KR20200037584A

KR20200037584A - 메모리 시스템, 그것의 동작방법 및 메모리 시스템을 포함하는 데이터베이스 시스템

Info

Publication number: KR20200037584A
Application number: KR1020180116993A
Authority: KR
Inventors: 오용석
Original assignee: 에스케이하이닉스 주식회사
Priority date: 2018-10-01
Filing date: 2018-10-01
Publication date: 2020-04-09
Also published as: US20220058130A1; KR102694946B1; US11182300B2; CN110968522A; US20200104261A1; CN110968522B; US11782840B2

Abstract

멀티 트랜잭션 메모리 시스템의 동작 방법은, 호스트로부터의 요청에 응하여 변경되는 LBA(Logical Block Address) 정보 및 상기 요청의 트랜잭션 아이디를 메모리 블록의 한 페이지에 저장하는 단계; 및 상기 호스트로부터의 상기 트랜잭션 아이디를 포함하는 트랜잭션 커밋 요청에 응하여 트랜잭션 커밋을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 트랜잭션 커밋을 수행하는 단계는 상기 LBA 정보에 기초하여 컨트롤러에 포함된 유효 블록 비트맵을 변경하는 단계를 포함한다.

Description

메모리 시스템, 그것의 동작방법 및 메모리 시스템을 포함하는 데이터베이스 시스템 {MEMORY SYSTEM, OPERATION METHOD THEREOF AND DATABASE SYSTEM INCLUDING THE MEMORY SYSTEM}

본 발명은 메모리 시스템에 관한 것으로, 멀티 트랜잭션 메모리 시스템 및 그것의 동작방법에 관한 것이다.

최근 컴퓨터 환경에 대한 패러다임(paradigm)이 언제, 어디서나 컴퓨터 시스템을 사용할 수 있도록 하는 유비쿼터스 컴퓨팅(ubiquitous computing)으로 전환되고 있다. 이로 인해 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터 등과 같은 휴대용 전자 장치의 사용이 급증하고 있다. 이와 같은 휴대용 전자 장치는 일반적으로 메모리 장치를 이용하는 메모리 시스템, 다시 말해 데이터 저장 장치를 사용한다. 데이터 저장 장치는 휴대용 전자 장치의 주 기억 장치 또는 보조 기억 장치로 사용된다.

메모리 장치를 이용한 데이터 저장 장치는 기계적인 구동부가 없어서 안정성 및 내구성이 뛰어나며, 또한 정보의 액세스 속도가 매우 빠르고 전력 소모가 적다는 장점이 있다. 이러한 장점을 갖는 메모리 시스템의 일 예로 데이터 저장 장치는, USB(Universal Serial Bus) 메모리 장치, 다양한 인터페이스를 갖는 메모리 카드, 솔리드 스테이트 드라이브(SSD: Solid State Drive) 등을 포함한다.

본 발명은 멀티 트랜잭션 메모리 시스템에서 파일 시스템 데이터의 원자성을 유지할 수 있는 메모리 시스템 및 그의 동작 방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 트랜잭션 메모리 시스템의 동작 방법은, 호스트로부터의 요청에 응하여 변경되는 LBA(Logical Block Address) 정보 및 상기 요청의 트랜잭션 아이디를 메모리 블록의 한 페이지에 저장하는 단계; 및 상기 호스트로부터의 상기 트랜잭션 아이디를 포함하는 트랜잭션 커밋 요청에 응하여 트랜잭션 커밋을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 트랜잭션 커밋을 수행하는 단계는 상기 LBA 정보에 기초하여 컨트롤러에 포함된 유효 블록 비트맵을 변경하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 트랜잭션 메모리 시스템의 동작 방법은, 호스트로부터의 요청에 응하여 변경되는 아이노드(inode) 및 상기 요청의 트랜잭션 아이디를 메모리 블록의 한 페이지에 저장하는 단계; 및 상기 호스트로부터의 상기 트랜잭션 아이디를 포함하는 트랜잭션 커밋 요청에 응하여 트랜잭션 커밋을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 트랜잭션 커밋을 수행하는 단계는 기존 아이노드 페이지를 리드하는 단계; 상기 기존 아이노드 페이지 및 상기 변경되는 아이노드를 병합하여 새로운 아이노드 페이지를 생성하는 단계; 상기 새로운 아이노드 페이지를 상기 메모리 블록에 저장하는 단계; 및 상기 새로운 아이노드 페이지의 매핑 정보를 업데이트하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 트랜잭션 메모리 시스템은, 호스트로부터의 요청에 응하여 변경되는 LBA(Logical Block Address) 정보 및 상기 요청의 트랜잭션 아이디를 한 페이지에 저장하는 메모리 장치; 복수의 LBA에 대한 LBA 정보를 포함하는 유효 블록 비트맵; 및 상기 호스트로부터의 상기 트랜잭션 아이디를 포함하는 트랜잭션 커밋 요청에 응하여, 상기 할당되는 LBA 정보에 기초하여 상기 유효 블록 비트맵을 변경함으로써 트랜잭션 커밋을 수행하는 컨트롤러를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 트랜잭션 메모리 시스템은, 호스트로부터의 요청에 응하여 변경되는 아이노드(inode) 및 상기 요청의 트랜잭션 아이디를 메모리 블록의 한 페이지에 저장하는 메모리 블록; 및 상기 호스트로부터의 상기 트랜잭션 아이디를 포함하는 트랜잭션 커밋 요청에 응하여 트랜잭션 커밋을 수행하는 컨트롤러를 포함하되, 상기 컨트롤러는 기존 아이노드 페이지를 리드하고, 상기 기존 아이노드 페이지 및 상기 변경되는 아이노드를 병합하여 새로운 아이노드 페이지를 생성하고, 상기 새로운 아이노드 페이지를 상기 메모리 블록에 저장하며, 상기 새로운 아이노드 페이지의 매핑 정보를 업데이트함으로써 상기 트랜잭션 커밋을 수행한다.

본 발명은 멀티 트랜잭션 메모리 시스템에서 파일 시스템 데이터의 원자성을 유지할 수 있는 메모리 시스템 및 그의 동작 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템을 포함하는 데이터 처리 시스템의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템에서 메모리 장치의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 장치에서 메모리 블록들의 메모리 셀 어레이 회로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템에서 메모리 장치 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5a 및 5b는 종래기술에 따른 호스트 및 멀티 트랜잭션 메모리 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 종래기술에 따른 멀티 트랜잭션 메모리 시스템의 트랜잭션 동작을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 호스트 및 멀티 트랜잭션 메모리 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 블록을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9a 내지 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 구체적인 커밋 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, 유효 블록 비트맵을 이용한 파일 시스템의 블록 비트맵 구축 방법을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 트랜잭션 메모리 시스템의 복구 동작을 나타낸 흐름도이다.
도 12 내지 도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템을 포함하는 데이터 처리 시스템의 다른 일 예들을 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 대해서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템을 포함하는 데이터 처리 시스템의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 데이터 처리 시스템(100)은, 호스트(Host)(102) 및 메모리 시스템(110)을 포함한다.

그리고, 호스트(102)는, 전자 장치, 예컨대 휴대폰, MP3 플레이어, 랩탑 컴퓨터 등과 같은 휴대용 전자 장치들, 또는 데스크탑 컴퓨터, 게임기, TV, 프로젝터 등과 같은 전자 장치들을 포함, 즉 유무선 전자 장치들을 포함한다.

또한, 호스트(102)는, 적어도 하나의 운영 시스템(OS: operating system)를 포함할 수 있다. 운영 시스템은 호스트(102)의 기능 및 동작을 전반적으로 관리 및 제어하고, 데이터 처리 시스템(100) 또는 메모리 시스템(110)을 사용하는 사용자와 호스트(102) 간에 상호 동작을 제공한다. 운영 시스템은 사용자의 사용 목적 및 용도에 상응한 기능 및 동작을 지원하며, 호스트(102)의 이동성(mobility)에 따라 일반 운영 시스템과 모바일 운용 시스템으로 구분할 수 있다. 또한, 운영 시스템에서의 일반 운영 시스템 시스템은, 사용자의 사용 환경에 따라 개인용 운영 시스템과 기업용 운영 시스템으로 구분할 수 있다. 예를 들면, 개인용 운영 시스템은, 일반 사용자를 위한 서비스 제공 기능을 지원하도록 특성화된 시스템으로, 윈도우(windows) 및 크롬(chrome) 등을 포함하고, 기업용 운영 시스템은, 고성능을 확보 및 지원하도록 특성화된 시스템으로, 윈도 서버(windows server), 리눅스(linux) 및 유닉스(unix) 등을 포함할 수 있다. 아울러, 운영 시스템에서의 모바일 운영 시스템은, 사용자들에게 이동성 서비스 제공 기능 및 시스템의 절전 기능을 지원하도록 특성화된 시스템으로, 안드로이드(android), iOS, 윈도 모바일(windows mobile) 등을 포함할 수 있다. 이때, 호스트(102)는, 복수의 운영 시스템들을 포함할 수 있으며, 또한 사용자의 요청에 상응한 메모리 시스템(110)과의 동작 수행을 위해 운영 시스템을 실행한다. 여기서, 호스트(102)는, 사용자 요청에 해당하는 복수의 커맨드들을 메모리 시스템(110)으로 전송하며, 그에 따라 메모리 시스템(110)에서는 커맨드들에 해당하는 동작들, 즉 사용자 요청에 상응하는 동작들을 수행한다.

또한, 메모리 시스템(110)은, 호스트(102)의 요청에 응답하여 동작하며, 특히 호스트(102)에 의해서 액세스되는 데이터를 저장한다. 다시 말해, 메모리 시스템(110)은, 호스트(102)의 주 기억 장치 또는 보조 기억 장치로 사용될 수 있다. 여기서, 메모리 시스템(110)은 호스트(102)와 연결되는 호스트 인터페이스 프로토콜에 따라, 다양한 종류의 저장 장치들 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 예를 들면, 메모리 시스템(110)은, 솔리드 스테이트 드라이브(SSD: Solid State Drive), MMC, eMMC(embedded MMC), RS-MMC(Reduced Size MMC), micro-MMC 형태의 멀티 미디어 카드(MMC: Multi Media Card), SD, mini-SD, micro-SD 형태의 시큐어 디지털(SD: Secure Digital) 카드, USB(Universal Storage Bus) 저장 장치, UFS(Universal Flash Storage) 장치, CF(Compact Flash) 카드, 스마트 미디어(Smart Media) 카드, 메모리 스틱(Memory Stick) 등과 같은 다양한 종류의 저장 장치들 중 어느 하나로 구현될 수 있다.

아울러, 메모리 시스템(110)을 구현하는 저장 장치들은, DRAM(Dynamic Random Access Memory), SRAM(Static RAM) 등과 같은 휘발성 메모리 장치와, ROM(Read Only Memory), MROM(Mask ROM), PROM(Programmable ROM), EPROM(Erasable ROM), EEPROM(Electrically Erasable ROM), FRAM(Ferromagnetic ROM), PRAM(Phase change RAM), MRAM(Magnetic RAM), RRAM(Resistive RAM), 플래시 메모리 등과 같은 비휘발성 메모리 장치로 구현될 수 있다.

메모리 시스템(110)은 메모리 장치(150), 및 컨트롤러(130)를 포함한다.

여기서, 컨트롤러(130) 및 메모리 장치(150)는 하나의 반도체 장치로 집적될 수 있다. 일 예로, 컨트롤러(130) 및 메모리 장치(150)는 하나의 반도체 장치로 집적되어 SSD를 구성할 수 있다. 아울러, 컨트롤러(130) 및 메모리 장치(150)는, 하나의 반도체 장치로 집적되어 메모리 카드를 구성할 수도 있으며, 일 예로 PC 카드(PCMCIA: Personal Computer Memory Card International Association), 컴팩트 플래시 카드(CF), 스마트 미디어 카드(SM, SMC), 메모리 스틱, 멀티미디어 카드(MMC, RS-MMC, MMCmicro), SD 카드(SD, miniSD, microSD, SDHC), 유니버설 플래시 기억 장치(UFS) 등과 같은 메모리 카드를 구성할 수 있다.

또한, 다른 일 예로, 메모리 시스템(110)은, 컴퓨터, UMPC(Ultra Mobile PC), 워크스테이션, 넷북(net-book), PDA(Personal Digital Assistants), 포터블(portable) 컴퓨터, 웹 타블렛(web tablet), 태블릿 컴퓨터(tablet computer), 무선 전화기(wireless phone), 모바일 폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), e-북(e-book), PMP(portable multimedia player), 휴대용 게임기, 네비게이션(navigation) 장치, 블랙박스(black box), 디지털 카메라(digital camera), DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 재생기, 3차원 텔레비전(3-dimensional television), 스마트 텔레비전(smart television), 디지털 음성 녹음기(digital audio recorder), 디지털 음성 재생기(digital audio player), 디지털 영상 녹화기(digital picture recorder), 디지털 영상 재생기(digital picture player), 디지털 동영상 녹화기(digital video recorder), 디지털 동영상 재생기(digital video player), 데이터 센터를 구성하는 스토리지, 정보를 무선 환경에서 송수신할 수 있는 장치, 홈 네트워크를 구성하는 다양한 전자 장치들 중 하나, 컴퓨터 네트워크를 구성하는 다양한 전자 장치들 중 하나, 텔레매틱스 네트워크를 구성하는 다양한 전자 장치들 중 하나, RFID(radio frequency identification) 장치, 또는 컴퓨팅 시스템을 구성하는 다양한 구성 요소들 중 하나 등을 구성할 수 있다.

한편, 메모리 시스템(110)에서의 메모리 장치(150)는, 전원이 공급되지 않아도 저장된 데이터를 유지할 수 있으며, 특히 라이트(write) 동작을 통해 호스트(102)로부터 제공된 데이터를 저장하고, 리드(read) 동작을 통해 저장된 데이터를 호스트(102)로 제공한다. 여기서, 메모리 장치(150)는, 복수의 메모리 블록(memory block)들(152,154,156)을 포함하며, 각각의 메모리 블록들(152,154,156)은, 복수의 페이지들(pages)을 포함하며, 또한 각각의 페이지들은, 복수의 워드라인(WL: Word Line)들이 연결된 복수의 메모리 셀들을 포함한다. 또한, 메모리 장치(150)는, 복수의 메모리 블록들(152,154,156)이 각각 포함된 복수의 플래인들(plane)을 포함하며, 특히 복수의 플래인들이 각각 포함된 복수의 메모리 다이(memory die)들을 포함할 수 있다. 아울러, 메모리 장치(150)는, 비휘발성 메모리 장치, 일 예로 플래시 메모리가 될 수 있으며, 이때 플래시 메모리는 3차원(dimension) 입체 스택(stack) 구조가 될 수 있다.

여기서, 메모리 장치(150)의 구조 및 메모리 장치(150)의 3차원 입체 스택 구조에 대해서는, 이하 도 2 내지 도 4에서 보다 구체적으로 설명된다.

그리고, 메모리 시스템(110)에서의 컨트롤러(130)는, 호스트(102)로부터의 요청에 응답하여 메모리 장치(150)를 제어한다. 예컨대, 컨트롤러(130)는, 메모리 장치(150)로부터 리드된 데이터를 호스트(102)로 제공하고, 호스트(102)로부터 제공된 데이터를 메모리 장치(150)에 저장하며, 이를 위해 컨트롤러(130)는, 메모리 장치(150)의 리드, 라이트, 프로그램(program), 이레이즈(erase) 등의 동작을 제어한다.

보다 구체적으로 설명하면, 컨트롤러(130)는, 호스트 인터페이스(Host I/F) 유닛(132), 프로세서(Processor)(134), 에러 정정 코드(ECC: Error Correction Code) 유닛(138), 파워 관리 유닛(PMU: Power Management Unit)(140), 메모리 인터페이스(Memory I/F) 유닛(142), 및 메모리(Memory)(144)를 포함한다.

또한, 호스트 인터페이스 유닛(132)은, 호스트(102)의 커맨드(command) 및 데이터를 처리하며, USB(Universal Serial Bus), MMC(Multi-Media Card), PCI-E(Peripheral Component Interconnect-Express), SAS(Serial-attached SCSI), SATA(Serial Advanced Technology Attachment), PATA(Parallel Advanced Technology Attachment), SCSI(Small Computer System Interface), ESDI(Enhanced Small Disk Interface), IDE(Integrated Drive Electronics), MIPI(Mobile Industry Processor Interface) 등과 같은 다양한 인터페이스 프로토콜들 중 적어도 하나를 통해 호스트(102)와 통신하도록 구성될 수 있다. 여기서, 호스트 인터페이스 유닛(132)은, 호스트(102)와 데이터를 주고 받는 영역으로 호스트 인터페이스 계층(HIL: Host Interface Layer, 이하 'HIL'이라 칭하기로 함)이라 불리는 펌웨어(firmware)를 통해 구동될 수 있다.

아울러, ECC 유닛(138)은, 메모리 장치(150)에서 처리되는 데이터의 에러 비트를 정정하며, ECC 인코더와 ECC 디코더를 포함할 수 있다. 여기서, ECC 인코더(ECC encoder)는 메모리 장치(150)에 프로그램될 데이터를 에러 정정 인코딩(error correction encoding)하여, 패리티(parity) 비트가 부가된 데이터를 생성하며, 패리티 비트가 부가된 데이터는, 메모리 장치(150)에 저장될 수 있다. 그리고, ECC 디코더(ECC decoder)는, 메모리 장치(150)에 저장된 데이터를 리드할 경우, 메모리 장치(150)로부터 리드된 데이터에 포함되는 에러를 검출 및 정정한다. 다시 말해, ECC 유닛(138)은, 메모리 장치(150)로부터 리드한 데이터를 에러 정정 디코딩(error correction decoding)한 후, 에러 정정 디코딩의 성공 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 지시 신호, 예컨대 에러 정정 성공(success)/실패(fail) 신호를 출력하며, ECC 인코딩 과정에서 생성된 패리티(parity) 비트를 사용하여 리드된 데이터의 에러 비트를 정정할 수 있다. 이때, ECC 유닛(138)은, 에러 비트 개수가 정정 가능한 에러 비트 한계치 이상 발생하면, 에러 비트를 정정할 수 없으며, 에러 비트를 정정하지 못함에 상응하는 에러 정정 실패 신호를 출력할 수 있다.

여기서, ECC 유닛(138)은, LDPC(low density parity check) 코드(code), BCH(Bose, Chaudhri, Hocquenghem) 코드, 터보 코드(turbo code), 리드-솔로몬 코드(Reed-Solomon code), 컨벌루션 코드(convolution code), RSC(recursive systematic code), TCM(trellis-coded modulation), BCM(Block coded modulation) 등의 코디드 모듈레이션(coded modulation)을 사용하여 에러 정정을 수행할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, ECC 유닛(138)는 오류 정정을 위한 회로, 모듈, 시스템, 또는 장치를 모두 포함할 수 있다.

그리고, PMU(140)는, 컨트롤러(130)의 파워, 즉 컨트롤러(130)에 포함된 구성 요소들의 파워를 제공 및 관리한다.

또한, 메모리 인터페이스 유닛(142)은, 컨트롤러(130)가 호스트(102)로부터의 요청에 응답하여 메모리 장치(150)를 제어하기 위해, 컨트롤러(130)와 메모리 장치(150) 간의 인터페이싱을 수행하는 메모리/스토리지(storage) 인터페이스가 된다. 여기서, 메모리 인터페이스 유닛(142)은, 메모리 장치(150)가 플래시 메모리, 특히 일 예로 메모리 장치(150)가 NAND 플래시 메모리일 경우에 NAND 플래시 컨트롤러(NFC: NAND Flash Controller)로서, 프로세서(134)의 제어에 따라, 메모리 장치(150)의 제어 신호를 생성하고 데이터를 처리한다. 그리고, 메모리 인터페이스 유닛(142)은, 컨트롤러(130)와 메모리 장치(150) 간의 커맨드 및 데이터를 처리하는 인터페이스, 일 예로 NAND 플래시 인터페이스의 동작, 특히 컨트롤러(130)와 메모리 장치(150) 간 데이터 입출력을 지원하며, 메모리 장치(150)와 데이터를 주고 받는 영역으로 플래시 인터페이스 계층(FIL: Flash Interface Layer, 이하 'FIL'이라 칭하기로 함)이라 불리는 펌웨어(firmware)를 통해 구동될 수 있다.

아울러, 메모리(144)는, 메모리 시스템(110) 및 컨트롤러(130)의 동작 메모리로서, 메모리 시스템(110) 및 컨트롤러(130)의 구동을 위한 데이터를 저장한다. 보다 구체적으로 설명하면, 메모리(144)는, 컨트롤러(130)가 호스트(102)로부터의 요청에 응답하여 메모리 장치(150)를 제어, 예컨대 컨트롤러(130)가, 메모리 장치(150)로부터 리드된 데이터를 호스트(102)로 제공하고, 호스트(102)로부터 제공된 데이터를 메모리 장치(150)에 저장하며, 이를 위해 컨트롤러(130)가, 메모리 장치(150)의 리드, 라이트, 프로그램, 이레이즈(erase) 등의 동작을 제어할 경우, 이러한 동작을 메모리 시스템(110), 즉 컨트롤러(130)와 메모리 장치(150) 간이 수행하기 위해 필요한 데이터를 저장한다.

여기서, 메모리(144)는, 휘발성 메모리로 구현될 수 있으며, 예컨대 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM: Static Random Access Memory), 또는 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM: Dynamic Random Access Memory) 등으로 구현될 수 있다. 아울러, 메모리(144)는 컨트롤러(130)의 내부에 존재하거나, 또는 컨트롤러(130)의 외부에 존재할 수 있으며, 이때 메모리 인터페이스를 통해 컨트롤러(130)로부터 데이터가 입출력되는 외부 휘발성 메모리로 구현될 수도 있다.

또한, 메모리(144)는, 전술한 바와 같이, 호스트(102)와 메모리 장치(150) 간 데이터 라이트 및 리드 등의 동작을 수행하기 위해 필요한 데이터, 및 데이터 라이트 및 리드 등의 동작 수행 시의 데이터를 저장하며, 이러한 데이터 저장을 위해, 프로그램 메모리, 데이터 메모리, 라이트 버퍼(buffer)/캐시(cache), 리드 버퍼/캐시, 데이터 버퍼/캐시, 맵(map) 버퍼/캐시 등을 포함한다.

그리고, 프로세서(134)는, 메모리 시스템(110)의 전체적인 동작을 제어하며, 특히 호스트(102)로부터의 라이트 요청 또는 리드 요청에 응답하여, 메모리 장치(150)에 대한 프로그램 동작 또는 리드 동작을 제어한다. 여기서, 프로세서(134)는, 메모리 시스템(110)의 제반 동작을 제어하기 위해 플래시 변환 계층(FTL: Flash Translation Layer, 이하 'FTL'이라 칭하기로 함)이라 불리는 펌웨어(firmware)를 구동한다. 또한, 프로세서(134)는, 마이크로프로세서 또는 중앙 처리 장치(CPU) 등으로 구현될 수 있다.

일 예로, 컨트롤러(130)는, 마이크로프로세서 또는 중앙 처리 장치(CPU) 등으로 구현된 프로세서(134)를 통해, 호스트(102)로부터 요청된 동작을 메모리 장치(150)에서 수행, 다시 말해 호스트(102)로부터 수신된 커맨드에 해당하는 커맨드 동작을, 메모리 장치(150)와 수행한다. 여기서, 컨트롤러(130)는, 호스트(102)로부터 수신된 커맨드에 해당하는 커맨드 동작으로 포그라운드(foreground) 동작을 수행, 예컨대 라이트 커맨드에 해당하는 프로그램 동작, 리드 커맨드에 해당하는 리드 동작, 이레이즈 커맨드(erase command)에 해당하는 이레이즈 동작, 셋 커맨드(set command)로 셋 파라미터 커맨드(set parameter command) 또는 셋 픽쳐 커맨드(set feature command)에 해당하는 파라미터 셋 동작 등을 수행할 수 있다.

그리고, 컨트롤러(130)는, 마이크로프로세서 또는 중앙 처리 장치(CPU) 등으로 구현된 프로세서(134)를 통해, 메모리 장치(150)에 대한 백그라운드(background) 동작을 수행할 수도 있다. 여기서, 메모리 장치(150)에 대한 백그라운드 동작은, 메모리 장치(150)의 메모리 블록들(152,154,156)에서 임의의 메모리 블록에 저장된 데이터를 다른 임의의 메모리 블록으로 카피(copy)하여 처리하는 동작, 일 예로 가비지 컬렉션(GC: Garbage Collection) 동작, 메모리 장치(150)의 메모리 블록들(152,154,156) 간 또는 메모리 블록들(152,154,156)에 저장된 데이터 간을 스왑(swap)하여 처리하는 동작, 일 예로 웨어 레벨링(WL: Wear Leveling) 동작, 컨트롤러(130)에 저장된 맵 데이터를 메모리 장치(150)의 메모리 블록들(152,154,156)로 저장하는 동작, 일 예로 맵 플러시(map flush) 동작, 또는 메모리 장치(150)에 대한 배드 관리(bad management)하는 동작, 일 예로 메모리 장치(150)에 포함된 복수의 메모리 블록들(152,154,156)에서 배드 블록을 확인하여 처리하는 배드 블록 관리(bad block management) 동작 등을 포함한다.

아울러, 컨트롤러(130)의 프로세서(134)에는, 메모리 장치(150)의 배드 관리를 수행하기 위한 관리 유닛(도시하지 않음)이 포함될 수 있으며, 관리 유닛은, 메모리 장치(150)에 포함된 복수의 메모리 블록들(152,154,156)에서 배드 블록을 확인한 후, 확인된 배드 블록을 배드 처리하는 배드 블록 관리를 수행한다. 여기서, 배드 관리는, 메모리 장치(150)가 플래시 메모리, 예컨대 낸드 플래시 메모리일 경우, 낸드의 특성으로 인해 데이터 라이트, 예컨대 데이터 프로그램(program) 시에 프로그램 실패(program fail)가 발생할 수 있으며, 프로그램 실패가 발생한 메모리 블록을 배드(bad) 처리한 후, 프로그램 실패된 데이터를 새로운 메모리 블록에 라이트, 즉 프로그램하는 것을 의미한다. 또한, 메모리 장치(150)가, 전술한 바와 같이, 3차원 입체 스택 구조를 가질 경우에는, 프로그램 실패에 따라 해당 블록을 배드 블록으로 처리하면, 메모리 장치(150)의 사용 효율 및 메모리 시스템(100)의 신뢰성이 급격하게 저하되므로, 보다 신뢰성 있는 배드 블록 관리 수행이 필요하다.

이하에서는, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템에서의 메모리 장치에 대해서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템에서 메모리 장치의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 장치에서 메모리 블록들의 메모리 셀 어레이 회로를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템에서 메모리 장치 구조를 개략적으로 도시한 도면으로, 메모리 장치가 3차원 비휘발성 메모리 장치로 구현될 경우의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

우선, 도 2를 참조하면, 메모리 장치(150)는, 복수의 메모리 블록들, 예컨대 블록0(BLK(Block)0)(210), 블록1(BLK1)(220), 블록2(BLK2)(230), 및 블록N-1(BLKN-1)(240)을 포함하며, 각각의 블록들(210,220,230,240)은, 복수의 페이지들(Pages), 예컨대 2^M개의 페이지들(2^MPages)을 포함한다. 여기서, 설명의 편의를 위해, 복수의 메모리 블록들이 각각 2^M개의 페이지들을 포함하는 것을 일 예로 하여 설명하지만, 복수의 메모리들은, 각각 M개의 페이지들을 포함할 수도 있다. 그리고, 각각의 페이지들은, 복수의 워드라인(WL: Word Line)들이 연결된 복수의 메모리 셀들을 포함한다.

또한, 메모리 장치(150)는, 복수의 메모리 블록들을, 하나의 메모리 셀에 저장 또는 표현할 수 있는 비트의 수에 따라, 단일 레벨 셀(SLC: Single Level Cell) 메모리 블록 및 멀티 레벨 셀(MLC: Multi Level Cell) 메모리 블록 등으로 포함할 수 있다. 여기서, SLC 메모리 블록은, 하나의 메모리 셀에 1 비트 데이터를 저장하는 메모리 셀들에 의해 구현된 복수의 페이지들을 포함하며, 데이터 연산 성능이 빠르며 내구성이 높다. 그리고, MLC 메모리 블록은, 하나의 메모리 셀에 멀티 비트 데이터(예를 들면, 2 비트 또는 그 이상의 비트)를 저장하는 메모리 셀들에 의해 구현된 복수의 페이지들을 포함하며, SLC 메모리 블록보다 큰 데이터 저장 공간을 가짐, 다시 말해 고집적화할 수 있다. 특히, 메모리 장치(150)는, MLC 메모리 블록으로, 하나의 메모리 셀에 2 비트 데이터를 저장할 수 있는 메모리 셀들에 의해 구현된 복수의 페이지들을 포함하는 MLC 메모리 블록뿐만 아니라, 하나의 메모리 셀에 3 비트 데이터를 저장할 수 있는 메모리 셀들에 의해 구현된 복수의 페이지들을 포함하는 트리플 레벨 셀(TLC: Triple Level Cell) 메모리 블록, 하나의 메모리 셀에 4 비트 데이터를 저장할 수 있는 메모리 셀들에 의해 구현된 복수의 페이지들을 포함하는 쿼드러플 레벨 셀(QLC: Quadruple Level Cell) 메모리 블록, 또는 하나의 메모리 셀에 5 비트 또는 그 이상의 비트 데이터를 저장할 수 있는 메모리 셀들에 의해 구현된 복수의 페이지들을 포함하는 다중 레벨 셀(multiple level cell) 메모리 블록 등을 포함할 수 있다.

이하에서는, 설명의 편의를 위해, 메모리 장치(150)가, 플래시 메모리, 예컨대 NAND 플래시 메모리 등과 같은 비휘발성 메모리 등으로 구현되는 것을 일 예로 설명하지만, 상변환 메모리(PCRAM: Phase Change Random Access Memory), 저항 메모리(RRAM(ReRAM): Resistive Random Access Memory), 강유전체 메모리(FRAM: Ferroelectrics Random Access Memory), 및 스핀 주입 자기 메모리(STT-RAM(STT-MRAM): Spin Transfer Torque Magnetic Random Access Memory) 등과 같은 메모리들 중 어느 하나의 메모리로 구현될 수도 있다.

그리고, 각각의 블록들(210,220,230,240)은, 프로그램 동작을 통해 호스트(102)로부터 제공된 데이터를 저장하고, 리드 동작을 통해 저장된 데이터를 호스트(102)에게 제공한다.

다음으로, 도 3을 참조하면, 메모리 시스템(110)의 메모리 장치(150)에 포함된 복수의 메모리 블록들(152,154,156)에서 각 메모리 블록(330), 메모리 셀 어레이로 구현되어 비트라인들(BL0 to BLm-1)에 각각 연결된 복수의 셀 스트링들(340)을 포함할 수 있다. 각 열(column)의 셀 스트링(340)은, 적어도 하나의 드레인 선택 트랜지스터(DST)와, 적어도 하나의 소스 선택 트랜지스터(SST)를 포함할 수 있다. 선택 트랜지스터들(DST, SST) 사이에는, 복수 개의 메모리 셀들, 또는 메모리 셀 트랜지스터들(MC0 to MCn-1)이 직렬로 연결될 수 있다. 각각의 메모리 셀(MC0 to MCn-1)은, 셀 당 복수의 비트들의 데이터 정보를 저장하는 MLC로 구성될 수 있다. 셀 스트링들(340)은 대응하는 비트라인들(BL0 to BLm-1)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다.

여기서, 도 3은, 낸드 플래시 메모리 셀로 구성된 각 메모리 블록(330)을 일 예로 도시하고 있으나, 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 장치(150)에 포함된 복수의 메모리 블록(152,154,156)은, 낸드 플래시 메모리에만 국한되는 것은 아니라 노어 플래시 메모리(NOR-type Flash memory), 적어도 두 종류 이상의 메모리 셀들이 혼합된 하이브리드 플래시 메모리, 메모리 칩 내에 컨트롤러가 내장된 One-NAND 플래시 메모리 등으로도 구현될 수 있다. 아울러, 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 장치(150)는, 전하 저장층이 전도성 부유 게이트로 구성된 플래시 메모리 장치는 물론, 전하 저장층이 절연막으로 구성된 차지 트랩형 플래시(Charge Trap Flash; CTF) 메모리 장치 등으로도 구현될 수 있다.

그리고, 메모리 장치(150)의 전압 공급부(310)는, 동작 모드에 따라서 각각의 워드라인들로 공급될 워드라인 전압들(예를 들면, 프로그램 전압, 리드 전압, 패스 전압 등)과, 메모리 셀들이 형성된 벌크(예를 들면, 웰 영역)로 공급될 전압을 제공할 수 있으며, 이때 전압 공급 회로(310)의 전압 발생 동작은 제어 회로(도시하지 않음)의 제어에 의해 수행될 수 있다. 또한, 전압 공급부(310)는, 다수의 리드 데이터를 생성하기 위해 복수의 가변 리드 전압들을 생성할 수 있으며, 제어 회로의 제어에 응답하여 메모리 셀 어레이의 메모리 블록들(또는 섹터들) 중 하나를 선택하고, 선택된 메모리 블록의 워드라인들 중 하나를 선택할 수 있으며, 워드라인 전압을 선택된 워드라인 및 비선택된 워드라인들로 각각 제공할 수 있다.

아울러, 메모리 장치(150)의 리드/라이트(read/write) 회로(320)는, 제어 회로에 의해서 제어되며, 동작 모드에 따라 감지 증폭기(sense amplifier)로서 또는 라이트 드라이버(write driver)로서 동작할 수 있다. 예를 들면, 검증/정상 리드 동작의 경우 리드/라이트 회로(320)는, 메모리 셀 어레이로부터 데이터를 리드하기 위한 감지 증폭기로서 동작할 수 있다. 또한, 프로그램 동작의 경우 리드/라이트 회로(320)는, 메모리 셀 어레이에 저장될 데이터에 따라 비트라인들을 구동하는 라이트 드라이버로서 동작할 수 있다. 리드/라이트 회로(320)는, 프로그램 동작 시 셀 어레이에 라이트될 데이터를 버퍼(미도시)로부터 수신하고, 입력된 데이터에 따라 비트라인들을 구동할 수 있다. 이를 위해, 리드/라이트 회로(320)는, 열(column)들(또는 비트라인들) 또는 열쌍(column pair)(또는 비트라인 쌍들)에 각각 대응되는 복수 개의 페이지 버퍼들(PB)(322,324,326)을 포함할 수 있으며, 각각의 페이지 버퍼(page buffer)(322,324,326)에는 복수의 래치들(도시하지 않음)이 포함될 수 있다.

또한, 메모리 장치(150)는, 2차원 또는 3차원의 메모리 장치로 구현될 수 있으며, 특히 도 4에 도시한 바와 같이, 3차원 입체 스택 구조의 비휘발성 메모리 장치로 구현될 수 있으며, 3차원 구조로 구현될 경우, 복수의 메모리 블록들(BLK0 to BLKN-1)을 포함할 수 있다. 여기서, 도 4는, 도 1에 도시한 메모리 장치(150)의 메모리 블록들(152,154,156)을 보여주는 블록도로서, 각각의 메모리 블록들(152,154,156)은, 3차원 구조(또는 수직 구조)로 구현될 수 있다. 예를 들면, 각각의 메모리 블록들(152,154,156)은 제1방향 내지 제3방향들, 예컨대 x-축 방향, y-축 방향, 및 z-축 방향을 따라 신장된 구조물들을 포함하여, 3차원 구조로 구현될 수 있다.

그리고, 메모리 장치(150)에 포함된 각 메모리 블록(330)은, 제2방향을 따라 신장된 복수의 낸드 스트링들(NS)을 포함할 수 있으며, 제1방향 및 제3방향들을 따라 복수의 낸드 스트링들(NS)이 제공될 수 있다. 여기서, 각 낸드 스트링(NS)은, 비트라인(BL), 적어도 하나의 스트링 선택라인(SSL), 적어도 하나의 접지 선택라인(GSL), 복수의 워드라인들(WL), 적어도 하나의 더미 워드라인(DWL), 그리고 공통 소스라인(CSL)에 연결될 수 있으며, 복수의 트랜지스터 구조들(TS)을 포함할 수 있다.

즉, 메모리 장치(150)의 복수의 메모리 블록들(152,154,156)에서 각 메모리 블록(330)은, 복수의 비트라인들(BL), 복수의 스트링 선택라인들(SSL), 복수의 접지 선택라인들(GSL), 복수의 워드라인들(WL), 복수의 더미 워드라인들(DWL), 그리고 복수의 공통 소스라인(CSL)에 연결될 수 있으며, 그에 따라 복수의 낸드 스트링들(NS)을 포함할 수 있다. 또한, 각 메모리 블록(330)에서, 하나의 비트라인(BL)에 복수의 낸드 스트링들(NS)이 연결되어, 하나의 낸드 스트링(NS)에 복수의 트랜지스터들이 구현될 수 있다. 아울러, 각 낸드 스트링(NS)의 스트링 선택 트랜지스터(SST)는, 대응하는 비트라인(BL)과 연결될 수 있으며, 각 낸드 스트링(NS)의 접지 선택 트랜지스터(GST)는, 공통 소스라인(CSL)과 연결될 수 있다. 여기서, 각 낸드 스트링(NS)의 스트링 선택 트랜지스터(SST) 및 접지 선택 트랜지스터(GST) 사이에 메모리 셀들(MC)이 제공, 즉 메모리 장치(150)의 복수의 메모리 블록들(152,154,156)에서 각 메모리 블록(330)에는 복수의 메모리 셀들이 구현될 수 있다.

도 5a 및 5b는 종래기술에 따른 호스트(502) 및 멀티 트랜잭션 메모리 시스템(570)의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

트랜잭션(transaction)은 데이터베이스 시스템에서 한꺼번에 수행되어야 할 처리 단위를 의미한다. 하나의 트랜잭션에 포함된 복수의 요청들의 처리는 모두 성공적으로 완료(commit)되어야 한다. 상기 복수의 요청들에 대한 처리들 중 하나라도 실패한 경우, 당해 트랜잭션에 포함된 복수의 요청들은 모두 취소(abort)되어야 한다. 이를 트랜잭션의 원자성(atomicity)이라 한다.

멀티 트랜잭션 시스템은 상기의 트랜잭션이 동시에 복수 개 수행될 수 있는 시스템이다. 상기 복수의 트랜잭션들은 각각이 독립적으로 수행되어야 한다.

멀티 트랜잭션 메모리 시스템이 등장하기 이전의 종래기술에 따르면, 호스트의 파일 시스템에 저널링(journaling) 기법을 적용하여 멀티 트랜잭션 시스템을 구현할 수 있다. 구체적으로, 호스트는 복수의 트랜잭션 각각에 대해 트랜잭션 요청에 대응하는 변경 사항을 저널에 로깅한 후, 트랜잭션이 완료(commit)되면 상기 로깅된 사항을 메모리 시스템에 반영한다. 만약 전원 문제가 발생하여 상기 트랜잭션 시스템이 중단되는 경우, 호스트는 재부팅 후 상기 로깅된 변경 사항을 추적하여 완료되지 않은 변경 사항을 취소(Abort)함으로써 상기 트랜잭션의 원자성을 유지할 수 있다.

그러나 상기의 저널링 기법을 이용하는 경우 호스트의 처리 부담이 증가하는 문제점이 있다. 따라서 도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이 메모리 시스템에서 트랜잭션을 지원하는 멀티 트랜잭션 메모리 시스템(570)이 등장하였다.

도 5a를 참조하면, 호스트(502)는 어플리케이션 계층(510), 메모리(530) 및 운영 체제(550)를 포함할 수 있다.

어플리케이션 계층(510)은 사용자에 의해 응용 프로그램이 실행되는 계층을 의미할 수 있다. 운영 체제(550)는 컴퓨터 자원을 관리하기 위한 시스템으로서, 상기 어플리케이션 계층(510)에서 생성되는 파일을 관리하기 위한 파일 시스템을 포함할 수 있다. 메모리(530)는 상기 파일 시스템이 상기 파일을 관리하기 위해 사용하는 메타데이터인 파일 시스템 데이터를 저장할 수 있다. 도 5는 상기 파일 시스템 데이터로서, 논리 블록 어드레스의 할당 여부를 나타내는 자료구조인 블록 비트맵(BB)을 예시하고 있다.

도 5a는 제1 트랜잭션(Tx1) 및 제2 트랜잭션(Tx2)이 동시에 수행되고 있는 상황을 예시하고 있다. 운영 체제(550)는 어플리케이션 계층(510)에서 수행되는 트랜잭션을 관리할 수 있다. 구체적으로, 운영 체제(550)는 어플리케이션 계층(510)에서 생성되는 요청을 트랜잭션 요청으로서 메모리 시스템(570)으로 제공할 수 있다.

상기의 트랜잭션 요청은 트랜잭션 시작 요청, 트랜잭션 로그 요청, 트랜잭션 커밋 요청, 트랜잭션 어보트 요청을 포함할 수 있다.

구체적으로, 어플리케이션 계층(510)이 새로운 트랜잭션을 수행하고자 하는 경우 운영 체제(550)로 트랜잭션 시작 요청을 제공하고, 운영 체제(550)는 상기 트랜잭션 시작 요청을 메모리 시스템(570)으로 제공할 수 있다. 메모리 시스템(570)은 상기 트랜잭션 시작 요청에 응하여 상기 새로운 트랜잭션에 트랜잭션 아이디를 할당할 수 있다. 도 5a는 두 개의 트랜잭션 시작 요청에 대하여 각각 트랜잭션 아이디 Tx1 및 Tx2가 할당되었음을 예시하고 있다.

어플리케이션 계층(510)은 복수의 트랜잭션들 각각에 대한 트랜잭션 로그 요청을 생성할 수 있다. 운영 체제(550)는 상기 트랜잭션 로그 요청을 메모리 시스템(570)으로 제공할 수 있다. 메모리 시스템(570)은 상기 트랜잭션 로그 요청에 대응하는 유저 데이터를, 대응하는 트랜잭션 아이디와 함께 메모리 블록에 라이트할 수 있다.

도 5a를 참조하면, 애플리케이션 계층(510)에서 제1 트랜잭션(Tx1)에 대한 트랜잭션 로그 요청으로서 제1 라이트 요청(write1)이 생성되고, 운영 체제(550)가 제1 라이트 요청(write1)을 메모리 시스템(570)으로 제공할 수 있다. 도 5는 메모리 시스템(570)이 메모리 블록의 Page 1에 상기 제1 라이트 요청에 대응하는 유저 데이터(Write1) 및 트랜잭션 아이디(Tx1)를 라이트한 상태를 예시하고 있다.

한편, 상기 유저 데이터가 메모리 블록에 라이트되는 경우 파일 시스템 데이터가 변경될 수 있다. 운영 체제(550)는 상기 변경된 파일 시스템 데이터를 메모리 블록에 라이트하도록 하는 파일 시스템 데이터 라이트 요청을 트랜잭션 로그 요청으로서 메모리 시스템(570)으로 제공할 수 있다. 메모리 시스템(570)은 상기 파일 시스템 데이터 라이트 요청에 응하여 상기 파일 시스템 데이터를 메모리 블록에 라이트할 수 있다.

도 5a를 참조하면, 제1 라이트 요청(write1)에 대응하는 데이터를 라이트하기 위해 운영 체제(550)는 새로운 논리 블록 어드레스를 할당할 수 있고, 상기 논리 블록 어드레스 할당에 응하여 블록 비트맵(BB)이 일부 변경될 수 있다. 도 5는 블록 비트맵(BB)에서 제1 라이트 요청(write1)에 대응하여 상기 새로운 논리 블록 어드레스가 할당되었음을 나타내는 비트(532)를 예시하고 있다.

메모리 시스템(570)은 페이지 단위로 라이트 동작을 수행하므로, 운영 체제(550)는 상기 파일 시스템 데이터 라이트 요청으로서 한 페이지 크기의 블록 비트맵(BB) 전부에 대한 라이트 요청(writeBB1)을 메모리 시스템(570)으로 제공할 수 있다. 도 5a는 메모리 시스템(570)이 상기 요청(writeBB1)에 응하여 블록 비트맵(BB) 전부 및 트랜잭션 아이디(Tx1)를 Page 2에 라이트하였음을 예시하고 있다. 특히, Page 2에 도시된 음영 부분은 상기 새로운 논리 블록 어드레스가 할당되었음을 나타내는 비트(532)에 대응된다.

마찬가지로, 도 5a를 참조하면, 제2 트랜잭션(Tx2)에 대한 트랜잭션 로그 요청으로서 제2 및 제3 라이트 요청(write2 및 write3)이 생성되어 운영 체제(550)는 메모리 시스템(570)에 제2 및 제3 라이트 요청(write2 및 write3)을 제공할 수 있다. 메모리 시스템(570)이 메모리 블록의 Page 3에 상기 제2 라이트 요청에 대응하는 데이터(Write2) 및 트랜잭션 아이디(Tx2)를 라이트하고, Page 4에 상기 제3 라이트 요청에 대응하는 데이터(Write3) 및 트랜잭션 아이디(Tx2)를 라이트할 수 있다.

운영 체제(550)는 제2 및 제3 라이트 요청(write2 및 write3)에 대응하여 새로운 논리 블록 어드레스를 할당할 수 있다. 도 5는 블록 비트맵(BB)에서 상기 새로운 논리 블록 어드레스가 할당되었음을 나타내는 비트(534)를 예시하고 있다.

운영 체제(550)가 상기 파일 시스템 데이터 라이트 요청으로서 블록 비트맵(BB) 전부에 대한 라이트 요청(writeBB2)을 메모리 시스템(570)으로 제공하면, 메모리 시스템(570)은 상기 요청에 응하여 블록 비트맵(BB) 전부 및 트랜잭션 아이디(Tx2)를 Page 5에 라이트할 수 있다. 특히, Page 5에 도시된 음영 부분은 상기 새로운 논리 블록 어드레스가 할당되었음을 나타내는 비트들(532 및 534)에 대응된다.

애플리케이션 영역(510)은 제2 트랜잭션(Tx2)에 대한 트랜잭션 로그 요청에 의해 메모리 블록에 라이트된 데이터들(Page 3 내지 Page 5)을 메모리 시스템(570)에 반영하기 위해 제2 트랜잭션(Tx2)에 대한 트랜잭션 커밋(Tx_commit) 요청을 생성할 수 있다. 운영 체제(550)는 상기 트랜잭션 커밋 요청을 메모리 시스템(570)으로 제공할 수 있다. 메모리 시스템(570)은 상기 트랜잭션 커밋 요청에 응하여 상기 데이터들(Page 3 내지 Page 5)이 저장된 페이지의 매핑 정보를 메모리 블록의 Page 6에 라이트함으로써 상기 데이터들을 메모리 시스템(570)에 반영할 수 있다. 이후, 호스트(502)는 Page 6에 저장된 상기 매핑 정보를 참조하여 상기 데이터들(Page 3 내지 Page 5)에 액세스할 수 있다.

도 6은 종래기술에 따른 멀티 트랜잭션 메모리 시스템(550)의 트랜잭션 동작을 나타낸 흐름도이다.

운영 체제(550)가 어플리케이션 계층(510)에서 생성된 트랜잭션 시작 요청을 메모리 시스템(570)으로 제공하면, 단계 S602에서 메모리 시스템(570)은 상기 트랜잭션 시작 요청에 응하여 트랜잭션 아이디를 할당할 수 있다.

이후 운영 체제(550)는 어플리케이션 계층(510)에서 생성된 트랜잭션 로그 요청을 메모리 시스템(570)으로 제공하면, 단계 S604에서, 메모리 시스템(570)은 메모리 블록에 상기 트랜잭션 로그 요청에 대응하는 데이터를 라이트할 수 있다.

상기 트랜잭션 로그 요청에 따라 파일 시스템 데이터가 변경될 수 있고, 운영 체제(550)가 상기 변경된 파일 시스템 데이터 라이트 요청을 메모리 시스템(570)으로 제공하면, 메모리 시스템(570)은 상기 메모리 블록에 상기 파일 시스템 데이터 라이트 요청에 대응하는 데이터를 라이트할 수 있다.

운영 체제(550)가 어플리케이션 계층(510)의 특정 트랜잭션에 대한 트랜잭션 커밋 요청을 메모리 시스템(570)으로 제공하면, 단계 S606에서 메모리 시스템(570)은 상기 트랜잭션 커밋 요청에 응하여, 상기 특정 트랜잭션에 해당하는 데이터들의 매핑 정보를 메모리 블록에 기록함으로써 상기 데이터들을 메모리 시스템(570)에 영속적으로 반영할 수 있다.

상기 트랜잭션 커밋이 완료되면, 단계 S608에서 메모리 시스템(570)은 상기 특정 트랜잭션에 대응하는 트랜잭션 아이디를 반환하고 트랜잭션을 종료할 수 있다. 상기 반환된 트랜잭션 아이디는 다른 트랜잭션이 시작될 때 할당될 수 있다.

어플리케이션 계층(510)은 특정 트랜잭션에 대한 트랜잭션 로그 요청 전부를 메모리 시스템(570)에 반영하지 않고 취소하기 위해 트랜잭션 어보트 요청을 제공할 수도 있다. 운영 체제(550)가 상기 트랜잭션 어보트 요청을 메모리 시스템(570)으로 제공하면, 메모리 시스템(570)은 트랜잭션 로그 요청에 대응하여 라이트된 데이터 전부를 무효(invalid) 처리함으로써 상기 특정 트랜잭션을 어보트 처리할 수 있다. 호스트(502)는 상기 데이터에 접근할 수 없고 상기 데이터는 가비지 컬렉션에 의해 삭제될 것이다.

상기 트랜잭션이 커밋되기 전에 메모리 시스템(570)이 중단되는 경우, 메모리 시스템(570)은 트랜잭션의 원자성을 유지하기 위해 재부팅 후 메모리 블록을 스캔하여 커밋되지 않은 데이터를 어보트 처리할 수 있다.

한편, 다시 도 5a를 참조하면, 블록 비트맵(BB)은 여러 논리 블록 어드레스의 할당 여부 정보를 포함하고 있을 수 있다. 이에 따라 제2 트랜잭션(Tx2)에 대한 트랜잭션 요청에 응하여 Page 5에 라이트된 블록 비트맵(BB) 전부는 제1 트랜잭션(Tx1)에 의한 논리 블록 어드레스 할당 정보(532) 및 제2 트랜잭션(Tx2)에 의한 논리 블록 어드레스 할당 정보(534)를 모두 포함하고 있을 수 있다.

따라서 제2 트랜잭션(Tx2)에 대한 트랜잭션 커밋 요청에 응하여 상기 Page 5에 라이트된 블록 비트맵(BB)이 메모리 시스템(570)에 반영되는 경우, 제1 트랜잭션(Tx1)에 의한 논리 블록 어드레스 할당 정보(532)도 메모리 시스템(570)에 반영될 수 있다.

이러한 종래기술에 따르면, 제1 트랜잭션(Tx1)에 대한 커밋 요청이 있기 전에 제2 트랜잭션(Tx2)에 대한 커밋 요청에 의해 제1 트랜잭션(Tx1)에 의한 파일 시스템 데이터가 메모리 시스템(570)에 반영되므로, 메모리 시스템(570)은 파일 시스템 데이터에 대해서는 상기의 트랜잭션의 원자성에 위배될 수 있다.

도 5b를 참조하면, 메모리 시스템(570)은 파일 시스템 데이터인 아이노드 테이블에 대해서도 마찬가지로 상기 트랜잭션의 원자성에 위배될 수 있다.

도 5b는 도 5a를 참조하여 설명된 것과 마찬가지의 멀티 트랜잭션 메모리 시스템(570)을 도시하고 있다. 도 5a는 메모리 시스템(570)이 블록 비트맵(BB)에 대해서 트랜잭션의 원자성에 위배될 수 있음을 설명하기 위한 도면이고, 도 5b는 메모리 시스템(570)이 아이노드 테이블에 대해서 트랜잭션의 원자성에 위배될 수 있음을 설명하기 위한 도면이다.

아이노드는 파일 시스템의 각 파일에 대한 정보를 저장하고 있는 자료구조이다. 상기 아이노드는 메모리 블록에 저장되어 있을 수 있다. 각 파일의 아이노드의 크기는 메모리 블록의 한 페이지의 크기보다 작을 수 있으며, 메모리 블록의 한 페이지에 복수 개의 파일의 아이노드들이 저장되어 있을 수 있다. 상기 복수의 아이노드들이 저장된 페이지를 본 명세서에서는 아이노드 페이지로 정의한다.

모든 파일에 대한 아이노드를 저장하고 있는 테이블을 아이노드 테이블이라 하며, 상기 아이노드 테이블은 복수의 아이노드 페이지로 구성될 수 있다. 상기 복수 개의 아이노드 페이지들은 메모리 블록의 여러 페이지에 분산되어 있을 수 있다. 호스트(502)의 메모리(530)는 상기 복수 개의 아이노드 페이지들 각각에 액세스하기 위한 아이노드 매핑 정보를 저장하고 있을 수 있다.

운영 체제(550)에서 어떠한 파일의 아이노드를 필요로 하는 경우 상기 아이노드 매핑 정보를 참조하여 상기 파일의 아이노드를 메모리 시스템(570)에서 메모리(530)로 로드할 수 있다. 도 5b는 제1 트랜잭션(Tx1)을 수행하기 위해 운영 체제(550)가 파일 B에 대한 아이노드(536)를 포함하는 아이노드 페이지(IP)를 메모리 시스템(570)에서 메모리(530)로 로드하였음을 예시하고 있다.

애플리케이션 계층(510)에서 생성되는 트랜잭션 로그 요청인 제1 라이트 요청(write1)에 의해 파일 B의 정보가 변경되면 파일 B에 대한 아이노드(536)가 변경될 수 있다. 이 경우 운영 체제(550)는 상기 아이노드 페이지(IP)에서 상기 파일 B의 아이노드(536)를 변경할 수 있다.

운영 체제(550)는 트랜잭션 로그 요청으로서, 상기 아이노드 페이지(IP) 전부를 라이트하라는 파일 시스템 데이터 라이트 요청(writeInode1)을 메모리 시스템(570)으로 제공할 수 있다. 메모리 시스템(570)은 이에 응하여 Page 2에 아이노드 페이지(IP) 및 트랜잭션 아이디(Tx1)를 라이트할 수 있다. 도 5b의 Page 2에 도시된 음영은 파일 B에 대한 아이노드(536)의 변경 사항이 라이트되었음을 나타낸다. Page 2가 기록될 당시는 제1 트랜잭션(Tx1)에 대한 트랜잭션 커밋 요청이 없으므로 상기 파일 B에 대한 아이노드(536)의 변경 사항은 메모리 시스템(570)에 반영되지 않은 상태이다.

도 5b의 제2 트랜잭션(Tx2)을 수행하기 위해 운영 체제(550)에서 파일 D에 대한 아이노드(538)를 필요로 할 수 있고, 상기 파일 D에 대한 아이노드(538)는 파일 B에 대한 아이노드(536)과 같은 아이노드 페이지(IP)에 존재할 수 있다.

운영 체제(550)는 메모리 시스템(570)에서 상기 아이노드 페이지(IP)를 메모리(530)로 다시 로드할 수 있다. 한편, 파일 B에 대한 아이노드(536)의 변경 사항이 반영된 아이노드 페이지(IP)가 라이트된 Page 2는 아직 메모리 시스템(570)에 반영되지 않았으므로, 메모리(530)로 로드된 아이노드 페이지(IP)는 파일 B에 대한 아이노드(536)의 변경 사항이 반영되지 않은 아이노드 페이지일 것이다.

애플리케이션 계층(510)에서 생성되는 제2 및 제3 라이트 요청(write2 및 write3)에 의해 파일 D의 정보가 변경되면, 파일 D에 대한 아이노드(538)가 변경될 수 있다. 운영 체제(550)는 상기 로드된 아이노드 페이지(IP)에서 상기 파일 D의 아이노드(538)를 변경할 수 있다.

운영체제(550)는 트랜잭션 로그 요청으로서, 상기 아이노드 페이지(IP) 전부를 라이트하라는 파일 시스템 데이터 라이트 요청(writeInode2)을 메모리 시스템(570)으로 제공하면, 메모리 시스템(570)은 이에 응하여 Page 5에 아이노드 페이지(IP) 및 트랜잭션 아이디(Tx2)를 라이트할 수 있다. 도 5b의 Page 5에 도시된 음영은 파일 D에 대한 아이노드(538)의 변경 사항이 라이트되었음을 나타낸다.

이후 제2 트랜잭션(Tx2)에 대한 트랜잭션 커밋 요청에 응하여 Page 3 내지 Page 5가 메모리 시스템(570)에 반영될 수 있다. Page 6은 상기 Page 3 내지 Page 5의 매핑 정보가 기록된 페이지를 나타낸다. 운영 체제(550)는 아이노드를 필요로 하는 경우 기존의 아이노드 페이지가 아니라 최신의 아이노드 페이지인 Page 5로 액세스할 수 있다.

이후 제1 트랜잭션(Tx1)에 대한 트랜잭션 커밋 요청에 응하여 Page 1 및 Page 2가 메모리 시스템(570)에 반영될 수 있다. Page 7은 상기 Page 1 및 Page 2의 매핑 정보가 기록된 페이지를 나타낸다. 운영 체제(550)는 아이노드를 필요로 하는 경우 상기의 Page5가 아니라 최신의 아이노드 페이지인 Page 2로 액세스할 수 있다.

Page 2에는 파일 B에 대한 아이노드(536)의 변경 사항은 반영되었으나 파일 D에 대한 아이노드(538)의 변경 사항은 반영되지 않았다. 따라서 제1 트랜잭션(Tx1) 및 제2 트랜잭션(Tx2)이 모두 커밋되었음에도 불구하고 제2 트랜잭션(Tx2)에 의한 아이노드 변경 사항이 메모리 시스템(570)에 반영되지 않으므로 메모리 시스템(570)은 아이노드 테이블에 대해서도 마찬가지로 상기 트랜잭션의 원자성에 위배될 수 있다.

후술할 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 트랜잭션 메모리 시스템(110)은 호스트(102)에서 파일 시스템 데이터가 한 페이지에 여러 트랜잭션에 의한 변경 사항을 포함할 수 있는 경우에도 상기 원자성을 유지하고자 한다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 파일 시스템 데이터가 일부 변경되는 경우 상기 변경 사항을 포함하는 파일 시스템 데이터의 페이지 전체가 아닌, 상기 변경 사항만을 메모리 블록에 로깅할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 변경 사항을 블록 비트맵 및 아이노드 테이블에 반영하는 동작을 메모리 시스템(110)이 수행할 수 있다. 따라서 파일 시스템 데이터로서 운영 체제에서 관리되던 블록 비트맵 및 아이노드 테이블이 메모리 시스템(110)에서 관리될 수 있다. 따라서 호스트(102)의 부담이 경감될 수 있음이 후술될 것이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 호스트(102) 및 멀티 트랜잭션 메모리 시스템(110)의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

호스트(102)는 어플리케이션 계층(712), 메모리(714) 및 운영 체제(716)를 포함할 수 있다.

도 7은 어플리케이션 계층(712)에서 세 개의 트랜잭션(Tx1 내지 Tx3)이 동시에 수행되고 있는 상황을 예로서 도시하고 있다.

어플리케이션 계층(712)에서 제1 트랜잭션(Tx1)에 대한 트랜잭션 로그 요청으로서 라이트 요청이 발생하면, 운영 체제(716)는 상기 라이트 요청을 메모리 시스템(110)으로 제공할 수 있다. 도 7은 메모리 시스템(110)이 상기 라이트 요청에 대응하는 데이터를 메모리 블록(750)의 Page 1에 라이트하였음을 예로서 도시하고 있다.

한편, 상기 라이트 요청이 수행되면서 LBA가 새로 할당되어 블록 비트맵(BB)의 일부 비트가 변경될 수도 있고, 파일의 정보가 변경되어 아이노드가 변경될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 운영 체제(716)는 트랜잭션 로그 요청으로서 블록 비트맵(BB) 전부 및 아이노드 페이지 전체가 아닌, 변경되는 LBA 정보 및 아이노드만을 메모리 블록에 로깅하도록 하는 파일 시스템 데이터 변경 요청을 메모리 시스템(110)으로 제공할 수 있다. 도 7은 상기 변경되는 LBA 정보 및 아이노드만이 라이트된 Page 2 및 Page 3을 예시하고 있다. Page 2 및 Page 3에 대하여는 도 8을 참조하여 자세히 설명될 것이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 블록(750)을 개략적으로 도시한 도면이다.

하나의 메모리 블록(750)은 복수 개의 페이지를 포함할 수 있으며, 상기 복수 개의 페이지 각각은 데이터 영역(752) 및 메타 영역(754)을 포함할 수 있다.

상기 데이터 영역(752)에는 유저 데이터(Data), 파일 시스템 데이터, 트랜잭션 커밋 로그가 저장될 수 있다. 파일 시스템 데이터는 아이노드 변경 정보(Inode, 804) 및 블록 비트맵 변경 정보(LBAValidInfo, 806)를 포함할 수 있다.

아이노드 변경 정보(804)는 상기 변경되는 아이노드(File System Inode) 및 상기 변경되는 아이노드를 포함하는 아이노드 페이지에서의 상기 아이노드의 오프셋(Offeset) 및 사이즈(Size) 정보를 포함할 수 있다. 상기 변경되는 아이노드, 오프셋 및 사이즈 정보의 크기가 데이터 영역(752)의 크기보다 작은 경우, 아이노드 변경 정보(804)의 나머지 부분에는 더미 데이터가 기록될 수 있다.

블록 비트맵 변경 정보(806)는 변경되는 LBA 정보로서 LBA 할당 여부 정보(A/D) 및 LBA 시작 주소(StartLBA) 및 길이 정보(Length)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 LBA 할당 여부(A/D)로서 'A'는 상기 LBA 시작 주소 및 길이 정보에 해당하는 LBA를 할당(Allocation)함을 의미할 수 있다. 상기 LBA 할당 여부(A/D)로서 'D'는 상기 해당하는 LBA를 할당 해제(Deallocation)함을 의미할 수 있다. 상기 LBA 할당 여부 정보(A/D), LBA 시작 주소(StartLBA) 및 길이 정보(Length)의 크기가 데이터 영역(752)의 크기보다 작은 경우, LBA 유효 정보(806)의 나머지 부분에는 더미 데이터가 기록될 수 있다.

메타 영역(754)에는 상기 유저 데이터 및 파일 시스템 메타 데이터 각각에 대한 메모리 시스템 메타 데이터(802)가 기록될 수 있다. 상기 메모리 시스템 메타 데이터(802)는 트랜잭션 아이디(TxId) 및 데이터 타입(DataType) 정보를 포함할 수 있다. 상기 데이터 타입 정보는 데이터 영역(752)에 기록된 데이터가 유저 데이터, 파일 시스템 메타 데이터, 커밋 로그 중 어떤 데이터인지 식별될 수 있도록 하는 정보이다.

커밋 로그는 호스트(102)로부터의 커밋 요청에 의해 트랜잭션 요청이 커밋되는 동안 기록되는 로그이며, 도 7을 참조하면 상기 커밋 로그는 커밋 시작 로그(Commit Start) 및 커밋 종료 로그(Commit End)를 포함할 수 있다. 상기 커밋 로그에 대해서는 후술하는 커밋 동작에서 자세히 설명될 것이다.

도 7은 제1 트랜잭션(Tx1)의 아이노드 변경 사항이 라이트된 페이지(Page 2) 및 제1 트랜잭션(Tx1)의 블록 비트맵 변경 사항이 라이트된 페이지(Page 3)를 예시하고 있다.

제2 트랜잭션(Tx2)에 대한 트랜잭션 로그 요청으로서 라이트 요청이 발생하여 상기 라이트 요청에 대응하는 유저 데이터(Data) 및 트랜잭션 아이디 Tx2가 메모리 블록(750)의 Page 4에 라이트될 수 있다.

제3 트랜잭션(Tx3)에 대한 트랜잭션 로그 요청으로서 라이트 요청이 발생하여 상기 라이트 요청에 대응하는 유저 데이터(Data) 및 트랜잭션 아이디 Tx3이 메모리 블록(750)의 Page 5에 라이트될 수 있다.

제3 트랜잭션(Tx3)에 포함된 라이트 요청이 수행되면서 아이노드가 변경될 수 있다. 도 7은 제3 트랜잭션(Tx3)에 의해 변경되는 아이노드 및 트랜잭션 아이디 Tx3이 라이트된 페이지(Page 6)를 예시하고 있다.

이후 운영 체제(716)로부터 제공된 제1 트랜잭션(Tx1)에 대한 트랜잭션 커밋 요청에 응하여, 메모리 시스템(570)은 메타 영역(754)에 트랜잭션 아이디 Tx1이 라이트된 페이지들(Page 1 내지 Page 3)을 메모리 시스템(150)에 반영할 것이다. 이때, 블록 비트맵 및 아이노드 테이블에 대해서는 Page 2 및 Page 3에 라이트된, 제1 트랜잭션(Tx1)에 의해 변경되는 LBA 정보 및 아이노드만이 메모리 시스템(150)에 반영될 것이다.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 트랜잭션 메모리 시스템(110)은 파일 시스템 메타 데이터에 대해서도 상기 원자성을 유지할 수 있으므로 메모리 시스템(110)의 신뢰성이 향상될 수 있다.

도 7은 트랜잭션 로그 테이블(732) 및 FTL 메타데이터(734)를 포함하는 컨트롤러(130) 및 메모리 블록(750)을 포함하는 메모리 장치(150)를 예시하고 있다. 컨트롤러(130) 및 메모리 장치(150)는 도 1의 컨트롤러(130) 및 메모리 장치(150)와 대응된다. 트랜잭션 로그 테이블(732) 및 FTL 메타데이터(734)는 컨트롤러(130)의 메모리(144)에 저장될 수 있다. 메모리 블록(750)은 도 1의 메모리 블록들(152 내지 156) 중 어느 것과도 대응될 수 있다.

트랜잭션 로그 테이블(732)은 트랜잭션 시작 요청에 따라 메모리 시스템(110)에 할당된 트랜잭션 아이디를 저장하고, 상기 트랜잭션 아이디에 해당하는 트랜잭션 로그 요청을 큐잉하기 위한 리퀘스트 큐(request queue)일 수 있다.

도 7은 세 개의 트랜잭션이 동시에 수행되고 있어 트랜잭션 로그 테이블(732)에서 트랜잭션 아이디로서 Tx1, Tx2, Tx3이 할당되고, 상기의 트랜잭션 아이디 각각에 해당하는 트랜잭션 로그 요청이 링크드 리스트(linked list)형태로 큐잉되어 있음을 예시하고 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, FTL 메타데이터(734)는 논리 블록 어드레스 및 물리 블록 어드레스의 관계를 나타내는 맵 데이터 및 유효 블록 비트맵을 포함할 수 있다.

상기 유효 블록 비트맵은 호스트(102)의 메모리(714)에 저장된 블록 비트맵(BB)에 대응되는 비트맵이다. 종래기술에 따르면 블록 비트맵(BB)은 파일 시스템 데이터로서 상기 파일 시스템에서 관리되었다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따르면 메모리 시스템(110)이 유효 블록 비트맵을 상기 맵 데이터와 함께 관리함으로써 호스트(102)의 처리 부담을 경감시킬 수 있다.

한편, 도 7은 상기 유효 블록 비트맵이 FTL 메타데이터(734)에 포함되는 것으로 도시하고 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 상기 유효 블록 비트맵은 메모리 시스템(110)에 포함된 별도의 메모리에 저장되어 있을 수도 있다.

메모리 시스템(110)이 운영 체제(716)의 후술하는 유효 블록 비트맵 요청에 따라 상기 유효 블록 비트맵을 상기 파일 시스템으로 제공하면, 운영 체제(716)는 상기 유효 블록 비트맵을 이용하여 블록 비트맵(BB)을 구축하여 파일 시스템을 관리할 수 있다.

컨트롤러(130)는 트랜잭션 로그 테이블(732)에 큐잉된 트랜잭션 로그 요청에 대응되는 트랜잭션 로그 데이터를 메모리 블록(750)에 라이트하도록 메모리 장치(150)를 제어할 수 있다. 상기 트랜잭션 로그 데이터가 기록된 로그 페이지가 트랜잭션 커밋 요청에 의해 메모리 시스템(110)에 반영되는 경우 상기 로그 페이지들 중 유저 데이터 페이지 및 아이노드 페이지는 호스트(102)에서 액세스할 수 있는 데이터 페이지 상태가 된다. 이에 대해서는 뒤에서 구체적으로 설명될 것이다.

도 9a 내지 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 구체적인 커밋 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 트랜잭션 메모리 시스템(110)의 커밋 동작을 나타낸 흐름도이다.

도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 아이노드 변경 사항 반영 방법을 도시한 도면이다.

도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 블록 비트맵 변경 사항 반영 방법을 도시한 도면이다.

단계 S902에서, 컨트롤러(130)는 트랜잭션 커밋 요청을 수신한다. 도 9b 및 9c는 제1 트랜잭션(Tx1)에 대한 커밋 요청이 수신되었음을 예시하고 있다.

단계 S904에서, 컨트롤러(130)는 메모리 블록(750)에 커밋 시작 로그를 기록하도록 메모리 장치(150)를 제어한다. 도 9b 및 9c는 메모리 블록(750)의 Page 7에 커밋 시작 로그(Commit Start)가 기록된 상태를 예시하고 있다. 상기 커밋 시작 로그가 기록된 페이지의 메타 영역에는 커밋하고자 하는 트랜잭션의 아이디가 기록될 수 있다.

단계 S906에서, 컨트롤러(130)는 메모리 블록(750)에서 메타 영역에 상기 트랜잭션 아이디와 동일한 트랜잭션 아이디가 기록된 페이지들을 스캔할 수 있다. 도 9b 및 9c를 참조하면, 컨트롤러(130)는 제1 트랜잭션(Tx1)에 의해 기록된 로그 페이지인 Page 1 내지 Page 3을 스캔할 수 있다.

단계 S908에서, 컨트롤러(130)는 상기 스캔된 페이지들 중 아이노드 변경 정보(804)가 기록된 페이지가 존재하는지 확인할 수 있다. 도 9b의 예시에서는 제1 트랜잭션(Tx1)에 대한 트랜잭션 로그 요청에 의해 Page 2에 아이노드 변경 정보(Inode)가 기록되어 있다.

상기 확인 결과 아이노드 변경 정보(804)가 존재하는 경우(단계 S908에서, "Y"), 단계 S910에서 컨트롤러(130)는 상기 아이노드 변경 정보를 리드하도록 메모리 장치(150)를 제어한다.

단계 S912에서 컨트롤러(130)는 기존 아이노드 페이지를 리드하도록 메모리 장치(150)를 제어한다. 상술한 종래기술에 따르면 아이노드 테이블은 복수의 아이노드 페이지로 구성될 수 있다. 상기 기존 아이노드 페이지는 상기 아이노드 변경 정보에 대응하는 아이노드가 존재하는 아이노드 페이지 중 최근에 커밋된 아이노드 페이지를 의미할 수 있다.

단계 S914에서, 컨트롤러(130)는 상기 기존 아이노드 페이지에 아이노드 변경 정보(804)를 병합하여 새로운 아이노드 페이지(902)를 생성할 수 있다. 도 9b를 참조하면, 컨트롤러(130)는 아이노드 변경 정보(804)에 포함된 오프셋(Offset) 및 사이즈(Size)정보를 참조하여 변경되는 아이노드(File System Inode)를 상기 기존 아이노드 페이지에 병합함으로써 새로운 아이노드 페이지(902)를 생성할 수 있다.

단계 S916에서, 컨트롤러(130)는 새로운 아이노드 페이지(902)를 메모리 블록(750)에 라이트하도록 메모리 장치(150)를 제어할 수 있다. 도 9b는 메모리 블록(750)의 Page 8에 새로운 아이노드 페이지(Data(inode))가 저장된 상태를 예시하고 있다.

단계 S908의 확인 결과 아이노드 변경 정보(804)가 존재하지 않는 경우(단계 S908에서, "Y"), 컨트롤러(130)는 단계 S918을 수행할 수 있다.

단계 S918에서, 컨트롤러(130)는 메모리 블록(750)에서 메타 영역에 상기 트랜잭션 아이디와 동일한 트랜잭션 아이디가 기록된 페이지들 중 블록 비트맵 변경 정보(806)가 기록된 페이지가 존재하는지 확인할 수 있다.

단계 S918의 확인 결과 블록 비트맵 변경 정보(806)가 존재하는 경우(단계 S918에서, "Y"), 단계 S920에서 컨트롤러(130)는 블록 비트맵 변경 정보(806)를 리드할 수 있다. 도 9b의 예시에서 메모리 블록(750)의 Page 3에 블록 비트맵 변경 정보(LBAValidInfo)가 저장되어 있다.

단계 S922에서, 컨트롤러(130)는 상기 블록 비트맵 변경 정보(806)를 FTL 메타데이터(734)의 유효 블록 비트맵에 반영할 수 있다.

구체적으로, 컨트롤러(130)는 블록 비트맵 변경 정보(806)에 포함된 상기 LBA 할당 여부 정보, LBA 시작 주소(StartLBA) 및 사이즈(Length)를 참조하여 상기 유효 블록 비트맵을 변경할 수 있다. 도 9c의 예시에서 LBA 할당 여부 정보가 'A'이므로, 컨트롤러(130)는 상기 유효 블록 비트맵에서 상기 LBA 시작 주소(StartLBA) 및 사이즈(Length)에 해당하는 LBA에 대해서 예컨대 비트를 '0'에서 '1'로 바꿈으로써 LBA를 새로 할당하였음을 표시할 수 있다.

단계 S918의 확인 결과 블록 비트맵 변경 정보(806)가 존재하지 않는 경우(단계 S918에서, "N"), 컨트롤러(130)는 단계 S924를 수행할 수 있다.

단계 S924에서, 컨트롤러(130)는 상기 스캔된 로그 페이지들 중 유저 데이터 페이지(Data) 및 새로운 아이노드 페이지(902)가 저장된 아이노드 페이지(Data(inode))의 매핑 정보를 메모리 블록(750)에 저장할 수 있다. 상기 커밋 요청이 완료되면 호스트(102)는 상기 매핑 정보를 참조하여 상기 유저 데이터 페이지(Data) 및 아이노드 페이지(Data(inode))에 액세스할 수 있다. 즉 상기 로그 페이지들은 호스트(102)가 액세스할 수 있는 데이터 페이지가 된다.

단계 S926에서, 컨트롤러(130)는 상기 트랜잭션 아이디를 포함하는 커밋 종료 로그를 기록하고 동작을 종료한다. 도 9b 및 9c은 Page 10에 커밋 종료 로그(Commit End)가 기록되어 있음을 예시하고 있다. Page 10의 메타 영역에는 트랜잭션 아이디 Tx1이 기록될 수 있다.

도 7을 참조하면, 컨트롤러(130)는 제1 트랜잭션(Tx1)에 대한 커밋 요청에 응하여 제1 트랜잭션(Tx1)의 트랜잭션 로그 요청에 의해 유저 데이터가 라이트된 Page 1 및 제1 트랜잭션(Tx1)에 따른 아이노드 변경 정보(804)에 의해 생성된 새로운 아이노드 페이지가 저장된 Page 8의 매핑 정보(Mapdata)를 Page 9에 라이트할 수 있다. 이로써 상기 Page 1 및 Page 8은 데이터 페이지 상태(756)가 된다.

제1 트랜잭션(Tx1)의 트랜잭션 로그 요청에 의해 라이트된 아이노드 변경 정보(Page 2), 블록 비트맵 변경 정보(Page 3), 트랜잭션 커밋 요청에 의해 라이트된 커밋 시작 로그(Page 7) 및 커밋 종료 로그(Page 10)는 트랜잭션 커밋이 완료되면 무효 처리된 후 가비지 컬렉션에 의해 삭제될 수 있다. 매핑 정보(Page 9)는 호스트(102)에서 액세스할 수는 없으나, 맵 데이터로서 메모리 블록(750)에 존재할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, 유효 블록 비트맵을 이용한 파일 시스템의 블록 비트맵(BB) 구축 방법을 도시한 도면이다.

운영 체제(716)가 블록 비트맵(BB)을 필요로 하는 경우, 메모리 시스템(110)으로 유효 블록 비트맵 요청(GetFreeLBAEntries)을 제공한다.

메모리 시스템(110)은 상기 요청에 응하여 운영 체제(716)로 유효 블록 비트맵을 제공할 수 있다.

도면에 도시되지 않았으나, 운영 체제(716)가 아이노드를 필요로 하는 경우에는 메모리 시스템(110)으로 리드 요청을 제공하여 아이노드 페이지(Data(inode))를 메모리(714)로 로드함으로써 상기 필요한 아이노드를 획득할 수 있다.

한편, 호스트(102) 및 멀티 트랜잭션 메모리 시스템(110)을 포함하는 데이터베이스 시스템이 중단될 수 있다. 이 경우도 상기 데이터베이스 시스템의 원자성을 유지하기 위하여 멀티 트랜잭션 메모리 시스템(110)은 복구 동작을 수행할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 트랜잭션 메모리 시스템(110)의 복구 동작을 나타낸 흐름도이다.

메모리 시스템(110)이 부트업 되면, 단계 S1102에서 메모리 블록을 스캔할 수 있다. 메모리 블록들끼리는 라이트된 순서에 따라서 링크드 리스트(linked list) 형태로 연결되어있을 수 있다. 컨트롤러(130)는 우선 오픈 메모리 블록을 스캔하고, 상기 연결에 기초하여 라이트 순서의 역순으로 메모리 블록을 스캔할 수 있다.

단계 S1104에서 컨트롤러(130)가 메모리 블록에서 커밋 종료 로그를 발견한 경우(단계 S1104에서, "Y"), 상기 커밋 종료 로그에 해당하는 트랜잭션은 이미 커밋되었음을 알 수 있다.

그러나 상기 트랜잭션이 커밋되었다 하여도 상기 데이터베이스 시스템이 중단되면 컨트롤러(130)의 메모리(144)에 저장된 FTL 메타데이터(734)에 포함된 유효 블록 비트맵 및 호스트(102)의 메모리(714)에 저장된, 상술한 아이노드 매핑 정보는 초기화될 수 있다. 상기의 메모리들(144 및 714)은 일반적으로 휘발성 메모리이기 때문이다. 따라서 컨트롤러(130)는 커밋된 트랜잭션에 대해서도 후술하는 단계 S1106에서 유효 블록 비트맵 및 아이노드 테이블을 복구할 수 있다.

컨트롤러(130)가 상기 메모리 블록에서 커밋 종료 로그를 발견하지 못했으나(단계 S1104에서, "N"), 해당 트랜잭션에 대한 커밋 시작 로그를 발견한 경우(단계 S1108에서, "Y"), 상기 트랜잭션의 커밋이 완료되지는 않았으나 상기 트랜잭션에 해당하는 요청들은 모두 완료되어 상기 요청에 해당하는 데이터들이 모두 상기 메모리 블록에 라이트되어 있음을 알 수 있다.

따라서, 컨트롤러(130)는 단계 S1110에서 아이노드 변경 정보를 반영하여 새로운 아이노드 테이블(902)을 생성하고, 상술한 유저 데이터 페이지(Data) 및 아이노드 페이지(Data(inode))의 매핑 정보를 메모리 블록에 라이트할 수 있다.

상기 커밋 동작이 완료되면 컨트롤러(130)는 아래의 단계 S1106을 수행하여 파일 시스템의 블록 비트맵(BB) 및 아이노드 테이블을 복구할 수 있다.

단계 S1106에서 컨트롤러(130)는 트랜잭션 커밋 요청에 의해 라이트된 매핑 정보(Mapdata)에 기초하여 유효 블록 비트맵을 복구할 수 있다. 상술한 대로 호스트(102)의 요청에 따라 메모리 시스템(110)은 호스트(102)로 상기 유효 블록 비트맵을 제공하여 파일 시스템의 블록 비트맵(BB)을 복구할 수 있다.

아이노드 테이블의 경우도 마찬가지로, 호스트(102)의 요청에 따라 메모리 시스템(110)은 최신의 아이노드 테이블이 저장된 복수의 아이노드 페이지(data(inode))들 각각의 논리 블록 주소를 호스트(102)로 제공함으로써 파일 시스템의 아이노드 테이블을 복구할 수 있다.

컨트롤러(130)가 커밋 종료 로그도 발견하지 못하고(단계 S1104에서, "N"), 커밋 시작 로그도 발견하지 못한 경우(단계 S1108에서, "N"), 해당 트랜잭션에 대해서는 어보트 처리한다. 구체적으로, 컨트롤러(130)는 메모리 블록에서 해당 트랜잭션에 해당하는 페이지들을 무효(invalid)처리할 수 있다. 상기 무효 처리된 페이지에 기록된 데이터는 호스트(102)에서 액세스할 수 없으며 향후 가비지 컬렉션 등에 의하여 삭제될 것이다.

따라서 상기의 복구 동작으로 커밋된 트랜잭션에 대한 유저 데이터 및 파일 시스템 데이터는 전부 복구할 수 있고, 커밋되지 않은 트랜잭션에 대한 데이터는 전부 어보트 처리함으로써 멀티 트랜잭션 메모리 시스템(110)의 원자성을 유지할 수 있다.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 트랜잭션 메모리 시스템(110)은 호스트(102)에서 파일 시스템 데이터가 일부 변경되는 경우 호스트(102)로부터의 파일 시스템 데이터 변경 요청에 응하여 상기 일부 변경 사항만을 메모리 블록에 로깅할 수 있다. 따라서 어떤 트랜잭션에 대한 트랜잭션 커밋 요청이 있는 경우 상기 트랜잭션에 대한 변경 사항만을 파일 시스템 데이터에 반영할 수 있으므로 상기 파일 시스템 데이터에 대해서도 트랜잭션의 원자성을 유지할 수 있다.

또한, 트랜잭션 요청에 따른 변경 사항을 메모리 블록에 로깅하고, 파일 시스템 데이터인 블록 비트맵(BB) 및 아이노드 테이블을 메모리 시스템(110)이 관리함으로써 호스트(102)의 처리 부담을 경감시킬 수 있다.

그러면 이하에서는, 도 12 내지 도 20을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따라 도 1 내지 도 11에서 설명한 메모리 장치(150) 및 컨트롤러(130)를 포함하는 메모리 시스템(110)이 적용된 데이터 처리 시스템 및 전자 기기들에 대해서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템을 포함하는 데이터 처리 시스템의 다른 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템이 적용된 메모리 카드 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 12를 참조하면, 메모리 카드 시스템(6100)은, 메모리 컨트롤러(6120), 메모리 장치(6130), 및 커넥터(6110)를 포함한다.

보다 구체적으로 설명하면, 메모리 컨트롤러(6120)는, 비휘발성 메모리로 구현된 메모리 장치(6130)와 연결되며, 메모리 장치(6130)를 액세스하도록 구현된다. 예컨대, 메모리 컨트롤러(6120)는, 메모리 장치(6130)의 리드, 라이트, 이레이즈, 및 백그라운드(background) 동작 등을 제어하도록 구현된다. 그리고, 메모리 컨트롤러(6120)는, 메모리 장치(6130) 및 호스트(Host) 사이에 인터페이스를 제공하도록 구현되며, 메모리 장치(6130)를 제어하기 위한 펌웨어(firmware)를 구동하도록 구현된다. 즉, 메모리 컨트롤러(6120)는, 도 1에서 설명한 메모리 시스템(110)에서의 컨트롤러(130)에 대응되며, 이러한 컨트롤러(130)는 복수의 프로세서를 포함할 수 있다. 메모리 장치(6130)는, 도 1에서 설명한 메모리 시스템(110)에서의 메모리 장치(150)에 대응될 수 있다.

그에 따라, 메모리 컨트롤러(6120)는, 램(RAM: Random Access Memory), 프로세싱 유닛(processing unit), 호스트 인터페이스(host interface), 메모리 인터페이스(memory interface), 에러 정정부(error correction unit)와 같은 구성 요소들을 포함할 수 있다. 아울러, 메모리 컨트롤러(6120)는, 커넥터(6110)를 통해 외부 장치 호스트(102)와 통신할 수 있다. 그리고, 메모리 장치(6130)는 비휘발성 메모리 소자들로 구현될 수 있다. 아울러, 메모리 컨트롤러(6120) 및 메모리 장치(6130)는, 하나의 반도체 장치로 집적될 수 있다.

도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템을 포함하는 데이터 처리 시스템의 다른 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 13을 참조하면, 데이터 처리 시스템(6200)은, 메모리 장치(6230) 및 메모리 컨트롤러(6220)를 포함한다. 여기서, 도 15에 도시한 데이터 처리 시스템(6200)은, 도 1에서 설명한 바와 같이, 메모리 카드(CF, SD, microSD, 등), USB 저장 장치 등과 같은 저장 매체가 될 수 있으며, 메모리 장치(6230)는, 도 1에서 설명한 메모리 시스템(110)에서의 메모리 장치(150)에 대응되고, 메모리 컨트롤러(6220)는, 도 1에서 설명한 메모리 시스템(110)에서의 컨트롤러(130)에 대응될 수 있다.

그리고, 메모리 컨트롤러(6220)는, 호스트(6210)의 요청에 응답하여 메모리 장치(6230)에 대한 리드, 라이트, 이레이즈 동작 등을 제어하며, 메모리 컨트롤러(6220)는 적어도 하나의 CPU(6221), 버퍼 메모리, 예컨대 RAM(6222), ECC 회로(6223), 호스트 인터페이스(6224), 및 메모리 인터페이스, 예컨대 NVM 인터페이스(6225)를 포함한다.

여기서, CPU(6221)는, 메모리 장치(6230)에 대한 전반적인 동작, 예컨대 읽기, 쓰기, 파일 시스템 관리, 배드 페이지 관리 등)을 제어할 수 있다. 그리고, RAM(6222)는, CPU(6221)의 제어에 따라 동작하며, 워크 메모리(work memory), 버퍼 메모리(buffer memory), 캐시 메모리(cache memory) 등으로 사용될 수 있다. 여기서, RAM(6222)이 워크 메모리로 사용되는 경우에, CPU(6221)에서 처리된 데이터가 임시 저장되며, RAM(6222)이 버퍼 메모리로 사용되는 경우에는, 호스트(6210)에서 메모리 장치(6230)로 또는 메모리 장치(6230)에서 호스트(6210)로 전송되는 데이터의 버퍼링을 위해 사용되며, RAM(6222)이 캐시 메모리로 사용되는 경우에는 저속의 메모리 장치(6230)가 고속으로 동작하도록 사용될 수 있다.

아울러, ECC 회로(6223)는, 도 1에서 설명한 컨트롤러(130)의 ECC 유닛(138)에 대응하며, ECC 유닛(138)과 동일하게 동작할 수 있다.

그리고, 메모리 컨트롤러(6220)는, 호스트 인터페이스(6224)를 통해 호스트(6210)와 데이터 등을 송수신하며, NVM 인터페이스(6225)를 통해 메모리 장치(6230)와 데이터 등을 송수신한다. 여기서, 호스트 인터페이스(6224)는, PATA 버스, SATA 버스, SCSI, USB, PCIe, 낸드 인터페이스 등을 통해 호스트(6210)와 연결될 수 있다. 또한, 메모리 컨트롤러(6220)는, 무선 통신 기능, 모바일 통신 규격으로 WiFi 또는 LTE(Long Term Evolution) 등이 구현되어, 외부 장치, 예컨대 호스트(6210) 또는 호스트(6210) 이외의 다른 외부 장치와 연결된 후, 데이터 등을 송수신할 수 있으며, 특히 다양한 통신 규격들 중 적어도 하나를 통해 외부 장치와 통신하도록 구성됨에 따라, 유선/무선 전자 기기들, 특히 모바일 전자 기기 등에 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템 및 데이터 처리 시스템이 적용될 수 있다.

도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템을 포함하는 데이터 처리 시스템의 다른 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템이 적용된 솔리드 스테이트 드라이브(SSD: Solid State Drive)를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 14를 참조하면, SSD(6300)는, 복수의 비휘발성 메모리들을 포함하는 메모리 장치(6340) 및 컨트롤러(6320)를 포함한다. 여기서, 컨트롤러(6320)는, 도 1에서 설명한 메모리 시스템(110)에서의 컨트롤러(130)에 대응되며, 메모리 장치(6340)는, 도 1에서 설명한 메모리 시스템(110)에서의 메모리 장치(150)에 대응될 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 컨트롤러(6320)는, 복수의 채널들(CH1 내지 CHi)을 통해 메모리 장치(6340)와 연결된다. 그리고, 컨트롤러(6320)는 프로세서(6321), 버퍼 메모리(6325), ECC 회로(6322), 호스트 인터페이스(6324), 및 메모리 인터페이스, 예컨대 비휘발성 메모리 인터페이스(6326)를 포함한다.

여기서, 버퍼 메모리(6325)는, 도 1에서 설명된 메모리(144)와 대응될 수 있으며, 호스트(6310)로부터 수신된 데이터 또는 메모리 장치(6340)에 포함된 복수의 플래시 메모리들(NVMs)로부터 수신된 데이터를 임시 저장하거나, 복수의 플래시 메모리들(NVMs)의 메타 데이터, 예컨대 매핑 테이블을 포함한 맵 데이터를 임시 저장한다. 도 14에서는 설명의 편의를 위해 컨트롤러(6320) 내부에 존재하지만, 컨트롤러(6320) 외부에도 존재할 수 있다.

그리고, ECC 회로(6322)는, 도 1에서 설명된 ECC 유닛(138)과 대응되며, 프로그램 동작에서 메모리 장치(6340)로 프로그램될 데이터의 에러 정정 코드 값을 계산하고, 리드 동작에서 메모리 장치(6340)로부터 리드된 데이터를 에러 정정 코드 값에 근거로 하여 에러 정정 동작을 수행하며, 페일된 데이터의 복구 동작에서 메모리 장치(6340)로부터 복구된 데이터의 에러 정정 동작을 수행한다.

또한, 호스트 인터페이스(6324)는, 외부의 장치, 예컨대 호스트(6310)와 인터페이스 기능을 제공하며, 비휘발성 메모리 인터페이스(6326)는, 복수의 채널들을 통해 연결된 메모리 장치(6340)와 인터페이스 기능을 제공한다.

아울러, 도 1에서 설명한 메모리 시스템(110)이 적용된 SSD(6300)는, 복수개가 적용되어 데이터 처리 시스템, 예컨대 RAID(Redundant Array of Independent Disks) 시스템을 구현할 수 있으며, 이때 RAID 시스템에는, 복수의 SSD(6300)들과, 복수의 SSD(6300)들을 제어하는 RAID 컨트롤러가 포함될 수 있다. 여기서, RAID 컨트롤러는, 호스트(6310)로부터 라이트 커맨드를 수신하여, 프로그램 동작을 수행할 경우, 라이트 커맨드에 해당하는 데이터를, 복수의 RAID 레벨들, 즉 복수의 SSD(6300)들에서 호스트(6310)로부터 수신된 라이트 커맨드의 RAID 레벨 정보에 상응하여, 적어도 하나의 메모리 시스템, 다시 말해 SSD(6300)을 선택한 후, 선택한 SSD(6300)로 출력할 수 있다. 또한, RAID 컨트롤러는, 호스트(6310)로부터 리드 커맨드를 수신하여 리드 동작을 수행할 경우, 복수의 RAID 레벨들, 즉 복수의 SSD(6300)들에서 호스트(6310)로부터 수신된 리드 커맨드의 RAID 레벨 정보에 상응하여, 적어도 하나의 메모리 시스템, 다시 말해 SSD(6300)을 선택한 후, 선택한 SSD(6300)로부터 데이터를 호스트(6310)로 제공할 수 있다.

도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템을 포함하는 데이터 처리 시스템의 다른 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템이 적용된 eMMC(embedded multimedia card)를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 15를 참조하면, eMMC(6400)는, 적어도 하나의 낸드 플래시 메모리로 구현된 메모리 장치(6440), 및 컨트롤러(6430)를 포함한다. 여기서, 컨트롤러(6430)는, 도 1에서 설명한 메모리 시스템(110)에서의 컨트롤러(130)에 대응되며, 메모리 장치(6440)는, 도 1에서 설명한 메모리 시스템(110)에서의 메모리 장치(150)에 대응될 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 컨트롤러(6430)는, 복수의 채널들을 통해, 메모리 장치(2100)와 연결된다. 그리고, 컨트롤러(6430)는, 적어도 하나의 코어(6432), 호스트 인터페이스(6431), 및 메모리 인터페이스, 예컨대 낸드 인터페이스(6433)를 포함한다.

여기서, 코어(6432)는, eMMC(6400)의 전반적인 동작을 제어하며, 호스트 인터페이스(6431)는, 컨트롤러(6430)와 호스트(6410) 간의 인터페이스 기능을 제공하며, 낸드 인터페이스(6433)는, 메모리 장치(6440)와 컨트롤러(6430) 간의 인터페이스 기능을 제공한다. 예컨대, 호스트 인터페이스(6431)는, 도 1에서 설명한 바와 같이, 병렬 인터페이스, 일 예로 MMC 인터페이스가 될 수 있으며, 아울러 직렬 인터페이스, 일 예로 UHS((Ultra High Speed)-Ⅰ/UHS-Ⅱ?, UFS 인터페이스가 될 수 있다.

도 16 내지 도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템을 포함하는 데이터 처리 시스템의 다른 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 16 내지 도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템이 적용된 UFS(Universal Flash Storage)를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 16 내지 도 19를 참조하면, 각각의 UFS 시스템들(6500,6600,6700,6800)은, 호스트들(6510,6610,6710,6810), UFS 장치들(6520,6620,6720,6820), 및 UFS 카드들(6530,6630,6730,6830)을 각각 포함할 수 있다. 여기서, 각각의 호스트(6510,6610,6710,6810)은, 유선/무선 전자 기기들, 특히 모바일 전자 기기 등의 어플리케이션 프로세서가 될 수 있으며, 또한 각각의 UFS 장치들(6520,6620,6720,6820)은, 임베디드 UFS(Embedded UFS) 장치들이 되고, 아울러 각각의 UFS 카드들(6530,6630,6730,6830)은, 외부 임베디드 UFS(External Embedded UFS) 장치 또는 리무벌 UFS 카드(Removable UFS Card)가 될 수 있다.

또한, 각 UFS 시스템들(6500,6600,6700,6800)에서, 각각의 호스트들(6510,6610,6710,6810), UFS 장치들(6520,6620,6720,6820), 및 UFS 카드들(6530,6630,6730,6830) 간은, 각각 UFS 프로토콜을 통해 외부의 장치들, 예컨대 유선/무선 전자 기기들, 특히 모바일 전자 기기 등과 통신할 수 있으며, UFS 장치들(6520,6620,6720,6820)과 UFS 카드들(6530,6630,6730,6830)은, 도 1에서 설명한 메모리 시스템(110)으로 구현될 수 있다. 예컨대, 각 UFS 시스템들(6500,6600,6700,6800)에서, UFS 장치들(6520,6620,6720,6820)은, 도 15 내지 도 17에서 설명한 데이터 처리 시스템(6200), SSD(6300), 또는 eMMC(6400) 형태로 구현될 수 있으며, UFS 카드들(6530,6630,6730,6830)은, 도 9에서 설명한 메모리 카드 시스템(6100) 형태로 구현될 수 있다.

아울러, 각 UFS 시스템들(6500,6600,6700,6800)에서, 각각의 호스트들(6510,6610,6710,6810), UFS 장치들(6520,6620,6720,6820), 및 UFS 카드들(6530,6630,6730,6830) 간은, UFS(Universal Flash Storage) 인터페이스, 예컨대 MIPI(Mobile Industry Processor Interface)에서의 MIPI M-PHY 및 MIPI UniPro(Unified Protocol)을 통해 통신을 수행할 수 있으며, 아울러 UFS 장치들(6520,6620,6720,6820)과 UFS 카드들(6530,6630,6730,6830) 간은, UFS 프로토콜이 아닌 다른 프로토콜을 통해 통신할 수 있으며, 예컨대 다양한 카드 프로토콜, 일 예로 UFDs, MMC, SD(secure digital), mini SD, Micro SD 등을 통해 통신할 수 있다.

그리고, 도 18에 도시한 UFS 시스템(6500)에서, 호스트(6510), UFS 장치(6520), 및 UFS 카드(6530)에는, UniPro이 각각 존재하며, 호스트(6510)는, UFS 장치(6520) 및 UFS 카드(6530)와 각각 통신을 수행하기 위해, 스위칭(switching) 동작을 수행하며, 특히 호스트(6510)는, UniPro에서의 링크 레이어(Link Layer) 스위칭, 예컨대 L3 스위칭을 통해, UFS 장치(6520)와 통신을 수행하거나 또는 UFS 카드(6530)와 통신을 수행한다. 이때, UFS 장치(6520)와 UFS 카드(6530) 간은, 호스트(6510)의 UniPro에서 링크 레이어 스위칭을 통해, 통신을 수행할 수도 있다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는, 설명의 편의를 위해, 호스트(6510)에 각각 하나의 UFS 장치(6520) 및 UFS 카드(6530)가 연결되는 것을 일 예로 하여 설명하였지만, 복수의 UFS 장치들과 UFS 카드들이, 호스트(6410)에 병렬 형태 또는 스타 형태로 연결될 수도 있으며, 또한 복수의 UFS 카드들이, UFS 장치(6520)에, 병렬 형태 또는 스타 형태로 연결되거나 직렬 형태 또는 체인 형태로 연결될 수도 있다.

또한, 도 17에 도시한 UFS 시스템(6600)에서, 호스트(6610), UFS 장치(6620), 및 UFS 카드(6630)에는, UniPro이 각각 존재하며, 스위칭 동작을 수행하는 스위칭 모듈(6640), 특히 UniPro에서의 링크 레이어 스위칭, 예컨대 L3 스위칭 동작을 수행하는 스위칭 모듈(6640)을 통해, 호스트(6610)는, UFS 장치(6620)와 통신을 수행하거나 또는 UFS 카드(6630)와 통신을 수행한다. 이때, UFS 장치(6520)와 UFS 카드(6530) 간은, 스위칭 모듈(6640)의 UniPro에서 링크 레이어 스위칭을 통해, 통신을 수행할 수도 있다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는, 설명의 편의를 위해, 스위칭 모듈(6640)에 각각 하나의 UFS 장치(6620) 및 UFS 카드(6630)가 연결되는 것을 일 예로 하여 설명하였지만, 복수의 UFS 장치들과 UFS 카드들이, 스위칭 모듈(6640)에 병렬 형태 또는 스타 형태로 연결될 수도 있으며, 또한 복수의 UFS 카드들이, UFS 장치(6620)에, 병렬 형태 또는 스타 형태로 연결되거나 직렬 형태 또는 체인 형태로 연결될 수도 있다.

아울러, 도 18에 도시한 UFS 시스템(6700)에서, 호스트(6710), UFS 장치(6720), 및 UFS 카드(6730)에는, UniPro이 각각 존재하며, 스위칭 동작을 수행하는 스위칭 모듈(6740), 특히 UniPro에서의 링크 레이어 스위칭, 예컨대 L3 스위칭 동작을 수행하는 스위칭 모듈(6740)을 통해, 호스트(6710)는, UFS 장치(6720)와 통신을 수행하거나 또는 UFS 카드(6730)와 통신을 수행한다. 이때, UFS 장치(6720)와 UFS 카드(6730) 간은, 스위칭 모듈(6740)의 UniPro에서 링크 레이어 스위칭을 통해, 통신을 수행할 수도 있으며, 스위칭 모듈(6740)은, UFS 장치(6720)의 내부 또는 외부에서 UFS 장치(6720)와 하나의 모듈로 구현될 수 있다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는, 설명의 편의를 위해, 스위칭 모듈(6740)에 각각 하나의 UFS 장치(6620) 및 UFS 카드(6630)가 연결되는 것을 일 예로 하여 설명하였지만, 스위칭 모듈(6740)과 UFS 장치(6720)가 각각 구현된 복수의 모듈들이, 호스트(6710)에 병렬 형태 또는 스타 형태로 연결되거나, 각각의 모듈들 간이 직렬 형태 또는 체인 형태로 연결될 수도 있으며, 또한 복수의 UFS 카드들이 스위칭 모듈(6740)에 병렬 형태 또는 스타 형태로 연결될 수도 있다.

그리고, 도 19에 도시한 UFS 시스템(6800)에서, 호스트(6810), UFS 장치(6820), 및 UFS 카드(6830)에는, M-PHY 및 UniPro이 각각 존재하며, UFS 장치(6820)는, 호스트(6810) 및 UFS 카드(6830)와 각각 통신을 수행하기 위해, 스위칭 동작을 수행하며, 특히 UFS 장치(6820)는, 호스트(6810)와의 통신을 위한 M-PHY 및 UniPro 모듈과, UFS 카드(6830)와의 통신을 위한 M-PHY 및 UniPro 모듈 간, 스위칭, 예컨대 타겟(Target) ID(identifier) 스위칭을 통해, 호스트(6810)와 통신을 수행하거나 또는 UFS 카드(6830)와 통신을 수행한다. 이때, 호스트(6810)와 UFS 카드(6530) 간은, UFS 장치(6820)의 M-PHY 및 UniPro 모듈 간 타겟 ID 스위칭을 통해, 통신을 수행할 수도 있다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는, 설명의 편의를 위해, 호스트(6810)에 하나의 UFS 장치(6820)가 연결되고, 또한 하나의 UFS 장치(6820)에 하나의 UFS 카드(6830)가 연결되는 것을 일 예로 하여 설명하였지만, 호스트(6810)에 복수의 UFS 장치들이 병렬 형태 또는 스타 형태로 연결되거나 직렬 형태 또는 체인 형태로 연결될 수도 있으며, 하나의 UFS 장치(6820)에 복수의 UFS 카드들이 병렬 형태 또는 스타 형태로 연결되거나 직렬 형태 또는 체인 형태로 연결될 수도 있다.

도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템을 포함하는 데이터 처리 시스템의 또 다른 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 20은 본 발명에 따른 메모리 시스템이 적용된 사용자 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 20을 참조하면, 사용자 시스템(6900)은, 애플리케이션 프로세서(6930), 메모리 모듈(6920), 네트워크 모듈(6940), 스토리지 모듈(6950), 및 사용자 인터페이스(6910)를 포함한다.

보다 구체적으로 설명하면, 애플리케이션 프로세서(6930)는, 사용자 시스템(6900)에 포함된 구성 요소들, 운영 시스템(OS: Operating System)을 구동시키며, 일 예로 사용자 시스템(6900)에 포함된 구성 요소들을 제어하는 컨트롤러들, 인터페이스들, 그래픽 엔진 등을 포함할 수 있다. 여기서, 애플리케이션 프로세서(6930)는 시스템-온-칩(SoC: System-on-Chip)으로 제공될 수 있다.

그리고, 메모리 모듈(6920)은, 사용자 시스템(6900)의 메인 메모리, 동작 메모리, 버퍼 메모리, 또는 캐시 메모리로 동작할 수 있다. 여기서, 메모리 모듈(6920)은, DRAM, SDRAM, DDR SDRAM, DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM, LPDDR SDARM, LPDDR3 SDRAM, LPDDR3 SDRAM 등과 같은 휘발성 랜덤 액세스 메모리 또는 PRAM, ReRAM, MRAM, FRAM 등과 같은 비휘발성 랜덤 액세스 메모리를 포함할 수 있다. 예컨대, 애플리케이션 프로세서(6930) 및 메모리 모듈(6920)은, POP(Package on Package)를 기반으로 패키지화되어 실장될 수 있다.

또한, 네트워크 모듈(6940)은, 외부 장치들과 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 네트워크 모듈(6940)은, 유선 통신을 지원할뿐만 아니라, CDMA(Code Division Multiple Access), GSM(Global System for Mobile communication), WCDMA(wideband CDMA), CDMA-2000, TDMA(Time Dvision Multiple Access), LTE(Long Term Evolution), Wimax, WLAN, UWB, 블루투스, WI-DI 등과 같은 다양한 무선 통신을 지원함으로써, 유선/무선 전자 기기들, 특히 모바일 전자 기기 등과 통신을 수행할 수 있으며, 그에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템 및 데이터 처리 시스템이 유선/무선 전자 기기들에 적용될 수 있다. 여기서, 네트워크 모듈(6940)은, 애플리케이션 프로세서(6930)에 포함될 수 있다.

아울러, 스토리지 모듈(6950)은, 데이터를 저장, 예컨대 애플리케이션 프로세서(6930)로부터 수신한 데이터를 저장한 후, 스토리지 모듈(6950)에 저장된 데이터를 애플리케이션 프로세서(6930)로 전송할 수 있다. 여기서, 스토리지 모듈(6950)은, PRAM(Phasechange RAM), MRAM(Magnetic RAM), RRAM(Resistive RAM), NAND flash, NOR flash, 3차원 구조의 NAND 플래시 등과 같은 비휘발성 메모리 등으로 구현될 수 있으며, 또한 사용자 시스템(6900)의 메모리 카드, 외장형 드라이브 등과 같은 탈착식 저장 매체(removable drive)로 제공될 수 있다. 즉, 스토리지 모듈(6950)은, 도 1에서 설명한 메모리 시스템(110)에 대응될 수 있으며, 아울러 도 14 내지 도 19에서 설명한 SSD, eMMC, UFS로 구현될 수도 있다.

그리고, 사용자 인터페이스(6910)는, 애플리케이션 프로세서(6930)에 데이터 또는 명령어를 입력하거나 또는 외부 장치로 데이터를 출력하는 인터페이스들을 포함할 수 있다. 예컨대, 사용자 인터페이스(6910)는, 키보드, 키패드, 버튼, 터치 패널, 터치 스크린, 터치 패드, 터치 볼, 카메라, 마이크, 자이로스코프 센서, 진동 센서, 압전 소자 등과 같은 사용자 입력 인터페이스들을 포함할 수 있으며, 아울러 LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diode) 표시 장치, AMOLED(Active Matrix OLED) 표시 장치, LED, 스피커, 모터 등과 같은 사용자 출력 인터페이스들을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따라 도 1에서 설명한 메모리 시스템(110)이, 사용자 시스템(6900)의 모바일 전자 기기에 적용될 경우, 어플리케이션 프로세서(6930)는, 모바일 전자 기기의 전반적인 동작을 제어하며, 네트워크 모듈(6940)은, 통신 모듈로서, 전술한 바와 같이 외부 장치와의 유선/무선 통신을 제어한다. 아울러, 사용자 인터페이스(6910)는, 모바일 전자 기기의 디스플레이/터치 모듈로 어플리케이션 프로세서(6930)에서 처리된 데이터를 디스플레이하거나, 터치 패널로부터 데이터를 입력 받도록 지원한다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

멀티 트랜잭션 메모리 시스템의 동작 방법에 있어서,
호스트로부터의 요청에 응하여 변경되는 LBA(Logical Block Address) 정보 및 상기 요청의 트랜잭션 아이디를 메모리 블록의 한 페이지에 저장하는 단계; 및
상기 호스트로부터의 상기 트랜잭션 아이디를 포함하는 트랜잭션 커밋 요청에 응하여 트랜잭션 커밋을 수행하는 단계를 포함하되,
상기 트랜잭션 커밋을 수행하는 단계는
상기 LBA 정보에 기초하여 컨트롤러에 포함된 유효 블록 비트맵을 변경하는 단계
를 포함하는 동작 방법.
제1항에 있어서,
상기 변경되는 LBA 정보는
LBA 할당 여부 정보, LBA 시작 주소 및 길이 정보
를 포함하는 동작 방법.
제2항에 있어서,
상기 메모리 블록의 한 페이지는
상기 변경되는 LBA 정보의 크기에 따라 더미 데이터를 더 포함하는
동작 방법.
제1항에 있어서,
상기 호스트로부터의 블록 비트맵 요청에 응하여 상기 유효 블록 비트맵을 호스트로 제공하는 단계
를 더 포함하는 동작 방법.
멀티 트랜잭션 메모리 시스템의 동작 방법에 있어서,
호스트로부터의 요청에 응하여 변경되는 아이노드(inode) 및 상기 요청의 트랜잭션 아이디를 메모리 블록의 한 페이지에 저장하는 단계; 및
상기 호스트로부터의 상기 트랜잭션 아이디를 포함하는 트랜잭션 커밋 요청에 응하여 트랜잭션 커밋을 수행하는 단계를 포함하되,
상기 트랜잭션 커밋을 수행하는 단계는
기존 아이노드 페이지를 리드하는 단계;
상기 기존 아이노드 페이지 및 상기 변경되는 아이노드를 병합하여 새로운 아이노드 페이지를 생성하는 단계;
상기 새로운 아이노드 페이지를 상기 메모리 블록에 저장하는 단계; 및
상기 새로운 아이노드 페이지의 매핑 정보를 업데이트하는 단계
를 포함하는 동작 방법.
제5항에 있어서,
상기 메모리 블록의 한 페이지는
상기 기존 아이노드 페이지에서의 상기 변경되는 아이노드의 위치 정보
를 더 포함하는 동작 방법.
제6항에 있어서,
상기 메모리 블록의 한 페이지는
상기 변경되는 아이노드 및 상기 위치 정보의 크기에 따라 더미 데이터를 더 포함하는
동작 방법.
제5항에 있어서,
상기 기존 아이노드 페이지는
상기 트랜잭션 커밋 요청의 이전의 트랜잭션 커밋에 의해 상기 메모리 블록에 저장된 아이노드 페이지인
동작 방법.
제5항에 있어서,
상기 업데이트된 매핑 정보를 상기 호스트로 제공하는 단계
를 더 포함하는 동작 방법.
멀티 트랜잭션 메모리 시스템에 있어서,
호스트로부터의 요청에 응하여 변경되는 LBA(Logical Block Address) 정보 및 상기 요청의 트랜잭션 아이디를 한 페이지에 저장하는 메모리 장치;
복수의 LBA에 대한 LBA 정보를 포함하는 유효 블록 비트맵; 및
상기 호스트로부터의 상기 트랜잭션 아이디를 포함하는 트랜잭션 커밋 요청에 응하여, 상기 변경되는 LBA 정보에 기초하여 상기 유효 블록 비트맵을 변경함으로써 트랜잭션 커밋을 수행하는 컨트롤러
를 포함하는 멀티 트랜잭션 메모리 시스템.
제10항에 있어서,
상기 변경되는 LBA 정보는
LBA 할당 여부 정보, LBA 시작 주소 및 길이 정보
를 포함하는 멀티 트랜잭션 메모리 시스템.
제11항에 있어서,
상기 메모리 블록의 한 페이지는
상기 변경되는 LBA 정보의 크기에 따라 더미 데이터를 더 포함하는
멀티 트랜잭션 메모리 시스템.
제10항에 있어서,
상기 컨트롤러는
상기 호스트로부터의 블록 비트맵 요청에 응하여 상기 유효 블록 비트맵을 호스트로 제공하는
멀티 트랜잭션 메모리 시스템.
멀티 트랜잭션 메모리 시스템에 있어서,
호스트로부터의 요청에 응하여 변경되는 아이노드(inode) 및 상기 요청의 트랜잭션 아이디를 메모리 블록의 한 페이지에 저장하는 메모리 블록; 및
상기 호스트로부터의 상기 트랜잭션 아이디를 포함하는 트랜잭션 커밋 요청에 응하여 트랜잭션 커밋을 수행하는 컨트롤러를 포함하되,
상기 컨트롤러는
기존 아이노드 페이지를 리드하고, 상기 기존 아이노드 페이지 및 상기 변경되는 아이노드를 병합하여 새로운 아이노드 페이지를 생성하고, 상기 새로운 아이노드 페이지를 상기 메모리 블록에 저장하며, 상기 새로운 아이노드 페이지의 매핑 정보를 업데이트함으로써 상기 트랜잭션 커밋을 수행하는
멀티 트랜잭션 메모리 시스템.
제14항에 있어서,
상기 메모리 블록의 한 페이지는
상기 기존 아이노드 페이지에서의 상기 변경되는 아이노드의 위치 정보
를 더 포함하는 멀티 트랜잭션 메모리 시스템.
제15항에 있어서,
상기 메모리 블록의 한 페이지는
상기 변경되는 아이노드 및 상기 위치 정보의 크기에 따라 더미 데이터를 더 포함하는
멀티 트랜잭션 메모리 시스템.
제14항에 있어서,
상기 기존 아이노드 페이지는
상기 트랜잭션 커밋 요청의 이전의 트랜잭션 커밋에 의해 상기 메모리 블록에 저장된 아이노드 페이지인
멀티 트랜잭션 메모리 시스템.
제14항에 있어서,
상기 컨트롤러는
상기 업데이트된 매핑 정보를 상기 호스트로 제공하는
멀티 트랜잭션 메모리 시스템.
어플리케이션 계층 및 운영 체제를 포함하는 호스트; 및
유효 블록 비트맵을 포함하는 멀티 트랜잭션 메모리 시스템을 포함하되,
상기 운영 체제는
블록 비트맵을 포함하고, 상기 어플리케이션 계층으로부터의 요청에 응하여 LBA를 변경하고, 상기 변경되는 LBA 정보 및 상기 요청의 트랜잭션 아이디를 상기 메모리 시스템의 메모리 블록의 한 페이지에 저장하고,
상기 메모리 시스템은
상기 운영 체제로부터의 상기 트랜잭션 아이디를 포함하는 트랜잭션 커밋 요청에 응하여 상기 변경되는 LBA 정보에 기초하여 상기 유효 블록 비트맵을 변경함으로써 트랜잭션 커밋을 수행하며,
상기 운영 체제는
상기 메모리 시스템으로부터 상기 유효 블록 비트맵을 수신하여 파일 시스템 블록 비트맵을 구축하는
멀티 트랜잭션 데이터베이스 시스템.
어플리케이션 계층 및 운영 체제를 포함하는 호스트; 및
멀티 트랜잭션 메모리 시스템을 포함하되,
상기 운영 체제는
상기 어플리케이션 계층으로부터의 요청에 응하여 아이노드를 변경하고, 상기 변경되는 아이노드 및 상기 요청의 트랜잭션 아이디를 상기 메모리 시스템의 메모리 블록의 한 페이지에 저장하고,
상기 메모리 시스템은
상기 운영 체제로부터의 상기 트랜잭션 아이디를 포함하는 트랜잭션 커밋 요청에 응하여 기존 아이노드 페이지를 리드하고, 상기 기존 아이노드 페이지 및 상기 변경되는 아이노드를 병합하여 새로운 아이노드 페이지를 생성하고, 상기 새로운 아이노드 페이지를 상기 메모리 블록에 저장하며, 상기 새로운 아이노드 페이지의 매핑 정보를 업데이트함으로써 트랜잭션 커밋을 수행하며,
상기 운영 체제는
상기 메모리 시스템으로부터 상기 업데이트된 매핑 정보를 수신하여 아이노드 테이블을 구축하는
멀티 트랜잭션 데이터베이스 시스템.