KR20200008710A - 데이터 저장 장치 및 동작 방법, 이를 포함하는 스토리지 시스템 - Google Patents

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

Info

Publication number
KR20200008710A
KR20200008710A KR1020180082694A KR20180082694A KR20200008710A KR 20200008710 A KR20200008710 A KR 20200008710A KR 1020180082694 A KR1020180082694 A KR 1020180082694A KR 20180082694 A KR20180082694 A KR 20180082694A KR 20200008710 A KR20200008710 A KR 20200008710A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
write
command
data
mode
determined
Prior art date
Application number
KR1020180082694A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102532084B1 (ko
Inventor
정회승
이주영
Original Assignee
에스케이하이닉스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스케이하이닉스 주식회사 filed Critical 에스케이하이닉스 주식회사
Priority to KR1020180082694A priority Critical patent/KR102532084B1/ko
Priority to US16/212,114 priority patent/US10942676B2/en
Priority to CN201811604945.9A priority patent/CN110727394B/zh
Publication of KR20200008710A publication Critical patent/KR20200008710A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102532084B1 publication Critical patent/KR102532084B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/06—Digital input from, or digital output to, record carriers, e.g. RAID, emulated record carriers or networked record carriers
    • G06F3/0601—Interfaces specially adapted for storage systems
    • G06F3/0628—Interfaces specially adapted for storage systems making use of a particular technique
    • G06F3/0629—Configuration or reconfiguration of storage systems
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/06—Digital input from, or digital output to, record carriers, e.g. RAID, emulated record carriers or networked record carriers
    • G06F3/0601—Interfaces specially adapted for storage systems
    • G06F3/0628—Interfaces specially adapted for storage systems making use of a particular technique
    • G06F3/0655—Vertical data movement, i.e. input-output transfer; data movement between one or more hosts and one or more storage devices
    • G06F3/0659—Command handling arrangements, e.g. command buffers, queues, command scheduling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/06—Digital input from, or digital output to, record carriers, e.g. RAID, emulated record carriers or networked record carriers
    • G06F3/0601—Interfaces specially adapted for storage systems
    • G06F3/0602—Interfaces specially adapted for storage systems specifically adapted to achieve a particular effect
    • G06F3/0604—Improving or facilitating administration, e.g. storage management
    • G06F3/0605—Improving or facilitating administration, e.g. storage management by facilitating the interaction with a user or administrator
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/06—Digital input from, or digital output to, record carriers, e.g. RAID, emulated record carriers or networked record carriers
    • G06F3/0601—Interfaces specially adapted for storage systems
    • G06F3/0628—Interfaces specially adapted for storage systems making use of a particular technique
    • G06F3/0629—Configuration or reconfiguration of storage systems
    • G06F3/0634—Configuration or reconfiguration of storage systems by changing the state or mode of one or more devices
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F12/00—Accessing, addressing or allocating within memory systems or architectures
    • G06F12/02—Addressing or allocation; Relocation
    • G06F12/0223—User address space allocation, e.g. contiguous or non contiguous base addressing
    • G06F12/023—Free address space management
    • G06F12/0238—Memory management in non-volatile memory, e.g. resistive RAM or ferroelectric memory
    • G06F12/0246—Memory management in non-volatile memory, e.g. resistive RAM or ferroelectric memory in block erasable memory, e.g. flash memory
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/06—Digital input from, or digital output to, record carriers, e.g. RAID, emulated record carriers or networked record carriers
    • G06F3/0601—Interfaces specially adapted for storage systems
    • G06F3/0602—Interfaces specially adapted for storage systems specifically adapted to achieve a particular effect
    • G06F3/0604—Improving or facilitating administration, e.g. storage management
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/06—Digital input from, or digital output to, record carriers, e.g. RAID, emulated record carriers or networked record carriers
    • G06F3/0601—Interfaces specially adapted for storage systems
    • G06F3/0602—Interfaces specially adapted for storage systems specifically adapted to achieve a particular effect
    • G06F3/061—Improving I/O performance
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/06—Digital input from, or digital output to, record carriers, e.g. RAID, emulated record carriers or networked record carriers
    • G06F3/0601—Interfaces specially adapted for storage systems
    • G06F3/0628—Interfaces specially adapted for storage systems making use of a particular technique
    • G06F3/0655—Vertical data movement, i.e. input-output transfer; data movement between one or more hosts and one or more storage devices
    • G06F3/0656—Data buffering arrangements
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/06—Digital input from, or digital output to, record carriers, e.g. RAID, emulated record carriers or networked record carriers
    • G06F3/0601—Interfaces specially adapted for storage systems
    • G06F3/0628—Interfaces specially adapted for storage systems making use of a particular technique
    • G06F3/0655—Vertical data movement, i.e. input-output transfer; data movement between one or more hosts and one or more storage devices
    • G06F3/0658—Controller construction arrangements
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/06—Digital input from, or digital output to, record carriers, e.g. RAID, emulated record carriers or networked record carriers
    • G06F3/0601—Interfaces specially adapted for storage systems
    • G06F3/0668—Interfaces specially adapted for storage systems adopting a particular infrastructure
    • G06F3/0671—In-line storage system
    • G06F3/0673—Single storage device
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/06—Digital input from, or digital output to, record carriers, e.g. RAID, emulated record carriers or networked record carriers
    • G06F3/0601—Interfaces specially adapted for storage systems
    • G06F3/0668—Interfaces specially adapted for storage systems adopting a particular infrastructure
    • G06F3/0671—In-line storage system
    • G06F3/0673—Single storage device
    • G06F3/0679—Non-volatile semiconductor memory device, e.g. flash memory, one time programmable memory [OTP]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2212/00—Indexing scheme relating to accessing, addressing or allocation within memory systems or architectures
    • G06F2212/10—Providing a specific technical effect
    • G06F2212/1016—Performance improvement
    • G06F2212/1024—Latency reduction
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2212/00—Indexing scheme relating to accessing, addressing or allocation within memory systems or architectures
    • G06F2212/72—Details relating to flash memory management
    • G06F2212/7203—Temporary buffering, e.g. using volatile buffer or dedicated buffer blocks
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2212/00—Indexing scheme relating to accessing, addressing or allocation within memory systems or architectures
    • G06F2212/72—Details relating to flash memory management
    • G06F2212/7208—Multiple device management, e.g. distributing data over multiple flash devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Memory System Of A Hierarchy Structure (AREA)
  • Techniques For Improving Reliability Of Storages (AREA)

Abstract

본 기술의 일 실시예에 의한 데이터 저장 장치는 저장부 및 호스트 장치로부터 제공되는 커맨드의 경향성을 분석하여 라이트 모드를 선택하고, 선택한 라이트 모드로 동작하여 저장부에 데이터를 라이트하거나 저장부로부터 데이터를 읽어 내는 컨트롤러를 포함하도록 구성될 수 있다.

Description

데이터 저장 장치 및 동작 방법, 이를 포함하는 스토리지 시스템{Data Storage Device and Operation Method Thereof, Storage System Having the Same}
본 발명은 반도체 집적 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 데이터 저장 장치 및 동작 방법, 이를 포함하는 스토리지 시스템에 관한 것이다.
저장 장치는 호스트 장치와 연결되어 호스트의 요청에 따라 데이터에 대한 접근 동작을 수행한다. 저장 장치는 데이터를 저장하기 위해 다양한 저장 매체를 사용할 수 있다. 특히, 휴대용 정보기기들은 멀티미디어 데이터를 기반으로 한 다양한 기능들을 제공하기 위해 점점 더 대용량 저장 매체를 채택하고 있다.
플래시 메모리를 사용한 저장 매체는 대용량을 지원하며 비휘발성, 낮은 단가 및 적은 전력 소모, 고속 데이터 처리 속도를 제공하는 등의 장점으로 인해 그 수요가 계속해서 증가하고 있다.
플래시 메모리는 하드 디스크를 대체하는 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive)(이하, SSD) 타입, 내장 메모리로 사용될 수 있는 임베디드 타입, 모바일 타입 등으로 구현될 수 있고, 다양한 전자기기에 적용되고 있다.
전자 기기의 발달에 따라 저장 매체는 더욱 고용량화, 고집적화, 소형화, 고성능화, 고속화될 것이 요구되고 있다. 특히 대용량 데이터를 처리하기 위한 목적으로 사용되는 저장매체는 데이터처리 속도가 그 저장 매체의 성능을 좌우하는 주요 인자로 작용한다.
본 기술의 실시예는 데이터 처리 속도가 향상된 데이터 저장 장치 및 동작 방법, 이를 포함하는 스토리지 시스템을 제공할 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 데이터 저장 장치는 저장부; 및 호스트 장치로부터 제공되는 커맨드의 경향성을 분석하여 라이트 모드를 선택하고, 상기 선택한 라이트 모드로 동작하여 상기 저장부에 데이터를 라이트하거나 상기 저장부로부터 데이터를 읽어 내는 컨트롤러;를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 데이터 저장 장치는 저장부; 호스트 장치로부터 제공되는 커맨드에 응답하여 상기 저장부에 대한 데이터 교환을 제어하는 컨트롤러; 상기 호스트 장치로부터 제공되는 커맨드를 해석하도록 구성되는 커맨드 해석부; 상기 커맨드 해석부의 해석 결과에 기초하여 상기 호스트 장치가 제공하는 커맨드의 경향성을 분석하는 워크로드 분석부; 및 상기 경향성 분석 결과에 기초하여 프로그램 서스펜드 기능을 지원하는 라이트 모드 또는 상기 프로그램 서스펜드 기능을 지원하지 않는 라이트 모드를 선택하도록 구성되는 라이트 모드 결정부;를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 데이터 저장 장치의 동작 방법은 저장부 및 상기 저장부에 대한 데이터 교환을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 데이터 저장 장치의 동작 방법으로서, 상기 호스트 장치로부터 제공되는 커맨드의 경향성을 분석하는 단계; 및 상기 경향성 분석 결과에 기초하여 라이트 모드를 선택하는 단계;를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 스토리지 시스템은 호스트 장치; 및 저장부 및 상기 저장부에 데이터를 라이트하거나 상기 저장부로부터 데이터를 읽어 내는 컨트롤러를 포함하는 데이터 저장 장치를 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 호스트 장치로부터 제공되는 커맨드의 경향성을 분석하여 라이트 모드를 선택하고, 상기 선택한 라이트 모드로 동작하여 상기 저장부에 데이터를 라이트하도록 구성될 수 있다.
본 기술에 의하면 호스트로부터 제공되는 커맨드의 경향 또는 워크로드에 따라 적합한 라이트 모드를 선택할 수 있다.
커맨드가 라이트 위주로 제공되는 경우에는 고속 라이트 방식으로 데이터를 기록할 수 있고, 라이트 커맨드와 리드 커맨드가 공존하는 경우에는 리드 레이턴시를 줄일 수 있는 방식으로 데이터를 기록할 수 있어, 데이터 저장 장치의 처리 속도를 적응적으로 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 의한 데이터 저장 장치의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 의한 컨트롤러의 구성도이다.
도 3은 일 실시예에 의한 쓰기 제어부의 구성도이다.
도 4는 일 실시예에 의한 데이터 저장 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 라이트 모드별 동작 방법을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 6은 일 실시예에 의한 스토리지 시스템의 구성도이다.
도 7 및 도 8은 실시예들에 따른 데이터 처리 시스템의 구성도이다.
도 9는 일 실시예에 의한 데이터 저장 장치를 포함하는 네트워크 시스템의 구성도이다.
도 10은 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. 아울러, 컨트롤러(110)의 내부 또는 외부에 버퍼 메모리부(130)가 구비될 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.
일 실시예에서, 저장부(120)는 메모리 셀 어레이(121) 및 페이지 버퍼부(123)를 포함할 수 있다.
메모리 셀 어레이(121)는 복수의 워드라인 및 복수의 비트라인 간에 접속되는 복수의 메모리 셀을 포함할 수 있다.
페이지 버퍼부(123)는 복수의 레지스터, 예를 들어 제 1 레지스터(L1) 및 제 2 레지스터(L2)를 포함할 수 있다.
페이지 버퍼부(121)는 메모리 셀 어레이(121)의 비트라인들 각각에 대응하는 리드/라이트 회로를 포함할 수 있다. 라이트 동작시 호스트 장치로부터 제공되는 데이터는 컨트롤러(110)를 통해 페이지 버퍼부(123)로 전달된 다음 메모리 셀 어레이(121)에 기록될 수 있다. 리드 동작시 메모리 셀 어레이(121)로부터 리드된 데이터는 페이지 버퍼부(123)에 로딩된 후, 컨트롤러(110)를 통해 호스트 장치로 제공될 수 있다.
라이트 및 리드 동작시 복수의 레지스터 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
버퍼 메모리부(130)는 데이터 저장 장치(10)가 호스트 장치와 연동하여 데이터를 라이트하거나 읽는 등의 일련의 동작을 수행할 때 데이터를 임시 저장할 수 있는 공간으로 작용한다. 도 1에는 버퍼 메모리부(130)가 컨트롤러(110) 외부에 위치하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 버퍼 메모리부(130)는 컨트롤러(110) 내부에 구비될 수도 있음은 물론이다.
컨트롤러(110)는 쓰기 제어부(20)를 포함할 수 있다. 쓰기 제어부(20)는 데이터 저장 장치(10)가 호스트 커맨드에 응답하여 동작할 때, 호스트 커맨드의 경향을 분석한 결과에 따라 라이트 모드를 결정하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 쓰기 제어부(20)는 호스트 커맨드가 라이트 위주로 제공되는 경우 제 1 라이트 모드로 라이트를 수행하도록 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 쓰기 제어부(20)는 라이트와 리드가 섞인 호스트 커맨드가 제공되는 경우 제 2 라이트 모드로 라이트를 수행하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 라이트 모드는 제 1 데이터를 저장부(120)의 페이지 버퍼부(123)로부터 메모리 셀 어레이(121)에 라이트하는 동안 그 다음에 라이트할 제 2 데이터를 페이지 버퍼부(123)에 저장해 두는 라이트 방식을 의미하며, "캐시 프로그램 모드"라 지칭할 수 있다.
캐시 프로그램 모드를 지원하는 경우 복수의 레지스터 중 어느 하나, 예를 들어 제 1 레지스터(L1)는 메인 레지스터(또는 래치)로 동작할 수 있고, 복수의 레지스터 중 다른 하나, 예를 들어 제 2 레지스터(L2)는 캐시 레지스터(또는 래치)로 동작할 수 있다. 메인 레지스터(L1))의 데이터를 메모리 셀 어레이(121)에 라이트하는 동안 캐시 레지스터(L2)는 미사용 상태이므로 다음에 프로그램할 데이터는 캐시 레지스터(L2)에 미리 입력해 둘 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 라이트 모드는 제 1 데이터를 저장부(120)의 메모리 셀 어레이(121)에 라이트 완료한 후 그 다음에 라이트할 제 2 데이터를 페이지 버퍼부(123)에 저장하는 라이트 방식을 의미하며, "노멀 프로그램 모드"라 지칭할 수 있다. 노멀 프로그램 모드에서 캐시 레지스터(L2)는 미사용될 수 있다.
메모리 셀 어레이(121)에 대한 라이트는 페이지 단위로 이루어질 수 있으며, 이 경우 제 1 및 제 2 데이터는 페이지 단위의 라이트 데이터일 수 있다.
제 1 라이트 모드 즉, 캐시 프로그램 모드는 프로그램 서스펜드(suspend) 기능을 지원하지 않을 수 있고, 제 2 라이트 모드인 노멀 프로그램 모드는 프로그램 서스펜드 기능을 지원할 수 있다.
프로그램 서스펜드 기능이란 수행 중인 라이트 동작을 컨트롤러(110)의 서스펜드 커맨드에 응답하여 일시 중단한 상태에서 우선순위가 높은 다른 동작을 우선적으로 처리하고, 컨트롤러(110)의 리줌(Resume) 명령에 응답하여 라이트 동작을 재개하는 기능을 의미한다.
라이트 동작보다 우선순위가 높은 동작은 리드 동작을 포함할 수 있다.
따라서, 쓰기 제어부(20)는 호스트 커맨드에 따른 워크로드를 분석하여, 라이트 명령과 리드 명령이 섞인 워크로드에서는 라이트 명령보다 리드 명령을 우선적으로 처리할 수 있는 노멀 프로그램 모드를 라이트 모드로 선택할 수 있다.
데이터 저장 장치(10)가 제 1 라이트 모드로 동작하는 경우 라이트 명령 수행 중에 리드 명령이 제공되면 라이트 처리를 일시 중단하고 리드 명령을 처리할 수 있다. 일시 중단한 라이트 처리는 컨트롤러(110)의 리줌 명령에 응답하여 재개될 수 있다.
그런데, 리드 명령을 우선적으로 처리하기 위해 라이트 명령이 처리되지 못하는 상황이 일정 수준 이상 이어질 수 있다. 예를 들어 프로그램 서스펜드 상황이 기 설정된 횟수 이상 연속으로 발생하거나 프로그램 서스펜드 상태에서 리드 명령이 기 설정된 횟수 이상 연속해서 제공될 수 있다. 이와 같이 리드 커맨드만을 처리하고 라이트 커맨드가 계속해서 보류되면 라이트 성능이 취약해져 데이터 저장 장치(10)의 신뢰성에 악영향을 미칠 수 있다.
그러므로, 라이트 명령과 리드 명령이 섞인 워크로드에서 라이트 명령 처리가 결핍(starvation)된 상황이 것으로 판단되면 라이트 모드를 제 1 라이트 모드로 설정하여 라이트 성능을 보장할 수 있다. 라이트 결핍 상황에서 제 1 라이트 모드로 라이트를 수행한 후에는 다시 커맨드의 경향을 분석하여 라이트 모드를 재결정할 수 있다.
한편, 쓰기 제어부(20)는 워크로드를 분석한 결과 호스트로부터의 명령이 라이트 명령 위주로 제공되는 경우에는 프로그램 서스펜드 기능을 지원할 필요성이 낮으므로 라이트 속도 향상에 치중한 캐시 프로그램 모드를 라이트 모드로 선택할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 의한 컨트롤러의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 의한 컨트롤러(110)는 중앙처리장치(111), 호스트 인터페이스(113), 동작 메모리(115), 버퍼 매니저(117) 및 메모리 인터페이스(119)를 포함할 수 있다.
중앙처리장치(111)는 저장부(120)에 대한 데이터의 읽기 또는 라이트 동작에 필요한 다양한 제어정보를 호스트 인터페이스(113), 동작 메모리(115), 버퍼 매니저(117) 및 메모리 인터페이스(119)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 가비지 콜렉션, 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 장치로부터 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 Expresss), UFS(universal flash storage)와 같은 표준 인터페이스 프로토콜들 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
동작 메모리(115)는 컨트롤러(110)의 동작에 필요한 프로그램 코드, 예를 들어 펌웨어 또는 소프트웨어가 저장되고, 프로그램 코드들이 이용하는 코드 데이터 등이 저장될 수 있다.
버퍼 매니저(117)는 프로그램 동작 또는 읽기 동작시에 호스트 장치와 저장부(120) 간에 송수신되는 데이터를 버퍼 메모리부(130)에 일시적으로 저장하도록 구성될 수 있다.
버퍼 매니저(117)는 각 버퍼 메모리부(130)의 사용 상태를 관리하도록 구성될 수 있다.
메모리 인터페이스(119)는 컨트롤러(110)와 저장부(120) 간의 신호 송수신을 위한 통신 채널을 제공할 수 있다. 메모리 인터페이스(119)는 중앙처리장치(111)의 제어에 따라 버퍼 메모리부(130)에 일시 저장된 데이터를 저장부(120)에 기입할 수 있다. 그리고 저장부(120)로부터 독출되는 데이터를 버퍼 메모리부(130)로 전달하여 일시 저장할 수 있다.
쓰기 제어부(20)는 데이터 저장 장치(10)가 호스트 커맨드에 응답하여 동작할 때, 호스트 커맨드의 경향을 분석한 결과에 따라 라이트 모드를 결정하도록 구성될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 의한 쓰기 제어부의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 의한 쓰기 제어부(20)는 커맨드 해석부(201), 워크로드 분석부(203) 및 라이트 모드 결정부(205)를 포함할 수 있다.
커맨드 해석부(201)는 호스트 장치로부터 제공되는 커맨드를 파싱하도록 구성될 수 있다. 호스트 커맨드는 라이트 커맨드, 리드 커맨드 등을 포함할 수 있다. 커맨드 해석부(201)에서 파싱된 데이터는 중앙처리장치(111) 내에 또는 컨트롤러(110) 내에 구비될 수 있는 명령어 큐에 저장될 수 있다. 명령어 수행할 준비가 되면 큐에 저장된 명령어가 페치(fetch)되어 처리될 수 있다.
워크로드 분석부(203)는 커맨드 해석부(201)의 파싱 결과를 참조하여 호스트 장치로부터 제공되는 커맨드의 경향성을 파악할 수 있다. 다른 관점에서, 워크로드 분석부(203)는 호스트 장치가 제공되는 커맨드에 따라 워크로드를 분석할 수 있다.
일 실시예에서, 워크로드 분석부(203)는 호스트 장치로부터 제공되는 커맨드가 라이트 커맨드가 주를 이루는지, 또는 라이트 커맨드와 리드 커맨드가 섞여 있는지 분석할 수 있다.
라이트 모드 결정부(205)는 워크로드 분석부(203)의 분석 결과에 기초하여 제 1 라이트 모드 또는 제 2 라이트 모드 중 어느 하나를 라이트 모드로 선택할 수 있다.
일 실시예에서, 라이트 모드 결정부(205)는 호스트 커맨드의 분석 결과 라이트 커맨드가 주를 이루는 경우 제 1 라이트 모드를 선택할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 라이트 모드는 캐시 프로그램 모드일 수 있다. 한편, 호스트 커맨드가 라이트와 리드 커맨드가 섞인 경향성을 갖는 경우, 라이트 모드 결정부(205)는 제 2 라이트 모드를 선택할 수 있다. 제 2 라이트 모드는 노멀 프로그램 모드일 수 있다.
쓰기 제어부(20)에 의해 결정된 라이트 모드는 호스트 장치의 라이트 커맨드 수행시에 적용될 뿐 아니라, 라이트 동작이 수반되는 데이터 저장 장치(10)의 백그라운드 동작에도 적용될 수 있다. 라이트 동작이 수반되는 백그라운드 동작은 가비지 컬렉션, 카피백 등을 포함할 수 있다.
한편, 워크로드 분석부(203)는 호스트 커맨드가 라이트와 리드가 섞인 경향성을 보이면서 라이트 결핍 상황인지의 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어 프로그램 서스펜드 상황이 기 설정된 횟수 이상 연속으로 발생하거나 프로그램 서스펜드 상태에서 리드 명령이 기 설정된 횟수 이상 연속해서 제공되면 라이트 결핍 상황으로 판단할 수 있다. 이 경우 라이트 모드 결정부(205)는 라이트 모드를 제 1 라이트 모드로 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 쓰기 제어부(20)는 기 설정된 주기마다 호스트 커맨드를 분석하여 라이트 모드를 결정할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 의한 데이터 저장 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
데이터 저장 장치(10)는 호스트 장치로부터 제공되는 커맨드에 응답하여 데이터를 입출력할 수 있다.
쓰기 제어부(20)는 호스트 장치로부터 제공되는 커맨드를 분석하여 커맨드의 경향성, 다시 말해 워크로드를 분석할 수 있다(S101).
호스트 커맨드의 경향성을 파악하기 위해 쓰기 제어부(20)는 라이트 커맨드에 대한 리드 커맨드의 비율을 기 설정된 임계값과 비교할 수 있다. 쓰기 제어부(20)는 리드 커맨드가 제공되는 시간 간격, 리드할 데이터 사이즈 등을 더 고려하여 워크로드를 분석할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
쓰기 제어부(20)는 호스트 커맨드 분석 결과에 기초하여 라이트 커맨드 위주로 커맨드가 제공되는지 판단할 수 있다(S103). 라이트 커맨드가 주를 이루는 경우(S103-Y), 쓰기 제어부(20)는 라이트 모드를 제 1 라이트 모드(캐시 프로그램 모드)로 선택할 수 있다(S105). 라이트 모드를 선택한 후에는 워크로드 분석 단계(S101)로 복귀하여 워크로드의 변화에 대처할 수 있다.
한편, 호스트 장치가 라이트와 리드 커맨드가 섞인 커맨드를 제공하는 경우(S103-N), 쓰기 제어부(20)는 라이트 결핍 상황인지 판단할 수 있다(S107).
라이트/리드 커맨드가 혼합된 워크로드이면서 라이트 결핍 상황으로 판단되는 상황(S107-Y)은 리드 커맨드를 우선적으로 처리하기 위해 라이트 커맨드 처리가 일정 수준 이상 보류된 상황일 수 있다. 이 경우 쓰기 제어부(20)는 제 1 라이트 모드를 선택하여(S105) 보류된 라이트 커맨드가 수행될 수 있도록 한다.
라이트/리드 커맨드가 혼합된 워크로드이면서 라이트 결핍 상황이 아닌 경우에는(S107-N), 제 2 라이트 모드를 선택할 수 있다(S109). 라이트 모드를 선택한 후에는 워크로드 분석 단계(S101)로 복귀하여 워크로드의 변화에 대처할 수 있다.
일 실시예에서, 쓰기 제어부(20)는 라이트 결핍 상황인지의 여부를 판단하기 위해 프로그램 서스펜드 상황이 기 설정된 횟수 이상 연속으로 발생하였는지 확인하거나, 프로그램 서스펜드 상태에서 리드 명령이 기 설정된 횟수 이상 연속해서 제공되었는지 확인하거나, 처리 완료된 라이트 커맨드에 대한 처리 완료된 리드 커맨드의 비율을 기 설정한 임계치와 비교할 수 있다.
워크로드를 결정하는 방법 및 기준, 라이트 결핍 상황인지를 판단하는 방법 및 기준은 다양한 방법 중에서 선택 및 변형 가능하게 구성됨은 물론이다.
도 5는 라이트 모드별 동작 방법을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 5의 (a)는 노멀 프로그램 모드를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 칩 인에이블 신호-바(CEb)가 디스에이블되고, 라이트 인에이블 신호-바(WEb)가 토글된다. 칩 인에이블 신호-바(CEb)와 라이트 인에이블 신호-바(WEb)에 응답하여, 컨트롤러(110)는 호스트 장치로부터 커맨드 신호(80h)와 어드레스 신호(ADD)를 수신하여 내부 프로그램 명령(PGM), 내부 로우/컬럼 어드레스 신호를 발생할 수 있다.
이에 따라, 저장부(120) 내에 구비되는 고전압 발생기는 내부 프로그램 명령에 응답하여 프로그램을 위한 바이어스 전압들을 발생하고, 어드레스 디코더는 내부 로우/컬럼 어드레스 신호에 응답하여, 메모리 셀 어레이(121) 내의 선택된 메모리 셀 블록에 바이어스 전압을 공급한다. 페이지 버퍼부(123)는 컨트롤러(110)의 메모리 인터페이스(119)를 통해 수신되는 데이터 신호(DATA)를 래치한다. 이 후, 컨트롤러(110)로부터 저장부(120)로 실행 명령(10h)이 제공되면, 저장부(120)는 레디/비지-바(read/busy bar) 신호(R/Bb)를 설정된 시간(T) 동안 디스에이블시킨다. 컨트롤러(110)는 레디/비지-바 신호(R/Bb)를 수신함에 의해 저장부(120)가 프로그램 동작 상태임을 인식할 수 있다. 즉, 레디/비지-바 신호(R/Bb)가 디스에이블되는 시간(T) 동안, 선택된 메모리 셀 블록에 포함되는 페이지들 중 하나의 페이지에 대한 프로그램 동작이 실행될 수 있다.
도 5의 (b)는 캐시 프로그램 모드를 설명하기 위한 도면이다.
노멀 프로그램 모드와 유사하게, 칩 인에이블 신호-바(CEb)가 디스에이블되고, 라이트 인에이블 신호-바(WEb)가 토글된 후, 컨트롤러(110)는 호스트 장치로부터 커맨드 신호(80h), 어드레스 신호(ADD) 및 데이터(DATA) 신호를 수신하여 페이지 버퍼부의 메인 레지스터에 임시 저장한다. 이후, 실행 명령(15h)이 제공됨에 따라 메인 레지스터의 데이터가 특정 페이지(제 1 페이지)에 프로그램된다. 제 1 페이지에 대한 프로그램 동작이 이루어지는 동안 저장부(120)는 컨트롤러(110)로 더미 레지/비지-바 신호(CBSY)를 전송할 수 있다. 이 때 캐시 레지스터는 미사용 상태이며, 다음 페이지(제 2 페이지)에 프로그램할 데이터가 캐시 레지스터에 미리 입력될 수 있다.
제 1 페이지의 프로그램이 완료되면 캐시 레지스터에 입력된 데이터가 메인 레지스터로 옮겨져 제 2 페이지에 대한 프로그램이 진행될 수 있다.
노멀 프로그램 모드에서는 프로그램 서스펜드 기능이 지원될 수 있다. 그러므로 라이트 동작 수행 중 리드 커맨드가 수신되면 라이트 동작을 일시 정지하고 리드 동작을 우선 처리한 후 라이트 동작을 재개할 수 있다.
그런데 캐시 프로그램 모드에서는 프로그램 서스펜드 기능이 지원되지 않으므로 리드 레이턴시(read latency)가 저하될 수 있다.
라이트 동작이 노멀 프로그램 모드 또는 캐시프로그램 모드 중에서 선택된 모드로 고정된 상황에서는 워크로드에 따라 최적의 동작 성능을 담보하기 어렵다. 예를 들어 캐시 프로그램 모드로 고정된 경우 리드 레이턴시가 저하될 수 있다. 하지만, 본 기술에서는 라이트 위주로 커맨드가 제공되는 경우에는 캐시 프로그램 모드로 동작하고, 라이트와 리드 커맨드가 섞여 제공되는 경우에는 노멀 프로그램 모드로 동작할 수 있다. 따라서 라이트 위주의 커맨드는 캐시 프로그램 모드를 통해 고속으로 처리할 수 있고, 라이트와 리드가 섞인 커맨드는 리드를 우선적으로 처리하여 리드 레이턴시를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
도 6은 일 실시예에 의한 스토리지 시스템의 구성도이다.
도 6을 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)(이하, SSD라 칭함)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 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 7 및 도 8은 실시예들에 따른 데이터 처리 시스템의 구성도이다.
도 7을 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 도시한 중앙처리장치(111)로 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.
8은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템을 포함하는 데이터 처리 시스템을 예시적으로 도시하는 도면이다.
도 8을 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 1 내지 도 3에 도시한 컨트롤러(110)로 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.
휘발성 메모리 장치(4230)는 메모리 시스템(4200)의 저장 매체로 사용될 수 있다.
도 9는 일 실시예에 의한 데이터 저장 장치를 포함하는 네트워크 시스템의 구성도이다.
도 9를 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 예로서, 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 6의 데이터 저장 장치(1200), 도 7의 메모리 시스템(3200), 도 8의 메모리 시스템(4200)으로 구성될 수 있다.
도 10은 일 실시 예에 따른 데이터 저장 장치에 포함된 비휘발성 메모리 장치의 구성도이다.
도 10을 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 방향성 뿐 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 (20)

  1. 저장부; 및
    호스트 장치로부터 제공되는 커맨드의 경향성을 분석하여 라이트 모드를 선택하고, 상기 선택한 라이트 모드로 동작하여 상기 저장부에 데이터를 라이트하거나 상기 저장부로부터 데이터를 읽어 내는 컨트롤러;
    를 포함하도록 구성되는 데이터 저장 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 호스트 장치로부터 제공되는 라이트 커맨드와 리드 커맨드의 비율에 기초하여 상기 경향성을 분석하도록 구성되는 데이터 저장 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 경향성이 리드 커맨드에 비해 라이트 커맨드가 주를 이루는 것으로 판단되는 경우, 이전 시점의 데이터를 상기 저장부 내의 메모리 셀에 라이트하는 동안 다음 라이트 명령의 데이터를 상기 저장부 내의 레지스터에 저장하는 캐시 프로그램 모드를 선택하도록 구성되는 데이터 저장 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 경향성이 리드 커맨드와 라이트 커맨드가 혼합된 것으로 판단되는 경우, 현재 라이트 명령에 따라 제공된 데이터를 상기 저장부 내의 메모리 셀에 라이트하는 동작이 완료된 후 다음 라이트 명령을 처리하는 노멀 프로그램 모드를 선택하도록 구성되는 데이터 저장 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 경향성이 리드 커맨드와 라이트 커맨드가 혼합된 것으로 판단되는 경우, 상기 라이트 커맨드의 처리 정도에 따라 라이트 결핍 상황 여부를 판단하여, 라이트 결핍 상황으로 판단되는 경우, 이전 시점의 데이터를 상기 저장부 내의 메모리 셀에 라이트하는 동안 다음 라이트 명령의 데이터를 상기 저장부 내의 레지스터에 저장하는 캐시 프로그램 모드를 선택하도록 구성되는 데이터 저장 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 라이트 결핍 상황으로 판단되지 않는 경우, 상기 노멀 프로그램 모드를 선택하도록 구성되는 데이터 저장 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 라이트 결핍 상황은 처리 완료된 라이트 커맨드에 대한 처리 완료된 리드 커맨드의 비율에 기초하여 판단하도록 구성되는 데이터 저장 장치.
  8. 저장부;
    호스트 장치로부터 제공되는 커맨드에 응답하여 상기 저장부에 대한 데이터 교환을 제어하는 컨트롤러;
    상기 호스트 장치로부터 제공되는 커맨드를 해석하도록 구성되는 커맨드 해석부;
    상기 커맨드 해석부의 해석 결과에 기초하여 상기 호스트 장치가 제공하는 커맨드의 경향성을 분석하는 워크로드 분석부; 및
    상기 경향성 분석 결과에 기초하여 프로그램 서스펜드 기능을 지원하는 라이트 모드 또는 상기 프로그램 서스펜드 기능을 지원하지 않는 라이트 모드를 선택하도록 구성되는 라이트 모드 결정부;
    를 포함하도록 구성되는 데이터 저장 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 라이트 모드 결정부는, 상기 경향성이 리드 커맨드에 비해 라이트 커맨드가 주를 이루는 것으로 판단되는 경우, 이전 시점의 데이터를 상기 저장부 내의 메모리 셀에 라이트하는 동안 다음 라이트 명령의 데이터를 상기 저장부 내의 레지스터에 저장하며, 상기 프로그램 서스펜드 기능을 지원하지 않는 캐시 프로그램 모드를 선택하도록 구성되는 데이터 저장 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 라이트 모드 결정부는, 상기 경향성이 리드 커맨드와 라이트 커맨드가 혼합된 것으로 판단되는 경우, 현재 라이트 명령에 따라 제공된 데이터를 상기 저장부 내의 메모리 셀에 라이트하는 동작이 완료된 후 다음 라이트 명령을 처리하며 상기 프로그램 서스펜드 기능을 지원하는 노멀 프로그램 모드를 선택하도록 구성되는 데이터 저장 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 라이트 모드 결정부는 상기 경향성이 리드 커맨드와 라이트 커맨드가 혼합된 것으로 판단되는 경우, 상기 라이트 커맨드의 처리 정도에 따라 라이트 결핍 상황 여부를 판단하여, 라이트 결핍 상황으로 판단되는 경우, 이전 시점의 데이터를 상기 저장부 내의 메모리 셀에 라이트하는 동안 다음 라이트 명령의 데이터를 상기 저장부 내의 레지스터에 저장하며 상기 프로그램 서스펜드 기능을 지원하지 않는 캐시 프로그램 모드를 선택하도록 구성되는 데이터 저장 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 라이트 결핍 상황으로 판단되지 않는 경우, 상기 노멀 프로그램 모드를 선택하도록 구성되는 데이터 저장 장치.
  13. 저장부 및 상기 저장부에 대한 데이터 교환을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 데이터 저장 장치의 동작 방법으로서,
    상기 호스트 장치로부터 제공되는 커맨드의 경향성을 분석하는 단계; 및
    상기 경향성 분석 결과에 기초하여 라이트 모드를 선택하는 단계;
    를 포함하도록 구성되는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 경향성을 분석하는 단계는 상기 호스트 장치로부터 제공되는 라이트 커맨드와 리드 커맨드의 비율에 기초하여 상기 경향성을 분석하는 단계인 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 라이트 모드를 선택하는 단계는, 상기 경향성이 리드 커맨드에 비해 라이트 커맨드가 주를 이루는 것으로 판단되는 경우, 이전 시점의 데이터를 상기 저장부 내의 메모리 셀에 라이트하는 동안 다음 라이트 명령의 데이터를 상기 저장부 내의 레지스터에 저장하는 캐시 프로그램 모드를 선택하는 단계인 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 라이트 모드를 선택하는 단계는, 상기 경향성이 리드 커맨드와 라이트 커맨드가 혼합된 것으로 판단되는 경우, 현재 라이트 명령에 따라 제공된 데이터를 상기 저장부 내의 메모리 셀에 라이트하는 동작이 완료된 후 다음 라이트 명령을 처리하는 노멀 프로그램 모드를 선택하는 단계인 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 라이트 모드를 선택하는 단계는, 상기 경향성이 리드 커맨드와 라이트 커맨드가 혼합된 것으로 판단되는 경우, 상기 라이트 커맨드의 처리 정도에 따라 라이트 결핍 상황 여부를 판단하는 단계;
    라이트 결핍 상황으로 판단되는 경우, 이전 시점의 데이터를 상기 저장부 내의 메모리 셀에 라이트하는 동안 다음 라이트 명령의 데이터를 상기 저장부 내의 레지스터에 저장하는 캐시 프로그램 모드를 선택하는 단계;
    를 더 포함하도록 구성되는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 라이트 결핍 상황으로 판단되지 않는 경우, 상기 노멀 프로그램 모드를 선택하도록 구성되는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 라이트 결핍 상황은 처리 완료된 라이트 커맨드에 대한 처리 완료된 리드 커맨드의 비율에 기초하여 판단하도록 구성되는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
  20. 호스트 장치; 및
    저장부 및 상기 저장부에 데이터를 라이트하거나 상기 저장부로부터 데이터를 읽어 내는 컨트롤러를 포함하는 데이터 저장 장치를 포함하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 호스트 장치로부터 제공되는 커맨드의 경향성을 분석하여 라이트 모드를 선택하고, 상기 선택한 라이트 모드로 동작하여 상기 저장부에 데이터를 라이트하도록 구성되는 스토리지 시스템.
KR1020180082694A 2018-07-17 2018-07-17 데이터 저장 장치 및 동작 방법, 이를 포함하는 스토리지 시스템 KR102532084B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180082694A KR102532084B1 (ko) 2018-07-17 2018-07-17 데이터 저장 장치 및 동작 방법, 이를 포함하는 스토리지 시스템
US16/212,114 US10942676B2 (en) 2018-07-17 2018-12-06 Data storage device for determining a write mode, operation method thereof and storage system having the same
CN201811604945.9A CN110727394B (zh) 2018-07-17 2018-12-26 数据存储装置、该数据存储装置的操作方法以及存储系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180082694A KR102532084B1 (ko) 2018-07-17 2018-07-17 데이터 저장 장치 및 동작 방법, 이를 포함하는 스토리지 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200008710A true KR20200008710A (ko) 2020-01-29
KR102532084B1 KR102532084B1 (ko) 2023-05-15

Family

ID=69161895

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180082694A KR102532084B1 (ko) 2018-07-17 2018-07-17 데이터 저장 장치 및 동작 방법, 이를 포함하는 스토리지 시스템

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10942676B2 (ko)
KR (1) KR102532084B1 (ko)
CN (1) CN110727394B (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11416168B2 (en) * 2019-11-07 2022-08-16 FADU Inc. Memory controller and storage device including the same
US11748277B2 (en) * 2020-03-05 2023-09-05 Seagate Technology, Llc Client input/output (I/O) access rate variation compensation
CN111400201B (zh) * 2020-03-19 2022-08-16 合肥兆芯电子有限公司 快闪存储器的数据整理方法、存储装置及控制电路单元
CN114328304B (zh) * 2020-09-29 2023-11-14 成都忆芯科技有限公司 存储介质的操作方法和装置
CN112466384B (zh) * 2020-11-12 2023-02-28 苏州浪潮智能科技有限公司 一种闪存编程挂起特性的测试方法、测试装置及测试设备
US12131064B2 (en) * 2021-04-27 2024-10-29 Sk Hynix Nand Product Solutions Corp. Dynamic program suspend disable for random write SSD workload
US11714574B2 (en) * 2021-06-14 2023-08-01 Micron Technology, Inc. Managing memory command engine using command sequence analysis
KR20240002004A (ko) * 2022-06-28 2024-01-04 에스케이하이닉스 주식회사 워크로드 등급에 따른 파라미터 값을 최적화하기 위한 메모리 시스템 및 이를 포함하는 데이터 처리 시스템
US12105959B2 (en) * 2022-08-09 2024-10-01 Micron Technology, Inc. Suspending operations of a memory system
KR20240124648A (ko) * 2023-02-09 2024-08-19 에스케이하이닉스 주식회사 메모리 모듈 및 그 동작 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120098965A (ko) * 2006-05-15 2012-09-05 애플 인크. 멀티레벨 데이터 저장 셀용 관리 동작
KR20170138765A (ko) * 2016-06-08 2017-12-18 삼성전자주식회사 메모리 장치, 메모리 모듈 및 메모리 장치의 동작 방법
KR20180011660A (ko) * 2016-07-25 2018-02-02 (주) 루켄테크놀러지스 프로브 필름 및 그 제조 방법

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3133004B2 (ja) * 1996-11-21 2001-02-05 株式会社日立製作所 ディスクアレイ装置およびその制御方法
US7420859B2 (en) * 2006-12-07 2008-09-02 Arm Limited Memory device and method of controlling access to such a memory device
JP5742542B2 (ja) * 2011-07-25 2015-07-01 富士通株式会社 ストレージ装置及びその負荷状態低減方法
WO2014102879A1 (en) * 2012-12-28 2014-07-03 Hitachi, Ltd. Data storage apparatus and control method thereof
KR20140142759A (ko) 2013-05-31 2014-12-15 에스케이하이닉스 주식회사 비휘발성 메모리 장치 및 그의 동작방법과 비휘발성 메모리 장치를 포함하는 시스템
KR20150017599A (ko) 2013-08-07 2015-02-17 에스케이하이닉스 주식회사 반도체 메모리 장치, 그것을 포함하는 메모리 시스템 및 그것의 동작 방법
US20150324135A1 (en) * 2014-05-06 2015-11-12 Netapp, Inc. Automatic storage system configuration based on workload monitoring
JP6525007B2 (ja) * 2014-07-28 2019-06-05 ソニー株式会社 メモリコントローラ、メモリシステムおよび情報処理システム
KR20170025714A (ko) * 2015-08-31 2017-03-08 에스케이하이닉스 주식회사 메모리 시스템 및 메모리 시스템의 동작 방법
US10474389B2 (en) * 2016-07-05 2019-11-12 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Write tracking for memories
CN106681656A (zh) * 2016-11-16 2017-05-17 南京云创大数据科技股份有限公司 一种动态可调的云存储系统容错方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120098965A (ko) * 2006-05-15 2012-09-05 애플 인크. 멀티레벨 데이터 저장 셀용 관리 동작
KR20170138765A (ko) * 2016-06-08 2017-12-18 삼성전자주식회사 메모리 장치, 메모리 모듈 및 메모리 장치의 동작 방법
KR20180011660A (ko) * 2016-07-25 2018-02-02 (주) 루켄테크놀러지스 프로브 필름 및 그 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN110727394B (zh) 2023-06-09
US20200026465A1 (en) 2020-01-23
US10942676B2 (en) 2021-03-09
CN110727394A (zh) 2020-01-24
KR102532084B1 (ko) 2023-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102532084B1 (ko) 데이터 저장 장치 및 동작 방법, 이를 포함하는 스토리지 시스템
US10719262B2 (en) Data storage apparatus, operating method thereof, and storage system having the same
KR20170099610A (ko) 데이터 저장 장치 및 그것의 동작 방법
KR102381233B1 (ko) 데이터 저장 장치 및 그것의 동작 방법
US20200042238A1 (en) Data storage device, method of operating the same, and storage system having the same
KR20190102781A (ko) 데이터 저장 장치 및 동작 방법, 이를 포함하는 스토리지 시스템
US20200174921A1 (en) Data storage device, operation method thereof, and storage system including the same
KR20190006677A (ko) 데이터 저장 장치 및 그것의 동작 방법
KR20210006556A (ko) 컨트롤러, 메모리 시스템 및 그것의 동작 방법
KR20190121973A (ko) 데이터 저장 장치 및 이의 리드 디스터번스 방지 방법, 이를 이용한 스토리지 시스템
US20200081649A1 (en) Data storage device, operation method thereof and storage system including the same
US11269528B2 (en) Data storage device with reduced memory access operation method thereof and controller therefor
CN110727393B (zh) 数据存储装置及其操作方法、存储系统
US20200073701A1 (en) Data storage device, operation method thereof and storage system having the same
KR20210068734A (ko) 데이터 저장 장치 및 그것의 동작 방법
US20220156184A1 (en) Memory system
US11550578B2 (en) Data storage apparatus including swap memory and operating method thereof
KR20210002190A (ko) 컨트롤러, 메모리 시스템 및 그것의 동작 방법
KR20200142698A (ko) 데이터 저장 장치 및 그것의 동작 방법
US12056367B2 (en) Memory system and operating method thereof for performing urgent fine program operation
KR102766448B1 (ko) 컨트롤러, 컨트롤러의 동작 방법 및 이를 포함하는 저장 장치
US11782644B2 (en) Memory system and method of operating the same
US11379133B2 (en) Electronic device, data storage device and method of operating therefor
US11314461B2 (en) Data storage device and operating method of checking success of garbage collection operation
KR20220082528A (ko) 데이터 저장 장치 및 그 동작 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20180717

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20210427

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20180717

Comment text: Patent Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20221020

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20230424

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20230509

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20230510

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration