KR20190118016A - 리커버리 성능이 최적화된 데이터 저장 장치 및 동작 방법, 이를 포함하는 스토리지 시스템 - Google Patents

리커버리 성능이 최적화된 데이터 저장 장치 및 동작 방법, 이를 포함하는 스토리지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 기술의 일 실시예에 의한 데이터 저장 장치는 복수의 블럭으로 구분되는 저장 영역을 포함하는 저장부 및 호스트 장치의 요청에 따라 저장부에 대한 데이터 입출력 동작을 제어하며, 전원이 공급되고 있는 동안 수행되는 백그라운드 동작에 관여하는 블럭 정보를 수집하여 힌트 정보로 저장하고, 서든 파워 오프 후 전원이 다시 공급되면 힌트 정보에 기초하여 서든 파워 오프 이전의 백그라운드 동작이 이어서 수행되도록 제어하는 컨트롤러를 포함하도록 구성될 수 있다.

Description

리커버리 성능이 최적화된 데이터 저장 장치 및 동작 방법, 이를 포함하는 스토리지 시스템{Data Storage Device and Operation Method Optimized for Recovery Performance, Storage System Having the Same}
본 발명은 반도체 집적 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 리커버리 성능이 최적화된 데이터 저장 장치 및 동작 방법, 이를 포함하는 스토리지 시스템에 관한 것이다.
플래시 메모리는 대용량을 지원하며 비휘발성, 낮은 단가 및 적은 전력 소모, 고속 데이터 처리 속도를 제공하는 등의 장점으로 인해 그 수요가 계속해서 증가하고 있다.
플래시 메모리를 사용한 저장 매체는 하드 디스크를 대체하는 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive)(1200)(이하, SSD) 타입, 내장 메모리로 사용될 수 있는 임베디드 타입, 모바일 타입 등으로 구현될 수 있고, 멀티미디어 데이터 처리를 주로 수행하는 전자기기, 차량용 내비게이션 장치, 블랙박스 등 다양한 전자기기에 적용되고 있다.
이러한 데이터 저장 장치는 데이터를 쓰거나 읽는 도중에 전원이 차단되어도 데이터 상실이나 드라이브 또는 파티션이 깨지는 현상이 발생하지 않도록 하는 SPOR (Sudden Power Off Recovery) 대책이 필요하다.
예를 들어, 갑작스러운 전원 오프 현상 후 다시 전원이 공급되어 시스템이 재기동되었을 때 서든 파워 오프 이전의 시스템 상태로 복귀할 것과 전원 오프 전의 데이터가 상실되지 않도록 데이터를 유지할 것 등이 요구된다.
본 기술의 실시예는 갑작스러운 전원 오프 후 전원이 다시 공급될 때 고속으로 재기동될 수 있는 리커버리 성능이 최적화된 데이터 저장 장치 및 동작 방법, 이를 포함하는 스토리지 시스템을 제공할 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 데이터 저장 장치는 복수의 블럭으로 구분되는 저장 영역을 포함하는 저장부; 및 호스트 장치의 요청에 따라 상기 저장부에 대한 데이터 입출력 동작을 제어하며, 전원이 공급되고 있는 동안 수행되는 백그라운드 동작에 관여하는 블럭 정보를 수집하여 힌트 정보로 저장하고, 서든 파워 오프 후 전원이 다시 공급되면 상기 힌트 정보에 기초하여 상기 서든 파워 오프 이전의 백그라운드 동작이 이어서 수행되도록 제어하는 컨트롤러;를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 데이터 저장 장치의 동작 방법은 복수의 블럭으로 구분되는 저장 영역을 포함하는 저장부 및 상기 저장부에 대한 데이터 교환을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 데이터 저장 장치의 동작 방법으로서, 전원이 공급되고 있는 동안 수행되는 백그라운드 동작에 관여하는 블럭 정보를 수집하여 힌트 정보로 저장하는 단계; 서든 파워 오프 후 전원이 다시 공급되는 단계; 및 상기 힌트 정보에 기초하여 상기 서든 파워 오프 이전의 백그라운드 동작을 이어서 수행하는 단계;를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 스토리지 시스템은 호스트 장치; 및 복수의 블럭으로 구분되는 저장 영역을 포함하는 저장부 및 상기 호스트 장치의 요청에 따라 상기 저장부에 대한 데이터 입출력 동작을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 데이터 저장 장치를 포함하고, 상기 컨트롤러는, 전원이 공급되고 있는 동안 수행되는 백그라운드 동작에 관여하는 블럭 정보를 수집하여 힌트 정보로 저장하고, 서든 파워 오프 후 전원이 다시 공급되면 상기 힌트 정보에 기초하여 상기 서든 파워 오프 이전의 백그라운드 동작이 이어서 수행되도록 제어할 수 있다.
본 기술에 의하면 수행 중인 백그라운드 동작에 대한 정보를 저장하여 두고 갑작스러운 파워 오프 후 전원이 재공급되면 저장해 둔 백그라운드 동작 관련 정보에 기초하여 백그라운드 동작을 이어서 수행할 수 있다.
따라서 전원 재공급 후의 부팅 과정을 단축시켜 고속 리커버리가 가능하게 된다.
도 1은 일 실시예에 의한 데이터 저장 장치의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 의한 컨트롤러의 구성도이다.
도 3은 일 실시예에 의한 메모리 장치에 저장되는 데이터를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 의한 데이터 저장 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 일 실시예에 의한 스토리지 시스템의 구성도이다.
도 6 및 도 7은 실시예들에 따른 데이터 처리 시스템의 구성도이다.
도 8은 일 실시예에 의한 데이터 저장 장치를 포함하는 네트워크 시스템의 구성도이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 데이터 저장 장치에 포함된 비휘발성 메모리 장치의 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 기술의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 일 실시예에 의한 데이터 저장 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 의한 데이터 저장 장치(10)는 컨트롤러(110) 및 저장부(120)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(110)는 호스트 장치의 요청에 응답하여 저장부(120)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(110)는 호스트 장치의 프로그램(라이트) 요청에 따라 저장부(120)에 데이터가 프로그램되도록 할 수 있다. 그리고, 호스트 장치의 읽기 요청에 응답하여 저장부(120)에 기록되어 있는 데이터를 호스트 장치로 제공할 수 있다.
저장부(120)는 컨트롤러(110)의 제어에 따라 데이터를 기입하거나 기입된 데이터를 출력할 수 있다. 저장부(120)는 휘발성 또는 비휘발성 메모리 장치로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 저장부(120)는 EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM), 낸드(NAND) 플래시 메모리, 노어(NOR) 플래시 메모리, PRAM(Phase-Change RAM), ReRAM(Resistive RAM) FRAM(Ferroelectric RAM), STT-MRAM(Spin Torque Transfer Magnetic RAM) 등과 같은 다양한 비휘발성 메모리 소자 중에서 선택된 메모리 소자를 이용하여 구현될 수 있다. 저장부(120)는 복수의 다이들, 복수의 칩들, 또는 복수의 패키지들을 포함할 수 있다. 나아가 저장부(120)는 하나의 메모리 셀에 한 비트의 데이터를 저장하는 싱글 레벨 셀(Single-Level Cell), 또는 하나의 메모리 셀에 복수 비트의 데이터를 저장하는 멀티 레벨 셀(Multi-Level Cell)로 이루어질 수 있다.
저장부(120)는 복수의 메모리 셀을 포함하는 페이지, 적어도 하나의 페이지를 포함하는 블럭, 적어도 하나의 블럭을 포함하는 플레인, 적어도 하나의 플레인을 포함하는 다이 등으로 이루어지는 계층 구조를 가질 수 있다. 리드 및 라이트(프로그램) 동작은 예를 들어 페이지 단위로 수행될 수 있고, 소거 동작은 예를 들어 블럭 단위로 수행될 수 있다. 데이터 입출력 속도를 향상시키기 위해 리드 또는 라이트되는 데이터의 처리 단위는 데이터 저장 장치(10)의 제조 목적 등에 따라 결정될 수 있다.
도시하지 않았지만 컨트롤러(110)의 내부 또는 외부에 버퍼 메모리부가 구비될 수 있다. 버퍼 메모리부는 데이터 저장 장치(10)가 호스트 장치와 연동하여 데이터를 라이트하거나 읽는 등의 일련의 동작을 수행할 때 데이터를 임시 저장할 수 있는 공간으로 작용한다.
컨트롤러(110)는 재구성 매니저 회로(119)를 포함할 수 있다. 재구성 매니저 회로(119)는 데이터 저장 장치(10)의 공급 전원이 갑자기 중단된 후 다시 공급됨에 따라 저장부(120)에 대한 맵 테이블을 복구하고, 유효 페이지 수를 카운트하는 동작 등을 통해 저장부(120)를 재구성(rebuild)할 수 있다.
재구성 매니저 회로(119)는 또한, 데이터 저장 장치(10)에 정상적으로 전원이 공급되고 있는 동안 데이터 저장 장치(10)의 백그라운드(background) 동작에 관여하는 블럭 정보를 수집할 수 있다. 일 실시예에서, 백그라운드 동작은 유효 페이지와 무효 페이지를 효율적으로 처리하기 위한 가비지 콜렉션 동작(Garbage Collection; GC), GC에 사용될 소스 블럭을 선정하는 기준이 되는 블럭별 유효 페이지 카운트 동작, 메모리 셀들의 마모도를 평준화하기 위한 웨어 레벨링(wear-leveling) 동작, 리드 리클레임(read reclaim) 동작 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 재구성 매니저 회로(119)가 수집하는 백그라운드 동작 정보는 GC 수행 중인 블럭 정보 및 유효 페이지 카운트 중인 블럭 정보를 적어도 포함할 수 있다.
플래시 메모리 장치에서 프로그램은 페이지 단위로 수행되나 소거는 블럭 단위로 수행될 수 있다. 또한 덮어쓰기 동작을 지원하지 않기 때문에, 라이트 전 소거 동작(erase before write operation)을 블록 단위로 수행해야 한다. 플래시 메모리 장치에 데이터가 계속적으로 라이트됨에 따라 유효한 데이터가 플래시 메모리 장치 전체에 걸쳐 산재할 수 있고, 데이터 기입이 가능한 저장 공간, 즉 프리(free) 블럭을 확보하기 위해서 GC를 수행할 필요가 있다.
GC는 예를 들어, 희생 블럭 선정, 선정된 희생 블럭 내의 유효 페이지를 임의의 블럭(타깃 블럭)으로 이동, 유효 페이지가 이동된 희생 블럭을 소거하는 과정을 통해 수행될 수 있다.
한편, 컨트롤러(110)가 저장부(120)의 유효 페이지를 카운트하는 중 서든 파워 오프가 발생하면 수행 중인 유효 페이지 카운트에 대한 정보가 소실되게 된다. 유효 페이지를 카운트하는 데 소요되는 시간은 저장부(120)의 용량에 비례할 수 있다. 따라서 유효 페이지 카운트 동작 중 서든 파워 오프가 발생하고 다시 전원이 공급되면 컨트롤러(110)의 재구성 매니저 회로(119)는 저장부(120)의 모든 블럭에 대해 다시 처음부터 유효 페이지 수를 카운트해야 한다.
본 기술의 일 실시예에 있어서, 재구성 매니저 회로(119)는 전원이 정상적으로 공급되고 있는 동안 백그라운드 동작에 이용되는 블럭 정보, 예를 들어 GC 수행 중인 블럭 정보 및 유효 페이지 카운트 중인 블럭 정보를 힌트 정보로 수집할 수 있다. 그리고 서든 파워 오프 후 전원이 다시 공급되면 기 수집해 둔 힌트 정보에 기초하여 백그라운드 동작이 계속하여 수행되도록 함으로써 저장부(120)의 리커버리 시간을 최소화할 수 있다.
즉, 재구성 매니저 회로(119)는 서든 파워 오프 순간의 백그라운드 동작 진행 상황을 힌트 정보로 저장해 둔다. 그리고 전원이 다시 공급되면 저장부(120)의 기동에 필요한 백그라운드 동작을 처음부터 다시 시작하는 것이 아니라 저장해 둔 힌트 정보에 기초하여 이전 백그라운드 동작이 이어서 수행되도록 할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 의한 컨트롤러의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 의한 컨트롤러(110)는 중앙처리장치(111), 호스트 인터페이스(113), 메모리 인터페이스(115), 동작 메모리(117), 재구성 매니저 회로(119), 가비지 콜렉션 회로(121) 및 유효 페이지 카운트 회로(123)를 포함할 수 있다.
중앙처리장치(111)는 저장부(120)에 대한 데이터의 읽기 또는 라이트 동작에 필요한 다양한 제어정보를 호스트 인터페이스(113), 메모리 인터페이스(115) 및 동작 메모리(117) 에 전달하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 중앙처리장치(111)는 데이터 저장 장치(10)의 다양한 동작을 위해 제공되는 펌웨어에 따라 동작할 수 있다. 일 실시예에서, 중앙처리장치(111)는 저장부(120)를 관리하기 위한 주소맵핑, 웨어레벨링 등을 수행하기 위한 플래시 변환계층(FTL)의 기능을 실행할 수 있다. 구현하기에 따라서 중앙처리장치(111)는 저장부(120)로부터 독출된 데이터의 에러를 검출하고 정정할 수 있다.
호스트 인터페이스(113)는 중앙처리장치(111)의 제어에 따라 호스트 장치(호스트 프로세서)로부터 커맨드 및 클럭신호를 수신하고 데이터의 입출력을 제어하기 위한 통신 채널을 제공할 수 있다. 특히, 호스트 인터페이스(113)는 호스트 장치와 데이터 저장 장치(10) 간의 물리적 연결을 제공할 수 있다. 그리고 호스트 장치의 버스 포맷에 대응하여 데이터 저장 장치(10)와의 인터페이싱을 제공할 수 있다. 호스트 장치의 버스 포맷은 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 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
메모리 인터페이스(115)는 컨트롤러(110)와 저장부(120) 간의 신호 송수신을 위한 통신 채널을 제공할 수 있다. 메모리 인터페이스(115)는 중앙처리장치(111)의 제어에 따라 버퍼 메모리부(200)에 일시 저장된 데이터를 저장부(120)에 기입할 수 있다. 그리고 저장부(120)로부터 독출되는 데이터를 버퍼 메모리부(200)로 전달하여 일시 저장할 수 있다.
동작 메모리(117)는 컨트롤러(110)의 동작에 필요한 프로그램 코드, 예를 들어 펌웨어 또는 소프트웨어가 저장되고, 프로그램 코드들이 이용하는 코드 데이터 등이 저장될 수 있다.
중앙처리장치(111)는 데이터 저장 장치(10)에 정상적으로 전원이 공급되어 호스트 장치의 요청을 처리하는 사이 또는 자체적인 프로세스를 처리하는 동안 또는 유휴 상태일 때 등 기 정의된 타이밍에 백그라운드 동작을 처리할 수 있다.
재구성 매니저 회로(119)는 데이터 저장 장치(10)의 공급 전원이 갑자기 중단된 후 다시 공급됨에 따라 저장부(120)에 대한 맵 테이블을 복구하고, 유효 페이지 수를 카운트하는 동작 등을 통해 저장부(120)를 재구성(rebuild)할 수 있다.
재구성 매니저 회로(119)는 데이터 저장 장치(10)에 정상적으로 전원이 공급되고 있는 동안 데이터 저장 장치(10)의 백그라운드(background) 동작에 관여하는 블럭 정보를 힌트 정보로 수집할 수 있다. 일 실시예에서, 힌트 정보는 예를 들어 GC 수행 중인 블럭 정보인 제 1 힌트 정보 및 유효 페이지 카운트 중인 블럭 정보인 제 2 힌트 정보를 적어도 포함할 수 이다.
일 실시예에서, 재구성 매니저 회로(119)가 수집한 힌트 정보는 저장부(120)의 메타 데이터 영역에 저장될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 의한 메모리 장치에 저장되는 데이터를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 저장부(120)는 메타 데이터 영역(MDA) 및 데이터 영역(DA)으로 구분될 수 있다.
메타 데이터 영역(MDA)은 컨트롤러(110)가 저장부(120)를 관리하는 데 필요한 중요 정보가 기록되는 영역일 수 있다. 데이터 영역(DA)은 사용자 데이터를 저장하는 공간일 수 있다.
메타 데이터 영역(DMA)은 메타 블럭을 포함할 수 있고, 이 외에 루트 블럭, 페이지 맵 블럭, 맵 로그 블럭을 포함할 수 있다. 루트 블럭은 메타 블럭에 대한 정보를 저장하는 공간일 수 있다. 페이지 맵 블럭은 논리 페이지와 물리 페이지 사이의 맵핑 정보를 저장하는 공간일 수 있다. 맵 로드 블럭은 페이지 맵 블럭의 갱신 정보를 로그 형식으로 모아서 저장하는 공간일 수 있다.
일 실시예에서, 메타 블럭은 블럭 식별자를 인덱스로 하여, 해당 블럭의 속성, 유효 페이지 수, 페이지 오프셋 등을 포함하는 정보를 저장할 수 있다. 블럭의 속성은 블럭의 상태, 예를 들어 오픈(open) 블럭인지, 클로즈드(closed) 블럭인지, 프리(free) 블럭인지를 나타내는 정보일 수 있다.
오픈 블럭이란 현재 라이트 요청을 처리하기 위해 사용 중인 메모리 블럭을 의미할 수 있다. 클로즈드 블럭은 데이터를 저장할 수 있는 빈 공간을 갖지 않는 블럭 또는 데이터를 저장하지 않도록 설정된 블럭일 수 있다. 프리 블럭은 데이터의 라이트가 가능한 블럭을 의미할 수 있다.
유효 페이지 수는 해당 블럭 내에 포함된 유효 페이지의 개수를 나타내는 정보일 수 있다.
페이지 오프셋은 해당 블럭 내에서 다음에 라이트될 페이지의 오프셋 정보를 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 메타 데이터 영역(MDA)은 재구성 블럭을 더 포함할 수 있다. 재구성 블럭은 재구성 매니저 회로(119)가 수집한 제 1 힌트 정보 및 제 2 힌트 정보를 저장할 수 있는 공간일 수 있다.
상술하였듯이, 제 1 힌트 정보는 정상적으로 전원이 공급되고 있는 동안 수행되는 GC에 관여하는 블럭 정보일 수 있다. 제 2 힌트 정보는 정상적으로 전원이 공급되고 있는 동안 수행되는 유효 페이지 카운트 동작에 관여하는 블럭 정보일 수 있다.
재구성 매니저 회로(119)는 서든 파워 오프 후 전원이 다시 공급되면 메타 데이터 영역(MDA)에 기 수집해 둔 힌트 정보에 기초하여 백그라운드 동작이 계속하여 수행되도록 할 수 있다. 일 실시예에서, 전원이 다시 공급됨에 따라 재구성 매니저 회로(119)는 제 1 힌트 정보, 예를 들어 GC 수행 중이었던 블럭 정보를 참조하여 해당 블럭에 대한 유효 페이지 카운트 동작이 수행되도록 할 수 있다.
서든 파워 오프 전 GC 수행 중이었던 블럭에 대한 유효 페이지 카운트가 완료되면, 재구성 매니저 회로(119)는 제 2 힌트 정보, 예를 들어 유효 페이지 카운트 중이었던 블럭 정보를 참조하여 해당 블럭에 대한 유효 페이지 카운트 동작이 수행되도록 할 수 있다.
제 1 및 제 2 힌트 정보에 기초한 블럭에 대한 유효 페이지 카운트가 완료되면 나머지 블럭에 대해 기 설정된 순서에 따라 유효 페이지 카운트를 수행할 수 있다.
가비지 콜렉션 회로(121)는 데이터 기입이 가능한 프리 블럭을 확보하기 위해서 GC 동작을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 가비지 콜렉션 회로(121)는 희생 블럭을 선정하고, 선정된 희생 블럭 내의 유효 페이지를 임의의 블럭(타깃 블럭)으로 이동시키고, 유효 페이지가 이동된 희생 블럭을 소거하는 과정을 통해 프리 블럭을 확보할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
유효 페이지 카운트 회로(123)는 각각의 블럭에 대한 유효 페이지 수를 카운트하도록 구성될 수 있다. 블럭별 유효 페이지 수는 GC에 사용될 소스 블럭을 선정하거나 블럭 속성 결정, 웨어 레벨링 등에 참조될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 의한 데이터 저장 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
컨트롤러(110)의 재구성 매니저 회로(119)는 데이터 저장 장치(10)에 정상적으로 전원이 공급되고 있는 동안 데이터 저장 장치(10)의 백그라운드(background) 동작에 관여하는 블럭 정보를 힌트 정보로 수집할 수 있다. 일 실시예에서, 힌트 정보는 예를 들어 GC 수행 중인 블럭 정보인 제 1 힌트 정보를 수집할 수 있고(S101), 유효 페이지 카운트 중인 블럭 정보인 제 2 힌트 정보를 수집할 수 있다(S103).
일 실시예에서, 컨트롤러(110)의 재구성 매니저 회로(119)가 수집한 힌트 정보는 저장부(120)의 메타 데이터 영역에 저장될 수 있다.
그런데, 데이터 저장 장치(10)가 동작하는 중 공급 전원이 갑자기 중단될 수 있다(S105). 재구성 매니저 회로(119)는 데이터 저장 장치(10)에 전원이 공급되고 있는 동안에는 계속해서 데이터 저장 장치(10)에서 수행되고 있는 백그라운드 동작에 기초한 힌트 정보를 수집할 수 있다(S105-N).
이후 전원이 다시 공급되면(S105-Y) 데이터 저장 장치가 재시작될 수 있다(S107).
일 실시예에서, 재구성 매니저 회로(119)는 전원이 재공급됨에 따라 기 설정된 리커버리 절차를 통해 저장부(120)를 재기동시킬 수 있다. 예를 들어, 저장부(120)에 대한 맵 테이블을 복구한 후 유효 페이지 수를 카운트하는 동작 등을 통해 저장부(120)를 재구성(rebuild)할 수 있다.
유효 페이지 수를 카운트하기 위하여, 재구성 매니저 회로(119)는 예를 들어 저장부(120)의 메타 데이터 영역에 기 저장된 제 1 힌트 정보를 참조하여(S109), 서든 파워 오프 순간에 GC 수행 중이었던 블럭에 대한 유효 페이지 수를 카운트할 수 있다(S111). 그리고 서든 파워 오프로 인해 완료되지 않은 GC 동작을 수행할 수 있다(S113). 전원 재공급 후의 GC 수행(S113) 중에도 서든 파워 오프가 발생할 수 있으므로 GC 중인 블럭에 대한 제 1 힌트 정보를 수집하여야 함은 물론이다(S101).
그리고, 재구성 매니저 회로(119)는 예를 들어 저장부(120)의 메타 데이터 영역에 기 저장된 제 2 힌트 정보를 참조하여(S115) 서든 파워 오프 시점에 유효 페이지 카운트 중이었던 블럭에 대한 유효 페이지 카운트 동작이 수행되도록 할 수 있다(S117). 이 때에도, 언제든지 발생할 수 있는 서든 파워 오프 상황에 대비하여 제 2 힌트 정보를 수집하여야 함은 물론이다(S103).
이와 같이, 서든 파워 오프 시점의 GC 블럭 및 유효 페이지 카운트 블럭에 대한 정보에 기초하여 전원 재공급시 저장부(120)를 빠르게 재구성할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 의한 스토리지 시스템의 구성도이다.
도 5를 참조하면, 스토리지 시스템(1000)은 호스트 장치(1100)와 데이터 저장 장치(1200)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 데이터 저장 장치(1200)는 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive)(1200)(SSD)로 구성될 수 있다.
데이터 저장 장치(1200)는 컨트롤러(1210), 비휘발성 메모리 장치들(1220-0 ~ 1220-n), 버퍼 메모리(1230), 전원 공급기(1240), 신호 커넥터(1101) 및 전원 커넥터(1103)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(1210)는 데이터 저장 장치(1200)의 제반 동작을 제어할 수 있다. 컨트롤러(1210)는 호스트 인터페이스 유닛, 컨트롤 유닛, 동작 메모리로서의 랜덤 액세스 메모리, 에러 정정 코드(ECC) 유닛 및 메모리 인터페이스 유닛을 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(1210)는 도 1 내지 도 3에 도시한 것과 같이 재구성 매니저 회로(119)를 포함하는 컨트롤러(110)로 구성될 수 있다.
호스트 장치(1100)와 데이터 저장 장치(1200)는 신호 커넥터(1101)를 통해 신호를 송수신할 수 있다. 여기에서, 신호란 명령어, 어드레스, 데이터를 포함할 수 있다.
컨트롤러(1210)는 호스트 장치(1100)로부터 입력된 신호를 분석하고 처리할 수 있다. 컨트롤러(1210)는 데이터 저장 장치(1200)를 구동하기 위한 펌웨어 또는 소프트웨어에 따라서 백그라운드 기능 블럭들의 동작을 제어할 수 있다.
에러 정정 코드(ECC) 유닛은 비휘발성 메모리 장치들(1220-0 ~ 1220-n)로부터 독출된 데이터의 에러를 검출할 수 있다. 만약, 검출된 에러가 정정 범위 내이면, 에러 정정 코드(ECC) 유닛은 검출된 에러를 정정할 수 있다.
버퍼 메모리(1230)는 비휘발성 메모리 장치들(1220-0 ~ 1220-n)에 저장될 데이터를 임시 저장할 수 있다. 또한, 버퍼 메모리 장치(1230)는 비휘발성 메모리 장치들(1220-0 ~ 1220-n)로부터 읽혀진 데이터를 임시 저장할 수 있다. 버퍼 메모리 장치(1230)에 임시 저장된 데이터는 컨트롤러(1210)의 제어에 따라 호스트 장치(1100) 또는 비휘발성 메모리 장치들(1220-0 ~ 1220-n)로 전송될 수 있다.
비휘발성 메모리 장치들(1220-0 ~ 1220-n)은 데이터 저장 장치(1200)의 저장 매체로 사용될 수 있다. 비휘발성 메모리 장치들(1220-0 ~ 1220-n) 각각은 복수의 채널들(CH0~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(1103)를 통해 입력된 전원을 데이터저장장치(1200)에 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, 데이터 저장 장치(1200)가 정상적으로 종료될 수 있도록 전원을 공급할 수 있다. 보조 전원 공급기(1241)는 대용량 캐패시터들(capacitors)을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
신호 커넥터(1101)는 호스트 장치(1100)와 데이터 저장 장치(1200)의 인터페이스 방식에 따라서 다양한 형태의 커넥터로 구성될 수 있음은 자명하다.
전원 커넥터(1103)는 호스트 장치(1100)의 전원 공급 방식에 따라서 다양한 형태의 커넥터로 구성될 수 있음은 물론이다.
도 6 및 도 7은 실시예들에 따른 데이터 처리 시스템의 구성도이다.
도 6을 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 백그라운드 기능 블럭들을 포함할 수 있다.
호스트 장치(3100)는 소켓(socket), 슬롯(slot) 또는 커넥터(connector)와 같은 접속 터미널(3110)을 포함할 수 있다. 메모리 시스템(3200)은 접속 터미널(3110)에 마운트(mount)될 수 있다.
메모리 시스템(3200)은 인쇄 회로 기판과 같은 기판 형태로 구성될 수 있다. 메모리 시스템(3200)은 메모리 모듈 또는 메모리 카드로 불릴 수 있다. 메모리 시스템(3200)은 컨트롤러(3210), 버퍼 메모리 장치(3220), 비휘발성 메모리 장치(3231~3232), PMIC(power management integrated circuit)(3240) 및 접속 터미널(3250)을 포함할 수 있다.
컨트롤러(3210)는 메모리 시스템(3200)의 제반 동작을 제어할 수 있다.
컨트롤러(3210)는 도 1 내지 도 3에 도시된 재구성 매니저 회로(119)를 포함하는 컨트롤러(110)와 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다.
버퍼 메모리 장치(3220)는 비휘발성 메모리 장치들(3231~3232)에 저장될 데이터를 임시 저장할 수 있다. 또한, 버퍼 메모리 장치(3220)는 비휘발성 메모리 장치들(3231~3232)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 장치들(3231~3232)로 전송될 수 있다.
비휘발성 메모리 장치들(3231~3232)은 메모리 시스템(3200)의 저장 매체로 사용될 수 있다.
PMIC(3240)는 접속 터미널(3250)을 통해 입력된 전원을 메모리 시스템(3200) 백그라운드에 제공할 수 있다. PMIC(3240)는, 컨트롤러(3210)의 제어에 따라서, 메모리 시스템(3200)의 전원을 관리할 수 있다.
접속 터미널(3250)은 호스트 장치의 접속 터미널(3110)에 연결될 수 있다. 접속 터미널(3250)을 통해서, 호스트 장치(3100)와 메모리 시스템(3200) 간에 커맨드, 어드레스, 데이터 등과 같은 신호와, 전원이 전달될 수 있다. 접속 터미널(3250)은 호스트 장치(3100)와 메모리 시스템(3200)의 인터페이스 방식에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있다. 접속 터미널(3250)은 메모리 시스템(3200)의 어느 한 변에 배치될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템을 포함하는 데이터 처리 시스템을 예시적으로 도시하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 데이터 처리 시스템(4000)은 호스트 장치(4100)와 메모리 시스템(4200)을 포함할 수 있다.
호스트 장치(4100)는 인쇄 회로 기판(printed circuit board)과 같은 기판(board) 형태로 구성될 수 있다. 비록 도시되지 않았지만, 호스트 장치(4100)는 호스트 장치의 기능을 수행하기 위한 백그라운드 기능 블럭들을 포함할 수 있다.
메모리 시스템(4200)은 표면 실장형 패키지 형태로 구성될 수 있다. 메모리 시스템(4200)은 솔더 볼(solder ball)(4250)을 통해서 호스트 장치(4100)에 마운트될 수 있다. 메모리 시스템(4200)은 컨트롤러(4210), 버퍼 메모리 장치(4220) 및 비휘발성 메모리 장치(4230)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(4210)는 메모리 시스템(4200)의 제반 동작을 제어할 수 있다. 컨트롤러(4210)는 도 2 및 도 3에 도시한 재구성 매니저 회로(119)를 포함하는 컨트롤러(110)와 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다.
버퍼 메모리 장치(4220)는 비휘발성 메모리 장치(4230)에 저장될 데이터를 임시 저장할 수 있다. 또한, 버퍼 메모리 장치(4220)는 비휘발성 메모리 장치들(4230)로부터 읽혀진 데이터를 임시 저장할 수 있다. 버퍼 메모리 장치(4220)에 임시 저장된 데이터는 컨트롤러(4210)의 제어에 따라 호스트 장치(4100) 또는 비휘발성 메모리 장치(4230)로 전송될 수 있다.
비휘발성 메모리 장치(4230)는 메모리 시스템(4200)의 저장 매체로 사용될 수 있다.
도 8은 일 실시예에 의한 데이터 저장 장치를 포함하는 네트워크 시스템의 구성도이다.
도 8을 참조하면, 네트워크 시스템(5000)은 네트워크(5500)를 통해서 연결된 서버 시스템(5300) 및 복수의 클라이언트 시스템들(5410~5430)을 포함할 수 있다.
서버 시스템(5300)은 복수의 클라이언트 시스템들(5410~5430)의 요청에 응답하여 데이터를 서비스할 수 있다. 예를 들면, 서버 시스템(5300)은 복수의 클라이언트 시스템들(5410~5430)로부터 제공된 데이터를 저장할 수 있다. 다른 예로, 서버 시스템(5300)은 복수의 클라이언트 시스템들(5410~5430)로 데이터를 제공할 수 있다.
서버 시스템(5300)은 호스트 장치(5100) 및 메모리 시스템(5200)을 포함할 수 있다. 메모리 시스템(5200)은 도 1의 데이터 저장 장치(10), 도 5의 데이터 저장 장치(1200), 도 6의 메모리 시스템(3200), 도 7의 메모리 시스템(4200)으로 구성될 수 있다.
도 9는 일 실시 예에 따른 데이터 저장 장치에 포함된 비휘발성 메모리 장치의 구성도이다.
도 9를 참조하면, 비휘발성 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.
메모리 셀 어레이(310)는 3차원 메모리 어레이를 포함할 수 있다. 3차원 메모리 어레이는 반도체 기판의 평판면에 대해 수직의 방향성을 가지며, 적어도 하나의 메모리 셀이 다른 하나의 메모리 셀의 수직 상부에 위치하는 낸드(NAND) 스트링을 포함하는 구조를 의미한다. 각 메모리 셀들은 전하 트랩층을 포함할 수 있다. 각각의 수직 낸드 스트링은 메모리 셀들 위에 위치하는 적어도 하나의 선택 트랜지스터를 포함할 수 있다. 하지만 3차원 메모리 어레이의 구조가 이에 한정되는 것은 아니며 수직의 방향성뿐 아니라 수평의 방향성을 가지고 고집적도로 형성된 메모리 어레이 구조라면 선택적으로 적용 가능함은 자명하다.
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 비휘발성 메모리 장치(300)의 백그라운드 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.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 데이터 저장 장치
1000 : 스토리지 시스템
3000, 4000 : 데이터 처리 시스템
5000 : 서버 시스템

Claims (19)

  1. 복수의 블럭으로 구분되는 저장 영역을 포함하는 저장부; 및
    호스트 장치의 요청에 따라 상기 저장부에 대한 데이터 입출력 동작을 제어하며, 전원이 공급되고 있는 동안 수행되는 백그라운드 동작에 관여하는 블럭 정보를 수집하여 힌트 정보로 저장하고, 서든 파워 오프 후 전원이 다시 공급되면 상기 힌트 정보에 기초하여 상기 서든 파워 오프 이전의 백그라운드 동작이 이어서 수행되도록 제어하는 컨트롤러;
    를 포함하도록 구성되는 데이터 저장 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 백그라운드 동작은 가비지 콜렉션 동작 및 상기 복수의 블럭별 유효 페이지 카운트 동작을 포함하도록 구성되는 데이터 저장 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 힌트 정보는, 상기 서든 파워 오프 시점에 가비지 콜렉션 수행 중인 블럭 정보 및 상기 서든 파워 오프 시점에 유효 페이지 카운트 중인 블럭 정보를 포함하도록 구성되는 데이터 저장 장치.
  4. 제 2 항에 있어서
    상기 백그라운드 동작은 웨어 레벨링 동작, 리드 리클레임 동작을 더 포함하도록 구성되는 데이터 저장 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 서든 파워 오프 후 전원이 다시 공급되면 상기 저장부에 대한 맵 테이블을 복구하고, 유효 페이지 수를 카운트하도록 구성되는 데이터 저장 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 서든 파워 오프 시점에 가비지 콜렉션 수행 중인 블럭 정보 및 상기 서든 파워 오프 시점에 유효 페이지 카운트 중인 블럭 정보를 상기 힌트 정보로 이용하여 상기 유효 페이지 수를 카운트하도록 구성되는 데이터 저장 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 힌트 정보는 상기 저장부의 메타 데이터 영역에 저장되도록 구성되는 데이터 저장 장치.
  8. 복수의 블럭으로 구분되는 저장 영역을 포함하는 저장부 및 상기 저장부에 대한 데이터 교환을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 데이터 저장 장치의 동작 방법으로서,
    전원이 공급되고 있는 동안 수행되는 백그라운드 동작에 관여하는 블럭 정보를 수집하여 힌트 정보로 저장하는 단계;
    서든 파워 오프 후 전원이 다시 공급되는 단계; 및
    상기 힌트 정보에 기초하여 상기 서든 파워 오프 이전의 백그라운드 동작을 이어서 수행하는 단계;
    를 포함하도록 구성되는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 백그라운드 동작은 가비지 콜렉션 동작 및 상기 복수의 블럭별 유효 페이지 카운트 동작을 포함하도록 구성되는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 힌트 정보는, 상기 서든 파워 오프 시점에 가비지 콜렉션 수행 중인 블럭 정보 및 상기 서든 파워 오프 시점에 유효 페이지 카운트 중인 블럭 정보를 포함하도록 구성되는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  11. 제 9 항에 있어서
    상기 백그라운드 동작은 웨어 레벨링 동작, 리드 리클레임 동작을 더 포함하도록 구성되는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 파워 오프 후 전원이 다시 공급되면 상기 저장부에 대한 맵 테이블을 복구하는 단계를 더 포함하는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 힌트 정보는 상기 저장부의 메타 데이터 영역에 저장되도록 구성되는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  14. 호스트 장치; 및
    복수의 블럭으로 구분되는 저장 영역을 포함하는 저장부 및 상기 호스트 장치의 요청에 따라 상기 저장부에 대한 데이터 입출력 동작을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 데이터 저장 장치를 포함하고,
    상기 컨트롤러는, 전원이 공급되고 있는 동안 수행되는 백그라운드 동작에 관여하는 블럭 정보를 수집하여 힌트 정보로 저장하고, 서든 파워 오프 후 전원이 다시 공급되면 상기 힌트 정보에 기초하여 상기 서든 파워 오프 이전의 백그라운드 동작이 이어서 수행되도록 제어하는 스토리지 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 백그라운드 동작은 가비지 콜렉션 동작 및 상기 복수의 블럭별 유효 페이지 카운트 동작을 포함하도록 구성되는 스토리지 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 힌트 정보는, 상기 서든 파워 오프 시점에 가비지 콜렉션 수행 중인 블럭 정보 및 상기 서든 파워 오프 시점에 유효 페이지 카운트 중인 블럭 정보를 포함하도록 구성되는 스토리지 시스템.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 서든 파워 오프 후 전원이 다시 공급되면 상기 저장부에 대한 맵 테이블을 복구하고, 유효 페이지 수를 카운트하도록 구성되는 스토리지 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 서든 파워 오프 시점에 가비지 콜렉션 수행 중인 블럭 정보 및 상기 서든 파워 오프 시점에 유효 페이지 카운트 중인 블럭 정보를 상기 힌트 정보로 이용하여 상기 유효 페이지 수를 카운트하도록 구성되는 스토리지 시스템.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 힌트 정보는 상기 저장부의 메타 데이터 영역에 저장되도록 구성되는 스토리지 시스템.
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