에 대한 리드 동작을 수행하도록 제어하는 메모리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 영역에 저장될 상기 타겟 맵 데이터 그룹을 선택하는 맵 데이터 선택부를 더 포함하고,
상기 맵 데이터 선택부는, 하나의 맵 데이터 그룹에 포함되는 복수의 맵 데이터 각각이 히트된 횟수의 합이 기준 횟수 이상인 때, 상기 하나의 맵 데이터 그룹을 상기 타겟 맵 데이터 그룹으로 선택하는 메모리 시스템.
제5항에 있어서,
상기 맵 데이터 선택부는,
상기 히트된 횟수의 합이 상기 기준 횟수 이상인 맵 데이터 그룹이 복수인 경우, 복수의 맵 데이터 그룹들 각각을 상기 타겟 맵 데이터 그룹으로 선택하는 메모리 시스템.
제6항에 있어서,
상기 컨트롤 유닛은,
복수의 타겟 맵 데이터 그룹들의 크기의 합이 상기 제2 영역의 저장 용량 이상인 때, 상기 타겟 맵 데이터 그룹들을 상기 제2 영역에 저장하지 않도록 제어하는 메모리 시스템.
제5항에 있어서,
상기 맵 데이터 선택부는,
상기 맵 데이터 그룹에 포함되는 복수의 맵 데이터가 시퀀셜 데이터인지 여부에 따라 상기 타겟 맵 데이터 그룹을 선택하는 메모리 시스템.
제8항에 있어서,
상기 맵 데이터 선택부는,
상기 복수의 맵 데이터가 시퀀셜 데이터인 때, 상기 복수의 맵 데이터를 포함하는 맵 데이터 그룹을 상기 타겟 맵 데이터 그룹으로 선택하지 않는 메모리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 컨트롤 유닛은
상기 제1 영역이 가득 찬 때, 상기 타겟 맵 데이터 그룹을 상기 제2 영역으로 제공하도록 제어하는 메모리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 컨트롤 유닛은,
상기 타겟 맵 데이터 그룹이 상기 제2 영역에 저장된 후, 상기 제1 영역 내의 상기 타겟 세그먼트가 저장된 영역에 상기 타겟 세그먼트 이외의 세그먼트를 저장하도록 제어하는 메모리 시스템.
제11항에 있어서,
상기 컨트롤 유닛은,
상기 제1 영역에 저장된 세그먼트들 각각이 히트된 횟수를 판단하고, 상기 횟수에 근거하여 상기 세그먼트들에 대한 제거 우선 순위를 결정하는 메모리 시스템
제11항에 있어서,
상기 컨트롤 유닛은,
상기 제2 영역에 저장된 맵 데이터 그룹들 각각이 히트된 횟수를 판단하고, 상기 횟수에 근거하여 상기 맵 데이터 그룹들에 대한 제거 우선 순위를 결정하는 메모리 시스템
제1항에 있어서,
상기 제2 영역이 데이터를 캐싱하는 단위는, 상기 맵 데이터 그룹들 각각의 크기인 메모리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 SRAM으로 구성되는 메모리 시스템.
컨트롤러가 호스트 장치로부터 리드 데이터에 대한 리드 요청을 수신한 때, 상기 리드 데이터가 저장된 영역에 대한 타겟 맵 데이터가 제1 영역 또는 제2 영역에 저장되어 있는지 서치하는 단계;
상기 타겟 맵 데이터가 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 저장되어 있지 않은 때, 상기 컨트롤러가 비휘발성 메모리 장치로부터 상기 타겟 맵 데이터를 포함하는 타겟 세그먼트를 수신하는 단계;
상기 타겟 세그먼트를 상기 제1 영역에 저장하는 단계;
상기 타겟 세그먼트에 포함되는 복수의 맵 데이터 그룹들 중 타겟 맵 데이터 그룹을 선택하는 단계; 및
상기 타겟 맵 데이터 그룹을 상기 제1 영역보다 작은 단위의 데이터를 캐싱하는 제2 영역에 저장하는 단계를 포함하되,
상기 타겟 맵 데이터 그룹은, 상기 타겟 맵 데이터를 포함하는 메모리 시스템의 동작 방법.
제16항에 있어서,
상기 타겟 맵 데이터 그룹을 선택하는 단계는,
맵 데이터 그룹에 포함되는 복수의 맵 데이터 각각이 히트된 횟수의 합을 판단하는 단계; 및
판단된 횟수의 합이 기준 횟수 이상인 때, 상기 맵 데이터 그룹을 상기 타겟 맵 데이터 그룹으로 선택하는 단계를 포함하는 메모리 시스템의 동작 방법.
제16항에 있어서,
상기 타겟 맵 데이터 그룹을 선택하는 단계는,
상기 복수의 맵 데이터 그룹들에 포함되는 복수의 맵 데이터가 시퀀셜 데이터인지 판단하는 단계; 및
상기 복수의 맵 데이터가 시퀀셜 데이터인지 여부에 근거하여 상기 타겟 맵 데이터 그룹을 선택하는 단계를 포함하는 메모리 시스템의 동작 방법.
제16항에 있어서,
상기 컨트롤러가 상기 비휘발성 메모리 장치로부터 새로운 타겟 맵 데이터를 포함하는 새로운 타겟 세그먼트를 수신하는 단계;
상기 제1 영역의 가용 용량을 판단하는 단계;
상기 제1 영역이 가득 찬 때, 상기 제1 영역에 저장된 세그먼트들 각각이 히트된 횟수에 근거하여 상기 새로운 타겟 세그먼트가 저장되는 영역을 결정하는 단계; 및
결정된 영역에 상기 새로운 타겟 세그먼트를 저장하는 단계를 더 포함하는 메모리 시스템의 동작 방법.
제16항에 있어서,
상기 컨트롤러가 상기 비휘발성 메모리 장치로부터 새로운 타겟 맵 데이터를 포함하는 새로운 타겟 세그먼트를 수신하는 단계;
상기 새로운 타겟 세그먼트를 상기 제1 영역에 저장하는 단계;
상기 새로운 타겟 세그먼트에 포함되는 복수의 맵 데이터 그룹들 중 새로운 타겟 맵 데이터 그룹을 선택하는 단계;
상기 제2 영역의 가용 용량을 판단하는 단계;
상기 제2 영역이 가득 찬 때, 상기 제2 영역에 저장된 맵 데이터 그룹들 각각이 히트된 횟수에 근거하여 상기 새로운 타겟 맵 데이터 그룹이 저장되는 영역을 결정하는 단계; 및
결정된 영역에 상기 새로운 타겟 맵 데이터 그룹을 저장하는 단계를 더 포함하는 메모리 시스템의 동작 방법.