KR20200055349A - 저장 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 기술은 전자 장치에 관한 것으로, 본 기술에 따른 향상된 가비지 컬렉션 동작 속도를 갖는 복수의 메모리 블록들을 각각 포함하는 동시에 동작할 수 있는 둘 이상의 플레인들을 포함하는 메모리 장치를 제어하는 메모리 컨트롤러는, 둘 이상의 플레인들 중 서로 다른 플레인에 포함되는 적어도 하나 이상의 메모리 블록에 저장되는 복수의 데이터 청크들 중 유효 데이터 청크들이 저장되는 위치를 나타내는 데이터 맵을 생성하는 데이터 맵 생성부, 데이터 맵을 기초로, 유효 데이터 청크들을 리드할 순서를 결정하는 리드 순서 결정부 및 리드할 순서에 따라 유효 데이터 청크들에 대한 리드 커맨드를 메모리 장치에 제공하는 커맨드 입력 제어부를 포함한다.

Description

저장 장치 및 그 동작 방법{STORAGE DEVICE AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 전자 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 본 발명은 저장 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
저장 장치는 컴퓨터나 스마트폰 등과 같은 호스트 장치의 제어에 따라 데이터를 저장하는 장치이다. 저장 장치는 데이터가 저장되는 메모리 장치와 메모리 장치를 제어하는 메모리 컨트롤러를 포함할 수 있다. 메모리 장치는 휘발성 메모리 장치 (Volatile Memory)와 비휘발성 메모리 장치 (Non Volatile Memory)로 구분된다.
휘발성 메모리 장치는 전원이 공급된 경우에만 데이터를 저장하고, 전원 공급이 차단되면 저장된 데이터가 소멸되는 메모리 장치이다. 휘발성 메모리 장치는 정적 랜덤 액세스 메모리 (Static Random Access Memory; SRAM), 동적 랜덤 액세스 메모리 (Dynamic Random Access Memory; DRAM) 등이 있다.
비휘발성 메모리 장치는 전원이 차단되어도 데이터가 소멸되지 않는 메모리 장치로서, 롬(Read Only Memory; ROM), PROM (Programmable ROM), EPROM (Electrically Programmable ROM), EEPROM (Electrically Erasable and Programmable ROM) 및 플래시 메모리(Flash Memory) 등이 있다.
본 발명의 실시 예는, 향상된 가비지 컬렉션 동작 속도를 갖는 저장 장치 및 그 동작 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 복수의 메모리 블록들을 각각 포함하는 동시에 동작할 수 있는 둘 이상의 플레인들을 포함하는 메모리 장치를 제어하는 메모리 컨트롤러는, 둘 이상의 플레인들 중 서로 다른 플레인에 포함되는 적어도 하나 이상의 메모리 블록에 저장되는 복수의 데이터 청크들 중 유효 데이터 청크들이 저장되는 위치를 나타내는 데이터 맵을 생성하는 데이터 맵 생성부, 데이터 맵을 기초로, 유효 데이터 청크들을 리드할 순서를 결정하는 리드 순서 결정부 및 리드할 순서에 따라 유효 데이터 청크들에 대한 리드 커맨드를 메모리 장치에 제공하는 커맨드 입력 제어부를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 복수의 메모리 블록들을 각각 포함하는 동시에 동작할 수 있는 둘 이상의 플레인들을 포함하는 메모리 장치를 제어하는 메모리 컨트롤러의 동작 방법은, 둘 이상의 플레인들 중 서로 다른 플레인에 포함되는 적어도 하나 이상의 메모리 블록은 복수의 데이터 청크들을 저장하고, 복수의 데이터 청크들 중 유효 데이터 청크들이 저장되는 위치를 나타내는 데이터 맵을 생성하는 단계, 데이터 맵을 기초로 유효 데이터 청크들에 대한 리드 동작이 동시에 수행되는지 여부에 따라 리드할 순서를 결정하는 단계 및 리드할 순서에 따라 유효 데이터 청크들에 대한 리드 커맨드를 메모리 장치에 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 저장 장치는, 복수의 메모리 블록들을 각각 포함하는 복수의 플레인들을 포함하는 메모리 장치 및 복수의 메모리 블록들 중 서로 다른 플레인에 포함되는 적어도 하나 이상의 메모리 블록에 포함되는 복수의 데이터 청크들 중 유효 데이터 청크들이 저장되는 위치를 나타내는 데이터 맵을 생성하고, 데이터 맵을 기초로 유효 데이터 청크들에 대한 리드 동작이 동시에 수행되는지 여부에 따라 리드할 순서를 결정하고, 리드할 순서에 따라 유효 데이터 청크들을 리드하는 메모리 컨트롤러를 포함한다.
본 기술에 따르면 향상된 가비지 컬렉션 동작 속도를 갖는 저장 장치 및 그 동작 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 저장 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 메모리 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 메모리 셀 어레이의 일 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 중 어느 하나의 메모리 블록(BLKa)을 보여주는 회로도이다.
도 5는 도 3의 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 중 어느 하나의 메모리 블록(BLKb)의 다른 실시 예를 보여주는 회로도이다.
도 6은 도 1의 메모리 컨트롤러의 멀티 플레인 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 가비지 컬렉션 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 컨트롤러의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 8의 데이터 맵을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 9의 메모리 블록들에 저장된 유효 데이터를 노멀 리드하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 노멀 리드에 따른 리드 순서 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 리드 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 데이터 리드 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 데이터 리드 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 리드 우선 순위를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 도 9의 메모리 블록들에 저장된 유효 데이터를 리드 우선 순위에 따라 리드하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 리드 우선 순위에 따라 결정된 리드 순서를 나타내는 리드 순서 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 컨트롤러의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 19는 도 1의 메모리 컨트롤러의 다른 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 저장장치가 적용된 메모리 카드 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 저장장치가 적용된 SSD(Solid State Drive) 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 저장장치가 적용된 사용자 시스템을 보여주는 블록도이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 서술된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 저장 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 저장장치(50)는 메모리 장치(100) 및 메모리 장치의 동작을 제어하는 메모리 컨트롤러(200)를 포함할 수 있다. 저장장치(50)는 휴대폰, 스마트폰, MP3 플레이어, 랩탑 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 게임기, TV, 테블릿 PC 또는 차량용 인포테인먼트(in-vehicle infotainment) 시스템 등과 같은 호스트(300)의 제어에 따라 데이터를 저장하는 장치이다.
저장장치(50)는 호스트(300)와의 통신 방식인 호스트 인터페이스에 따라서 다양한 종류의 저장장치들 중 어느 하나로 제조될 수 있다. 예를 들면, 저장장치(50)는 SSD, MMC, eMMC, RS-MMC, micro-MMC 형태의 멀티 미디어 카드(multimedia card), SD, mini-SD, micro-SD 형태의 시큐어 디지털(secure digital) 카드, USB(universal storage bus) 저장장치, UFS(universal flash storage) 장치, PCMCIA(personal computer memory card international association) 카드 형태의 저장장치, PCI(peripheral component interconnection) 카드 형태의 저장장치, PCI-E(PCI express) 카드 형태의 저장장치, CF(compact flash) 카드, 스마트 미디어(smart media) 카드, 메모리 스틱(memory stick) 등과 같은 다양한 종류의 저장장치들 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
저장장치(50)는 다양한 종류의 패키지(package) 형태들 중 어느 하나로 제조될 수 있다. 예를 들면, 저장장치(50)는 POP(package on package), SIP(system in package), SOC(system on chip), MCP(multi-chip package), COB(chip on board), WFP(wafer-level fabricated package), WSP(wafer-level stack package) 등과 같은 다양한 종류의 패키지 형태들 중 어느 하나로 제조될 수 있다.
메모리 장치(100)는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리 장치(100)는 메모리 컨트롤러(200)의 제어에 응답하여 동작한다. 메모리 장치(100)는 데이터를 저장하는 복수의 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 어레이를 포함할 수 있다. 메모리 셀 어레이는 복수의 메모리 블록들을 포함할 수 있다. 각 메모리 블록은 복수의 메모리 셀들을 포함할 수 있다. 하나의 메모리 블록은 복수의 페이지들을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 페이지는 메모리 장치(100)에 데이터를 저장하거나, 메모리 장치(100)에 저장된 데이터를 리드하는 단위일 수 있다. 메모리 블록은 데이터를 지우는 단위일 수 있다. 실시 예에서, 메모리 장치(100)는 DDR SDRAM(Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory), LPDDR4(Low Power Double Data Rate4) SDRAM, GDDR(Graphics Double Data Rate) SDRAM, LPDDR(Low Power DDR), RDRAM(Rambus Dynamic Random Access Memory), 낸드 플래시 메모리(NAND flash memory), 수직형 낸드 플래시 메모리(Vertical NAND), 노아 플래시 메모리(NOR flash memory), 저항성 램(resistive random access memory: RRAM), 상변화 메모리(phase-change memory: PRAM), 자기저항 메모리(magnetoresistive random access memory: MRAM), 강유전체 메모리(ferroelectric random access memory: FRAM), 스핀주입 자화반전 메모리(spin transfer torque random access memory: STT-RAM) 등이 될 수 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해, 메모리 장치(100)가 낸드 플래시 메모리인 경우를 가정하여 설명한다.
메모리 장치(100)는 메모리 컨트롤러(200)로부터 커맨드 및 어드레스를 수신하고, 메모리 셀 어레이 중 어드레스에 의해 선택된 영역을 액세스하도록 구성된다. 즉, 메모리 장치(100)는 어드레스에 의해 선택된 영역에 대해 커맨드인 동작을 수행할 수 있다. 예를 들면, 메모리 장치(100)는 쓰기 동작 (프로그램 동작), 리드 동작 및 소거 동작을 수행할 수 있다. 프로그램 동작 시에, 메모리 장치(100)는 어드레스에 의해 선택된 영역에 데이터를 프로그램 할 것이다. 리드 동작 시에, 메모리 장치(100)는 어드레스에 의해 선택된 영역으로부터 데이터를 읽을 것이다. 소거 동작 시에, 메모리 장치(100)는 어드레스에 의해 선택된 영역에 저장된 데이터를 소거할 것이다.
메모리 컨트롤러(200)는 저장장치(50)의 전반적인 동작을 제어한다.
저장장치(50)에 전원이 인가되면, 메모리 컨트롤러(200)는 펌웨어(firmware, FW)를 실행할 수 있다. 메모리 장치(100)가 플래시 메모리 장치인 경우, 메모리 컨트롤러(200)는 호스트(300)와 메모리 장치(100)간의 통신을 제어하기 위한 플래시 변환 레이어(Flash Translation Layer, FTL)와 같은 펌웨어를 실행할 수 있다.
실시 예에서, 메모리 컨트롤러(200)는 호스트(300)로부터 데이터와 논리 블록 어드레스(Logical Block Address, LBA)를 입력 받고, 논리 블록 어드레스를 메모리 장치(100)에 포함된 데이터가 저장될 메모리 셀들의 주소를 나타내는 물리 블록 어드레스(Physical Block Address, PBA)로 변환할 수 있다.
메모리 컨트롤러(200)는 호스트(300)의 요청(request)에 따라 프로그램 동작, 리드 동작 또는 소거 동작 등을 수행하도록 메모리 장치(100)를 제어할 수 있다. 프로그램 동작 시, 메모리 컨트롤러(200)는 프로그램 커맨드, 물리 블록 어드레스 및 데이터를 메모리 장치(100)에 제공할 수 있다. 리드 동작 시, 메모리 컨트롤러(200)는 리드 커맨드 및 물리 블록 어드레스를 메모리 장치(100)에 제공할 수 있다. 소거 동작 시, 메모리 컨트롤러(200)는 소거 커맨드 및 물리 블록 어드레스를 메모리 장치(100)에 제공할 수 있다.
실시 예에서, 메모리 컨트롤러(200)는 호스트(300)로부터의 요청과 무관하게 자체적으로 프로그램 커맨드, 어드레스 및 데이터를 생성하고, 메모리 장치(100)에 전송할 수 있다. 예를 들면, 메모리 컨트롤러(200)는 웨어 레벨링(wear leveling)을 위한 프로그램 동작, 가비지 컬렉션(garbage collection)을 위한 프로그램 동작과 같은 배경(background) 동작들을 수행하기 위해 커맨드, 어드레스 및 데이터를 메모리 장치(100)로 제공할 수 있다.
실시 예에서, 메모리 컨트롤러(200)가 적어도 둘 이상의 메모리 장치(100)들을 제어할 수 있다. 이 경우, 메모리 컨트롤러(200)는 동작 성능의 향상을 위해 메모리 장치(100)들을 인터리빙 방식에 따라 제어할 수 있다.
실시 예에서, 메모리 컨트롤러(200)는 가비지 컬렉션 제어부(210)를 포함할 수 있다.
가비지 컬렉션 제어부(210)는 가비지 컬렉션 동작을 수행할 수 있다. 가비지 컬렉션 동작은 희생 블록에 저장된 유효 데이터를 다른 메모리 블록에 저장하고, 희생 블록을 소거함으로써, 사용 가능한 프리 블록을 확보하는 백그라운드 동작일 수 있다. 실시 예에서, 메모리 장치(100)가 복수의 플레인들을 포함하는 경우, 메모리 컨트롤러(200)는 메모리 장치(100)가 복수의 플레인들 각각에 대한 동작을 동시에 수행하는 멀티 플레인 동작을 수행하도록 제어할 수 있다. 따라서, 이 경우, 서로 다른 플레인에 각각 포함된 적어도 둘 이상의 메모리 블록들이 희생 블록들로 결정될 수 있다. 또한, 희생 블록들에 저장된 유효 데이터들은 멀티 플레인 리드 동작에 따라 동시에 리드될 수 있을 것이다. 유효 데이터는 저장된 데이터 중 호스트(300)로부터 갱신 요청되지 않은 데이터일 수 있다. 무효 데이터는 저장된 데이터 중 호스트(300)로부터 갱신 요청된 데이터 일 수 있다.
가비지 컬렉션 제어부(210)는 가비지 컬렉션 동작 수행을 위해 희생 블록들에 저장된 유효 데이터를 리드할 수 있다. 메모리 블록은 복수의 데이터 청크들을 저장할 수 있다. 데이터 청크는 유효 데이터를 나타내는 유효 데이터 청크 또는 무효 데이터를 나타내는 무효 데이터 청크로 구분될 수 있다. 따라서 가비지 컬렉션 제어부(210)는 희생 블록들에 저장된 유효 데이터 청크들을 리드할 수 있다.
가비지 컬렉션 제어부(210)는 희생 블록들에 저장된 유효 데이터 청크들이 저장된 위치를 나타내는 정보인 데이터 맵을 생성할 수 있다. 데이터 맵은 희생 블록들에 저장된 복수의 데이터 청크 각각이 유효 데이터 청크 또는 무효 데이터 청크 중 어느 하나에 해당하는지를 페이지 오프셋 별로 나타낼 수 있다. 페이지 오프셋은 메모리 블록에 포함된 페이지들 중 각 페이지를 나타내는 페이지 번호일 수 있다.
가비지 컬렉션 제어부(210)는 생성된 데이터 맵을 기초로 유효 데이터 청크들을 리드할 순서를 결정할 수 있다. 가비지 컬렉션 제어부(210)는 결정된 리드할 순서에 따라 유효 데이터 청크들을 리드할 수 있다.
가비지 컬렉션 제어부(210)는 리드한 유효 데이터 청크들을 프리 블록에 저장할 수 있다. 가비지 컬렉션 제어부(210)는 희생 블록들에 저장된 유효 데이터 청크들이 프리 블록에 저장이 완료되면, 희생 블록들을 소거할 수 있다.
호스트(300)는 USB (Universal Serial Bus), SATA (Serial AT Attachment), SAS (Serial Attached SCSI), HSIC (High Speed Interchip), SCSI (Small Computer System Interface), PCI (Peripheral Component Interconnection), PCIe (PCI express), NVMe (NonVolatile Memory express), UFS (Universal Flash Storage), SD (Secure Digital), MMC (MultiMedia Card), eMMC (embedded MMC), DIMM (Dual In-line Memory Module), RDIMM (Registered DIMM), LRDIMM (Load Reduced DIMM) 등과 같은 다양한 통신 방식들 중 적어도 하나를 이용하여 저장장치(50)와 통신할 수 있다.
도 2는 도 1의 메모리 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 메모리 장치(100)는 메모리 셀 어레이(110), 주변 회로(120) 및 제어 로직(130)을 포함할 수 있다.
메모리 셀 어레이(110)는 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKz)을 포함한다. 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKz)은 행 라인들(RL)을 통해 어드레스 디코더(121)에 연결된다. 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKz)은 비트라인들(BL1 내지 BLm)을 통해 읽기 및 쓰기 회로(123)에 연결된다. 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 각각은 복수의 메모리 셀들을 포함한다. 실시 예로서, 복수의 메모리 셀들은 불휘발성 메모리 셀들이다. 복수의 메모리 셀들은 동일 워드라인에 연결된 메모리 셀들을 하나의 페이지로 정의된다. 즉 메모리 셀 어레이(110)는 다수의 페이지로 구성된다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 메모리 셀 어레이(110)에 포함된 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 각각은 복수의 더미 셀들을 포함할 수 있다. 더미 셀들은 드레인 선택 트랜지스터와 메모리 셀들 사이와 소스 선택 트랜지스터와 메모리 셀들 사이에 적어도 하나 이상 직렬로 연결될 수 있다.
메모리 장치(100)의 메모리 셀들은 각각 하나의 데이터 비트를 저장하는 싱글 레벨 셀(Single Level Cell; SLC), 두 개의 데이터 비트들을 저장하는 멀티 레벨 셀(Multi Level Cell; MLC), 세 개의 데이터 비트들을 저장하는 트리플 레벨 셀(Triple Level Cell; TLC) 또는 네 개의 데이터 비트를 저장할 수 있는 쿼드 레벨 셀(Quad Level Cell; QLC)로 구성될 수 있다.
주변 회로(120)는 어드레스 디코더(121), 전압 생성부(122), 읽기 및 쓰기 회로(123), 데이터 입출력 회로(124) 및 센싱 회로(125)를 포함할 수 있다.
주변 회로(120)는 메모리 셀 어레이(110)를 구동한다. 예를 들어 주변 회로(120)는 프로그램 동작, 리드 동작 및 소거 동작을 수행하도록 메모리 셀 어레이(110)를 구동할 수 있다.
어드레스 디코더(121)는 행 라인들(RL)을 통해 메모리 셀 어레이(110)에 연결된다. 행 라인들(RL)은 드레인 선택 라인들, 워드라인들, 소스 선택 라인들 및 공통 소스 라인을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 워드라인들은 노멀 워드라인들과 더미 워드라인들을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 행 라인들(RL)은 파이프 선택 라인을 더 포함할 수 있다.
어드레스 디코더(121)는 제어 로직(130)의 제어에 응답하여 동작하도록 구성된다. 어드레스 디코더(121)는 제어 로직(130)으로부터 어드레스(ADDR)를 수신한다.
어드레스 디코더(121)는 수신된 어드레스(ADDR) 중 블록 어드레스를 디코딩하도록 구성된다. 어드레스 디코더(121)는 디코딩된 블록 어드레스에 따라 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 중 적어도 하나의 메모리 블록을 선택한다. 어드레스 디코더(121)는 수신된 어드레스(ADDR) 중 로우 어드레스(RADD)를 디코딩하도록 구성된다. 어드레스 디코더(121)는 디코딩된 로우 어드레스(RADD)에 따라 전압 생성부(122)로부터 제공받은 전압들을 적어도 하나의 워드라인(WL)에 인가하여 선택된 메모리 블록의 적어도 하나의 워드라인을 선택할 수 있다.
프로그램 동작 시에, 어드레스 디코더(121)는 선택된 워드라인에 프로그램 전압을 인가하고 비선택된 워드라인들에 프로그램 전압보다 낮은 레벨의 패스 전압을 인가할 것이다. 프로그램 검증 동작 시에, 어드레스 디코더(121)는 선택된 워드라인에 검증 전압을 인가하고 비선택된 워드라인들에 검증 전압보다 높은 레벨의 검증 패스 전압을 인가할 것이다.
리드 동작 시에, 어드레스 디코더(121)는 선택된 워드라인에 읽기 전압을 인가하고, 비선택된 워드라인들에 읽기 전압보다 높은 레벨의 읽기 패스 전압을 인가할 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 메모리 장치(100)의 소거 동작은 메모리 블록 단위로 수행된다. 소거 동작 시에 메모리 장치(100)에 입력되는 어드레스(ADDR)는 블록 어드레스를 포함한다. 어드레스 디코더(121)는 블록 어드레스를 디코딩하고, 디코딩된 블록 어드레스에 따라 하나의 메모리 블록을 선택할 수 있다. 소거 동작 시, 어드레스 디코더(121)는 선택된 메모리 블록에 입력되는 워드라인들에 접지 전압을 인가할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 어드레스 디코더(121)는 전달된 어드레스(ADDR) 중 컬럼 어드레스를 디코딩하도록 구성될 수 있다. 디코딩된 컬럼 어드레스는 읽기 및 쓰기 회로(123)에 전달될 수 있다. 예시적으로, 어드레스 디코더(121)는 로우 디코더, 컬럼 디코더, 어드레스 버퍼 등과 같은 구성 요소들을 포함할 수 있다.
전압 생성부(122)는 메모리 장치(100)에 공급되는 외부 전원 전압을 이용하여 복수의 동작 전압(Vop)들을 발생하도록 구성된다. 전압 생성부(122)는 제어 로직(130)의 제어에 응답하여 동작한다.
실시 예로서, 전압 생성부(122)는 외부 전원 전압을 레귤레이팅하여 내부 전원 전압을 생성할 수 있다. 전압 생성부(122)에서 생성된 내부 전원 전압은 메모리 장치(100)의 동작전압으로서 사용된다.
실시 예로서, 전압 생성부(122)는 외부 전원 전압 또는 내부 전원 전압을 이용하여 복수의 동작 전압(Vop)들을 생성할 수 있다. 전압 생성부(122)는 메모리 장치(100)에서 요구되는 다양한 전압들을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전압 생성부(122)는 복수의 소거 전압들, 복수의 프로그램 전압들, 복수의 패스 전압들, 복수의 선택 읽기 전압들, 복수의 비선택 읽기 전압들을 생성할 수 있다.
전압 생성부(122)는 다양한 전압 레벨들을 갖는 복수의 동작 전압(Vop)들을 생성하기 위해서, 내부 전원 전압을 수신하는 복수의 펌핑 커패시터들을 포함하고, 제어 로직(130)의 제어에 응답하여 복수의 펌핑 커패시터들을 선택적으로 활성화하여 복수의 동작 전압(Vop)들을 생성할 것이다.
생성된 복수의 동작 전압(Vop)들은 어드레스 디코더(121)에 의해 메모리 셀 어레이(110)에 공급될 수 있다.
읽기 및 쓰기 회로(123)는 제1 내지 제 m 페이지 버퍼들(PB1~PBm)을 포함한다. 제1 내지 제 m 페이지 버퍼들(PB1~PBm)은 각각 제1 내지 제 m 비트라인들(BL1~BLm)을 통해 메모리 셀 어레이(110)에 연결된다. 제1 내지 제 m 페이지 버퍼들(PB1~PBm)은 제어 로직 (130)의 제어에 응답하여 동작한다.
제1 내지 제 m 페이지 버퍼들(PB1~PBm)은 데이터 입출력 회로(124)와 데이터(DATA)를 통신한다. 프로그램 시에, 제1 내지 제 m 페이지 버퍼들(PB1~PBm)은 데이터 입출력 회로(124) 및 데이터 라인들(DL)을 통해 저장될 데이터(DATA)를 수신한다.
프로그램 동작 시, 제1 내지 제 m 페이지 버퍼들(PB1~PBm)은 선택된 워드라인에 프로그램 펄스가 인가될 때, 저장될 데이터(DATA)를 데이터 입출력 회로(124)를 통해 수신한 데이터(DATA)를 비트라인들(BL1~BLm)을 통해 선택된 메모리 셀들에 전달할 것이다. 전달된 데이터(DATA)에 따라 선택된 페이지의 메모리 셀들은 프로그램된다. 프로그램 허용 전압(예를 들면, 접지 전압)이 인가되는 비트라인과 연결된 메모리 셀은 상승된 문턱전압을 가질 것이다. 프로그램 금지 전압(예를 들면, 전원 전압)이 인가되는 비트라인과 연결된 메모리 셀의 문턱전압은 유지될 것이다. 프로그램 검증 동작 시에, 제1 내지 제 m 페이지 버퍼들(PB1~PBm)은 선택된 메모리 셀들로부터 비트라인들(BL1~BLm)을 통해 메모리 셀들에 저장된 데이터(DATA)를 읽는다.
리드 동작 시, 읽기 및 쓰기 회로(123)는 선택된 페이지의 메모리 셀들로부터 비트라인들(BL)을 통해 데이터(DATA)를 읽고, 읽어진 데이터(DATA)를 제1 내지 제m 페이지 버퍼들(PB1~PBm)에 저장할 수 있다.
소거 동작 시에, 읽기 및 쓰기 회로(123)는 비트라인들(BL)을 플로팅(floating) 시킬 수 있다. 실시 예로서, 읽기 및 쓰기 회로(123)는 열 선택 회로를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 읽기 및 쓰기 회로(123)에 포함된 복수의 페이지 버퍼들 중 일부 페이지 버퍼들에 저장된 데이터가 메모리 셀 어레이(110)에 프로그램되는 동안, 다른 페이지 버퍼들은 메모리 컨트롤러(200)로부터 새로운 데이터를 입력 받아 저장할 수 있다.
데이터 입출력 회로(124)는 데이터 라인들(DL)을 통해 제1 내지 제 m 페이지 버퍼들(PB1~PBm)에 연결된다. 데이터 입출력 회로(124)는 제어 로직(130)의 제어에 응답하여 동작한다.
데이터 입출력 회로(124)는 입력되는 데이터(DATA)를 수신하는 복수의 입출력 버퍼들(미도시)을 포함할 수 있다. 프로그램 동작 시, 데이터 입출력 회로(124)는 외부 컨트롤러(미도시)로부터 저장될 데이터(DATA)를 수신한다. 데이터 입출력 회로(124)는 리드 동작 시, 읽기 및 쓰기 회로(123)에 포함된 제1 내지 제 m 페이지 버퍼들(PB1~PBm)로부터 전달된 데이터(DATA)를 외부 컨트롤러로 출력한다.
센싱 회로(125)는 리드 동작 또는 검증 동작 시, 제어 로직(130)이 생성한 허용 비트(VRYBIT) 신호에 응답하여 기준 전류를 생성하고, 읽기 및 쓰기 회로(123)로부터 수신된 센싱 전압(VPB)과 기준 전류에 의해 생성된 기준 전압을 비교하여 패스 신호 또는 페일 신호를 제어 로직(130)으로 출력할 수 있다.
제어 로직(130)은 어드레스 디코더(121), 전압 생성부(122), 읽기 및 쓰기 회로(123), 데이터 입출력 회로(124) 및 센싱 회로(125)에 연결될 수 있다. 제어 로직(130)은 메모리 장치(100)의 제반 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 제어 로직(130)은 외부 장치로부터 전달되는 커맨드(CMD)에 응답하여 동작할 수 있다.
제어 로직(130)은 커맨드(CMD) 및 어드레스(ADDR)에 응답하여 여러 가지 신호를 생성하여 주변 회로(120)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어 로직(130)은 커맨드(CMD) 및 어드레스(ADDR)에 응답하여 동작 신호(OPSIG), 로우 어드레스(RADD), 읽기 및 쓰기 회로 제어신호(PBSIGNALS) 및 허용 비트(VRYBIT)를 생성할 수 있다. 제어 로직(130)은 동작 신호(OPSIG)는 전압 생성부(122)로 출력하고, 로우 어드레스(RADD)는 어드레스 디코더(121)로 출력하고, 읽기 및 쓰기 제어신호는 읽기 및 쓰기 회로(123)로 출력하고, 허용 비트(VRYBIT)는 센싱 회로(125)로 출력할 수 있다. 또한, 제어 로직(130)은 센싱 회로(125)가 출력한 패스 또는 페일 신호(PASS/FAIL)에 응답하여 검증 동작이 패스 또는 페일 되었는지를 판단할 수 있다.
도 3은 도 2의 메모리 셀 어레이의 일 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 메모리 셀 어레이(110)는 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKz)을 포함한다. 각 메모리 블록은 3차원 구조를 갖는다. 각 메모리 블록은 기판 위에 적층된 복수의 메모리 셀들을 포함한다. 이러한 복수의 메모리 셀들은 +X 방향, +Y 방향 및 +Z 방향을 따라 배열된다. 각 메모리 블록의 구조는 도 4 및 도 5를 참조하여 더 상세히 설명된다.
도 4는 도 3의 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 중 어느 하나의 메모리 블록(BLKa)을 보여주는 회로도이다.
도 4를 참조하면 메모리 블록(BLKa)은 복수의 셀 스트링들(CS11~CS1m, CS21~CS2m)을 포함한다. 실시 예로서, 복수의 셀 스트링들(CS11~CS1m, CS21~CS2m) 각각은 'U'자형으로 형성될 수 있다. 메모리 블록(BLKa) 내에서, 행 방향(즉 +X 방향)으로 m개의 셀 스트링들이 배열된다. 도 5에서, 열 방향(즉 +Y 방향)으로 2개의 셀 스트링들이 배열되는 것으로 도시되었다. 하지만 이는 설명의 편의를 위한 것으로서 열 방향으로 3개 이상의 셀 스트링들이 배열될 수 있음이 이해될 것이다.
복수의 셀 스트링들(CS11~CS1m, CS21~CS2m) 각각은 적어도 하나의 소스 선택 트랜지스터(SST), 제1 내지 제 n 메모리 셀들(MC1~MCn), 파이프 트랜지스터(PT), 그리고 적어도 하나의 드레인 선택 트랜지스터(DST)를 포함한다.
선택 트랜지스터들(SST, DST) 및 메모리 셀들(MC1~MCn) 각각은 유사한 구조를 가질 수 있다. 실시 예로서, 선택 트랜지스터들(SST, DST) 및 메모리 셀들(MC1~MCn) 각각은 채널층, 터널링 절연막, 전하 저장막 및 블로킹 절연막을 포함할 수 있다. 실시 예로서, 채널층을 제공하기 위한 필라(pillar)가 각 셀 스트링(each cell string)에 제공될 수 있다. 실시 예로서, 채널층, 터널링 절연막, 전하 저장막 및 블로킹 절연막 중 적어도 하나를 제공하기 위한 필라가 각 셀 스트링에 제공될 수 있다.
각 셀 스트링의 소스 선택 트랜지스터(SST)는 공통 소스 라인(CSL)과 메모리 셀들(MC1~MCp) 사이에 연결된다.
실시 예로서, 동일한 행에 배열된 셀 스트링들의 소스 선택 트랜지스터들은 행 방향으로 신장되는 소스 선택 라인에 연결되고, 상이한 행에 배열된 셀 스트링들의 소스 선택 트랜지스터들은 상이한 소스 선택 라인들에 연결된다. 도 4에서, 제1 행의 셀 스트링들(CS11~CS1m)의 소스 선택 트랜지스터들은 제1 소스 선택 라인(SSL1)에 연결되어 있다. 제 2 행의 셀 스트링들(CS21~CS2m)의 소스 선택 트랜지스터들은 제 2 소스 선택 라인(SSL2)에 연결되어 있다.
다른 실시 예로서, 셀 스트링들(CS11~CS1m, CS21~CS2m)의 소스 선택 트랜지스터들은 하나의 소스 선택 라인에 공통 연결될 수 있다.
각 셀 스트링의 제1 내지 제 n 메모리 셀들(MC1~MCn)은 소스 선택 트랜지스터(SST)와 드레인 선택 트랜지스터(DST) 사이에 연결된다.
제1 내지 제 n 메모리 셀들(MC1~MCn)은 제1 내지 제 p 메모리 셀들(MC1~MCp)과 제 p+1 내지 제 n 메모리 셀들(MCp+1~MCn)로 구분될 수 있다. 제1 내지 제 p 메모리 셀들(MC1~MCp)은 +Z 방향과 역방향으로 순차적으로 배열되며, 소스 선택 트랜지스터(SST)와 파이프 트랜지스터(PT) 사이에서 직렬 연결된다. 제 p+1 내지 제 n 메모리 셀들(MCp+1~MCn)은 +Z 방향으로 순차적으로 배열되며, 파이프 트랜지스터(PT)와 드레인 선택 트랜지스터(DST) 사이에서 직렬 연결된다. 제1 내지 제 p 메모리 셀들(MC1~MCp)과 제 p+1 내지 제 n 메모리 셀들(MCp+1~MCn)은 파이프 트랜지스터(PT)를 통해 연결된다. 각 셀 스트링의 제1 내지 제 n 메모리 셀들(MC1~MCn)의 게이트들은 각각 제1 내지 제 n 워드라인들(WL1~WLn)에 연결된다.
각 셀 스트링의 파이프 트랜지스터(PT)의 게이트는 파이프 라인(PL)에 연결된다.
각 셀 스트링의 드레인 선택 트랜지스터(DST)는 해당 비트라인과 메모리 셀들(MCp+1~MCn) 사이에 연결된다. 행 방향으로 배열되는 셀 스트링들은 행 방향으로 신장되는 드레인 선택 라인에 연결된다. 제1 행의 셀 스트링들(CS11~CS1m)의 드레인 선택 트랜지스터들은 제1 드레인 선택 라인(DSL1)에 연결된다. 제 2 행의 셀 스트링들(CS21~CS2m)의 드레인 선택 트랜지스터들은 제 2 드레인 선택 라인(DSL2)에 연결된다.
열 방향으로 배열되는 셀 스트링들은 열 방향으로 신장되는 비트라인에 연결된다. 도 4에서, 제1 열의 셀 스트링들(CS11, CS21)은 제1 비트라인(BL1)에 연결되어 있다. 제 m 열의 셀 스트링들(CS1m, CS2m)은 제 m 비트라인(BLm)에 연결되어 있다.
행 방향으로 배열되는 셀 스트링들 내에서 동일한 워드라인에 연결되는 메모리 셀들은 하나의 페이지를 구성한다. 예를 들면, 제1 행의 셀 스트링들(CS11~CS1m) 중 제1 워드라인(WL1)과 연결된 메모리 셀들은 하나의 페이지를 구성한다. 제 2 행의 셀 스트링들(CS21~CS2m) 중 제1 워드라인(WL1)과 연결된 메모리 셀들은 다른 하나의 페이지를 구성한다. 드레인 선택 라인들(DSL1, DSL2) 중 어느 하나가 선택됨으로써 하나의 행 방향으로 배열되는 셀 스트링들이 선택될 것이다. 워드라인들(WL1~WLn) 중 어느 하나가 선택됨으로써 선택된 셀 스트링들 중 하나의 페이지가 선택될 것이다.
다른 실시 예로서, 제1 내지 제 m 비트라인들(BL1~BLm) 대신 이븐 비트라인들 및 오드 비트라인들이 제공될 수 있다. 그리고 행 방향으로 배열되는 셀 스트링들(CS11~CS1m 또는 CS21~CS2m) 중 짝수 번째 셀 스트링들은 이븐 비트라인들에 각각 연결되고, 행 방향으로 배열되는 셀 스트링들(CS11~CS1m 또는 CS21~CS2m) 중 홀수 번째 셀 스트링들은 오드 비트라인들에 각각 연결될 수 있다.
실시 예로서, 제1 내지 제 n 메모리 셀들(MC1~MCn) 중 적어도 하나 이상은 더미 메모리 셀로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나 이상의 더미 메모리 셀들은 소스 선택 트랜지스터(SST)와 메모리 셀들(MC1~MCp) 사이의 전계(electric field)를 감소시키기 위해 제공된다. 또는, 적어도 하나 이상의 더미 메모리 셀들은 드레인 선택 트랜지스터(DST)와 메모리 셀들(MCp+1~MCn) 사이의 전계를 감소시키기 위해 제공된다. 더 많은 더미 메모리 셀들이 제공될수록, 메모리 블록(BLKa)에 대한 동작의 신뢰성이 향상되는 반면, 메모리 블록(BLKa)의 크기는 증가한다. 더 적은 메모리 셀들이 제공될수록, 메모리 블록(BLKa)의 크기는 감소하는 반면 메모리 블록(BLKa)에 대한 동작의 신뢰성은 저하될 수 있다.
적어도 하나 이상의 더미 메모리 셀들을 효율적으로 제어하기 위해, 더미 메모리 셀들 각각은 요구되는 문턱전압을 가질 수 있다. 메모리 블록(BLKa)에 대한 소거 동작 이전 또는 이후에, 더미 메모리 셀들 중 전부 혹은 일부에 대한 프로그램 동작들이 수행될 수 있다. 프로그램 동작이 수행된 뒤에 소거 동작이 수행되는 경우, 더미 메모리 셀들의 문턱전압은 각각의 더미 메모리 셀들에 연결된 더미 워드라인들에 인가되는 전압을 제어함으로써 더미 메모리 셀들은 요구되는 문턱전압을 가질 수 있다.
도 5는 도 3의 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 중 어느 하나의 메모리 블록(BLKb)의 다른 실시 예를 보여주는 회로도이다.
도 5를 참조하면 메모리 블록(BLKb)은 복수의 셀 스트링들(CS11'~CS1m', CS21'~CS2m')을 포함한다. 복수의 셀 스트링들(CS11'~CS1m', CS21'~CS2m') 각각은 +Z 방향을 따라 신장된다. 복수의 셀 스트링들(CS11'~CS1m', CS21'~CS2m') 각각은, 메모리 블록(BLK1') 하부의 기판(미도시) 위에 적층된, 적어도 하나의 소스 선택 트랜지스터(SST), 제1 내지 제 n 메모리 셀들(MC1~MCn) 그리고 적어도 하나의 드레인 선택 트랜지스터(DST)를 포함한다.
각 셀 스트링의 소스 선택 트랜지스터(SST)는 공통 소스 라인(CSL)과 메모리 셀들(MC1~MCn) 사이에 연결된다. 동일한 행에 배열된 셀 스트링들의 소스 선택 트랜지스터들은 동일한 소스 선택 라인에 연결된다. 제1 행에 배열된 셀 스트링들(CS11'~CS1m')의 소스 선택 트랜지스터들은 제1 소스 선택 라인(SSL1)에 연결된다. 제 2 행에 배열된 셀 스트링들(CS21'~CS2m')의 소스 선택 트랜지스터들은 제 2 소스 선택 라인(SSL2)에 연결된다. 다른 실시 예로서, 셀 스트링들(CS11'~CS1m', CS21'~CS2m')의 소스 선택 트랜지스터들은 하나의 소스 선택 라인에 공통 연결될 수 있다.
각 셀 스트링의 제1 내지 제 n 메모리 셀들(MC1~MCn)은 소스 선택 트랜지스터(SST)와 드레인 선택 트랜지스터(DST) 사이에서 직렬 연결된다. 제1 내지 제 n 메모리 셀들(MC1~MCn)의 게이트들은 각각 제1 내지 제 n 워드라인들(WL1~WLn)에 연결된다.
각 셀 스트링의 드레인 선택 트랜지스터(DST)는 해당 비트라인과 메모리 셀들(MC1~MCn) 사이에 연결된다. 행 방향으로 배열되는 셀 스트링들의 드레인 선택 트랜지스터들은 행 방향으로 신장되는 드레인 선택 라인에 연결된다. 제1 행의 셀 스트링들(CS11'~CS1m')의 드레인 선택 트랜지스터들은 제1 드레인 선택 라인(DSL1)에 연결된다. 제 2 행의 셀 스트링들(CS21'~CS2m')의 드레인 선택 트랜지스터들은 제 2 드레인 선택 라인(DSL2)에 연결된다.
결과적으로, 각 셀 스트링에 파이프 트랜지스터(PT)가 제외된 것을 제외하면 도 5의 메모리 블록(BLKb)은 도 4의 메모리 블록(BLKa)과 유사한 등가 회로를 갖는다.
다른 실시 예로서, 제1 내지 제 m 비트라인들(BL1~BLm) 대신 이븐 비트라인들 및 오드 비트라인들이 제공될 수 있다. 그리고 행 방향으로 배열되는 셀 스트링들(CS11'~CS1m' 또는 CS21'~CS2m') 중 짝수 번째 셀 스트링들은 이븐 비트라인들에 각각 연결되고, 행 방향으로 배열되는 셀 스트링들(CS11'~CS1m' 또는 CS21'~CS2m') 중 홀수 번째 셀 스트링들은 오드 비트라인들에 각각 연결될 수 있다.
실시 예로서, 제1 내지 제 n 메모리 셀들(MC1~MCn) 중 적어도 하나 이상은 더미 메모리 셀로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나 이상의 더미 메모리 셀들은 소스 선택 트랜지스터(SST)와 메모리 셀들(MC1~MCn) 사이의 전계(electric field)를 감소시키기 위해 제공된다. 또는, 적어도 하나 이상의 더미 메모리 셀들은 드레인 선택 트랜지스터(DST)와 메모리 셀들(MC1~MCn) 사이의 전계를 감소시키기 위해 제공된다. 더 많은 더미 메모리 셀들이 제공될수록, 메모리 블록(BLKb)에 대한 동작의 신뢰성이 향상되는 반면, 메모리 블록(BLKb)의 크기는 증가한다. 더 적은 메모리 셀들이 제공될수록, 메모리 블록(BLKb)의 크기는 감소하는 반면 메모리 블록(BLKb)에 대한 동작의 신뢰성은 저하될 수 있다.
적어도 하나 이상의 더미 메모리 셀들을 효율적으로 제어하기 위해, 더미 메모리 셀들 각각은 요구되는 문턱전압을 가질 수 있다. 메모리 블록(BLKb)에 대한 소거 동작 이전 또는 이후에, 더미 메모리 셀들 중 전부 혹은 일부에 대한 프로그램 동작들이 수행될 수 있다. 프로그램 동작이 수행된 뒤에 소거 동작이 수행되는 경우, 더미 메모리 셀들의 문턱전압은 각각의 더미 메모리 셀들에 연결된 더미 워드라인들에 인가되는 전압을 제어함으로써 더미 메모리 셀들은 요구되는 문턱전압을 가질 수 있다.
도 6은 도 1의 메모리 컨트롤러의 멀티 플레인 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 메모리 장치는 복수의 플레인들을 포함할 수 있다. 하나의 플레인은 복수의 페이지들을 각각 포함하는 복수의 메모리 블록들을 포함할 수 있다.
예를 들면, 메모리 장치는 제0 내지 제3 플레인들(Plane0~Plane3)을 포함할 수 있다. 메모리 장치가 포함하는 플레인의 개수는 본 발명의 실시 예에 제한되지 않는다. 제1 내지 제4 플레인들 각각은 제0 내지 제n 메모리 블록들(BLK_0~BLK_n, (n은 1이상의 자연수))을 포함할 수 있다. 제0 내지 제n 메모리 블록들(BLK_0~BLK_n) 각각은 제0 내지 제k 페이지들(PAGE 0~PAGE k, (k는 1이상의 자연수))을 포함할 수 있다.
하나의 슈퍼 블록은 서로 다른 플레인들에 포함되는 적어도 둘 이상의 메모리 블록들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제0 슈퍼 블록(Super Block 0)은 제0 내지 제3 플레인(Plane0~Plane3)들 각각에 포함되는 제0 메모리 블록(BLK_0)을 포함할 수 있다.
하나의 슈퍼 블록은 복수의 스트라이프(Stripe)들을 포함할 수 있다. 스트라이프(Stripe)는 용어 “슈퍼 페이지”와 혼용될 수 있다. 하나의 스트라이프 또는 슈퍼 페이지는 복수의 페이지들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제0 스트라이프(Stripe 0) 또는 제0 슈퍼 페이지(Super Page 0)는 제0 슈퍼 블록(Super Block 0)에 포함된 복수의 제0 메모리 블록(BLK_0)들에 각각 포함된 제0 페이지(Page 0)들을 포함할 수 있다.
따라서, 하나의 슈퍼 블록은 제0 스트라이프(Stripe 0) 내지 제k 스트라이프(Stripe k)를 포함할 수 있다. 또는 하나의 슈퍼 블록은 제0 슈퍼 페이지(Super Page 0) 내지 제k 슈퍼 페이지(Super page k)를 포할될 수 있다.
메모리 컨트롤러는 메모리 장치에 데이터를 저장하거나, 저장된 데이터를 리드함에 있어서, 스트라이프 단위 또는 슈퍼 페이지 단위로 데이터를 저장하거나 리드할 수 있다. 즉 메모리 컨트롤러는 메모리 장치의 적어도 둘 이상의 플레인들에 포함되는 페이지들에 동시에 데이터를 저장하거나, 저장된 데이터를 리드하는 멀티 플레인 동작을 수행할 수 있다. 메모리 컨트롤러는 서로 다른 플레인의 서로 다른 위치의 메모리 블록에 포함된 페이지들에 대해서도 멀티 플레인 동작을 수행할 수 있다. 예를 들면, 메모리 컨트롤러는 제0 플레인(Plane 0)의 제0 메모리 블록(BLK_0)의 제0 폐이지(Page 0) 및 제3 플레인(Plane 3)의 제3 메모리 블록(BLK_3)의 제3 폐이지(Page 3)에 동시에 데이터를 저장하거나, 저장된 데이터를 리드할 수 있다.
도 7은 가비지 컬렉션 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 가비지 컬렉션 동작은 희생 블록에 저장된 유효 데이터를 다른 메모리 블록에 저장하고, 희생 블록을 소거함으로써, 사용 가능한 프리 블록을 확보하는 백그라운드 동작일 수 있다. 프리 블록은 소거 동작이 수행되고 데이터가 저장되지 않은 메모리 블록일 수 있다.
가비지 컬렉션 동작은 적어도 둘 이상의 희생 블록들에 저장된 무효 데이터 및 유효 데이터 중 유효 데이터를 리드하여 프리 블록에 저장하는 동작일 수 있다. 유효 데이터들이 저장된 프리 블록은 데이터 블록으로 설정될 수 있다. 유효 데이터들이 프리 블록에 저장된 후 희생 블록들은 소거될 수 있다. 소거된 희생 블록들은 프리 블록으로 설정될 수 있다.
실시 예에서, 메모리 장치가 복수의 플레인들을 포함하는 경우, 메모리 컨트롤러는 복수의 플레인들 각각에 대한 동작을 동시에 수행하는 멀티 플레인 동작을 메모리 장치가 수행하도록 제어할 수 있다. 따라서, 서로 다른 플레인에 각각 포함된 적어도 둘 이상의 메모리 블록들이 희생 블록들로 결정될 수 있다. 또한, 희생 블록들에 저장된 유효 데이터들은 멀티 플레인 리드 동작에 따라 동시에 리드될 수 있을 것이다.
예를 들면, 가비지 컬렉션 동작이 수행되면, 제0 희생 블록(Victim BLK_0)에 저장된 유효 데이터(Valid Data)들과 제1 희생 블록(Victim BLK_1)에 저장된 유효 데이터(Valid Data)들은 리드되어 프리 블록(Free BLK)에 저장될 수 있다. 이 때 프리 블록(Free BLK)은 데이터 블록(Data BLK)으로 설정될 수 있다. 유효 데이터(Valid Data)들이 프리 블록(Free BLK)에 저장된 후, 제0 희생 블록(Victim BLK_0) 및 제1 희생 블록(Victim BLK_1)들은 소거되고, 소거된 제0 희생 블록(Victim BLK_0) 및 제1 희생 블록(Victim BLK_1)들은 프리 블록(Free BLK)으로 설정될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 컨트롤러의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 가비지 컬렉션 제어부(210)는 커맨드 입력 제어부(211), 리드 순서 결정부(212) 및 데이터 맵 생성부(213)를 포함할 수 있다.
커맨드 입력 제어부(211)는 가비지 컬렉션 동작을 수행하는 동안 수행할 커맨드를 메모리 장치(100)에 제공할 수 있다. 이 때 커맨드는 희생 블록에 저장된 유효 데이터를 리드하는 리드 커맨드를 포함할 수 있다. 또는 커맨드는 리드 커맨드에 따라 리드된 데이터를 프리 블록에 저장하는 프로그램 커맨드를 포함할 수 있다. 커맨드는 프로그램 커맨드에 따라 프로그램 동작이 수행된 후 희생 블록에 대한 소거 커맨드를 포함할 수 있다.
커맨드 입력 제어부(211)는 리드 순서 결정부(212)가 제공하는 리드 순서 정보(Read Sequence Info)를 기초로 메모리 장치(100)에 희생 블록에 저장된 유효 데이터를 리드하는 리드 커맨드를 제공할 수 있다. 리드 순서 정보(Read Sequence Info)는 희생 블록에 저장된 유효 데이터를 리드할 순서를 포함할 수 있다.
리드 순서 결정부(212)는 데이터 맵 생성부(213)가 제공하는 데이터 맵(Data Map)을 기초로 메모리 블록에 저장된 데이터를 리드할 순서를 결정할 수 있다. 리드 순서 결정부(212)는 결정된 리드 순서를 나타내는 리드 순서 정보(Read Sequence Info)를 생성할 수 있다.
예를 들면, 리드 순서 결정부(212)는 가비지 컬렉션 동작시 희생 블록들에 저장된 데이터를 리드할 순서를 나타내는 리드 순서 정보(Read Sequence Info)를 생성하여 커맨드 입력 제어부(211)에 제공할 수 있다.
커맨드 입력 제어부(211)는 리드 커맨드에 따라 리드한 유효 데이터를 프리 블록에 저장하는 프로그램 커맨드를 메모리 장치(100)에 제공할 수 있다. 커맨드 입력 제어부(211)는 유효 데이터가 프리 블록에 저장이 완료되면, 희생 블록을 소거하는 커맨드를 메모리 장치(100)에 제공할 수 있다.
데이터 맵 생성부(213)는 메모리 블록에 대한 데이터 맵(Data Map)을 생성하여 리드 순서 결정부(212)에 제공할 수 있다. 데이터 맵 생성부(213)는 희생 블록들에 저장된 유효 데이터들이 저장된 위치를 나타내는 데이터 맵(Data Map)을 생성할 수 있다. 데이터 맵(Data Map)은 메모리 블록에 저장된 유효 데이터 및 무효 데이터 중 유효 데이터가 저장된 위치를 나타내는 정보일 수 있다.
하나의 메모리 블록에 저장된 데이터는 데이터 청크 단위로 구분될 수 있다. 즉, 데이터는 데이터 청크 단위로 메모리 블록에 저장될 수 있다. 데이터 청크는 일정한 데이터의 크기를 나타내는 단위일 수 있다. 이 때 일정한 데이터의 크기는 다양하게 설정될 수 있다. 실시 예에서, 유효 데이터는 유효 데이터 청크를 포함하는 개념일 수 있다. 무효 데이터는 무효 데이터 청크를 포함하는 개념일 수 있다.
실시 예에서, 데이터 맵(Data Map)은 희생 블록들에 저장된 복수의 데이터 청크 각각이 유효 데이터 청크 또는 무효 데이터 청크 중 어느 하나에 해당하는지를 페이지 오프셋 별로 나타낼 수 있다. 페이지 오프셋은 메모리 블록에 포함된 페이지들 중 각 페이지를 나타내는 페이지 번호일 수 있다.
도 9는 도 8의 데이터 맵을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 데이터 맵은 적어도 하나의 메모리 블록에 저장된 데이터들이 저장된 위치를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 데이터 맵은 메모리 블록 내에 유효 데이터가 저장된 위치를 나타내거나, 무효 데이터가 저장된 위치를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 데이터 맵은 제0 플레인(Plane_0)의 제0 메모리 블록(BLK_0) 및 제1 플레인(Plane_1)의 제0 메모리 블록(BLK_0) 각각에 저장된 유효 데이터가 저장된 위치를 나타낸다.
하나의 메모리 블록에 저장된 데이터는 데이터 청크 단위로 구분될 수 있다. 즉, 데이터는 데이터 청크 단위로 메모리 블록에 저장될 수 있다.
도 9에서 설명의 편의를 위해 하나의 메모리 블록은 4개의 페이지들을 포함하고, 하나의 페이지는 4개의 데이터 청크들을 저장할 수 있는 것으로 가정한다. 예를 들면, 제0 플레인(Plane_0)의 제0 메모리 블록(BLK_0) 및 제1 플레인(Plane_1)의 제0 메모리 블록(BLK_0) 각각은 제0 내지 제3 페이지(Page 0~Page 3)들을 포함하고, 각 페이지는 4개의 데이터 청크(Data Chunk)들을 저장할 수 있다. 하나의 메모리 블록에 저장되는 데이터 청크(Data Chunk)들의 개수는 본 실시 예에 한정되지 않는다.
데이터는 유효 데이터(Valid Data) 또는 무효 데이터(Invalid Data)로 구분될 수 있다. 여기서 유효 데이터(Valid Data)는 호스트로부터 갱신 요청되지 않은 데이터 또는 최근에 갱신된 데이터일 수 있다. 무효 데이터(Invalid Data)는 호스트로부터 갱신 요청된 데이터일 수 있다. 도 9에서 빗금 쳐진 부분은 유효 데이터(Valid Data), 빗금 쳐지지 않은 부분은 무효 데이터(Invalid Data)를 나타낸다. 실시 예에서, 하나의 데이터 청크는 유효 데이터(Valid Data)를 나타내는 유효 데이터 청크 또는 무효 데이터(Invalid Data)를 나타내는 무효 데이터 청크로 구분될 수 있다.
데이터 맵(Data Map)은 비트맵 형태로 저장될 수 있다. 이 때 유효 데이터 청크는 1 무효 데이터 청크는 0을 나타낼 수 있다. 또는 유효 데이터 청크는 0 무효 데이터 청크는 1을 나타낼 수 있다.
도 9에서, 제0 플레인(Plane_0)의 제0 메모리 블록(BLK_0)은 제0 내지 제3 데이터 청크들, 제8 내지 제11 데이터 청크들, 제16 내지 제19 데이터 청크들 및 제24 내지 제27 데이터 청크들을 저장한다. 여기서 제3 데이터 청크, 제10 데이터 청크 및 제16 내지 제19 데이터 청크들은 유효 데이터 청크일 수 있다. 제0 플레인(Plane_0)의 제0 메모리 블록(BLK_0)에 저장된 나머지 데이터 청크(Data Chunk)들은 무효 데이터 청크일 수 있다.
제1 플레인(Plane_1)의 제0 메모리 블록(BLK_0)은 제4 내지 제7 데이터 청크들, 제12 내지 제15 데이터 청크들, 제20 내지 제23 데이터 청크들 및 제28 내지 제31 데이터 청크들을 저장할 수 있다. 여기서 제4 데이터 청크, 제20 내지 제23 데이터 청크들 및 제28 내지 제31 데이터 청크들은 유효 데이터 청크일 수 있다. 제1 플레인(Plane_1)의 제0 메모리 블록(BLK_0)에 저장된 나머지 데이터 청크(Data Chunk)들은 무효 데이터 청크일 수 있다.
데이터 맵(Data Map)은 희생 블록들에 저장된 복수의 데이터 청크 각각이 유효 데이터 청크 또는 무효 데이터 청크 중 어느 하나에 해당하는지를 페이지 오프셋 별로 나타낼 수 있다. 페이지 오프셋은 메모리 블록에 포함된 페이지들 중 각 페이지를 나타내는 페이지 번호일 수 있다.
예를 들면, 메모리 블록은 제1 내지 제N 페이지를 포함할 수 있다. 제1 내지 제N 페이지 각각의 페이지 오프셋은 1 내지 N일 수 있다. 이 때 페이지 오프셋은 메모리 블록에 포함된 페이지들 중 각 페이지를 나타내는 페이지 번호일 수 있다. 제1 내지 제N 페이지 각각은 메모리 블록에 연결된 제1 내지 제N 워드라인들에 대응될 수 있다. 따라서 서로 다른 메모리 블록에 포함되더라도 동일한 페이지 오프셋을 갖는 페이지들은 동일한 페이지 번호를 가질 수 있다. 동일한 페이지 오프셋을 갖는 페이지들은 동일한 워드라인에 대응될 수 있다.
실시 예에서, 메모리 장치가 복수의 플레인들을 포함하는 경우, 서로 다른 플레인에 포함된 서로 다른 위치의 메모리 블록에 포함된 페이지들도 동일한 페이지 오프셋을 가질 수 있다.
예를 들면, 제0 플레인(Plane_0)의 제0 메모리 블록(BLK_0)은 제0 내지 제3 페이지(Page 0~Page 3)들 각각의 페이지 오프셋은 0 내지 3일 수 있다. 제1 플레인(Plane_1)의 제0 메모리 블록(BLK_0)에 포함된 페이지들도 마찬가지 방식으로 페이지 오프셋이 정해질 수 있다.
도 10은 도 9의 메모리 블록들에 저장된 유효 데이터를 노멀 리드하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 제0 플레인(Plane_0)의 제0 메모리 블록(BLK_0)과 제1 플레인(Plane_1)의 제0 메모리 블록(BLK_0)에 저장된 유효 데이터는 리드된 뒤, 메모리 블록(BLK_a) 및 메모리 블록(BLK_b)에 저장될 수 있다. 메모리 블록(BLK_a) 및 메모리 블록(BLK_b)은 데이터를 저장하기 위해 할당된 메모리 블록일 수 있다. 예를 들면, 메모리 블록(BLK_a) 및 메모리 블록(BLK_b)은 가비지 컬렉션 동작에서 희생 블록에 저장된 유효 데이터를 저장하기 위한 프리 블록일 수 있다.
메모리 장치가 복수의 플레인들을 포함하는 경우, 메모리 컨트롤러는 메모리 장치의 복수의 플레인들에 포함된 메모리 영역에 대한 동작을 동시에 수행하는 멀티 플레인 동작을 수행할 수 있다. 따라서, 메모리 컨트롤러는 서로 다른 플레인에 포함되는 페이지들에 동시에 데이터를 저장하거나, 저장된 데이터를 리드할 수 있다. 서로 다른 플레인에 포함되는 페이지들을 동시에 리드하는 동작은 멀티 플레인 리드 동작일 수 있다.
예를 들면, 도 9와 같이 메모리 컨트롤러는 제0 플레인(Plane_0)의 제0 메모리 블록(BLK_0)의 제0 페이지(Page 0)와 제1 플레인(Plane_1)의 제0 메모리 블록(BLK_0)의 제0 페이지(Page 0)에 멀티 플레인 리드 동작을 수행할 수 있다. 제0 플레인(Plane_0)의 제0 메모리 블록(BLK_0)의 제0 페이지(Page 0)와 제1 플레인(Plane_1)의 제0 메모리 블록(BLK_0)의 제3 페이지(Page 3)에 멀티 플레인 리드 동작을 수행할 수 있다.
도 10에서 설명의 편의를 위해, 메모리 컨트롤러가 멀티 플레인 동작으로 한 번에 리드 또는 프로그램 가능한 데이터의 최대 크기는 데이터 청크 8개로 가정한다. 이 때 쓰기 버퍼에 저장되는 데이터 청크들의 최대 개수는 8개일 수 있다. 멀티 플레인 동작으로 한 번에 리드 또는 프로그램 가능한 데이터의 최대 크기는 본 실시 예에 제한되지 않는다.
쓰기 버퍼는 프로그램 할 데이터를 임시로 저장하는 공간일 수 있다. 쓰기 버퍼의 저장 공간이 가득 찰 때까지 프로그램할 데이터는 계속 리드될 수 있다. 쓰기 버퍼는 저장 공간이 가득 차면, 저장된 프로그램 할 데이터를 다른 메모리 블록에 저장할 수 있다. 프로그램할 데이터가 다른 메모리 블록에 저장된 이후, 쓰기 버퍼에 임시로 저장된 데이터들은 삭제될 수 있다.
실시 예에서, 쓰기 버퍼의 저장 공간이 가득 찰 때까지 희생 블록에 저장된 유효 데이터 청크들은 리드될 수 있다. 또는 쓰기 버퍼에 저장되는 데이터 청크들의 개수가 최대치가 될 때까지, 희생 블록에 저장된 유효 데이터 청크들은 리드될 수 있다.
따라서 제1 노멀 리드 동작(Read_a1)에 따라, 제0 내지 제7 데이터 청크들을 저장하는 페이지들이 리드되고, 유효 데이터 청크인 제3 및 제4 데이터 청크들은 쓰기 버퍼에 임시로 저장될 수 있다.
제2 노멀 리드 동작(Read_a2)에 따라, 제8 내지 제15 데이터 청크들을 저장하는 페이지들이 리드되고, 유효 데이터 청크인 제10 데이터 청크는 쓰기 버퍼에 임시로 저장될 수 있다.
제3 노멀 리드 동작(Read_a3)에 따라, 제16 내지 제23 데이터 청크들을 저장하는 페이지들이 리드될 수 있다. 유효 데이터 청크인 제16 내지 제23 데이터 청크들 중 쓰기 버퍼의 남은 공간인 5개의 데이터 청크에 해당하는 제16 내지 제20 데이터 청크들이 쓰기 버퍼에 임시로 저장될 수 있다.
이 때, 쓰기 버퍼에 임시로 저장된 데이터 청크들의 개수는 최대치인 8개이므로, 쓰기 버퍼의 저장 공간은 가득찬 상태일 수 있다. 따라서 쓰기 버퍼에 임시로 저장된 3 및 제4 데이터 청크들, 제10 데이터 청크 및 제16 내지 제20 데이터 청크들은 메모리 블록들(BLK_a 및 BLK_b)에 저장될 수 있다. 이후 쓰기 버퍼에 임시로 저장된 데이터 청크들은 삭제되고, 저장할 데이터가 남은 경우 데이터 리드 동작은 재개될 수 있다.
제4 노멀 리드 동작(Read_a4)에 따라, 제16 내지 제23 데이터 청크들을 저장하는 페이지들이 리드될 수 있다. 유효 데이터 청크인 제16 내지 제23 데이터 청크들 중 아직 메모리 블록들(BLK_a 및 BLK_b)에 저장되지 않은 제21 내지 제23 데이터 청크들은 쓰기 버퍼에 임시로 저장될 수 있다.
제5 노멀 리드 동작(Read_a5)에 따라, 제24 내지 제31 데이터 청크들을 저장하는 페이지들이 리드될 수 있다. 유효 데이터 청크인 제28 내지 제31 데이터 청크들은 쓰기 버퍼에 임시로 저장될 수 있다.
메모리 컨트롤러는 저장할 데이터가 전부 리드된 경우, 쓰기 버퍼에 임시로 저장된 데이터 청크들을 메모리 블록에 저장하고 동작을 종료할 수 있다. 따라서, 데이터에 대한 리드 동작이 전부 완료되고, 쓰기 버퍼에 임시로 저장된 21 내지 제23 데이터 청크들 및 제28 내지 제31 데이터 청크들은 메모리 블록들(BLK_a 및 BLK_b)에 저장될 수 있다.
도 11은 노멀 리드에 따른 리드 순서 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 리드 순서 정보는 메모리 블록들에 저장된 데이터 청크(Data Chunk)들이 리드되는 순서인 리드 순서(Read Seq) 및 데이터 청크들을 저장하는 페이지들의 페이지 오프셋(Page Offset)을 포함할 수 있다. 페이지 오프셋(Page Offset)은 메모리 블록에 포함된 페이지들 중 각 페이지를 나타내는 페이지 번호일 수 있다.
도 11에서 리드 순서 정보는 리드되는 복수의 데이터 청크들 중 유효 데이터 청크를 저장하는 페이지들이 리드되는 순서를 나타낼 수 있다.
예를 들면, 리드 순서 정보는 도 10을 참조하여 설명된 제1 내지 제5 노멀 리드 동작(Read_a1~Read_a5)들에 따라 유효 데이터 청크들을 저장하는 페이지들이 리드되는 순서를 나타낼 수 있다.
리드 순서(Read Seq)가 첫 번째인 페이지들은 제3 데이터 청크를 저장하는 제0 플레인(Plane_0)의 제0 메모리 블록(BLK_0)의 페이지 오프셋 0을 갖는 제0 페이지 및 제4 데이터 청크를 저장하는 제1 플레인(Plane_1)의 제0 메모리 블록(BLK_0)의 페이지 오프셋 0을 갖는 제0 페이지일 수 있다.
리드 순서(Read Seq)가 두 번째인 페이지는 제10 데이터 청크를 저장하는 제0 플레인(Plane_0)의 제0 메모리 블록(BLK_0)의 페이지 오프셋 1을 갖는 제1 페이지일 수 있다.
리드 순서(Read Seq)가 세 번째인 페이지들은 제16 내지 제 19 데이터 청크들을 저장하는 제0 플레인(Plane_0)의 제0 메모리 블록(BLK_0)의 페이지 오프셋 2를 갖는 제2 페이지 및 제20 데이터 청크를 저장하는 제1 플레인(Plane_1)의 제0 메모리 블록(BLK_0)의 페이지 오프셋 2를 갖는 제2 페이지일 수 있다.
리드 순서(Read Seq)가 네 번째인 페이지는 제21 내지 제23 데이터 청크들을 저장하는 제1 플레인(Plane_1)의 제0 메모리 블록(BLK_0)의 페이지 오프셋 2를 갖는 제2 페이지일 수 있다.
리드 순서(Read Seq)가 다섯 번째인 페이지는 포함된 제28 내지 제 31 데이터 청크들을 저장하는 제1 플레인(Plane_1)의 제0 메모리 블록(BLK_0)의 페이지 오프셋 3을 갖는 제3 페이지일 수 있다.
노멀 리드시 리드되는 페이지들 간의 리드 순서는 바뀔 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 리드 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 설명의 편의를 위해 제0 플레인(Plane_0)의 제0 메모리 블록(BLK_0) 및 제1 플레인(Plane_1)의 제0 메모리 블록(BLK_0)들은 제0 내지 제 47 데이터 청크들을 저장하는 것으로 가정한다. 메모리 블록들에 저장되는 데이터 청크들의 수는 본 실시 예에 제한되지 않는다.
멀티 플레인 리드 동작에 따라 동시에 리드될 수 있는 페이지들에 저장된 모든 데이터 청크들이 유효 데이터 청크들인 페이지들이 우선 리드될 수 있다. 실시 예에서, 동일한 페이지 오프셋을 갖고 유효 데이터 청크들만을 저장하는 페이지들부터 우선 리드될 수 있다. 이후 유효 데이터 청크를 저장하는 나머지 페이지들이 순차적으로 리드될 수 있다.
예를 들면, 제0 및 제1 플레인(Plane 0~Plane 1)에 각각 포함된 제2 페이지(Page 2)들은 동일한 페이지 오프셋을 갖고 유효 데이터 청크들만 저장하는 페이지들일 수 있다. 따라서 제2 페이지(Page 2)들이 우선 리드될 수 있다.
이후 제3 및 제4 데이터 청크들, 제10 데이터 청크, 제24 내지 제27 및 제36 내지 제39 데이터 청크들 및 제44 내지 제47 데이터 청크들을 저장하는 나머지 페이지들이 순차적으로 리드될 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 데이터 리드 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 13을 참조하면, 멀티 플레인 리드 동작에 따라 동시에 리드될 수 있는 페이지들에 저장된 모든 데이터 청크들이 유효 데이터 청크들인 페이지들이 우선 리드될 수 있다.
실시 예에서, 상이한 페이지 오프셋을 유효 데이터 청크들만 저장하는 페이지들부터 우선 리드될 수 있다. 이후 유효 데이터 청크를 저장하는 나머지 페이지들이 순차적으로 리드될 수 있다.
예를 들면, 제0 플레인(Plane_0)의 제0 메모리 블록(BLK_0)의 페이지 오프셋 2를 갖는 제2 페이지(Page 2) 및 제1 플레인(Plane_1)의 제0 메모리 블록(BLK_0)의 페이지 오프셋 3을 갖는 제3 페이지(Page 3)들은 상이한 페이지 오프셋을 갖고 유효 데이터 청크들만 저장하는 페이지들일 수 있다. 따라서 제0 플레인(Plane_0)에 포함된 제2 페이지(Page 2) 및 제1 플레인(Plane_1)에 포함된 제3 페이지(Page 3)가 우선 리드될 수 있다. 마찬가지로, 제0 플레인(Plane_0)에 포함된 제3 페이지(Page 3) 및 제1 플레인(Plane_1)에 포함된 제4 페이지(Page 4)가 우선 리드될 수 있다. 우선 리드되는 페이지들 간에는 순차적으로 리드될 수 있다. 이후 유효 데이터 청크를 저장하는 나머지 페이지들이 순차적으로 리드될 수 있다.
예를 들면, 제3 및 제4 데이터 청크들, 제10 데이터 청크, 제20 내지 제23 데이터 청크들을 저장하는 페이지들이 순차적으로 리드될 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 데이터 리드 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 14를 참조하면, 페이지에 저장된 모든 데이터 청크들이 유효 데이터 청크들인 페이지들이 우선 리드될 수 있다. 즉, 유효 데이터 청크들만 저장하는 페이지부터 우선 리드될 수 있다.
예를 들면, 제0 플레인(Plane_0)의 제0 메모리 블록(BLK_0)의 제2 페이지(Page 2), 제4 및 제5 페이지들(Page 4~Page 5) 및 제1 플레인(Plane_1)의 제0 메모리 블록(BLK_0)의 제2 및 제3 페이지(Page 2~Page 3)들은 유효 데이터 청크들만 저장하는 페이지들 일 수 있다. 따라서 해당 페이지들 각각은 우선 리드될 수 있다. 우선 리드되는 페이지들 간에는 순차적으로 리드될 수 있다. 이후 유효 데이터 청크를 저장하는 나머지 페이지들이 순차적으로 리드될 수 있다.
예를 들면, 제3 및 제4 데이터 청크들 및 제10 데이터 청크들을 저장하는 페이지들은 순차적으로 리드될 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 리드 우선 순위를 설명하기 위한 도면이다.
도 15를 참조하면, 리드 우선 순위(Priority)는 복수의 데이터들 중 우선적으로 리드되는 데이터들의 순서를 나타낼 수 있다. 구체적으로 메모리 블록들의 유효 데이터 청크를 저장하는 페이지들 중 우선적으로 리드되는 페이지들을 나타낼 수 있다. 동일한 리드 우선 순위를 갖는 페이지들 간에는 리드 우선 순위와 무관하게 순차적으로 리드될 수 있다. 리드할 순서는 데이터 맵 및 미리 설정된 리드 우선 순위에 따라 결정될 수 있다.
리드 우선 순위는 유효 데이터 청크들만 저장하는 페이지들 중, 동일한 페이지 오프셋을 갖는 페이지들, 상이한 페이지 오프셋을 갖는 페이지들, 나머지 페이지들 및 유효 데이터 청크를 저장하는 남은 페이지들 순서로 결정될 수 있다.
실시 예에서, 첫 번째 리드 우선 순위(Priority 1)를 갖는 페이지들은 동일한 페이지 오프셋을 갖고 유효 데이터 청크들만 저장하는 페이지들일 수 있다.
두 번째 리드 우선 순위(Priority 2)를 갖는 페이지들은 리드되지 않은 나머지 페이지들 중 상이한 페이지 오프셋을 갖고 유효 데이터 청크들만 저장하는 페이지들일 수 있다.
세 번째 리드 우선 순위(Priority 3)를 갖는 페이지들은 리드되지 않은 나머지 페이지들 중 유효 데이터 청크들만 저장하는 페이지들일 수 있다.
네 번째 리드 우선 순위(Priority 4)를 갖는 페이지들은 리드되지 않은 나머지 페이지들일 수 있다.
리드 우선 순위가 높은 페이지들일수록 먼저 리드되고 동일한 리드 우선 순위를 갖는 페이지들 간에는 리드 우선 순위와 무관하게 순차적으로 리드될 수 있다.
예를 들면, 첫 번째 리드 우선 순위(Priority 1)를 갖는 제16 내지 제23 데이터 청크들을 저장하는 페이지들이 먼저 리드될 수 있다. 이후 두 번째 리드 우선 순위(Priority 2)를 갖는 제24 내지 제 27 및 36 내지 제39 데이터 청크들을 저장하는 페이지들이 리드될 수 있다. 이후 세 번째 리드 우선 순위(Priority 3)를 갖는 제24 내지 제27 데이터 청크들 및 제36 내지 제39 데이터 청크들을 저장하는 페이지들이 리드될 수 있다. 이후 네 번째 리드 우선 순위(Priority 4)를 갖는 제3 및 제4 데이터 청크들 및 제 10 데이터 청크를 저장하는 페이지들이 순차적으로 리드될 수 있다.
도 16은 도 9의 메모리 블록들에 저장된 유효 데이터를 리드 우선 순위에 따라 리드하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 16을 참조하면, 도 15를 참조하여 설명된 리드 우선 순위에 따라 결정된 리드 순서로 리드된 데이터는 메모리 블록(BLK_a) 및 메모리 블록(BLK_b)에 저장될 수 있다.
멀티 플레인 동작으로 한 번에 리드 또는 프로그램 가능한 데이터의 최대 크기는 데이터 청크 8개로 가정하여 설명한다. 따라서 프로그램을 위한 쓰기 버퍼에 임시로 저장되는 데이터 청크들의 최대 개수는 8개일 수 있다. 멀티 플레인 동작으로 한 번에 프로그램 가능한 데이터의 최대 크기는 본 실시 예에 제한되지 않는다.
예를 들면, 첫 번째 리드 우선 순위(Priority 1)를 갖는 제16 내지 제23 데이터 청크들을 저장하는 페이지들이 먼저 리드될 수 있다. 이후 두 번째 리드 우선 순위(Priority 2)를 갖는 페이지들이 없으므로 세 번째 리드 우선 순위(Priority 3)를 갖는 제28 내지 제31 데이터 청크들을 저장하는 페이지들이 리드될 수 있다. 이후 네 번째 리드 우선 순위(Priority 4)를 갖는 제3 및 제4 데이터 청크들 및 제 10 데이터 청크들을 저장하는 페이지들이 순차적으로 리드될 수 있다.
따라서 제1 우선 리드 동작(Read_b1)에 따라, 제16 내지 제23 데이터 청크들을 저장하는 페이지들이 리드될 수 있다. 유효 데이터 청크인 제16 내지 제23 데이터 청크들은 쓰기 버퍼에 임시로 저장될 수 있다.
쓰기 버퍼에 임시로 저장된 제16 내지 제23 데이터 청크들을 메모리 블록들(BLK_a 및 BLK_b)에 저장될 수 있다. 이후 쓰기 버퍼에 임시로 저장된 데이터 청크들은 삭제될 수 있다. 리드할 데이터가 남은 경우 데이터 리드 동작은 재개될 수 있다.
제2 우선 리드 동작(Read_b2)에 따라, 제24 내지 제31 데이터 청크들을 저장하는 페이지들이 리드되고, 유효 데이터 청크인 제28 내지 제31 데이터 청크들은 쓰기 버퍼에 임시로 저장될 수 있다.
제3 우선 리드 동작(Read_b3)에 따라, 제0 내지 제7 데이터 청크들을 저장하는 페이지들이 리드되고, 유효 데이터 청크인 제3 및 제4 데이터 청크들은 쓰기 버퍼에 임시로 저장될 수 있다.
제4 우선 리드 동작(Read_b4)에 따라, 제8 내지 제15 데이터 청크들을 저장하는 페이지들이 리드되고, 유효 데이터 청크인 제10 데이터 청크는 쓰기 버퍼에 임시로 저장될 수 있다.
메모리 컨트롤러는 리드할 데이터가 전부 리드된 경우, 쓰기 버퍼에 임시로 저장된 데이터 청크들을 메모리 블록에 저장하고 동작을 종료할 수 있다. 따라서, 데이터에 대한 우선 리드 동작이 전부 완료되고, 쓰기 버퍼에 임시로 저장된 21 내지 제23 데이터 청크들 및 제28 내지 제31 데이터 청크들은 메모리 블록들(BLK_a 및 BLK_b)에 저장될 수 있다.
도 9의 메모리 블록에 저장된 데이터에 우선 리드 동작이 수행된 경우, 도 10을 참조하여 설명된 노멀 리드 동작이 수행된 경우보다 전체 리드 횟수가 5회(Read_a1~Read_a5)에서 4회(Read_b1~Read_b4)로 감소될 수 있다. 전체 리드 시간은 감소되고 가비지 컬렉션 동작 중 희생 블록에 저장된 유효 데이터의 리드 동작 속도는 향상 될 수 있다. 즉, 리드 우선 순위를 부여하고 부여된 리드 우선순위에 따라 결정된 리드 순서로 데이터를 리드함으로써 가비지 컬렉션 동작 속도는 향상될 수 있다.
도 17은 리드 우선 순위에 따라 결정된 리드 순서를 나타내는 리드 순서 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 17을 참조하면, 리드 순서 정보는 메모리 블록들에 저장된 데이터 청크(Data Chunk)들이 리드되는 순서인 리드 순서(Read Seq) 및 데이터 청크들을 저장하는 페이지들의 페이지 오프셋(Page Offset)을 포함할 수 있다. 페이지 오프셋(Page Offset)은 메모리 블록에 포함된 페이지들 중 각 페이지를 나타내는 페이지 번호일 수 있다.
리드 순서 정보는 도 15를 참조하여 설명된 리드 우선 순위에 따라 결정된 리드 순서(Read Seq)를 나타낼 수 있다. 구체적으로, 리드 순서(Read Seq)는 리드 우선 순위에 따라 결정된 희생 블록들에 저장된 복수의 데이터 청크들 중 유효 데이터 청크들을 저장하는 페이지들이 리드되는 순서를 나타낼 수 있다.
도 17에서, 리드 순서 정보는 도 16을 참조하여 설명된 제1 내지 제4 우선 리드 동작(Read_b1~Read_b4)들에 따라 리드된 유효 데이터 청크들을 저장하는 페이지들이 리드되는 순서를 나타낼 수 있다.
예를 들면, 제16 내지 제23 데이터 청크들을 저장하는 페이지들은 첫 번째 리드 우선 순위(Priority 1)를 갖는다. 제28 내지 제31 데이터 청크들을 저장하는 페이지들은 세 번째 리드 우선 순위(Priority 3)를 갖는다. 제3 및 제4 데이터 청크들 및 제 10 데이터 청크들을 저장하는 페이지들은 네 번째 리드 우선 순위(Priority 4)를 갖는다.
따라서, 리드 우선 순위를 기초로 결정된 제16 내지 제23 데이터 청크들을 저장하는 페이지들의 리드 순서(Read Seq)는 첫 번째일 수 있다. 제28 내지 제31 데이터 청크들을 저장하는 페이지의 리드 순서(Read Seq)는 두 번째일 수 있다. 제3 및 제4 데이터 청크들을 저장하는 페이지들의 리드 순서(Read Seq)는 세 번째일 수 있다. 제10 데이터 청크를 저장하는 페이지의 리드 순서(Read Seq)는 네 번째일 수 있다. 제3 및 제4 데이터 청크들 및 제 10 데이터 청크들을 저장하는 각 페이지들은 네 번째 리드 우선 순위(Priority 4)로서 동일한 리드 우선 순위를 가지므로, 각 페이지들 간의 리드 순서는 바뀔 수 있다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 컨트롤러의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 18을 참조하면, S1801단계에서, 메모리 컨트롤러는 가비지 컬렉션 동작 수행을 위한 희생 블록을 선정할 수 있다.
S1803단계에서, 메모리 컨트롤러는 희생 블록의 데이터 맵을 생성할 수 있다. 데이터 맵은 희생 블록에 저장된 무효 데이터 및 유효 데이터 중 유효 데이터가 저장된 위치를 나타낼 수 있다. 실시 예에서, 데이터 맵은 희생 블록에 저장된 복수의 데이터 청크들 중 유효 데이터 청크들이 저장된 위치를 나타낼 수 있다.
S1805단계에서, 메모리 컨트롤러는 생성한 데이터 맵을 기초로 희생 블록들에 저장된 유효 데이터를 리드할 순서를 결정할 수 있다. 리드할 순서를 결정하는 기준은 다양할 수 있다. 예를 들면, 리드할 순서를 결정하는 기준은 희생 블록에 포함되고 유효 데이터를 저장하는 페이지들 중 유효 데이터 청크들만 저장하는 페이지인지 여부를 포함할 수 있다. 또는 리드할 순서를 결정하는 기준은 희생 블록에 포함되고 유효 데이터를 저장하는 페이지들 동시에 리드되는지 여부일수 있다.
S1807단계에서, 메모리 컨트롤러는 결정된 리드 순서에 따라 희생 블록에 저장된 유효 데이터를 리드할 수 있다.
S1809단계에서, 메모리 컨트롤러는, 리드한 유효 데이터를 프리 블록에 저장할 수 있다. 메모리 컨트롤러는 리드한 유효 데이터를 프리 블록에 저장하기 위한 프로그램 커맨드를 메모리 장치에 제공할 수 있다. 실시 예에서, 메모리 컨트롤러는 리드한 유효 데이터를 프리 블록에 저장한 이후, 희생 블록을 소거 할 수 있다.
도 19는 도 1의 메모리 컨트롤러의 다른 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 19를 참조하면, 메모리 컨트롤러(1000)는 호스트(Host) 및 메모리 장치에 연결된다. 호스트(Host)로부터의 요청에 응답하여, 메모리 컨트롤러(1000)는 메모리 장치를 액세스하도록 구성된다. 예를 들면, 메모리 컨트롤러(1000)는 메모리 장치의 쓰기, 읽기, 소거, 그리고 배경(background) 동작을 제어하도록 구성된다. 메모리 컨트롤러(1000)는 메모리 장치 및 호스트(Host) 사이에 인터페이스를 제공하도록 구성된다. 메모리 컨트롤러(1000)는 메모리 장치를 제어하기 위한 펌웨어(firmware)를 구동하도록 구성된다.
메모리 컨트롤러(1000)는 프로세서부(Processor; 1010), 메모리 버퍼부(Memory Buffer; 1020), 에러 정정부(ECC; 1030), 호스트 인터페이스(Host Interface; 1040), 버퍼 제어부(Buffer Control Circuit; 1050), 메모리 인터페이스(Memory Interface; 1060) 그리고 버스(Bus; 1070)를 포함할 수 있다.
버스(1070)는 메모리 컨트롤러(1000)의 구성 요소들 사이에 채널(channel)을 제공하도록 구성될 수 있다.
프로세서부(1010)는 메모리 컨트롤러(1000)의 제반 동작을 제어하고, 논리 연산을 수행할 수 있다. 프로세서부(1010)는 호스트 인터페이스(1040)를 통해 외부의 호스트와 통신하고, 메모리 인터페이스(1060)를 통해 메모리 장치와 통신할 수 있다. 또한 프로세서부(1010)는 버퍼 제어부(1050)를 통해 메모리 버퍼부(1020)와 통신할 수 있다. 프로세서부(1010)는 메모리 버퍼부(1020)를 동작 메모리, 캐시 메모리(cache memory) 또는 버퍼 메모리(buffer memory)로 사용하여 저장장치의 동작을 제어할 수 있다.
프로세서부(1010)는 플래시 변환 계층(FTL)의 기능을 수행할 수 있다. 프로세서부(1010)는 플래시 변환 계층(FTL)을 통해 호스트가 제공한 논리 블록 어드레스(logical block address, LBA)를 물리 블록 어드레스(physical block address, PBA)로 변환할 수 있다. 플래시 변환 계층(FTL)은 맵핑 테이블을 이용하여 논리 블록 어드레스(LBA)를 입력 받아, 물리 블록 어드레스(PBA)로 변환시킬 수 있다. 플래시 변환 계층의 주소 맵핑 방법에는 맵핑 단위에 따라 여러 가지가 있다. 대표적인 어드레스 맵핑 방법에는 페이지 맵핑 방법(Page mapping method), 블록 맵핑 방법(Block mapping method), 그리고 혼합 맵핑 방법(Hybrid mapping method)이 있다.
프로세서부(1010)는 호스트(Host)로부터 수신된 데이터를 랜더마이즈하도록 구성된다. 예를 들면, 프로세서부(1010)는 랜더마이징 시드(seed)를 이용하여 호스트(Host)로부터 수신된 데이터를 랜더마이즈할 것이다. 랜더마이즈된 데이터는 저장될 데이터로서 메모리 장치에 제공되어 메모리 셀 어레이에 프로그램된다.
프로세서부(1010)는 리드 동작 시 메모리 장치로부터 수신된 데이터를 디랜더마이즈하도록 구성된다. 예를 들면, 프로세서부(1010)는 디랜더마이징 시드를 이용하여 메모리 장치로부터 수신된 데이터를 디랜더마이즈할 것이다. 디랜더마이즈된 데이터는 호스트(Host)로 출력될 것이다.
실시 예로서, 프로세서부(1010)는 소프트웨어(software) 또는 펌웨어(firmware)를 구동함으로써 랜더마이즈 및 디랜더마이즈를 수행할 수 있다.
메모리 버퍼부(1020)는 프로세서부(1010)의 동작 메모리, 캐시 메모리 또는 버퍼 메모리로 사용될 수 있다. 메모리 버퍼부(1020)는 프로세서부(1010)가 실행하는 코드들 및 커맨드들을 저장할 수 있다. 메모리 버퍼부(1020)는 프로세서부(1010)에 의해 처리되는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리 버퍼부(1020)는 SRAM(Static RAM), 또는 DRAM(Dynamic RAM)을 포함할 수 있다.
에러 정정부(1030)는 에러 정정을 수행할 수 있다. 에러 정정부(1030)는 메모리 인터페이스(1060)를 통해 메모리 장치에 기입될 데이터에 기반하여 에러 정정 인코딩(ECC encoding)을 수행할 수 있다. 에러 정정 인코딩 된 데이터는 메모리 인터페이스(1060)를 통해 메모리 장치로 전달될 수 있다. 에러 정정부(1030)는 메모리 장치로부터 메모리 인터페이스(1060)를 통해 수신되는 데이터에 대해 에러 정정 디코딩(ECC decoding)을 수행할 수 있다. 예시적으로, 에러 정정부(1030)는 메모리 인터페이스(1060)의 구성 요소로서 메모리 인터페이스(1060)에 포함될 수 있다.
호스트 인터페이스(1040)는 프로세서부(1010)의 제어에 따라, 외부의 호스트와 통신하도록 구성된다. 호스트 인터페이스(1040)는 USB (Universal Serial Bus), SATA (Serial AT Attachment), SAS (Serial Attached SCSI), HSIC (High Speed Interchip), SCSI (Small Computer System Interface), PCI (Peripheral Component Interconnection), PCIe (PCI express), NVMe (NonVolatile Memory express), UFS (Universal Flash Storage), SD (Secure Digital), MMC (MultiMedia Card), eMMC (embedded MMC), DIMM (Dual In-line Memory Module), RDIMM (Registered DIMM), LRDIMM (Load Reduced DIMM) 등과 같은 다양한 통신 방식들 중 적어도 하나를 이용하여 통신하도록 구성될 수 있다.
버퍼 제어부(1050)는 프로세서부(1010)의 제어에 따라, 메모리 버퍼부(1020)를 제어하도록 구성된다.
메모리 인터페이스(1060)는 프로세서부(1010)의 제어에 따라, 메모리 장치와 통신하도록 구성된다. 메모리 인터페이스(1060)는 채널을 통해 커맨드, 어드레스 및 데이터를 메모리 장치와 통신할 수 있다.
예시적으로, 메모리 컨트롤러(1000)는 메모리 버퍼부(1020) 및 버퍼 제어부(1050)를 포함하지 않을 수 있다.
예시적으로, 프로세서부(1010)는 코드들을 이용하여 메모리 컨트롤러(1000)의 동작을 제어할 수 있다. 프로세서부(1010)는 메모리 컨트롤러(1000)의 내부에 제공되는 비휘발성 메모리 장치(예를 들어, Read Only Memory)로부터 코드들을 로드할 수 있다. 다른 예로서, 프로세서부(1010)는 메모리 장치로부터 메모리 인터페이스(1060)를 통해 코드들을 로드(load)할 수 있다.
예시적으로, 메모리 컨트롤러(1000)의 버스(1070)는 제어 버스(control bus) 및 데이터 버스(data bus)로 구분될 수 있다. 데이터 버스는 메모리 컨트롤러(1000) 내에서 데이터를 전송하고, 제어 버스는 메모리 컨트롤러(1000) 내에서 커맨드, 어드레스와 같은 제어 정보를 전송하도록 구성될 수 있다. 데이터 버스와 제어 버스는 서로 분리되며, 상호간에 간섭하거나 영향을 주지 않을 수 있다. 데이터 버스는 호스트 인터페이스(1040), 버퍼 제어부(1050), 에러 정정부(1030) 및 메모리 인터페이스(1060)에 연결될 수 있다. 제어 버스는 호스트 인터페이스(1040), 프로세서부(1010), 버퍼 제어부(1050), 메모리 버퍼부(1020) 및 메모리 인터페이스(1060)에 연결될 수 있다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 저장장치가 적용된 메모리 카드 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 20을 참조하면, 메모리 카드 시스템(2000)은 메모리 컨트롤러(2100), 메모리 장치 (2200), 및 커넥터(2300)를 포함한다.
메모리 컨트롤러(2100)는 메모리 장치(2200)와 연결된다. 메모리 컨트롤러(2100)는 메모리 장치(2200)를 액세스하도록 구성된다. 예를 들어, 메모리 컨트롤러(2100)는 메모리 장치(2200)의 읽기, 쓰기, 소거, 그리고 배경(background) 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 메모리 컨트롤러(2100)는 메모리 장치(2200) 및 호스트(Host) 사이에 인터페이스를 제공하도록 구성된다. 메모리 컨트롤러(2100)는 메모리 장치(2200)를 제어하기 위한 펌웨어(firmware)를 구동하도록 구성된다. 메모리 컨트롤러(2100)는 도 1을 참조하여 설명된 메모리 컨트롤러(200)와 동일하게 구현될 수 있다.
예시적으로, 메모리 컨트롤러(2100)는 램(RAM, Random Access Memory), 프로세싱 유닛(processing unit), 호스트 인터페이스(host interface), 메모리 인터페이스(memory interface), 에러 정정부와 같은 구성 요소들을 포함할 수 있다.
메모리 컨트롤러(2100)는 커넥터(2300)를 통해 외부 장치와 통신할 수 있다. 메모리 컨트롤러(2100)는 특정한 통신 규격에 따라 외부 장치(예를 들어, 호스트)와 통신할 수 있다. 예시적으로, 메모리 컨트롤러(2100)는 USB (Universal Serial Bus), MMC (multimedia card), eMMC(embeded MMC), PCI (peripheral component interconnection), PCI-E (PCI-express), ATA (Advanced Technology Attachment), Serial-ATA, Parallel-ATA, SCSI (small computer small interface), ESDI (enhanced small disk interface), IDE (Integrated Drive Electronics), 파이어와이어(Firewire), UFS(Universal Flash Storage), WIFI, Bluetooth, NVMe 등과 같은 다양한 통신 규격들 중 적어도 하나를 통해 외부 장치와 통신하도록 구성된다. 예시적으로, 커넥터(2300)는 상술된 다양한 통신 규격들 중 적어도 하나에 의해 정의될 수 있다.
예시적으로, 메모리 장치(2200)는 EEPROM (Electrically Erasable and Programmable ROM), 낸드 플래시 메모리, 노어 플래시 메모리, PRAM (Phase-change RAM), ReRAM (Resistive RAM), FRAM (Ferroelectric RAM), STT-MRAM(Spin-Torque Magnetic RAM) 등과 같은 다양한 비휘발성 메모리 소자들로 구성될 수 있다.
메모리 컨트롤러(2100) 및 메모리 장치(2200)는 하나의 반도체 장치로 집적되어, 메모리 카드를 구성할 수 있다. 예를 들면, 메모리 컨트롤러(2100) 및 메모리 장치(2200)는 하나의 반도체 장치로 집적되어 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, eMMC), SD 카드(SD, miniSD, microSD, SDHC), 범용 플래시 기억장치(UFS) 등과 같은 메모리 카드를 구성할 수 있다.
도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 저장장치가 적용된 SSD(Solid State Drive) 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 21을 참조하면, SSD 시스템(3000)은 호스트(3100) 및 SSD(3200)를 포함한다. SSD(3200)는 신호 커넥터(3001)를 통해 호스트(3100)와 신호(SIG)를 주고 받고, 전원 커넥터(3002)를 통해 전원(PWR)을 입력 받는다. SSD(3200)는 SSD 컨트롤러(3210), 복수의 플래시 메모리들(3221~322n), 보조 전원 장치(3230), 및 버퍼 메모리(3240)를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, SSD 컨트롤러(3210)는 도 1을 참조하여 설명된 메모리 컨트롤러(200)의 기능을 수행할 수 있다.
SSD 컨트롤러(3210)는 호스트(3100)로부터 수신된 신호(SIG)에 응답하여 복수의 플래시 메모리들(3221~322n)을 제어할 수 있다. 예시적으로, 신호(SIG)는 호스트(3100) 및 SSD(3200)의 인터페이스에 기반된 신호들일 수 있다. 예를 들어, 신호(SIG)는 USB (Universal Serial Bus), MMC (multimedia card), eMMC(embeded MMC), PCI (peripheral component interconnection), PCI-E (PCI-express), ATA (Advanced Technology Attachment), Serial-ATA, Parallel-ATA, SCSI (small computer small interface), ESDI (enhanced small disk interface), IDE (Integrated Drive Electronics), 파이어와이어(Firewire), UFS(Universal Flash Storage), WIFI, Bluetooth, NVMe 등과 같은 인터페이스들 중 적어도 하나에 의해 정의된 신호일 수 있다.
보조 전원 장치(3230)는 전원 커넥터(3002)를 통해 호스트(3100)와 연결된다. 보조 전원 장치(3230)는 호스트(3100)로부터 전원(PWR)을 입력 받고, 충전할 수 있다. 보조 전원 장치(3230)는 호스트(3100)로부터의 전원 공급이 원활하지 않을 경우, SSD(3200)의 전원을 제공할 수 있다. 예시적으로, 보조 전원 장치(3230)는 SSD(3200) 내에 위치할 수도 있고, SSD(3200) 밖에 위치할 수도 있다. 예를 들면, 보조 전원 장치(3230)는 메인 보드에 위치하며, SSD(3200)에 보조 전원을 제공할 수도 있다.
버퍼 메모리(3240)는 SSD(3200)의 버퍼 메모리로 동작한다. 예를 들어, 버퍼 메모리(3240)는 호스트(3100)로부터 수신된 데이터 또는 복수의 플래시 메모리들(3221~322n)로부터 수신된 데이터를 임시 저장하거나, 플래시 메모리들(3221~322n)의 메타 데이터(예를 들어, 매핑 테이블)를 임시 저장할 수 있다. 버퍼 메모리(3240)는 DRAM, SDRAM, DDR SDRAM, LPDDR SDRAM, GRAM 등과 같은 휘발성 메모리 또는 FRAM, ReRAM, STT-MRAM, PRAM 등과 같은 비휘발성 메모리들을 포함할 수 있다.
도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 저장장치가 적용된 사용자 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 22를 참조하면, 사용자 시스템(4000)은 애플리케이션 프로세서(4100), 메모리 모듈(4200), 네트워크 모듈(4300), 스토리지 모듈(4400), 및 사용자 인터페이스(4500)를 포함한다.
애플리케이션 프로세서(4100)는 사용자 시스템(4000)에 포함된 구성 요소들, 운영체제(OS; Operating System), 또는 사용자 프로그램 등을 구동시킬 수 있다. 예시적으로, 애플리케이션 프로세서(4100)는 사용자 시스템(4000)에 포함된 구성 요소들을 제어하는 컨트롤러들, 인터페이스들, 그래픽 엔진 등을 포함할 수 있다. 애플리케이션 프로세서(4100)는 시스템-온-칩(SoC; System-on-Chip)으로 제공될 수 있다.
메모리 모듈(4200)은 사용자 시스템(4000)의 주 메모리, 동작 메모리, 버퍼 메모리, 또는 캐쉬 메모리로 동작할 수 있다. 메모리 모듈(4200)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. 예시적으로 애플리케이션 프로세서(4100) 및 메모리 모듈(4200)은 POP(Package on Package)를 기반으로 패키지화되어 하나의 반도체 패키지로 제공될 수 있다.
네트워크 모듈(4300)은 외부 장치들과 통신을 수행할 수 있다. 예시적으로, 네트워크 모듈(4300)은 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-Fi 등과 같은 무선 통신을 지원할 수 있다. 예시적으로, 네트워크 모듈(4300)은 애플리케이션 프로세서(4100)에 포함될 수 있다.
스토리지 모듈(4400)은 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 스토리지 모듈(4400)은 애플리케이션 프로세서(4100)로부터 수신한 데이터를 저장할 수 있다. 또는 스토리지 모듈(4400)은 스토리지 모듈(4400)에 저장된 데이터를 애플리케이션 프로세서(4100)로 전송할 수 있다. 예시적으로, 스토리지 모듈(4400)은 PRAM(Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM), RRAM(Resistive RAM), NAND flash, NOR flash, 3차원 구조의 NAND 플래시 등과 같은 비휘발성 반도체 메모리 소자로 구현될 수 있다. 예시적으로, 스토리지 모듈(4400)은 사용자 시스템(4000)의 메모리 카드, 외장형 드라이브 등과 같은 탈착식 저장 매체(removable drive)로 제공될 수 있다.
예시적으로, 스토리지 모듈(4400)은 복수의 비휘발성 메모리 장치들을 포함할 수 있고, 복수의 비휘발성 메모리 장치들은 도 1을 참조하여 설명된 메모리 장치(100)와 동일하게 동작할 수 있다. 스토리지 모듈(4400)은 도 1을 참조하여 설명된 저장장치(50)와 동일하게 동작할 수 있다.
사용자 인터페이스(4500)는 애플리케이션 프로세서(4100)에 데이터 또는 명령어를 입력하거나 또는 외부 장치로 데이터를 출력하는 인터페이스들을 포함할 수 있다. 예시적으로, 사용자 인터페이스(4500)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 있다. 사용자 인터페이스(4500)는 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.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위와 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 실시 예들에서, 모든 단계는 선택적으로 수행의 대상이 되거나 생략의 대상이 될 수 있다. 또한 각 실시 예에서 단계들은 반드시 순서대로 일어날 필요는 없으며, 뒤바뀔 수 있다. 한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 명세서의 실시 예들은 본 명세서의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 명세서의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 명세서의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 명세서의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
50: 저장 장치
100: 메모리 장치
200: 메모리 컨트롤러
210: 가비지 컬렉션 제어부
300: 호스트

Claims (20)

  1. 복수의 메모리 블록들을 각각 포함하는 동시에 동작할 수 있는 둘 이상의 플레인들을 포함하는 메모리 장치를 제어하는 메모리 컨트롤러에 있어서,
    상기 둘 이상의 플레인들 중 서로 다른 플레인에 포함되는 적어도 하나 이상의 메모리 블록은 복수의 데이터 청크들을 저장하고,
    상기 복수의 데이터 청크들 중 유효 데이터 청크들이 저장되는 위치를 나타내는 데이터 맵을 생성하는 데이터 맵 생성부;
    상기 데이터 맵을 기초로, 상기 유효 데이터 청크들을 리드할 순서를 결정하는 리드 순서 결정부; 및
    상기 리드할 순서에 따라 상기 유효 데이터 청크들에 대한 리드 커맨드를 상기 메모리 장치에 제공하는 커맨드 입력 제어부를 포함하는 메모리 컨트롤러.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 커맨드 입력 제어부는,
    상기 리드 커맨드에 따라 리드한 데이터를 상기 복수의 메모리 블록들 중 상기 적어도 하나 이상의 메모리 블록과 다른 메모리 블록에 저장하는 프로그램 커맨드를 상기 메모리 장치에 제공하는 메모리 컨트롤러.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 리드 순서 결정부는,
    상기 유효 데이터 청크들에 대한 리드 동작이 동시에 수행되는지 여부에 따라 상기 리드할 순서를 결정하는 메모리 컨트롤러.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 메모리 블록 각각은,
    복수의 페이지들을 포함하고,
    상기 복수의 페이지들 각각은 상기 복수의 데이터 청크들 중 적어도 둘 이상의 데이터 청크들을 저장하고,
    상기 데이터 맵은 상기 복수의 데이터 청크들 각각이 유효 데이터 청크 또는 무효 데이터 청크 중 어디에 해당하는지를, 상기 복수의 페이지들의 페이지 번호인 페이지 오프셋 별로 나타내는 메모리 컨트롤러.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 리드 순서 결정부는,
    유효 데이터 청크를 저장하는 페이지들 중 동시에 리드되고 유효 데이터 청크들만 저장하는 페이지들을 리드한 이후에, 나머지 페이지들을 순차적으로 리드하도록 상기 리드할 순서를 결정하는 메모리 컨트롤러.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 동시에 리드되는 페이지들은,
    동일한 페이지 오프셋을 갖는 메모리 컨트롤러.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 동시에 리드되는 페이지들은,
    상이한 페이지 오프셋을 갖는 메모리 컨트롤러.
  8. 제 4항에 있어서, 상기 리드 순서 결정부는,
    유효 데이터 청크를 저장하는 페이지들 중 유효 데이터 청크들만 저장하는 페이지들을 리드한 이후에, 나머지 페이지들을 순차적으로 리드하도록 상기 리드할 순서를 결정하는 메모리 컨트롤러.
  9. 제 4항에 있어서, 상기 리드 순서 결정부는,
    미리 설정된 리드 우선 순위 및 상기 데이터 맵을 기초로 상기 리드할 순서를 결정하는 메모리 컨트롤러.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 리드 우선 순위는,
    유효 데이터 청크들만 저장하는 페이지들 중, 동일한 페이지 오프셋을 갖는 페이지들, 상이한 페이지 오프셋을 갖는 페이지들, 나머지 페이지들 및 유효 데이터 청크를 저장하는 남은 페이지들 순서로 결정되는 메모리 컨트롤러.
  11. 제 2항에 있어서, 상기 커맨드 입력 제어부는,
    상기 적어도 하나 이상의 메모리 블록에 대한 소거 커맨드를 상기 메모리 장치에 제공하는 메모리 컨트롤러.
  12. 복수의 메모리 블록들을 각각 포함하는 동시에 동작할 수 있는 둘 이상의 플레인들을 포함하는 메모리 장치를 제어하는 메모리 컨트롤러의 동작 방법에 있어서,
    상기 둘 이상의 플레인들 중 서로 다른 플레인에 포함되는 적어도 하나 이상의 메모리 블록은 복수의 데이터 청크들을 저장하고, 상기 복수의 데이터 청크들 중 유효 데이터 청크들이 저장되는 위치를 나타내는 데이터 맵을 생성하는 단계;
    상기 데이터 맵을 기초로 상기 유효 데이터 청크들에 대한 리드 동작이 동시에 수행되는지 여부에 따라 리드할 순서를 결정하는 단계; 및
    상기 리드할 순서에 따라 상기 유효 데이터 청크들에 대한 리드 커맨드를 상기 메모리 장치에 제공하는 단계를 포함하는 메모리 컨트롤러의 동작 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 리드 커맨드에 따라 리드한 데이터를 상기 복수의 메모리 블록들 중 상기 적어도 하나 이상의 메모리 블록과 다른 메모리 블록에 저장하는 프로그램 커맨드를 상기 메모리 장치에 제공하는 단계를 더 포함하는 메모리 컨트롤러의 동작 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 메모리 블록 각각은,
    복수의 페이지들을 포함하고,
    상기 복수의 페이지들 각각은 상기 복수의 데이터 청크들 중 적어도 둘 이상의 데이터 청크들을 저장하고,
    상기 데이터 맵은 상기 복수의 데이터 청크들 각각이 유효 데이터 청크 또는 무효 데이터 청크 중 어디에 해당하는지를 나타내는 메모리 컨트롤러의 동작 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 리드할 순서를 결정하는 단계는,
    유효 데이터 청크를 저장하는 페이지들 중 동시에 리드되고 유효 데이터 청크들만 저장하는 페이지들을 리드한 이후에, 나머지 페이지들을 순차적으로 리드하도록 상기 리드할 순서를 결정하는 메모리 컨트롤러의 동작 방법.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 리드할 순서를 결정하는 단계는,
    미리 설정된 리드 우선 순위 및 상기 데이터 맵을 기초로 상기 리드할 순서를 결정하는 메모리 컨트롤러의 동작 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 리드 우선 순위는,
    유효 데이터 청크들만 저장하는 페이지들 중, 동일한 페이지 오프셋을 갖는 페이지들, 상이한 페이지 오프셋을 갖는 페이지들, 나머지 페이지들 및 유효 데이터 청크를 저장하는 남은 페이지들 순서로 설정되는 메모리 컨트롤러의 동작 방법.
  18. 복수의 메모리 블록들을 각각 포함하는 복수의 플레인들을 포함하는 메모리 장치; 및
    상기 복수의 메모리 블록들 중 서로 다른 플레인에 포함되는 적어도 하나 이상의 메모리 블록에 포함되는 복수의 데이터 청크들 중 유효 데이터 청크들이 저장되는 위치를 나타내는 데이터 맵을 생성하고, 상기 데이터 맵을 기초로 유효 데이터 청크들에 대한 리드 동작이 동시에 수행되는지 여부에 따라 리드할 순서를 결정하고, 상기 리드할 순서에 따라 상기 유효 데이터 청크들을 리드하는 메모리 컨트롤러를 포함하는 저장 장치.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 메모리 컨트롤러는,
    리드한 상기 유효 데이터 청크들을 상기 복수의 메모리 블록들 중 상기 적어도 하나 이상의 메모리 블록과 다른 메모리 블록에 저장하는 저장 장치.
  20. 제 18항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 메모리 블록 각각은,
    복수의 페이지들을 포함하고,
    상기 복수의 페이지들 각각은 상기 복수의 데이터 청크들 중 적어도 둘 이상의 데이터 청크들을 저장하고, 상기 리드할 순서는,
    유효 데이터 청크를 저장하는 페이지들 중 동시에 리드되고 유효 데이터 청크들만 저장하는 페이지들이 리드된 이후에, 나머지 페이지들을 순차적으로 리드되도록 설정되는 저장 장치.
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