KR20210031367A - Controller and operating method thereof - Google Patents

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KR20210031367A
KR20210031367A KR1020200095883A KR20200095883A KR20210031367A KR 20210031367 A KR20210031367 A KR 20210031367A KR 1020200095883 A KR1020200095883 A KR 1020200095883A KR 20200095883 A KR20200095883 A KR 20200095883A KR 20210031367 A KR20210031367 A KR 20210031367A
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안수홍
정의영
박영민
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에스케이하이닉스 주식회사
연세대학교 산학협력단
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Abstract

A controller for controlling a nonvolatile memory device according to one embodiment of the present invention may comprise: a first memory temporarily storing user data; a second memory including a plurality of memory areas including at least one meta area for storing meta data and at least one spare area; and a processor controlling the first memory and the second memory and performing first start-gap wear leveling using at least one spare area included in the second memory as a gap.

Description

컨트롤러 및 그것의 동작 방법{CONTROLLER AND OPERATING METHOD THEREOF}Controller and its operation method {CONTROLLER AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 컨트롤러 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a controller and a method of operating the same.

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 시스템을 사용한다. 메모리 시스템은 휴대용 전자 장치에서 사용되는 데이터를 저장하기 위해서 사용된다.Recently, the paradigm for the computer environment is shifting to ubiquitous computing, which enables computer systems to be used anytime, anywhere. For this reason, the use of portable electronic devices such as mobile phones, digital cameras, and notebook computers is increasing rapidly. Such portable electronic devices generally use a memory system using a memory device. The memory system is used to store data used in portable electronic devices.

메모리 장치를 이용한 메모리 시스템은 기계적인 구동부가 없어서 안정성 및 내구성이 뛰어나며 정보의 액세스 속도가 매우 빠르고 전력 소모가 적다는 장점이 있다. 이러한 장점을 갖는 메모리 시스템은 USB(Universal Serial Bus) 메모리 장치, 다양한 인터페이스를 갖는 메모리 카드, UFS(Universal Flash Storage) 장치, 솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive)를 포함한다.A memory system using a memory device has the advantage of excellent stability and durability because there is no mechanical driving part, and the access speed of information is very fast and power consumption is low. Memory systems having such advantages include Universal Serial Bus (USB) memory devices, memory cards having various interfaces, Universal Flash Storage (UFS) devices, and solid state drives.

본 발명의 일 실시에는 스타트-갭(start-gap) 웨어 레벨링을 이용하여 메모리 시스템의 성능을 향상시키는 기술을 제공하고자 한다. An embodiment of the present invention is to provide a technique for improving the performance of a memory system using start-gap wear leveling.

본 기술의 일 실시예에 의한 컨트롤러는 불휘발성 메모리 장치를 제어하는 컨트롤러로서, 유저 데이터들을 임시 저장하는 제1 메모리; 메타 데이터들을 저장하는 적어도 하나의 메타 영역 및 적어도 하나의 스페어 영역으로 구성되는 복수의 메모리 영역을 포함하는 제2 메모리; 및 상기 제1 메모리 및 제2 메모리를 제어하며, 상기 제 2 메모리에 포함된 적어도 하나의 스페어 영역을 갭(gap)으로 하여 제1 스타트-갭(start-gap) 웨어 레벨링을 수행하는 프로세서;를 포함할 수 있다.A controller according to an embodiment of the present technology is a controller that controls a nonvolatile memory device, comprising: a first memory temporarily storing user data; A second memory including at least one meta area for storing meta data and a plurality of memory areas including at least one spare area; And a processor that controls the first memory and the second memory, and performs first start-gap wear leveling by using at least one spare area included in the second memory as a gap. Can include.

일 실시예에 의한 컨트롤러의 동작 방법은 유저 데이터를 임시 저장하는 제1 메모리 및, 메타 데이터들을 저장하는 적어도 하나의 메타 영역과 적어도 하나의 스페어 영역으로 구성되는 복수의 메모리 영역을 포함하는 제2 메모리를 포함하는 컨트롤러의 동작 방법으로서, 상기 컨트롤러가. 상기 메타 데이터가 저장되는 적어도 하나의 메타 영역 각각의 접근 횟수가 제1 기준값 이상인지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 컨트롤러가, 메타 데이터에 대한 접근 횟수의 총 합이 제1 기준값 이상이 되면 적어도 하나의 메타 영역에 대해 적어도 하나의 스페어 영역을 갭(Gap)으로 하여 제1 스타트-갭(Start-Gap) 웨어 레벨링을 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.A method of operating a controller according to an embodiment includes a first memory for temporarily storing user data, and a second memory including a plurality of memory areas including at least one meta area and at least one spare area for storing meta data. A method of operating a controller comprising: the controller. Determining whether the number of times of accessing each of the at least one meta area in which the meta data is stored is greater than or equal to a first reference value; And a first start-gap by using at least one spare area as a gap for at least one meta area when the total sum of the number of accesses to the meta data is equal to or greater than a first reference value. It may include; performing wear leveling.

본 발명의 실시예에 따르면, 스타트-갭(start-gap) 웨어 레벨링을 이용하여 메모리 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, performance of a memory system may be improved by using start-gap wear leveling.

도 1은 일 실시 예에 따른 메모리 시스템의 구성을 나타낸 도면.
도 2 내지 도 6은 일 실시예에 따른 제2 메모리의 스타트-갭 웨어 레벨링 동작을 설명하기 위한 도면.
도 7 및 도 8은 일 실시예에 따른 제2 메모리의 스타트-갭 웨어 레벨링 동작을 설명하기 위한 흐름도.
도 9는 일 실시 예에 따른 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)를 포함하는 데이터 처리 시스템을 예시적으로 나타낸 도면.
도 10은 도 9의 컨트롤러의 구성을 예시적으로 나타낸 도면.
도 11은 일 실시 예에 따른 메모리 시스템을 포함하는 데이터 처리 시스템을 예시적으로 나타낸 도면.
도 12는 일 실시 예에 따른 메모리 시스템을 포함하는 데이터 처리 시스템을 예시적으로 나타낸 도면.
도 13은 일 실시 예에 따른 메모리 시스템을 포함하는 네트워크 시스템을 예시적으로 나타낸 도면.
도 14는 일 실시 예에 따른 메모리 시스템에 포함된 불휘발성 메모리 장치를 예시적으로 나타낸 블록도.
1 is a diagram illustrating a configuration of a memory system according to an exemplary embodiment.
2 to 6 are diagrams for explaining a start-gap wear leveling operation of a second memory according to an exemplary embodiment.
7 and 8 are flowcharts illustrating a start-gap wear leveling operation of a second memory according to an exemplary embodiment.
9 is a diagram illustrating a data processing system including a solid state drive (SSD) according to an exemplary embodiment.
10 is a view showing an exemplary configuration of the controller of FIG. 9;
11 is a diagram illustrating a data processing system including a memory system according to an exemplary embodiment.
12 is a diagram illustrating a data processing system including a memory system according to an exemplary embodiment.
13 is a diagram illustrating a network system including a memory system according to an exemplary embodiment.
14 is a block diagram schematically illustrating a nonvolatile memory device included in a memory system according to an exemplary embodiment.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 기술의 실시 예를 설명하도록 한다. Hereinafter, an embodiment of the present technology will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일 실시예에 따른 메모리 시스템의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a configuration of a memory system according to an exemplary embodiment.

도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 메모리 시스템(10)은 휴대폰, MP3 플레이어, 랩탑 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 게임기, TV, 차량용 인포테인먼트(in-vehicle infotainment) 시스템 등과 같은 호스트(20)에 의해서 액세스되는 데이터를 저장할 수 있다. 1, the memory system 10 according to an embodiment is accessed by a host 20 such as a mobile phone, an MP3 player, a laptop computer, a desktop computer, a game console, a TV, an in-vehicle infotainment system, etc. Data can be saved.

메모리 시스템(10)은 호스트(20)와 연결되는 인터페이스 프로토콜에 따라서 다양한 종류의 저장 장치들 중 어느 하나로 제조될 수 있다. 예를 들어, 메모리 시스템(10)은 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive, SSD), MMC, eMMC, RS-MMC, micro-MMC 형태의 멀티미디어 카드(multimedia card), SD, mini-SD, micro-SD 형태의 시큐어 디지털(secure digital) 카드, USB(universal storage bus) 저장 장치, UFS(universal flash storage) 장치, PCMCIA(personal computer memory card international association) 카드 형태의 저장 장치, PCI(peripheral component interconnection) 카드 형태의 저장 장치, PCI-E(PCI-express) 카드 형태의 저장 장치, CF(compact flash) 카드, 스마트 미디어(smart media) 카드, 메모리 스틱(memory stick) 등과 같은 다양한 종류의 저장 장치들 중 어느 하나로 구성될 수 있다.The memory system 10 may be manufactured with any one of various types of storage devices according to an interface protocol connected to the host 20. For example, the memory system 10 is a solid state drive (SSD), MMC, eMMC, RS-MMC, micro-MMC type multimedia card, SD, mini-SD, micro-SD Secure digital card, universal storage bus (USB) storage device, universal flash storage (UFS) device, personal computer memory card international association (PCMCIA) card type storage device, and peripheral component interconnection (PCI) card type Storage device, PCI-E (PCI-express) card type storage device, CF (compact flash) card, smart media card, memory stick, etc. Can be configured.

메모리 시스템(10)은 다양한 종류의 패키지(package) 형태들 중 어느 하나로 제조될 수 있다. 예를 들어, 메모리 시스템(10)은 POP(package on package), SIP(system in package), SOC(system on chip), MCP(multi-chip package), COB(chip on board), WFP(wafer-level fabricated package), WSP(wafer-level stack package) 등과 같은 다양한 종류의 패키지 형태들 중 어느 하나로 제조될 수 있다.The memory system 10 may be manufactured in any one of various types of packages. For example, the memory system 10 is a 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), a wafer-level stack package (WSP), and the like.

메모리 시스템(10)은 불휘발성 메모리 장치(100) 및 컨트롤러(200)를 포함할 수 있다.The memory system 10 may include a nonvolatile memory device 100 and a controller 200.

불휘발성 메모리 장치(100)는 메모리 시스템(10)의 저장 매체로서 동작할 수 있다. 불휘발성 메모리 장치(100)는 메모리 셀의 종류에 따라서 낸드(NAND) 플래시 메모리 장치, 노어(NOR) 플래시 메모리 장치, 강유전체 커패시터를 이용한 강유전체 램(ferroelectric random access memory, FRAM), 티엠알(tunneling magneto-resistive, TMR) 막을 이용한 마그네틱 램(magnetic random access memory, MRAM), 칼코겐 화합물(chalcogenide alloys)을 이용한 상 변화 램(phase change random access memory, PRAM), 전이 금속 화합물(transition metal oxide)을 이용한 저항성 램(resistive random access memory, ReRAM) 등과 같은 다양한 형태의 불휘발성 메모리 장치들 중 어느 하나로 구성될 수 있다.The nonvolatile memory device 100 may operate as a storage medium of the memory system 10. Depending on the type of memory cell, the nonvolatile memory device 100 includes a NAND flash memory device, a NOR flash memory device, a ferroelectric random access memory (FRAM) using a ferroelectric capacitor, and a tunneling magneto. -resistive, TMR) film using magnetic random access memory (MRAM), phase change random access memory (PRAM) using chalcogenide alloys, transition metal oxide It may be configured with any one of various types of nonvolatile memory devices such as resistive random access memory (ReRAM).

도 1에서는 메모리 시스템(10)이 하나의 불휘발성 메모리 장치(100)를 포함하는 것으로 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로, 메모리 시스템(10)은 복수의 불휘발성 메모리 장치들을 포함할 수 있으며, 본 발명은 복수의 불휘발성 메모리 장치들을 포함하는 메모리 시스템(10)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.1 illustrates that the memory system 10 includes one nonvolatile memory device 100, this is for convenience of description, and the memory system 10 may include a plurality of nonvolatile memory devices. Also, the present invention can be equally applied to the memory system 10 including a plurality of nonvolatile memory devices.

불휘발성 메모리 장치(100)는 복수의 비트라인들(도시되지 않음) 및 복수의 워드라인들(도시되지 않음)이 교차하는 영역들에 각각 배치되는 복수의 메모리 셀들을 갖는 메모리 셀 어레이(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 메모리 셀 어레이는 복수의 메모리 블록들을 포함할 수 있고, 복수의 메모리 블록들은 각각 복수의 페이지들을 포함할 수 있다.The nonvolatile memory device 100 includes a memory cell array (not shown) having a plurality of memory cells disposed in regions where a plurality of bit lines (not shown) and a plurality of word lines (not shown) cross each other. Not). The memory cell array may include a plurality of memory blocks, and each of the plurality of memory blocks may include a plurality of pages.

메모리 셀 어레이의 각 메모리 셀은 1 비트의 데이터를 저장하는 싱글 레벨 셀(single, level cell, SLC), 2 비트 이상의 데이터를 저장할 수 있는 멀티 레벨 셀(multi level cell, MLC)로 동작할 수 있다. 멀티 레벨 셀(XLC)은 2 비트의 데이터, 3 비트의 데이터, 4 비트의 데이터 등을 저장할 수 있다. 일반적으로, 2 비트의 데이터를 저장하는 메모리 셀을 멀티 레벨 셀(MLC)이라 하고, 3 비트의 데이터를 저장하는 메모리 셀을 트리플 레벨 셀(triple level cell, TLC)이라 하고, 4 비트의 데이터를 저장하는 메모리 셀을 쿼드 레벨 셀(quad level cell, QLC)이라 한다. 그러나, 본 실시 예에서는 설명의 편의를 위해 2 비트 내지 4 비트의 데이터를 저장하는 메모리 셀을 통칭하여 멀티 레벨 셀(XLC)이라 할 것이다.Each memory cell of the memory cell array may operate as a single level cell (SLC) storing 1 bit of data, and a multi level cell (MLC) capable of storing 2 or more bits of data. . The multi-level cell XLC may store 2 bits of data, 3 bits of data, and 4 bits of data. In general, a memory cell storing 2 bits of data is referred to as a multi-level cell (MLC), a memory cell storing 3 bits of data is referred to as a triple level cell (TLC), and a 4 bit data is referred to as a triple level cell (TLC). A memory cell to be stored is referred to as a quad level cell (QLC). However, in the present embodiment, for convenience of description, a memory cell that stores 2 to 4 bits of data will be collectively referred to as a multi-level cell XLC.

메모리 셀 어레이는 싱글 레벨 셀(SLC) 및 멀티 레벨 셀(XLC) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 메모리 셀 어레이는 2차원 수평 구조의 메모리 셀들을 포함할 수도 있고, 또는 3차원 수직 구조의 메모리 셀들을 포함할 수도 있다.The memory cell array may include at least one of a single level cell SLC and a multi level cell XLC. Further, the memory cell array may include memory cells having a 2D horizontal structure or may include memory cells having a 3D vertical structure.

컨트롤러(200)는 제 1 메모리(230)에 로딩된 펌웨어 또는 소프트웨어의 구동을 통해서 메모리 시스템(10)의 제반 동작을 제어할 수 있다. 컨트롤러(200)는 펌웨어 또는 소프트웨어와 같은 코드 형태의 명령(instruction) 또는 알고리즘을 해독하고 구동할 수 있다. 컨트롤러(200)는 하드웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어가 조합된 형태로 구현될 수 있다.The controller 200 may control all operations of the memory system 10 by driving firmware or software loaded in the first memory 230. The controller 200 may decode and drive an instruction or algorithm in the form of code such as firmware or software. The controller 200 may be implemented in hardware or a combination of hardware and software.

컨트롤러(200)는 호스트 인터페이스(210), 프로세서(220), 제1 메모리(230), 제2 메모리(240) 및 메모리 인터페이스(250)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시하지는 않았으나, 컨트롤러(200)는 호스트로부터 제공된 쓰기 데이터를 ECC(error correction code) 인코딩하여 패리티(parity) 코드를 생성하고, 불휘발성 메모리 장치(100)로부터 독출된 읽기 데이터를 패리티(parity) 코드를 이용하여 ECC(error correction code) 디코딩하는 ECC 엔진을 더 포함할 수 있다.The controller 200 may include a host interface 210, a processor 220, a first memory 230, a second memory 240, and a memory interface 250. Although not shown in FIG. 1, the controller 200 generates a parity code by encoding the write data provided from the host to an error correction code (ECC), and parity the read data read from the nonvolatile memory device 100. An ECC engine that decodes an error correction code (ECC) using a parity) code may be further included.

호스트 인터페이스(210)는 호스트(20)의 프로토콜에 대응하여 호스트(20)와 메모리 시스템(10) 사이를 인터페이싱할 수 있다. 예를 들어, 호스트 인터페이스(210)는 USB(universal serial bus), UFS(universal flash storage), MMC(multimedia card), PATA(parallel advanced technology attachment), SATA(serial advanced technology attachment), SCSI(small computer system interface), SAS(serial attached SCSI), PCI(peripheral component interconnection), PCI-E(PCI express) 프로토콜 중 어느 하나를 통해 호스트(20)와 통신할 수 있다.The host interface 210 may interface between the host 20 and the memory system 10 in response to the protocol of the host 20. For example, the host interface 210 is a universal serial bus (USB), universal flash storage (UFS), a multimedia card (MMC), a parallel advanced technology attachment (PATA), a serial advanced technology attachment (SATA), a small computer (SCSI). system interface), serial attached SCSI (SAS), peripheral component interconnection (PCI), and PCI express (PCI-E) protocol.

프로세서(220)는 마이크로 컨트롤 유닛(micro control unit)(MCU), 중앙 처리 장치(central processing unit)(CPU)와 같은 형태로 구성될 수 있다. 프로세서(220)는 호스트(20)로부터 전송된 요청을 처리할 수 있다. 호스트(20)로부터 전송된 요청을 처리하기 위해서, 프로세서(220)는 메모리(230)에 로딩된 코드 형태의 명령(instruction) 또는 알고리즘, 즉, 펌웨어를 구동하고, 호스트 인터페이스(210), 메모리(230) 및 메모리 인터페이스(250) 등과 같은 내부 기능 블록들 및 불휘발성 메모리 장치(100)를 제어할 수 있다.The processor 220 may be configured in a form such as a micro control unit (MCU) and a central processing unit (CPU). The processor 220 may process a request transmitted from the host 20. In order to process the request transmitted from the host 20, the processor 220 drives an instruction or algorithm in the form of code loaded in the memory 230, that is, the firmware, and the host interface 210, the memory ( Internal functional blocks such as 230 and the memory interface 250 and the nonvolatile memory device 100 may be controlled.

프로세서(220)는 호스트(20)로부터 전송된 요청들에 근거하여 불휘발성 메모리 장치(100)의 동작을 제어할 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제어 신호들을 메모리 인터페이스(250)를 통해 불휘발성 메모리 장치(100)로 제공할 수 있다.The processor 220 generates control signals to control the operation of the nonvolatile memory device 100 based on requests transmitted from the host 20, and transmits the generated control signals to the nonvolatile memory through the memory interface 250. It can be provided to the device 100.

제1 메모리(230)는 호스트(20)로부터 제공된 요청에 대응하는 커맨드를 큐잉하기 위한 커맨드 큐(CMDQ)로 사용되는 영역, 쓰기 데이터가 임시 저장되는 쓰기 데이터 버퍼(write data buffer) 및 읽기 데이터가 임시 저장되는 읽기 데이터 버퍼(read data buffer)로 사용될 수 있다.The first memory 230 includes an area used as a command queue (CMDQ) for queuing a command corresponding to a request provided from the host 20, a write data buffer temporarily storing write data, and read data. It can be used as a read data buffer that is temporarily stored.

일 실시예에서, 제1 메모리(230)는 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM) 또는 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM)와 같은 랜덤 액세스 메모리로 구성될 수 있다.In one embodiment, the first memory 230 may be configured as a random access memory such as dynamic random access memory (DRAM) or static random access memory (SRAM).

일 실시예에서, 제1 메모리(230)는 제2 메모리(240) 보다 높은 집적도를 가질 수 있다. 즉, 제1 메모리(230)가 제2 메모리(240) 보다 더 큰 데이터 저장 용량을 가질 수 있다.In an embodiment, the first memory 230 may have a higher degree of integration than the second memory 240. That is, the first memory 230 may have a larger data storage capacity than the second memory 240.

일 실시예에서, 제1 메모리(230)는 제2 메모리(240) 보다 높은 데이터 쓰루풋(data throughput)을 가질 수 있어 제2 메모리(240)보다 고속으로 동작할 수 있다. In an embodiment, the first memory 230 may have a higher data throughput than the second memory 240 and thus may operate at a higher speed than the second memory 240.

제2 메모리(240)는 프로세서(220)에 의해서 구동되는 펌웨어를 저장할 수 있다. 또한, 제2 메모리(240)는 펌웨어의 구동에 필요한 데이터, 예를 들면, 메타 데이터를 저장할 수 있다. 즉, 제2 메모리(240)는 프로세서(220)의 동작 메모리(working memory)로서 동작할 수 있다. 또한, 제2 메모리(240)는 맵 데이터가 캐싱되는 맵 캐시 버퍼(map cache buffer)로 동작할 수 있다.The second memory 240 may store firmware driven by the processor 220. In addition, the second memory 240 may store data necessary for driving the firmware, for example, metadata. That is, the second memory 240 may operate as a working memory of the processor 220. Also, the second memory 240 may operate as a map cache buffer in which map data is cached.

일 실시예에서, 제2 메모리(240)는 상변화 메모리(Phase Change RAM, PCRAM) 등과 같은 메모리로 구성될 수 있다.In an embodiment, the second memory 240 may be formed of a memory such as a phase change memory (PCRAM) or the like.

메모리 인터페이스(250)는 프로세서(220)의 제어에 따라 불휘발성 메모리 장치(100)를 제어할 수 있다. 메모리 인터페이스(250)는 메모리 컨트롤러로 지칭될 수 있다. 메모리 인터페이스(250)는 제어 신호들을 불휘발성 메모리 장치(100)로 제공할 수 있다. 제어 신호들은 불휘발성 메모리 장치(100)를 제어하기 위한 커맨드, 어드레스 등을 포함할 수 있다. 메모리 인터페이스(250)는 데이터 버퍼에 저장된 데이터를 불휘발성 메모리 장치(100)로 제공하거나, 불휘발성 메모리 장치(100)로부터 전송된 데이터를 데이터 버퍼에 저장할 수 있다. 데이터 버퍼는 제 1 메모리(230)에 할당된 영역일 수 있다.The memory interface 250 may control the nonvolatile memory device 100 under the control of the processor 220. The memory interface 250 may be referred to as a memory controller. The memory interface 250 may provide control signals to the nonvolatile memory device 100. The control signals may include commands and addresses for controlling the nonvolatile memory device 100. The memory interface 250 may provide data stored in the data buffer to the nonvolatile memory device 100 or may store data transmitted from the nonvolatile memory device 100 in the data buffer. The data buffer may be an area allocated to the first memory 230.

도 2는 도 1에 도시된 제2 메모리를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 2 is a diagram illustrating a second memory illustrated in FIG. 1.

제2 메모리(240)는 불휘발성 메모리 장치(100)에 유저 데이터(user data)를 저장하거나, 불휘발성 메모리 장치(100)를 관리하는데 이용되는 메타 데이터를 저장할 수 있다. 제2 메모리(240)는 메타 데이터를 저장하기 위해 복수의 메모리 영역(memory region-01 ~ memory region_M)을 포함할 수 있으며, 각 메모리 영역(memory region-01 ~ memory region_M)은 복수의 서브 영역(sub region_01 ~ sub region_N)으로 구성될 수 있다.The second memory 240 may store user data in the nonvolatile memory device 100 or meta data used to manage the nonvolatile memory device 100. The second memory 240 may include a plurality of memory regions (memory region-01 to memory region_M) to store meta data, and each memory region (memory region-01 to memory region_M) includes a plurality of sub regions (memory region-01 to memory region_M). It can be composed of sub region_01 to sub region_N).

일 실시예에서, 제2 메모리(240)에 포함된 복수의 메모리 영역(memory region-01 ~ memory region_M)은 메타 영역들 및 스타트-갭(Start-Gap) 웨어 레벨링 동작을 수행하기 위한 갭(gap)으로 이용되는 적어도 하나의 스페어 영역을 포함할 수 있다. In one embodiment, a plurality of memory regions (memory region-01 to memory region_M) included in the second memory 240 are meta regions and gaps for performing a start-gap wear leveling operation. ) May include at least one spare area.

일 실시예에서, 제2 메모리(240)에 포함된 복수의 메모리 영역 각각에 포함된 서브 영역(sub region_01 ~ sub region_N)은 메타 데이터가 저장되는 서브 메타 영역들 및 스타트-갭(Start-Gap) 웨어 레벨링 동작을 수행하기 위한 갭으로 이용되는 적어도 하나의 서브 스페어 영역을 포함할 수 있다.In an embodiment, sub-regions (sub regions_01 to sub region_N) included in each of the plurality of memory regions included in the second memory 240 are sub-meta regions in which meta data is stored and a start-gap It may include at least one sub spare area used as a gap for performing a wear leveling operation.

일 실시예에서, 제2 메모리(240)에 포함된 복수의 메모리 영역(memory region-01 ~ memory region_M)은 제 1 기준값 미만의 접근 횟수를 갖는 메타 데이터가 저장되는 콜드 메타 영역들 및 제 1 기준값 이상의 접근 횟수를 갖는 메타 데이터가 저장되는 적어도 하나의 핫 메타 영역을 포함할 수 있다. In an embodiment, a plurality of memory regions (memory region-01 to memory region_M) included in the second memory 240 are cold meta regions in which meta data having an access number less than a first reference value are stored and a first reference value It may include at least one hot meta area in which meta data having more than one access number is stored.

도 3은 일 실시예에 따른 제2 메모리의 스타트-갭 웨어 레벨링을 설명하기 위한 도면이다. 3 is a diagram illustrating start-gap wear leveling of a second memory according to an exemplary embodiment.

도 3 (a)를 참조하면, 제2 메모리(240)는 예를 들어 6 개의 메모리 영역들(memory region _01~memory region_06)을 포함할 수 있다. 6 개의 메모리 영역들 중 5 개의 메모리 영역들(memory region_01~memory region_05)은 메타 데이터가 저장되는 메타 영역이고 나머지 하나의 메모리 영역(memory region 06)은 스페어 영역일 수 있다. 이 때, 메모리 영역들(memory region_01~memory region_05) 중 메모리 영역 05(memory region_05)가 스타트-갭 웨어 레벨링 동작이 개시되는 메모리 영역이고, 갭은 메모리 영역 06(memory region_06)인 상황을 가정한다.Referring to FIG. 3A, the second memory 240 may include, for example, six memory regions _01 to memory region_06. Of the six memory regions, five memory regions (memory region_01 to memory region_05) may be a meta region in which meta data is stored, and the other memory region (memory region 06) may be a spare region. In this case, it is assumed that a memory region 05 (memory region_05) among the memory regions_01 to memory region_05 is a memory region in which the start-gap wear leveling operation is started, and the gap is a memory region 06 (memory region_06).

도 3 (b)를 참조하면, 컨트롤러(200)는 메모리 영역들(memory region_01~memory region_05)에 저장된 메타 데이터에 대한 접근 횟수의 총 합이 제 1 기준값 이상이 되면 스타트-갭 웨어 레벨링을 개시할 수 있다. 먼저, 스타트-갭 웨어 레벨링의 동작이 개시되는 메모리 영역 05(memory region_05)에 저장되어 있는 메타 데이터를 갭 영역인 메모리 영역 06(memory region_06)으로 마이그레이션할 수 있다. 제 1 기준값은 메모리 시스템(10)의 제조시 또는 사용단계에서 설정되거나 변경될 수 있음은 자명하다. 스타트-갭 웨어 레벨링 동작의 결과로, 메모리 영역 05(memory region_05)는 스페어 영역으로 전환되고, 메모리 영역 06(memory region_06)은 메타 영역으로 전환될 수 있다. 또한, 메모리 영역 04(memory region_04)는 후속하는 스타트-갭 웨어 레벨링 동작의 대상이 되는 메타 영역으로 선택될 수 있으며, 메모리 영역 05(memory region_05)는 후속하는 스타트-갭 웨어 레벨링을 위한 갭으로 선택될 수 있다.Referring to FIG. 3(b), the controller 200 starts start-gap wear leveling when the total number of accesses to the metadata stored in the memory regions_01 to memory region_05 is equal to or greater than the first reference value. I can. First, meta data stored in a memory region 05 (memory region_05) in which the start-gap wear leveling operation is started may be migrated to a memory region 06 (memory region_06) that is a gap region. It is obvious that the first reference value may be set or changed at the time of manufacture or use of the memory system 10. As a result of the start-gap wear leveling operation, the memory region 05 (memory region_05) may be converted to a spare region, and the memory region 06 (memory region_06) may be converted to a meta region. In addition, memory region 04 (memory region_04) may be selected as a meta region to be subjected to a subsequent start-gap wear leveling operation, and memory region 05 (memory region_05) is selected as a gap for subsequent start-gap wear leveling. Can be.

즉, 스타트-갭 웨어 레벨링이 개시되는 메모리 영역(memory region_05)의 어드레스를 순차적으로 감소 또는 증가시키거나, 설정된 어드레스 산출식에 의해 메모리 영역의 어드레스를 계산하여 스타트-갭 웨어 레벨링이 이미 이루어진 메모리 영역을 제외한 나머지 메모리 영역 중 하나가 후속 스타트-갭 웨어 레벨링 동작의 타겟 메타 영역으로 선택될 수 있고, 스타트-갭 웨어 레벨링 동작이 이미 수행되어 갭 영역으로 전환된 메모리 영역 중 하나가 후속 스타트-갭 웨어 레벨링 동작의 갭으로 선택될 수 있다.That is, the memory region in which the start-gap wear leveling has already been performed by sequentially decreasing or increasing the address of the memory region_05 where the start-gap wear leveling starts, or by calculating the address of the memory region using a set address calculation formula. One of the remaining memory areas except for may be selected as the target meta area for the subsequent start-gap wear leveling operation, and one of the memory areas converted to the gap area after the start-gap wear leveling operation has already been performed is the subsequent start-gap wear. It can be selected as the gap of the leveling operation.

도 3 (c)를 참조하면, 컨트롤러(200)는 스타트-갭 웨어 레벨링 동작의 대상이 되는 메모리 영역 04(memory region_04)에 저장된 메타 데이터를 갭 영역 즉, 메모리 영역 05(memory region_05)로 마이그레이션할 수 있다. 이에 따라, 메모리 영역 04(memory region_04)는 스페어 영역, 메모리 영역 05(memory region_05)는 메타 영역으로 전환될 수 있다. 또한, 메모리 영역 03(memory region_03)은 후속 스타트-갭 웨어 레벨링 동작의 대상이 되며, 메모리 영역 04(memory region_04)는 후속 스타트-갭 웨어 레벨링을 위한 갭이 될 수 있다.3(c), the controller 200 migrates the meta data stored in the memory region 04 (memory region_04), which is the target of the start-gap wear leveling operation, to the gap region, that is, the memory region 05 (memory region_05). I can. Accordingly, the memory region 04 (memory region_04) may be converted into a spare region, and the memory region 05 (memory region_05) may be converted into a meta region. Also, a memory region 03 (memory region_03) may be a target for a subsequent start-gap wear leveling operation, and a memory region 04 (memory region_04) may be a gap for a subsequent start-gap wear leveling operation.

도 3에서는 스페어 영역으로 전환될 메모리 영역(memory region_01~memory region_05)의 주소를 내림차순으로 선택하여 스타트-갭 웨어 레벨링을 수행하는 경우를 예로 들었으나, 둘 이상의 스페어 영역이 갭으로 이용되거나, 스페어 영역의 주소를 오름차순으로 선택하여 스타트-갭 웨어 레벨링을 수행하는 등의 변경 및 변형이 가능함은 물론이다.In FIG. 3, an example of performing start-gap wear leveling by selecting addresses of memory regions to be converted to spare regions (memory region_01 to memory region_05) in descending order is exemplified, but two or more spare regions are used as gaps or spare regions It goes without saying that it is possible to change and transform the address such as starting-gap wear leveling by selecting the address of in ascending order.

도 3에 도시한 스타트-갭 웨어 레벨링은 메모리 영역(memory region_01~memory region_05)에 저장된 메타 데이터에 대한 접근 횟수의 총 합을 기초로 수행되므로 전역(Global) 스타트-갭 웨어 레벨링이라 지칭할 수 있다.The start-gap wear leveling shown in FIG. 3 is performed based on the total number of accesses to the metadata stored in the memory regions (memory region_01 to memory region_05), so it may be referred to as global start-gap wear leveling. .

도 4는 일 실시예에 따른 제2 메모리의 스타트-갭 웨어 레벨링 방법을 설명하기 위한 개념도로서, 서브 영역에 대한 스타트-갭 웨어 레벨링 개념을 도시한다.4 is a conceptual diagram illustrating a start-gap wear leveling method of a second memory according to an embodiment, and illustrates a start-gap wear leveling concept for a sub-region.

도 4 (a)를 참조하면, 10 개의 서브 영역(sub region_01~ sub region_10)을 포함하는 메모리 영역의 예시가 도시되어 있다. 각 서브 영역(sub region_01~ sub region_10)은 메타 데이터(meta data_01~meta data_0)가 저장된 서브 메타 영역 및 스페어 영역(Gap(spare))를 포함할 수 있다. 이 때, 서브 영역들(sub region_01~ sub region_10) 중 서브 영역(sub region_09)가 스타트-갭 웨어 레벨링 동작이 개시되는 서브 영역이고, 갭은 서브 영역(sub region_10)인 상황을 가정한다.Referring to FIG. 4A, an example of a memory region including 10 sub regions_01 to subregion_10 is shown. Each sub region (sub region_01 to sub region_10) may include a sub meta region in which meta data (meta data_01 to meta data_0) are stored and a spare region (Gap (spare)). In this case, it is assumed that the sub region_09 of the sub regions_01 to sub region_10 is the sub region where the start-gap wear leveling operation is started, and the gap is the sub region_10.

도 4 (b)를 참조하면, 컨트롤러(200)는 서브 영역들(sub region_01~sub region_09)에 저장된 메타 데이터에 대한 접근 횟수의 총 합이 제 2 기준값 이상이 되면 스타트-갭 웨어 레벨링을 개시할 수 있다. 먼저, 스타트-갭 웨어 레벨링의 동작이 개시되는 서브 영역 09(sub region_09)에 저장된 메타 데이터 09를 서브 영역 10(sub region_10)으로 마이그레이션할 수 있다. 이에 따라, 서브 영역 09(sub region_09)는 후속 스타트-갭 웨어 레벨링 동작의 갭으로 전환되고, 서브 영역 08(sub region_08)은 후속 스타트-갭 웨어 레벨링 동작의 대상이 될 수 있다. Referring to FIG. 4(b), the controller 200 starts start-gap wear leveling when the total number of accesses to the meta data stored in the sub-regions (sub region_01 to sub region_09) exceeds the second reference value. I can. First, the meta data 09 stored in the sub region 09 (sub region_09) in which the start-gap wear leveling operation is started may be migrated to the sub region 10 (sub region_10). Accordingly, the sub region 09 (sub region_09) may be converted to a gap for the subsequent start-gap wear leveling operation, and the sub region 08 (sub region_08) may be a target of the subsequent start-gap wear leveling operation.

즉, 스타트-갭 웨어 레벨링이 개시되는 서브 영역(sub region_09)의 어드레스를 순차적으로 감소 또는 증가시키거나, 설정된 어드레스 산출식에 의해 서브 영역의 어드레스를 계산하여 스타트-갭 웨어 레벨링이 이미 이루어진 서브 영역을 제외한 나머지 서브 영역 중 하나가 후속 스타트-갭 웨어 레벨링 동작의 타겟 메타 영역으로 선택될 수 있고, 스타트-갭 웨어 레벨링 동작이 이미 수행되어 갭 영역으로 전환된 서브 영역 중 하나가 후속 스타트-갭 웨어 레벨링 동작의 갭으로 선택될 수 있다.That is, the address of the sub-region where start-gap wear leveling is started (sub region_09) is sequentially decreased or increased, or the address of the sub-region is calculated according to a set address calculation formula, and the start-gap wear leveling is already performed. One of the remaining sub-regions except for may be selected as the target meta-region for the subsequent start-gap wear leveling operation, and one of the sub-regions converted to the gap region after the start-gap wear leveling operation has already been performed is the subsequent start-gap wear. It can be selected as the gap of the leveling operation.

도 4 (c)를 참조하면, 컨트롤러(200)는 서브 영역 08(sub region_08)에 저장된 메타 데이터 08을 서브 영역 09(sub region_09)로 마이그레이션할 수 있다. 이에 따라, 서브 영역 0(sub region_08)8는 후속 스타트-갭 웨어 레벨링 동작의 갭으로 선택될 수 있고, 서브 영역 07(sub region_07)은 후속 스타트-갭 웨어 레벨링 동작의 대상이 될 수 있다.Referring to FIG. 4C, the controller 200 may migrate the meta data 08 stored in the sub region 08 (sub region_08) to the sub region 09 (sub region_09). Accordingly, sub-region 0 (sub region_08) 8 may be selected as a gap for a subsequent start-gap wear leveling operation, and sub region 07 (sub region_07) may be a target for a subsequent start-gap wear leveling operation.

도 4에서는 서브 영역으로 전환될 서브 영역(sub region_01~sub region_09)의 주소를 내림차순으로 선택하는 스타트-갭 웨어 레벨링을 예시로 설명하였으나, 둘 이상의 서브 영역이 갭으로 선택되거나, 서브 영역의 주소를 오름차순으로 선택하는 등 다양한 변형 및 변경이 가능함은 물론이다.In FIG. 4, start-gap wear leveling in which addresses of sub-regions to be converted to sub-regions (sub region_01 to sub region_09) are selected in descending order has been described as an example, but two or more sub-regions are selected as gaps or addresses of sub-regions Of course, various modifications and changes are possible, such as selecting in ascending order.

도 4에 도시한 스타트-갭 웨어 레벨링은 메모리 영역(memory region_01~memory region_05)별 각 서브 영역(sub region_01~sub region_09)에 저장된 메타 데이터에 대한 접근 횟수의 총 합을 기초로 수행되므로 국부(Local) 스타트-갭 웨어 레벨링이라 지칭할 수 있다.The start-gap wear leveling shown in FIG. 4 is performed based on the total number of accesses to the meta data stored in each sub region (sub region_01 to sub region_09) for each memory region (memory region_01 to memory region_05). ) It may be referred to as start-gap wear leveling.

도 5 및 6은 일 실시예에 따른 제2 메모리의 스타트-갭 웨어 레벨링을 설명하기 위한 도면이다.5 and 6 are diagrams for explaining start-gap wear leveling of a second memory according to an exemplary embodiment.

도 5 및 도 6에는 제2 메모리(240)의 복수의 메모리 영역(memory region_01~memory region_M) 중 3 개의 메모리 영역(memory region_01~ memory region_03)을 도시하였다.5 and 6 illustrate three memory regions_01 to memory region_03 of a plurality of memory regions_01 to memory region_M of the second memory 240.

각 메모리 영역(memory region_01~ memory region_03)은 9 개의 서브 영역(sub region_01~ sub region_09)을 포함할 수 있다. 여기서, 메모리 영역 01(memory region_01) 및 메모리 영역 02(memory region_02)는 제 1 기준값 미만의 접근 횟수를 갖는 메타 데이터를 저장하는 콜드 메타 영역이고, 메모리 영역 03(memory region_03)은 적어도 하나의 서브 스페어 영역을 포함하는 상황을 예로 들어 설명하면 다음과 같다. 도 5 (a)에는 메모리 영역 03(memory region_03)이 하나의 서브 메타 영역(sub region_01)과 8개의 서브 스페어 영역(sub region_02~sub region_09)을 포함하고, 서브 메타 영역 01(sub region_01)에 제 3 기준값 이상 접근된 메타 데이터(meta data_A)가 저장된 경우를 도시하였으나 이에 한정되지 않으며, 메모리 영역 03(memory region_03)은 서브 스페어 영역으로만 이루어질 수도 있다.Each memory region (memory region_01 to memory region_03) may include nine sub regions (sub region_01 to sub region_09). Here, the memory region 01 (memory region_01) and the memory region 02 (memory region_02) are cold meta regions that store meta data having the number of accesses less than the first reference value, and the memory region 03 (memory region_03) is at least one sub spare. The following describes a situation that includes an area as an example. In FIG. 5A, a memory region 03 (memory region_03) includes one sub-meta region (sub region_01) and eight sub-spare regions (sub region_02 to sub region_09), and is sub-meta region 01 (sub region_01). Although the case in which the meta data (meta data_A) accessed by more than 3 reference values is stored is illustrated, the present invention is not limited thereto, and the memory region 03 (memory region_03) may be formed only as a sub spare region.

이러한 상황에서, 콜드 메타 영역(memory region_01, memory region_02) 내의 핫 데이터를 다른 메모리 영역 03(memory region_03)에 취합하는 방법을 설명한다.In this situation, a method of assembling hot data in the cold meta region (memory region_01, memory region_02) into another memory region 03 (memory region_03) will be described.

핫 데이터란 지속적이고 빈번한 접근이 이루어지는 데이터를 의미한다. 따라서, 특정 메모리 영역에 포함된 서브 영역 중 접근이 지속적으로 집중되는 서브 영역은 핫 메타 데이터를 저장한 영역으로 판단할 수 있다. 일 실시예에서, 각 메모리 영역 별로 서브 영역에 대한 접근 횟수가 제 3 기준값 이상인 서브 영역을 메타 영역으로 판단할 수 있다. 제 3 기준값을 만족하는지 판단하기 위하여, 접근 횟수의 총 합이 제 1 설정값 이상이 되는 메모리 영역이 검출될 때, 해당 메모리 영역 내 특정 서브 영역에 대한 접근 횟수가 제 3 기준값(=제 1 설정값*α, α는 0<α<1인 실수) 이상이 되는지 확인할 수 있다. 여기에서, α는 핫 데이터 분류 기준에 따라 메모리 시스템(10)의 제조시 또는 사용단계에서 설정되거나 변경될 수 있다.Hot data refers to data that is continuously and frequently accessed. Accordingly, among the sub-areas included in the specific memory area, the sub-area in which access is continuously concentrated may be determined as an area storing hot meta data. In an embodiment, a sub-region in which the number of accesses to the sub-region for each memory region is equal to or greater than the third reference value may be determined as the meta region. In order to determine whether the third reference value is satisfied, when a memory area in which the total number of accesses is equal to or greater than the first set value is detected, the number of accesses to a specific sub area within the corresponding memory area is set to a third reference value (=first setting). Values*α, α can be checked if they are greater than or equal to 0<α<1. Here, α may be set or changed at the time of manufacture or use of the memory system 10 according to the hot data classification criterion.

예를 들어, 제 1 설정값이 10,000 이고, α=0.6인 경우, 접근 횟수가 제 3 기준값인 6,000회 이상인 서브 영역 내의 메타 데이터가 핫 데이터로 분류될 수 있다.For example, when the first set value is 10,000 and α=0.6, the meta data in the sub-region having the number of accesses of 6,000 or more, which is the third reference value, may be classified as hot data.

메모리 영역 01(memory region_01)에 대한 접근 횟수의 총 합이 10,000회이고, 서브 영역 04(sub region_04)에 저장된 메타 데이터(meta data_B)에 대한 접근 횟수가 6,000회라면, 서브 영역 04(sub region_04)을 제외한 나머지 서브 영역(sub region_01~ sub region_03, sub region_05~ sub region_09)에 대한 접근 횟수는 4,000회이므로 서브 영역 04(sub region_04)에 저장된 메타 데이터(meta data_B)는 핫 데이터로 분류될 수 있다.If the total number of accesses to memory region 01 (memory region_01) is 10,000 times and the number of accesses to meta data (meta data_B) stored in sub region 04 (sub region_04) is 6,000, sub region 04 (sub region_04) Since the number of accesses to the remaining sub regions (sub region_01 to sub region_03, sub region_05 to sub region_09) is 4,000 times, meta data (meta data_B) stored in sub region 04 (sub region_04) may be classified as hot data.

도 5 (a)를 참조하면, 메모리 영역 01(memory region_01)의 서브 영역 04(sub region_04)에 저장된 메타 데이터 B(meta data_B) 및 메모리 영역 02(memory region_02)의 서브 영역 02(sub region_02)에 저장된 메타 데이터 C(meta data_C)의 접근 횟수가 제 3 기준값 이상이 된 경우, 컨트롤러(200)는 메타 데이터 B(meta data_B) 및 메타 데이터 C(meta data_C)를 메모리 영역 03(memory region_03)으로 마이그레이션하는 대상으로 결정할 수 있다. 5A, meta data B (meta data_B) stored in sub region 04 (sub region_04) of memory region 01 (memory region_01) and sub region 02 (sub region_02) of memory region 02 (memory region_02) When the number of accesses of the stored meta data C (meta data_C) becomes more than the third reference value, the controller 200 migrates the meta data B (meta data_B) and the meta data C (meta data_C) to the memory region 03 (memory region_03). You can decide what you want to do.

도 5 (b)에서, 컨트롤러(200)는 메모리 영역 01(memory region_01)의 서브 영역 04(sub region_04)에 저장된 메타 데이터 B(meta data_B)를 메모리 영역 03(memory region_03)의 서브 영역 02(sub region_02)로 마이그레이션하고, 메모리 영역 01(memory region_01)의 서브 영역 04(sub region_04)를 인밸리드(invalid)할 수 있다. 또한, 메모리 영역 02(memory region_02)의 서브 영역 02(sub region_02)에 저장된 메타 데이터 C(meta data_C)를 메모리 영역 03(memory region_03)의 서브 영역 03(sub region_03)으로 마이그레이션하고, 메모리 영역 02(memory region_02)의 서브 영역 02(sub region_02)를 인밸리드(invalid)할 수 있다.In FIG. 5B, the controller 200 transfers the meta data B (meta data_B) stored in the sub region 04 (sub region_04) of the memory region 01 (memory region_01) to the sub region 02 (sub region 02) of the memory region 03 (memory region_03). After migration to region_02), subregion 04 (sub region_04) of memory region 01 (memory region_01) may be invalidated. Also, the meta data C (meta data_C) stored in the sub region 02 (sub region_02) of the memory region 02 (memory region_02) is migrated to the sub region 03 (sub region_03) of the memory region 03 (memory region_03), and the memory region 02 ( The sub region 02 of the memory region_02 may be invalidated.

이러한 마이그레이션 동작을 통해 라이트 또는 리드 동작이 자주 수행되는 핫 메타 데이터들을 하나의 메모리 영역(memory region_03)에 취합하여, 메모리 영역(memory region_03)을 핫 메타 영역화 할 수 있다.Through this migration operation, hot meta data, which is frequently performed in a write or read operation, may be collected into one memory region_03, and the memory region_03 may be converted into a hot meta region.

이와 같이 핫 메타 데이터들이 특정 메모리 영역(memory region_03)에 수집되면, 제 2 메모리(240)에 대한 전역 스타트-갭 웨어 레벨링, 또는 국부 스타트-갭 웨어 레벨링이 수행될 수 있다.When hot metadata is collected in a specific memory region_03 as described above, global start-gap wear leveling or local start-gap wear leveling may be performed on the second memory 240.

도 6 (a)를 참조하면, 컨트롤러(200)는 핫 메타 영역인 메모리 영역 03(memory region_03) 내 서브 영역들(sub region_01~sub region_09)에 저장된 메타 데이터에 대한 접근 횟수의 총 합이 제 2 기준값 이상이 되면 국부 스타트-갭 웨어 레벨링을 개시할 수 있다. 이 때, 서브 영역 01 내지 03(sub region_01~sub region_03)이 스타트-갭 웨어 레벨링 동작이 개시되는 메모리 영역이고, 갭은 서브 영역 04 내지 06(sub region_04~sub region_06)인 상황을 가정한다.Referring to FIG. 6 (a), the controller 200 has a total number of accesses to the meta data stored in the sub regions (sub region_01 to sub region_09) in the memory region 03 (memory region_03), which is a hot meta region, is 2 When it exceeds the reference value, local start-gap wear leveling can be started. In this case, it is assumed that the sub-regions 01 to 03 (sub regions_01 to sub region_03) are the memory regions in which the start-gap wear leveling operation is started, and the gaps are sub regions 04 to 06 (sub region_04 to sub region_06).

도 6 (b)를 참조하면, 컨트롤러(200)는 서브 영역 01 내지 03(sub region_01~sub region_03)에 저장된 메타 데이터 A 내지 C(meta data_A~meta data_C)를 서브 영역 04 내지 06(sub region_04~sub region_06)으로 마이그레이션할 수 있다. 이 후, 컨트롤러(200)는 메모리 영역 03(memory region_03)의 서브 영역 04 내지 06(sub region_04~sub region_06)를 후속 스타트-갭 웨어 레벨링의 타겟으로 결정할 수 있고, 서브 영역 07 내지 09(sub region_07~sub region_09)를 갭으로 결정할 수 있다.6(b), the controller 200 transfers meta data A to C (meta data_A to meta data_C) stored in sub regions 01 to 03 (sub region_01 to sub region_03) into sub regions 04 to 06 (sub region_04 to). sub region_06). Thereafter, the controller 200 may determine the sub-regions 04 to 06 (sub region_04 to sub region_06) of the memory region 03 (memory region_03) as a target for the subsequent start-gap wear leveling, and the sub regions 07 to 09 (sub region_07). ~sub region_09) can be determined as a gap.

도 6 (c)를 참조하면, 컨트롤러(200)는 서브 영역 04 내지 06(sub region_04~sub region_06)에 저장된 메타 데이터 A 내지 C(meta data_A~meta data_C)를 서브 영역 07 내지 09(sub region_07~sub region_09)로 마이그레이션할 수 있다.6(c), the controller 200 transfers the meta data A to C (meta data_A to meta data_C) stored in the sub regions 04 to 06 (sub region_04 to sub region_06) to the sub regions 07 to 09 (sub region_07 to). sub region_09).

이는 접근 횟수가 높은 메타 데이터들에 대해 집중적으로 웨어 레벨링 동작을 수행함으로써, 제2 메모리(240)의 수명을 늘리기 위함이다.This is to increase the lifespan of the second memory 240 by intensively performing a wear leveling operation on metadata having a high number of accesses.

한편 메모리 영역들(memory region_01~memory region_M)에 저장된 메타 데이터에 대한 접근 횟수의 총 합이 제 1 기준값 이상이 되는 경우 전역 스타트-갭 웨어 레벨링을 개시할 수 있다.Meanwhile, when the total number of times of accessing metadata stored in the memory regions_01 to memory region_M is equal to or greater than the first reference value, global start-gap wear leveling may be started.

도 7은 일 실시예에 따른 제2 메모리의 스타트-갭 웨어 레벨링 동작을 설명하기 위한 도면이다. 7 is a diagram illustrating a start-gap wear leveling operation of a second memory according to an exemplary embodiment.

도 7을 참조하면, 단계 S710에서 컨트롤러(200)는 제2 메모리(240)에 저장된 메타 데이터들의 접근 횟수를 카운트할 수 있다. Referring to FIG. 7, in step S710, the controller 200 may count the number of times of accessing metadata stored in the second memory 240.

일 실시예에서, 컨트롤러(200)는 제2 메모리(240)에 포함된 복수의 메모리 영역들 중 스타트-갭 웨어 레벨링 대상 메모리 영역들에 포함된 메타 데이터들의 접근 횟수를 카운트할 수 있다. In an embodiment, the controller 200 may count the number of times of accessing metadata included in the start-gap wear leveling target memory areas among a plurality of memory areas included in the second memory 240.

일 실시예에서, 컨트롤러(200)는 메모리 영역들(memory region_01~memory region_M) 별로 각 서브 영역들(sub region_01~sub region_09)에 저장된 메타 데이터에 대한 접근 횟수의 총 합 및, 메모리 영역들(memory region_01~memory region_M) 전체를 대상으로 메타 데이터에 대한 접근 횟수의 총 합을 카운트할 수 있다.In one embodiment, the controller 200 includes the sum of the total number of accesses to the meta data stored in each of the sub regions (sub region_01 to sub region_09) for each memory region (memory region_01 to memory region_M), and the memory regions (memory region_M). Region_01~memory region_M) The total sum of the number of times the meta data is accessed can be counted.

단계 S720에서, 컨트롤러(200)는 메타 데이터에 대한 접근 횟수가 설정된 기준값 이상인지 여부를 판단할 수 있다.In step S720, the controller 200 may determine whether the number of times the metadata is accessed is equal to or greater than a set reference value.

일 실시예에서, 컨트롤러(200)는 메모리 영역들(memory region_01~memory region_M)에 저장된 메타 데이터에 대한 접근 횟수의 총 합이 제 1기준값 이상인지 여부를 판단할 수 있다. In an embodiment, the controller 200 may determine whether the sum of the total number of times of accessing metadata stored in the memory regions_01 to memory region_M is equal to or greater than the first reference value.

일 실시예에서, 컨트롤러(200)는 메모리 영역들(memory region_01~memory region_M) 별 각 서브 영역들(sub region_01~sub region_09)에 저장된 메타 데이터에 대한 접근 횟수의 총 합이 제 2 기준값 이상인지 여부를 판단할 수 있다. In one embodiment, the controller 200 determines whether the sum of the total number of accesses to the metadata stored in each of the sub-regions (sub region_01 to sub region_09) for each memory region (memory region_01 to memory region_M) is greater than or equal to the second reference value. Can be judged.

단계 S730에서, 컨트롤러(200)는 접근 횟수가 미리 설정된 기준값 이상이면, 스타트-갭 웨어 레벨링 동작을 수행할 수 있다. In step S730, if the number of accesses is greater than or equal to a preset reference value, the controller 200 may perform a start-gap wear leveling operation.

일 실시예에서, 컨트롤러(200)는 메모리 영역들(memory region_01~memory region_M)에 저장된 메타 데이터에 대한 접근 횟수의 총 합이 제 1기준값 이상이면, 전역 스타트-갭 웨어 레벨링을 수행하여, 스타트-갭 웨어 레벨링 대상 메모리 영역들에 저장된 메타 데이터들을 스페어 영역으로 마이그레이션할 수 있다.In one embodiment, the controller 200 performs global start-gap wear leveling and starts when the total number of times of accessing metadata stored in memory regions_01 to memory region_M is equal to or greater than the first reference value. Meta data stored in memory regions subject to gap wear leveling may be migrated to the spare region.

일 실시예에서, 컨트롤러(200)는 메모리 영역들(memory region_01~memory region_M) 별 각 서브 영역들(sub region_01~sub region_09)에 저장된 메타 데이터에 대한 접근 횟수의 총 합이 제 2 기준값 이상이면, 국부 스타트-갭 웨어 레벨링을 수행하여, 스타트-갭 웨어 레벨링 대상 서브 메모리 영역들에 저장된 메타 데이터들을 서브 스페어 영역으로 마이그레이션할 수 있다.In one embodiment, if the total number of times of accessing metadata stored in each of the sub-regions (sub region_01 to sub region_09) for each memory region (memory region_01 to memory region_M) is equal to or greater than the second reference value, By performing local start-gap wear leveling, metadata stored in the sub memory areas subject to start-gap wear leveling may be migrated to the sub spare area.

도 8은 일 실시예에 따른 제2 메모리의 스타트-갭 웨어 레벨링 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 8 is a flowchart illustrating a start-gap wear leveling operation of a second memory according to an exemplary embodiment.

도 8을 참조하면, 단계 S810에서 컨트롤러(200)는 제2 메모리(240)에 포함된 복수의 메모리 영역들 중 콜드 메타 영역들에 저장된 메타 데이터들의 접근 횟수를 카운트할 수 있다. 일 실시예에서, 컨트롤러(200)는 콜드 메타 영역 각각에 포함된 서브 메타 영역별 접근 횟수 및 콜드 메타 영역별 접근 횟수의 총 합을 카운트할 수 있다.Referring to FIG. 8, in step S810, the controller 200 may count the number of times of accessing meta data stored in cold meta areas among a plurality of memory areas included in the second memory 240. In an embodiment, the controller 200 may count a total sum of the number of accesses per sub-meta-area included in each cold meta-area and the number of accesses per cold meta-area.

단계 S820에서, 컨트롤러(200)는 콜드 메타 영역들의 각 서브 메타 영역에 저장된 메타 데이터들의 접근 횟수가 제 3 기준값 이상인지 여부를 판단할 수 있다. 일 실시예에서, 컨트롤러(200)는 접근 횟수의 총 합이 제 1 설정값 이상이 되는 콜드 메타 영역이 검출될 때, 해당 콜드 메타 영역 내 서브 메타 영역 중 접근 횟수가 제 3 기준값(=제 1 설정값*α, α는 0<α<1인 실수) 이상이 되는 서브 메타 영역이 검출되는지 확인할 수 있다.In step S820, the controller 200 may determine whether the number of times of accessing metadata stored in each sub-meta-region of the cold meta-regions is greater than or equal to the third reference value. In one embodiment, when a cold meta area in which the total number of accesses is greater than or equal to the first set value is detected, the controller 200 determines the number of accesses among the sub meta areas within the corresponding cold meta area to a third reference value (=first It is possible to check whether a sub-meta-region with a set value *α, α equal to or greater than 0<α<1) is detected.

단계 S830에서, 컨트롤러(200)는 콜드 메타 영역들의 서브 메타 영역에 저장된 메타 데이터들 중 접근 횟수가 제3 기준값 이상인 메타 데이터들을 핫 메타 영역으로 마이그레이션할 수 있다. In operation S830, the controller 200 may migrate meta data having an access count equal to or greater than the third reference value among meta data stored in the sub meta regions of the cold meta regions to the hot meta region.

단계 S840에서, 컨트롤러(200)는 핫 메타 영역에 저장된 메타 데이터들에 대한 접근 횟수의 총 합을 카운트할 수 있다. In step S840, the controller 200 may count the total number of times of accessing meta data stored in the hot meta area.

단계 S850에서, 컨트롤러(200)는 핫 메타 영역에 저장된 메타 영역 데이터들에 대한 접근 횟수의 총 합이 제2 기준값 이상이면, 스타트-갭 웨어 레벨링 대상 서브 영역에 저장된 메타 데이터들에 대한 스타트-갭 웨어 레벨링, 예를 들어 국부 스타트-갭 웨어 레벨링 동작을 수행할 수 있다.In step S850, if the total number of access times to the meta-region data stored in the hot meta-region is equal to or greater than the second reference value, the controller 200 starts-gap for the meta-data stored in the wear-leveling target sub-region. Wear leveling, for example, a local start-gap wear leveling operation may be performed.

도 9는 일 실시 예에 따른 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)를 포함하는 데이터 처리 시스템을 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 9를 참조하면, 데이터 처리 시스템(2000)은 호스트(2100)와 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive)(2200)(이하, SSD라 칭함)를 포함할 수 있다.9 is a diagram illustrating a data processing system including a solid state drive (SSD) according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 9, the data processing system 2000 may include a host 2100 and a solid state drive 2200 (hereinafter referred to as an SSD).

SSD(2200)는 컨트롤러(2210), 버퍼 메모리 장치(2220), 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n), 전원 공급기(2240), 신호 커넥터(2250) 및 전원 커넥터(2260)를 포함할 수 있다.The SSD 2200 may include a controller 2210, a buffer memory device 2220, nonvolatile memory devices 2231 to 223n, a power supply 2240, a signal connector 2250, and a power connector 2260. .

컨트롤러(2210)는 SSD(2200)의 제반 동작을 제어할 수 있다.The controller 2210 may control all operations of the SSD 2200.

버퍼 메모리 장치(2220)는 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)에 저장될 데이터를 임시 저장할 수 있다. 또한, 버퍼 메모리 장치(2220)는 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)로부터 읽혀진 데이터를 임시 저장할 수 있다. 버퍼 메모리 장치(2220)에 임시 저장된 데이터는 컨트롤러(2210)의 제어에 따라 호스트(2100) 또는 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)로 전송될 수 있다.The buffer memory device 2220 may temporarily store data to be stored in the nonvolatile memory devices 2231 to 223n. Also, the buffer memory device 2220 may temporarily store data read from the nonvolatile memory devices 2231 to 223n. Data temporarily stored in the buffer memory device 2220 may be transmitted to the host 2100 or the nonvolatile memory devices 2231 to 223n under the control of the controller 2210.

불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)은 SSD(2200)의 저장 매체로 사용될 수 있다. 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n) 각각은 복수의 채널들(CH1~CHn)을 통해 컨트롤러(2210)와 연결될 수 있다. 하나의 채널에는 하나 또는 그 이상의 불휘발성 메모리 장치가 연결될 수 있다. 하나의 채널에 연결되는 불휘발성 메모리 장치들은 동일한 신호 버스 및 데이터 버스에 연결될 수 있다.The nonvolatile memory devices 2231 to 223n may be used as a storage medium of the SSD 2200. Each of the nonvolatile memory devices 2231 to 223n may be connected to the controller 2210 through a plurality of channels CH1 to CHn. One or more nonvolatile memory devices may be connected to one channel. Nonvolatile memory devices connected to one channel may be connected to the same signal bus and data bus.

전원 공급기(2240)는 전원 커넥터(2260)를 통해 입력된 전원(PWR)을 SSD(2200) 내부에 제공할 수 있다. 전원 공급기(2240)는 보조 전원 공급기(2241)를 포함할 수 있다. 보조 전원 공급기(2241)는 서든 파워 오프(sudden power off)가 발생되는 경우, SSD(2200)가 정상적으로 종료될 수 있도록 전원을 공급할 수 있다. 보조 전원 공급기(2241)는 전원(PWR)을 충전할 수 있는 대용량 캐패시터들(capacitors)을 포함할 수 있다.The power supply 2240 may provide power PWR input through the power connector 2260 into the SSD 2200. The power supply 2240 may include an auxiliary power supply 2241. The auxiliary power supply 2241 may supply power so that the SSD 2200 is normally terminated when a sudden power off occurs. The auxiliary power supply 2241 may include large-capacity capacitors capable of charging power PWR.

컨트롤러(2210)는 신호 커넥터(2250)를 통해서 호스트(2100)와 신호(SGL)를 주고 받을 수 있다. 여기에서, 신호(SGL)는 커맨드, 어드레스, 데이터 등을 포함할 수 있다. 신호 커넥터(2250)는 호스트(2100)와 SSD(2200)의 인터페이스 방식에 따라 다양한 형태의 커넥터로 구성될 수 있다.The controller 2210 may exchange signals SGL with the host 2100 through the signal connector 2250. Here, the signal SGL may include a command, an address, and data. The signal connector 2250 may be configured with various types of connectors according to an interface method between the host 2100 and the SSD 2200.

도 10은 도 9의 컨트롤러의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 10을 참조하면, 컨트롤러(2210)는 호스트 인터페이스 유닛(2211), 컨트롤 유닛(2212), 랜덤 액세스 메모리(2213), 에러 정정 코드(ECC) 유닛(2214) 및 메모리 인터페이스 유닛(2215)을 포함할 수 있다.10 is a diagram illustrating a configuration of the controller of FIG. 9 by way of example. Referring to FIG. 10, the controller 2210 includes a host interface unit 2211, a control unit 2212, a random access memory 2213, an error correction code (ECC) unit 2214, and a memory interface unit 2215. can do.

호스트 인터페이스 유닛(2211)은, 호스트(2100)의 프로토콜에 따라서, 호스트(2100)와 SSD(2200)를 인터페이싱할 수 있다. 예를 들면, 호스트 인터페이스 유닛(2211)은, 시큐어 디지털(secure digital), USB(universal serial bus), MMC(multi-media card), eMMC(embedded MMC), PCMCIA(personal computer memory card international association), PATA(parallel advanced technology attachment), SATA(serial advanced technology attachment), SCSI(small computer system interface), SAS(serial attached SCSI), PCI(peripheral component interconnection), PCI-E(PCI Express), UFS(universal flash storage) 프로토콜들 중 어느 하나를 통해서 호스트(2100)와 통신할 수 있다. 또한, 호스트 인터페이스 유닛(2211)은 호스트(2100)가 SSD(2200)를 범용 메모리 시스템, 예를 들면, 하드 디스크 드라이브(HDD)로 인식하도록 지원하는 디스크 에뮬레이션(disk emulation) 기능을 수행할 수 있다.The host interface unit 2211 may interface the host 2100 and the SSD 2200 according to the protocol of the host 2100. For example, the host interface unit 2211 includes secure digital, universal serial bus (USB), multi-media card (MMC), embedded MMC (eMMC), personal computer memory card international association (PCMCIA), and Parallel advanced technology attachment (PATA), serial advanced technology attachment (SATA), small computer system interface (SCSI), serial attached SCSI (SAS), peripheral component interconnection (PCI), PCI Express (PCI-E), universal flash (UFS) storage) can communicate with the host 2100 through any one of the protocols. In addition, the host interface unit 2211 may perform a disk emulation function that supports the host 2100 to recognize the SSD 2200 as a general-purpose memory system, for example, a hard disk drive (HDD). .

컨트롤 유닛(2212)은 호스트(2100)로부터 입력된 신호(SGL)를 분석하고 처리할 수 있다. 컨트롤 유닛(2212)은 SSD(2200)를 구동하기 위한 펌웨어 또는 소프트웨어에 따라서 내부 기능 블럭들의 동작을 제어할 수 있다. 랜덤 액세스 메모리(2213)는 이러한 펌웨어 또는 소프트웨어를 구동하기 위한 동작 메모리로서 사용될 수 있다.The control unit 2212 may analyze and process the signal SGL input from the host 2100. The control unit 2212 may control operations of internal functional blocks according to firmware or software for driving the SSD 2200. The random access memory 2213 can be used as a working memory for driving such firmware or software.

에러 정정 코드(ECC) 유닛(2214)은 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)로 전송될 데이터의 패리티 데이터를 생성할 수 있다. 생성된 패리티 데이터는 데이터와 함께 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)에 저장될 수 있다. 에러 정정 코드(ECC) 유닛(2214)은 패리티 데이터에 근거하여 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)로부터 독출된 데이터의 에러를 검출할 수 있다. 만약, 검출된 에러가 정정 범위 내이면, 에러 정정 코드(ECC) 유닛(2214)은 검출된 에러를 정정할 수 있다.The error correction code (ECC) unit 2214 may generate parity data of data to be transmitted to the nonvolatile memory devices 2231 to 223n. The generated parity data may be stored in the nonvolatile memory devices 2231 to 223n together with the data. The error correction code (ECC) unit 2214 may detect an error in data read from the nonvolatile memory devices 2231 to 223n based on the parity data. If the detected error is within the correction range, the error correction code (ECC) unit 2214 may correct the detected error.

메모리 인터페이스 유닛(2215)은, 컨트롤 유닛(2212)의 제어에 따라서, 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)에 커맨드 및 어드레스와 같은 제어 신호를 제공할 수 있다. 그리고 메모리 인터페이스 유닛(2215)은, 컨트롤 유닛(2212)의 제어에 따라서, 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)과 데이터를 주고받을 수 있다. 예를 들면, 메모리 인터페이스 유닛(2215)은 버퍼 메모리 장치(2220)에 저장된 데이터를 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)로 제공하거나, 불휘발성 메모리 장치들(2231~223n)로부터 읽혀진 데이터를 버퍼 메모리 장치(2220)로 제공할 수 있다.The memory interface unit 2215 may provide control signals such as commands and addresses to the nonvolatile memory devices 2231 to 223n under the control of the control unit 2212. In addition, the memory interface unit 2215 may exchange data with the nonvolatile memory devices 2231 to 223n under the control of the control unit 2212. For example, the memory interface unit 2215 provides data stored in the buffer memory device 2220 to the nonvolatile memory devices 2231 to 223n, or buffers data read from the nonvolatile memory devices 2231 to 223n. It may be provided as a memory device 2220.

도 11은 일 실시 예에 따른 메모리 시스템을 포함하는 데이터 처리 시스템을 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 11을 참조하면, 데이터 처리 시스템(3000)은 호스트(3100)와 메모리 시스템(3200)을 포함할 수 있다.11 is a diagram illustrating a data processing system including a memory system according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 11, the data processing system 3000 may include a host 3100 and a memory system 3200.

호스트(3100)는 인쇄 회로 기판(printed circuit board)과 같은 기판(board) 형태로 구성될 수 있다. 비록 도시되지 않았지만, 호스트(3100)는 호스트의 기능을 수행하기 위한 내부 기능 블럭들을 포함할 수 있다.The host 3100 may be configured in the form of a board such as a printed circuit board. Although not shown, the host 3100 may include internal functional blocks for performing the functions of the host.

호스트(3100)는 소켓(socket), 슬롯(slot) 또는 커넥터(connector)와 같은 접속 터미널(3110)을 포함할 수 있다. 메모리 시스템(3200)은 접속 터미널(3110)에 마운트(mount)될 수 있다.The host 3100 may include a connection terminal 3110 such as a socket, a slot, or a connector. The memory system 3200 may be mounted on the connection terminal 3110.

메모리 시스템(3200)은 인쇄 회로 기판과 같은 기판 형태로 구성될 수 있다. 메모리 시스템(3200)은 메모리 모듈 또는 메모리 카드로 불릴 수 있다. 메모리 시스템(3200)은 컨트롤러(3210), 버퍼 메모리 장치(3220), 불휘발성 메모리 장치(3231~3232), PMIC(power management integrated circuit)(3240) 및 접속 터미널(3250)을 포함할 수 있다.The memory system 3200 may be configured in the form of a substrate such as a printed circuit board. The memory system 3200 may be referred to as a memory module or a memory card. The memory system 3200 may include a controller 3210, a buffer memory device 3220, a nonvolatile memory device 3231 to 3232, a power management integrated circuit (PMIC) 3240, and a connection terminal 3250.

컨트롤러(3210)는 메모리 시스템(3200)의 제반 동작을 제어할 수 있다. 컨트롤러(3210)는 도 10에 도시된 컨트롤러(2210)와 동일하게 구성될 수 있다.The controller 3210 may control all operations of the memory system 3200. The controller 3210 may be configured in the same manner as the controller 2210 shown in FIG. 10.

버퍼 메모리 장치(3220)는 불휘발성 메모리 장치들(3231~3232)에 저장될 데이터를 임시 저장할 수 있다. 또한, 버퍼 메모리 장치(3220)는 불휘발성 메모리 장치들(3231~3232)로부터 읽혀진 데이터를 임시 저장할 수 있다. 버퍼 메모리 장치(3220)에 임시 저장된 데이터는 컨트롤러(3210)의 제어에 따라 호스트(3100) 또는 불휘발성 메모리 장치들(3231~3232)로 전송될 수 있다.The buffer memory device 3220 may temporarily store data to be stored in the nonvolatile memory devices 3231 to 3322. Also, the buffer memory device 3220 may temporarily store data read from the nonvolatile memory devices 3231 to 3322. Data temporarily stored in the buffer memory device 3220 may be transmitted to the host 3100 or the nonvolatile memory devices 3231 to 3322 under the control of the controller 3210.

불휘발성 메모리 장치들(3231~3232)은 메모리 시스템(3200)의 저장 매체로 사용될 수 있다.The nonvolatile memory devices 3231 to 3232 may be used as a storage medium of the memory system 3200.

PMIC(3240)는 접속 터미널(3250)을 통해 입력된 전원을 메모리 시스템(3200) 내부에 제공할 수 있다. PMIC(3240)는, 컨트롤러(3210)의 제어에 따라서, 메모리 시스템(3200)의 전원을 관리할 수 있다.The PMIC 3240 may provide power input through the connection terminal 3250 into the memory system 3200. The PMIC 3240 may manage power of the memory system 3200 under the control of the controller 3210.

접속 터미널(3250)은 호스트의 접속 터미널(3110)에 연결될 수 있다. 접속 터미널(3250)을 통해서, 호스트(3100)와 메모리 시스템(3200) 간에 커맨드, 어드레스, 데이터 등과 같은 신호와, 전원이 전달될 수 있다. 접속 터미널(3250)은 호스트(3100)와 메모리 시스템(3200)의 인터페이스 방식에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있다. 접속 터미널(3250)은 메모리 시스템(3200)의 어느 한 변에 배치될 수 있다.The connection terminal 3250 may be connected to the connection terminal 3110 of the host. Signals such as commands, addresses, data, and the like, and power may be transmitted between the host 3100 and the memory system 3200 through the connection terminal 3250. The connection terminal 3250 may be configured in various forms according to an interface method between the host 3100 and the memory system 3200. The connection terminal 3250 may be disposed on either side of the memory system 3200.

도 12는 일 실시 예에 따른 메모리 시스템을 포함하는 데이터 처리 시스템을 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 12를 참조하면, 데이터 처리 시스템(4000)은 호스트(4100)와 메모리 시스템(4200)을 포함할 수 있다.12 is a diagram illustrating a data processing system including a memory system according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 12, the data processing system 4000 may include a host 4100 and a memory system 4200.

호스트(4100)는 인쇄 회로 기판(printed circuit board)과 같은 기판(board) 형태로 구성될 수 있다. 비록 도시되지 않았지만, 호스트(4100)는 호스트의 기능을 수행하기 위한 내부 기능 블럭들을 포함할 수 있다.The host 4100 may be configured in the form of a board such as a printed circuit board. Although not shown, the host 4100 may include internal functional blocks for performing the functions of the host.

메모리 시스템(4200)은 표면 실장형 패키지 형태로 구성될 수 있다. 메모리 시스템(4200)은 솔더 볼(solder ball)(4250)을 통해서 호스트(4100)에 마운트될 수 있다. 메모리 시스템(4200)은 컨트롤러(4210), 버퍼 메모리 장치(4220) 및 불휘발성 메모리 장치(4230)를 포함할 수 있다.The memory system 4200 may be configured in the form of a surface-mounted package. The memory system 4200 may be mounted on the host 4100 through a solder ball 4250. The memory system 4200 may include a controller 4210, a buffer memory device 4220, and a nonvolatile memory device 4230.

컨트롤러(4210)는 메모리 시스템(4200)의 제반 동작을 제어할 수 있다. 컨트롤러(4210)는 도 10에 도시된 컨트롤러(2210)와 동일하게 구성될 수 있다.The controller 4210 may control all operations of the memory system 4200. The controller 4210 may be configured in the same manner as the controller 2210 shown in FIG. 10.

버퍼 메모리 장치(4220)는 불휘발성 메모리 장치(4230)에 저장될 데이터를 임시 저장할 수 있다. 또한, 버퍼 메모리 장치(4220)는 불휘발성 메모리 장치들(4230)로부터 읽혀진 데이터를 임시 저장할 수 있다. 버퍼 메모리 장치(4220)에 임시 저장된 데이터는 컨트롤러(4210)의 제어에 따라 호스트(4100) 또는 불휘발성 메모리 장치(4230)로 전송될 수 있다.The buffer memory device 4220 may temporarily store data to be stored in the nonvolatile memory device 4230. Also, the buffer memory device 4220 may temporarily store data read from the nonvolatile memory devices 4230. Data temporarily stored in the buffer memory device 4220 may be transmitted to the host 4100 or the nonvolatile memory device 4230 under the control of the controller 4210.

불휘발성 메모리 장치(4230)는 메모리 시스템(4200)의 저장 매체로 사용될 수 있다.The nonvolatile memory device 4230 may be used as a storage medium of the memory system 4200.

도 13은 일 실시 예에 따른 메모리 시스템을 포함하는 네트워크 시스템(5000)을 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 13을 참조하면, 네트워크 시스템(5000)은 네트워크(5500)를 통해서 연결된 서버 시스템(5300) 및 복수의 클라이언트 시스템들(5410~5430)을 포함할 수 있다.13 is a diagram illustrating a network system 5000 including a memory system according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 13, a network system 5000 may include a server system 5300 and a plurality of client systems 5410 to 5430 connected through a network 5500.

서버 시스템(5300)은 복수의 클라이언트 시스템들(5410~5430)의 요청에 응답하여 데이터를 서비스할 수 있다. 예를 들면, 서버 시스템(5300)은 복수의 클라이언트 시스템들(5410~5430)로부터 제공된 데이터를 저장할 수 있다. 다른 예로서, 서버 시스템(5300)은 복수의 클라이언트 시스템들(5410~5430)로 데이터를 제공할 수 있다.The server system 5300 may service data in response to a request from the plurality of client systems 5410 to 5430. For example, the server system 5300 may store data provided from a plurality of client systems 5410 to 5430. As another example, the server system 5300 may provide data to a plurality of client systems 5410 to 5430.

서버 시스템(5300)은 호스트(5100) 및 메모리 시스템(5200)을 포함할 수 있다. 메모리 시스템(5200)은 도 1의 메모리 시스템(10), 도 9의 메모리 시스템(2200), 도 11의 메모리 시스템(3200) 및 도 12의 메모리 시스템(4200)로 구성될 수 있다.The server system 5300 may include a host 5100 and a memory system 5200. The memory system 5200 may include the memory system 10 of FIG. 1, the memory system 2200 of FIG. 9, the memory system 3200 of FIG. 11, and the memory system 4200 of FIG. 12.

도 14는 일 실시 예에 따른 메모리 시스템에 포함된 불휘발성 메모리 장치를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 14를 참조하면, 불휘발성 메모리 장치(300)는 메모리 셀 어레이(310), 행 디코더(320), 데이터 읽기/쓰기 블럭(330), 열 디코더(340), 전압 발생기(350) 및 제어 로직(60)을 포함할 수 있다.14 is a block diagram illustrating a nonvolatile memory device included in a memory system according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 14, the nonvolatile memory device 300 includes a memory cell array 310, a row decoder 320, a data read/write block 330, a column decoder 340, a voltage generator 350, and a control logic. It may contain (60).

메모리 셀 어레이(310)는 워드 라인들(WL1~WLm)과 비트 라인들(BL1~BLn)이 서로 교차된 영역에 배열된 메모리 셀(MC)들을 포함할 수 있다.The memory cell array 310 may include memory cells MC arranged in a region where the word lines WL1 to WLm and the bit lines BL1 to BLn cross each other.

행 디코더(320)는 워드 라인들(WL1~WLm)을 통해서 메모리 셀 어레이(310)와 연결될 수 있다. 행 디코더(320)는 제어 로직(360)의 제어에 따라 동작할 수 있다. 행 디코더(320)는 외부 장치(도시되지 않음)로부터 제공된 어드레스를 디코딩할 수 있다. 행 디코더(320)는 디코딩 결과에 근거하여 워드 라인들(WL1~WLm)을 선택하고, 구동할 수 있다. 예시적으로, 행 디코더(320)는 전압 발생기(350)로부터 제공된 워드 라인 전압을 워드 라인들(WL1~WLm)에 제공할 수 있다.The row decoder 320 may be connected to the memory cell array 310 through word lines WL1 to WLm. The row decoder 320 may operate under the control of the control logic 360. The row decoder 320 may decode an address provided from an external device (not shown). The row decoder 320 may select and drive the word lines WL1 to WLm based on the decoding result. For example, the row decoder 320 may provide the word line voltage provided from the voltage generator 350 to the word lines WL1 to WLm.

데이터 읽기/쓰기 블럭(330)은 비트 라인들(BL1~BLn)을 통해서 메모리 셀 어레이(310)와 연결될 수 있다. 데이터 읽기/쓰기 블럭(330)은 비트 라인들(BL1~BLn) 각각에 대응하는 읽기/쓰기 회로들(RW1~RWn)을 포함할 수 있다. 데이터 읽기/쓰기 블럭(330)은 제어 로직(360)의 제어에 따라 동작할 수 있다. 데이터 읽기/쓰기 블럭(330)은 동작 모드에 따라서 쓰기 드라이버로서 또는 감지 증폭기로서 동작할 수 있다. 예를 들면, 데이터 읽기/쓰기 블럭(330)은 쓰기 동작 시 외부 장치로부터 제공된 데이터를 메모리 셀 어레이(310)에 저장하는 쓰기 드라이버로서 동작할 수 있다. 다른 예로서, 데이터 읽기/쓰기 블럭(340)은 읽기 동작 시 메모리 셀 어레이(310)로부터 데이터를 독출하는 감지 증폭기로서 동작할 수 있다.The data read/write block 330 may be connected to the memory cell array 310 through bit lines BL1 to BLn. The data read/write block 330 may include read/write circuits RW1 to RWn corresponding to each of the bit lines BL1 to BLn. The data read/write block 330 may operate under the control of the control logic 360. The data read/write block 330 may operate as a write driver or a sense amplifier according to an operation mode. For example, the data read/write block 330 may operate as a write driver that stores data provided from an external device in the memory cell array 310 during a write operation. As another example, the data read/write block 340 may operate as a sense amplifier that reads data from the memory cell array 310 during a read operation.

열 디코더(340)는 제어 로직(360)의 제어에 따라 동작할 수 있다. 열 디코더(340)는 외부 장치로부터 제공된 어드레스를 디코딩할 수 있다. 열 디코더(340)는 디코딩 결과에 근거하여 비트 라인들(BL1~BLn) 각각에 대응하는 데이터 읽기/쓰기 블럭(330)의 읽기/쓰기 회로들(RW1~RWn)과 데이터 입출력 라인(또는 데이터 입출력 버퍼)을 연결할 수 있다.The column decoder 340 may operate under the control of the control logic 360. The column decoder 340 may decode an address provided from an external device. The column decoder 340 includes read/write circuits RW1 to RWn and a data input/output line (or data input/output) of the data read/write block 330 corresponding to each of the bit lines BL1 to BLn based on the decoding result. Buffer) can be connected.

전압 발생기(350)는 불휘발성 메모리 장치(300)의 내부 동작에 사용되는 전압을 생성할 수 있다. 전압 발생기(350)에 의해서 생성된 전압들은 메모리 셀 어레이(310)의 메모리 셀들에 인가될 수 있다. 예를 들면, 프로그램 동작 시 생성된 프로그램 전압은 프로그램 동작이 수행될 메모리 셀들의 워드 라인에 인가될 수 있다. 다른 예로서, 소거 동작 시 생성된 소거 전압은 소거 동작이 수행될 메모리 셀들의 웰-영역에 인가될 수 있다. 다른 예로서, 읽기 동작 시 생성된 읽기 전압은 읽기 동작이 수행될 메모리 셀들의 워드 라인에 인가될 수 있다.The voltage generator 350 may generate a voltage used for internal operation of the nonvolatile memory device 300. Voltages generated by the voltage generator 350 may be applied to the memory cells of the memory cell array 310. For example, a program voltage generated during a program operation may be applied to word lines of memory cells in which the program operation is to be performed. As another example, the erase voltage generated during the erase operation may be applied to a well-region of memory cells in which the erase operation is to be performed. As another example, a read voltage generated during a read operation may be applied to word lines of memory cells in which a read operation is to be performed.

제어 로직(360)은 외부 장치로부터 제공된 제어 신호에 근거하여 불휘발성 메모리 장치(300)의 제반 동작을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어 로직(360)은 불휘발성 메모리 장치(300)의 읽기, 쓰기, 소거 동작과 같은 불휘발성 메모리 장치(300)의 동작을 제어할 수 있다.The control logic 360 may control all operations of the nonvolatile memory device 300 based on a control signal provided from an external device. For example, the control logic 360 may control operations of the nonvolatile memory device 300 such as read, write, and erase operations of the nonvolatile memory device 300.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof, so the embodiments described above are illustrative and non-limiting in all respects. You must understand. The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

Claims (15)

불휘발성 메모리 장치를 제어하는 컨트롤러로서,
유저 데이터들을 임시 저장하는 제1 메모리;
메타 데이터들을 저장하는 적어도 하나의 메타 영역 및 적어도 하나의 스페어 영역으로 구성되는 복수의 메모리 영역을 포함하는 제2 메모리; 및
상기 제1 메모리 및 제2 메모리를 제어하며, 상기 제 2 메모리에 포함된 적어도 하나의 스페어 영역을 갭(gap)으로 하여 제1 스타트-갭(start-gap) 웨어 레벨링을 수행하는 프로세서;
를 포함하는 컨트롤러.
As a controller for controlling a nonvolatile memory device,
A first memory temporarily storing user data;
A second memory including at least one meta area for storing meta data and a plurality of memory areas including at least one spare area; And
A processor that controls the first memory and the second memory, and performs first start-gap wear leveling by using at least one spare area included in the second memory as a gap;
Controller comprising a.
제 1 항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 메타 데이터에 대한 접근 횟수의 총 합이 제1 기준값 이상이 되면 적어도 하나의 메타 영역의 메타 데이터가 상기 스페어 영역으로 이동하도록 상기 제1 스타트-갭 웨어 레벨링을 수행하는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
The method of claim 1,
The processor,
And performing the first start-gap wear leveling so that the meta data of at least one meta area moves to the spare area when the sum of the number of times the meta data is accessed is equal to or greater than a first reference value.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 메타 영역 각각은,
상기 메타 데이터들을 저장하는 적어도 하나의 서브 메타 영역 및 적어도 하나의 서브 스페어 영역으로 구성되는 복수의 서브 영역을 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 적어도 하나의 서브 메타 영역에 대해 상기 적어도 하나의 서브 스페어 영역을 갭으로 하는 제2 스타트-갭 웨어 레벨링을 수행하는 컨트롤러.
The method of claim 1,
Each of the at least one meta area,
Includes a plurality of sub-regions consisting of at least one sub-meta-region and at least one sub-spare region for storing the meta data,
The processor,
A controller that performs second start-gap wear leveling with the at least one sub spare region as a gap for the at least one sub meta region.
제 3 항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 메타 영역 별로 상기 서브 메타 영역들에 저장된 상기 메타 데이터에 대한 접근 횟수의 총 합이 제2 기준값 이상이 되면 적어도 하나의 서브 메타 영역의 메타 데이터가 상기 서브 스페어 영역으로 이동하도록 상기 제2 스타트-갭 웨어 레벨링을 수행하는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
The method of claim 3,
The processor,
When the total number of times of accessing the meta data stored in the sub meta regions for each meta region exceeds a second reference value, the second start so that the meta data of at least one sub meta region moves to the sub spare region. A controller, characterized in that to perform gap wear leveling.
제 3 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 메타 영역은 콜드 메타 영역 및 핫 메타 영역을 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 콜드 메타 영역들에 저장된 메타 데이터들 중 접근 횟수가 제3 기준값 이상인 메타 데이터들을 상기 핫 메타 영역으로 마이그레이션하고,
상기 핫 메타 영역에 대해 상기 제2 스타트-갭 웨어 레벨링을 수행하는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
The method of claim 3,
The at least one meta area includes a cold meta area and a hot meta area,
The processor,
Migrating meta data having an access count greater than or equal to a third reference value among meta data stored in the cold meta areas to the hot meta area,
And performing the second start-gap wear leveling on the hot meta region.
제 5 항에 있어서,
상기 프로세서는, 접근 횟수의 총 합이 제 1 설정값 이상이 되는 콜드 메타 영역이 검출되면, 상기 검출된 콜드 메타 영역 내의 서브 메타 영역 중 접근 횟수가 상기 제 3 기준값 이상인 서브 메타 영역의 메타 데이터들을 상기 핫 메타 영역으로 마이그레이션하도록 구성되는 컨트롤러.
The method of claim 5,
When a cold meta-area in which the total number of accesses is greater than or equal to a first set value is detected, the processor may perform meta data of a sub-meta-area having an access count equal to or greater than the third reference value among sub-meta-areas within the detected cold meta-area A controller configured to migrate to the hot meta area.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 메모리는 상기 제2 메모리보다 데이터 저장 용량이 큰 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
The method of claim 1,
Wherein the first memory has a larger data storage capacity than the second memory.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 메모리는 상기 제2 메모리보다 데이터 처리 속도가 빠른 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
The method of claim 1,
The controller according to claim 1, wherein the first memory has a faster data processing speed than the second memory.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 메모리는 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 모듈이고,
상기 제2 메모리는 PCRAM(Phase-Change Random Access Memory) 모듈인 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
The method of claim 1,
The first memory is a dynamic random access memory (DRAM) module,
The second memory is a PCRAM (Phase-Change Random Access Memory) module, characterized in that the controller.
유저 데이터를 임시 저장하는 제1 메모리 및, 메타 데이터들을 저장하는 적어도 하나의 메타 영역과 적어도 하나의 스페어 영역으로 구성되는 복수의 메모리 영역을 포함하는 제2 메모리를 포함하는 컨트롤러의 동작 방법으로서,
상기 컨트롤러가. 상기 메타 데이터가 저장되는 적어도 하나의 메타 영역 각각의 접근 횟수가 제1 기준값 이상인지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 컨트롤러가, 메타 데이터에 대한 접근 횟수의 총 합이 제1 기준값 이상이 되면 적어도 하나의 메타 영역에 대해 적어도 하나의 스페어 영역을 갭(Gap)으로 하여 제1 스타트-갭(Start-Gap) 웨어 레벨링을 수행하는 단계;
를 포함하는 컨트롤러의 동작 방법.
A method of operating a controller including a first memory for temporarily storing user data and a second memory including a plurality of memory areas including at least one meta area and at least one spare area for storing meta data,
The controller. Determining whether the number of times of accessing each of the at least one meta area in which the meta data is stored is greater than or equal to a first reference value; And
When the total sum of the number of accesses to the meta data is greater than or equal to a first reference value, the controller sets at least one spare area to at least one meta area as a gap, and a first start-gap wear. Performing leveling;
The operation method of the controller comprising a.
제 10 항에 있어서,
상기 제1 스타트-갭 웨어 레벨링을 수행하는 단계는, 적어도 하나의 메모리 영역의 메타 데이터를 상기 적어도 하나의 스페어 영역으로 이동시키는 단계를 포함하는 컨트롤러의 동작 방법.
The method of claim 10,
The performing of the first start-gap wear leveling includes moving metadata of at least one memory area to the at least one spare area.
제 10 항에 있어서,
상기 메타 영역 각각은, 상기 메타 데이터들을 저장하는 적어도 하나의 서브 메타 영역 및 적어도 하나의 서브 스페어 영역으로 구성되는 복수의 서브 영역을 포함하고,
상기 컨트롤러가, 상기 메타 영역 별로 상기 서브 메타 영역들에 저장된 상기 메타 데이터에 대한 접근 횟수의 총 합이 제2 기준값 이상인지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 컨트롤러가, 상기 접근 횟수의 총 합이 상기 제2 기준값 이상이면 적어도 하나의 서브 메타 영역에 대해 상기 적어도 하나의 서브 스페어 영역을 갭으로 하는 제2 스타트-갭 웨어 레벨링을 수행하는 단계;
를 더 포함하는 컨트롤러의 동작 방법.
The method of claim 10,
Each of the meta regions includes a plurality of sub regions consisting of at least one sub meta region and at least one sub spare region storing the meta data,
Determining, by the controller, whether the sum of the total number of times of accessing the meta data stored in the sub meta areas for each meta area is equal to or greater than a second reference value; And
Performing, by the controller, second start-gap wear leveling with the at least one sub-spare area as a gap for at least one sub-meta-area when the total sum of the number of accesses is greater than or equal to the second reference value;
The operation method of the controller further comprising.
제 12 항에 있어서,
상기 제2 스타트-갭 웨어 레벨링을 수행하는 단계는, 적어도 하나의 서브 메타 영역의 메타 데이터를 상기 적어도 하나의 상기 서브 스페어 영역으로 이동시키는 단계를 포함하는 컨트롤러의 동작 방법.
The method of claim 12,
The performing of the second start-gap wear leveling includes moving meta data of at least one sub meta area to the at least one sub spare area.
제 12 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 메타 영역은 콜드 메타 영역 및 핫 메타 영역을 포함하고,
상기 컨트롤러가, 상기 콜드 메타 영역들에 저장된 메타 데이터들 중 접근 횟수가 제3 기준값 이상인 메타 데이터들을 상기 핫 메타 영역으로 마이그레이션하는 단계; 및
상기 핫 메타 영역에 대해 상기 제2 스타트-갭 웨어 레벨링을 수행하는 단계;
를 더 포함하는 컨트롤러의 동작 방법.
The method of claim 12,
The at least one meta area includes a cold meta area and a hot meta area,
Migrating, by the controller, meta data having an access count equal to or greater than a third reference value among meta data stored in the cold meta regions to the hot meta region; And
Performing the second start-gap wear leveling on the hot meta region;
The operation method of the controller further comprising.
제 14 항에 있어서,
상기 마이그레이션하는 단계는, 프로세서가 접근 횟수의 총 합이 제 1 설정값 이상이 되는 콜드 메타 영역을 검출하는 단계; 및
상기 컨트롤러가 상기 검출된 콜드 메타 영역 내의 서브 메타 영역 중 접근 횟수가 상기 제 3 기준값 이상인 서브 메타 영역의 메타 데이터들을 상기 핫 메타 영역으로 마이그레이션하는 단계;
를 더 포함하도록 구성되는 컨트롤러의 동작 방법.
The method of claim 14,
The migrating may include: detecting, by the processor, a cold meta area in which the sum of the number of accesses is equal to or greater than a first set value; And
Migrating, by the controller, meta data of a sub-meta-area in the detected cold meta-area whose access count is equal to or greater than the third reference value to the hot meta-area;
The operating method of the controller is configured to further include.
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