KR20210044564A - 스토리지 장치 및 그것의 가비지 컬렉션 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 스토리지 장치의 메모리 관리 방법은, 메모리 블록에 쓰기 요청된 데이터를 프로그램하는 단계, 상기 메모리 블록에서 상기 쓰기 요청된 데이터가 프로그램된 마지막 페이지의 프로그램된 이후로부터 경과 시간을 카운트하는 단계, 상기 경과 시간이 임계치를 초과하면, 상기 스토리지 장치의 가비지 컬렉션을 트리거하는 단계, 그리고 상기 가비지 컬렉션에 의해서 수집된 유효 데이터를 상기 메모리 블록의 클린 페이지에 프로그램하는 단계를 포함한다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따라, 메모리 블록에서 소거 상태로 유지되는 클린 페이지의 수를 획기적으로 줄일 수 있어, 스토리지 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

스토리지 장치 및 그것의 가비지 컬렉션 방법{STORAGE DEVICE AND GARBAGE COLLECTION METHOD THEREOF}
본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 스토리지 장치 및 그것의 가비지 컬렉션 방법에 관한 것이다.
플래시 메모리 장치는 컴퓨터, 스마트폰, PDA, 디지털 카메라, 캠코더, 보이스 리코더, MP3 플레이어, 휴대용 컴퓨터(Handheld PC)와 같은 정보 기기들의 음성 및 영상 데이터 저장 매체로서 널리 사용되고 있다. 스토리지 장치로서 플래시 메모리 장치는 점점 보편화되고 있다. 최근에는, 플래시 메모리 장치의 집적도를 향상시키기 위하여, 3차원 어레이 구조를 갖는 반도체 메모리 장치가 보급되고 있다. 3차원 어레이 구조의 플래시 메모리의 셀 스트링은 기판과 수직한 방향을 따라 적층된다. 즉, 메모리 셀들은 기판상에서 행 및 열을 따라 제공되며, 기판과 수직한 방향으로 적층되어 3차원 구조를 형성한다.
플래시 메모리 셀은 셀의 구조적 특징에 의하여 소거 상태로 오래 방치하는 경우에는 메모리 셀의 문턱 전압 레벨이 낮아져, 신뢰성이 저하된다. 이러한 특징을 소거-프로그램 간격(Erase to Program Interval: 이하, EPI) 문제라 한다. EPI 문제를 해결하기 위해, 메모리 셀은 소거 상태로 오래 방치하지 않도록 관리되어야 한다. 더불어, 고용량화 및 고집적화를 위해 플래시 메모리의 블록 사이즈는 점점 증가하고 있다. 예컨대, 적층되는 메모리 블록의 워드 라인의 수가 증가하고, 하나의 메모리 셀에 저장되는 비트 수(bit-per-cell)도 증가하고 있다. 메모리 블록의 대용량화 경향에 따라, EPI 문제 해결을 위한 알고리즘과 복잡도도 증가하고 있다. 따라서, 대용량화에 따른 플래시 메모리 장치의 신뢰성을 보장하기 위한 관리 정책이 절실한 실정이다.
본 발명의 목적은, EPI 문제를 해결할 수 있는 스토리지 장치 및 그것의 가비지 컬렉션 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 스토리지 장치의 메모리 관리 방법은, 메모리 블록에 쓰기 요청된 데이터를 프로그램하는 단계, 상기 메모리 블록에서 상기 쓰기 요청된 데이터가 프로그램된 마지막 페이지의 프로그램된 이후로부터 경과 시간을 카운트하는 단계, 상기 경과 시간이 임계치를 초과하면, 상기 스토리지 장치의 가비지 컬렉션을 트리거하는 단계, 그리고 상기 가비지 컬렉션에 의해서 수집된 유효 데이터를 상기 메모리 블록의 클린 페이지에 프로그램하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 스토리지 장치는, 호스트로부터 스트림 식별자를 포함하는 멀티-스트림 데이터를 수신하고, 상기 멀티-스트림 데이터를 상기 스트림 식별자에 따라 관리하는 스토리지 컨트롤러, 그리고 상기 스토리지 컨트롤러의 제어에 따라 상기 멀티-스트림 데이터를 상기 스트림 식별자에 따라 프로그램하기 위한 복수의 액티브 블록들을 제공하는 불휘발성 메모리 장치를 포함하되, 상기 스토리지 컨트롤러는 상기 복수의 액티브 블록들 각각에 대응하는 스트림 데이터를 프로그램하고, 프로그램된 상기 복수의 액티브 블록들 중 클린 페이지가 존재하는 액티브 블록을 경과 시간에 따라 가비지 컬렉션의 목적지 영역으로 사용한다.
본 발명의 실시 예에 따른 스토리지 장치의 가비지 컬렉션 방법은, 호스트로부터 쓰기 데이터를 수신하는 단계, 상기 쓰기 데이터를 선택된 메모리 블록에 프로그램하는 단계, 상기 선택된 메모리 블록에 적어도 하나의 클린 페이지가 존재하는지 검출하는 단계, 상기 검출 결과에 따라 상기 쓰기 데이터가 프로그램된 시점으로부터 경과 시간을 카운트하는 단계, 상기 경과 시간이 미리 설정된 임계치를 초과하면 상기 스토리지 장치의 가비지 컬렉션을 활성화하는 단계, 그리고 상기 가비지 컬렉션에 의해서 수집된 데이터를 저장하기 위한 목적지 영역으로 상기 메모리 블록을 사용하는 단계를 포함한다.
이상과 같은 본 발명의 실시 예에 따르면, 대용량 플래시 메모리 장치의 EPI 문제를 해소할 수 있고, 높은 신뢰성을 갖는 스토리지 장치를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스토리지 장치를 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1의 스토리지 컨트롤러의 구성을 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 불휘발성 메모리 장치를 보여주는 블록도이다.
도 4는 메모리 블록(BLKi)에 대한 회로도를 보여준다.
도 5는 도 1의 스토리지 컨트롤러 또는 플래시 변환 계층의 메모리 관리 동작을 보여주는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 액티브 블록의 처리 방법을 간략히 보여주는 도면이다.
도 7은 액티브 블록의 클린 페이지를 사용하는 본 발명의 가비지 컬렉션 방법을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 스토리지 장치를 보여주는 블록도이다.
도 9는 도 8의 액티브 블록 관리 테이블(ABM Table)을 예시적으로 보여주는 테이블이다.
도 10은 클린 페이지를 갖는 복수의 액티브 블록들을 포함하는 스토리지 장치의 가비지 컬렉션 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 클린 페이지를 갖는 복수의 액티브 블록들을 포함하는 스토리지 장치의 가비지 컬렉션 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 12는 본 발명의 액티브 블록의 선택을 위한 또 다른 기준을 보여주는 블록도이다.
도 13은 본 발명의 액티브 블록의 선택을 위한 또 다른 기준을 보여주는 블록도이다.
도 14는 액티브 블록의 클린 페이지를 사용하는 본 발명의 가비지 컬렉션 방법의 다른 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 15는 도 14의 가비지 컬렉션 방법을 설명하는 순서도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 17은 도 16의 물리 블록을 복수의 서브-블록으로 관리하는 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 18은 도 16의 스토리지 장치에서 서브-블록 단위로 수행되는 본 발명의 가비지 컬렉션 방법을 보여주는 도면이다.
앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두 예시적이라는 것이 이해되어야 하며, 청구된 발명의 부가적인 설명이 제공되는 것으로 여겨져야 한다. 참조 부호들이 본 발명의 바람직한 실시 예들에 상세히 표시되어 있으며, 그것의 예들이 참조 도면들에 표시되어 있다. 가능한 어떤 경우에도, 동일한 참조 번호들이 동일한 또는 유사한 부분을 참조하기 위해서 설명 및 도면들에 사용된다.
이하에서는, 플래시 메모리 장치를 사용하는 스토리지 장치가 본 발명의 특징 및 기능을 설명하기 위한 예로서 사용될 것이다. 하지만, 이 기술 분야에 정통한 사람은 여기에 기재된 내용에 따라 본 발명의 다른 이점들 및 성능을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시 예들을 통해 또한, 구현되거나 적용될 수 있을 것이다. 게다가, 상세한 설명은 본 발명의 범위, 기술적 사상 그리고 다른 목적으로부터 상당히 벗어나지 않고 관점 및 응용에 따라 수정되거나 변경될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스토리지 장치를 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 스토리지 장치(100)는 스토리지 컨트롤러(110) 및 불휘발성 메모리 장치(120)를 포함한다. 예시적으로, 스토리지 컨트롤러(110) 및 불휘발성 메모리 장치(120) 각각은 하나의 칩, 하나의 패키지, 또는 하나의 모듈로 제공될 수 있다. 또는, 스토리지 컨트롤러(110) 및 불휘발성 메모리 장치(120)는 하나의 칩, 하나의 패키지, 또는 하나의 모듈로 형성되어, 메모리 카드, 메모리 스틱, 솔리드 스테이트 드라이브(SSD: Solid State Drive) 등과 같은 메모리 시스템으로 제공될 수 있다.
스토리지 컨트롤러(110)는 불휘발성 메모리 장치(120)를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 스토리지 컨트롤러(110)는 호스트(Host)의 요청에 따라 불휘발성 메모리 장치(120)에 데이터를 기입하거나 또는 불휘발성 메모리 장치(120)에 저장된 데이터를 독출할 수 있다. 이러한 불휘발성 메모리 장치(120)로의 접근을 위하여, 스토리지 컨트롤러(110)는 명령어, 어드레스, 데이터 그리고 제어 신호를 불휘발성 메모리 장치(120)에 제공할 수 있다.
특히, 스토리지 컨트롤러(110)는 본 발명의 실시 예에 따른 가비지 컬렉션(Garbage collection)을 수행하는 플래시 변환 계층(115, Flash Translation Layer: 이하, FTL)을 포함한다. 플래시 변환 계층(114)은 호스트(Host)의 파일 시스템(File System)과 불휘발성 메모리 장치(120) 사이에서 불휘발성 메모리 장치(120)의 삭제 연산을 감추기 위한 인터페이싱을 제공한다. 플래시 변환 계층(114)에 의하여, 쓰기 전 소거(Erase-before-Write) 및 소거 단위와 쓰기 단위의 불일치라는 불휘발성 메모리 장치(120)의 단점이 보완될 수 있다. 또한, 플래시 변환 계층(114)은 호스트의 파일 시스템(File system)이 생성한 논리 주소(Logical Address)를 불휘발성 메모리 장치(120)의 물리 주소(Physical Address)로 맵핑(Mapping)시킨다. 이 밖에도 플래시 변환 계층(114)은 불휘발성 메모리 장치(120)의 수명을 관리하기 위한 웨어 레벨링(Wear leveling)이나 데이터 용량을 관리하기 위한 가비지 컬렉션(Garbage collection) 등을 수행한다.
본 발명의 스토리지 컨트롤러(110)는 데이터 쓰기 동작시, 선택된 메모리 블록에 비어 있는 페이지(이하, 클린 페이지)가 존재하는 경우, 프로그램이 종료된 시점을 기준으로 경과 시간(Elapse Time: 이하, ET)을 카운트한다. 경과 시간(ET)은 선택된 메모리 블록에서 마지막 페이지(Last page)가 프로그램된 후부터 카운트된다. 여기서, 마지막 페이지(Last page)는 선택된 메모리 블록에서 데이터가 최종적으로 프로그램된 페이지를 지칭하는 것으로, 메모리 블록의 에지에 위치하는 물리적인 페이지를 의미하지는 않는다.
데이터의 프로그램을 위해 선택되고, 프로그램이 종료되지 않은 메모리 블록을 이하에서는 액티브 블록(Active block)이라 칭하기로 한다. 그리고 스토리지 컨트롤러(110)는 카운트된 경과 시간(ET)이 임계치(TH)에 도달하면, 해당 액티브 블록을 가비지 컬렉션(GC)의 목적지 블록(Destination block)으로 지정한다. 다른 실시 예에서, 스토리지 컨트롤러(110)는 카운트된 경과 시간(ET)이 임계치(TH)에 도달한 액티브 블록을 프리 블록(Free block)으로 할당하고, 이후 가비지 컬렉션(GC)의 목적지 블록(Destination block)으로 지정할 수 있다. 가비지 컬렉션(GC)의 목적지 블록(Destination block)으로 지정된 액티브 블록의 클린 페이지들에는 가비지 컬렉션을 위해 수집된 유효 데이터들이 프로그램된다. 따라서, 액티브 블록의 클린 페이지들이 소거 상태로 방치되는 시간을 최소화할 수 있다.
불휘발성 메모리 장치(120)는 스토리지 컨트롤러(110)의 제어에 따라 스토리지 컨트롤러(110)로부터 수신된 데이터를 저장하거나 또는 저장된 데이터를 스토리지 컨트롤러(110)로 전송할 수 있다. 불휘발성 메모리 장치(120)는 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKi)을 포함할 수 있다. 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKi) 각각은 기판에 수직 방향으로 워드 라인 레이어가 적층되는 3차원 메모리 구조를 갖는다. 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKi) 각각은 스토리지 컨트롤러(110)에 의해서 소거 카운트(Erase count: 이하, EC)와 같은 웨어 레벨링을 위한 정보를 통해서 관리될 수 있다.
이상의 본 발명의 실시 예에 따르면, 스토리지 장치(100)는 액티브 블록에 포함되는 클린 페이지들을 가비지 컬렉션 동작에 활용될 수 있다. 따라서, 클린 페이지에서 발생하는 EPI 문제가 해결될 수 있으며, 클린 페이지에 더미 데이터를 프로그램하기 위한 추가적인 메모리 관리 동작이 불필요하게 된다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 액티브 블록의 수가 증가하게 되는 스토리지 장치(100)에서 높은 비용 절감과 신뢰성 향상을 제공할 수 있을 것이다.
도 2는 도 1의 스토리지 컨트롤러의 구성을 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 스토리지 컨트롤러(110)는 프로세싱 유닛(111), 워킹 메모리(113), 호스트 인터페이스(115), 에러 정정 코드 블록(117), 그리고 메모리 인터페이스(119)를 포함한다. 하지만, 스토리지 컨트롤러(110)의 구성 요소들이 앞서 언급된 구성 요소들에 국한되지 않음은 잘 이해될 것이다. 예를 들면, 스토리지 컨트롤러(110)는 초기 부팅(Booting) 동작에 필요한 코드 데이터(Code data)를 저장하는 ROM(Read Only Memory) 등을 더 포함할 수 있다.
프로세싱 유닛(111)은 중앙 처리 장치(Central Processing Unit) 또는 마이크로-프로세서(Micro-processor)를 포함할 수 있다. 프로세싱 유닛(111)은 스토리지 컨트롤러(110)의 제반 동작을 주관한다. 프로세싱 유닛(111)은 스토리지 컨트롤러(110)를 구동하기 위한 펌웨어(Firmware)를 구동하도록 구성된다.
워킹 메모리(113)에는 스토리지 컨트롤러(110)를 제어하기 위한 소프트웨어(또는, 펌웨어)나 데이터가 로드(Load)된다. 저장된 소프트웨어 및 데이터는 프로세싱 유닛(111)에 의해 구동되거나 처리된다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따르면, 워킹 메모리(113)에는 액티브 블록의 클린 페이지를 가비지 컬렉션의 목적지 영역으로 활용하는 플래시 변환 계층(114)이 로드될 수 있다.
프로세싱 유닛(111)에 의해서 구동되는 플래시 변환 계층(114)은, 일반적으로 주소 맵핑(Address mapping), 가비지 컬렉션(Garbage collection), 그리고 웨어 레벨링(Wear leveling)과 같은 기능을 수행한다. 플래시 변환 계층(114)은 액티브 블록의 클린 페이지를 경과 시간(ET)을 참조하여 가비지 컬렉션의 목적지 영역(Destination area)으로 지정한다. 여기서, 목적지(Destination)의 의미는 가비지 컬렉션 동작에서 수집된 유효 데이터(Valid)가 프로그램되는 메모리 영역을 의미한다. 예를 들면, 목적지 페이지(Destination page)는 가비지 컬렉션 동작시 수집된 데이터가 프로그램되는 페이지 영역을 의미한다.
플래시 변환 계층(114)은 데이터 쓰기 동작시, 액티브 블록에 클린 페이지가 존재하는 경우, 마지막 페이지의 프로그램 시점을 기준으로 경과 시간(Elapse Time: 이하, ET)을 카운트한다. 플래시 변환 계층(114)은 카운트된 경과 시간(ET)이 임계치(TH)에 도달하면, 가비지 컬렉션(GC)을 트리거하고, 액티브 블록의 클린 페이지에 수집된 유효 데이터(Valid data)를 프로그램할 것이다. 따라서, 액티브 블록의 클린 페이지들이 소거 상태로 방치되는 시간이 최소화될 수 있다.
호스트 인터페이스(115)는 호스트(Host)와 스토리지 컨트롤러(110) 사이의 인터페이스를 제공한다. 호스트와 스토리지 컨트롤러(110)는 다양한 표준 인터페이스들(Standardized Interfaces) 중 하나를 통해 연결될 수 있다. 여기에서, 표준 인터페이스들은 ATA(Advanced Technology Attachment), SATA(Serial ATA), e-SATA(external SATA), SCSI(Small Computer Small Interface), SAS(Serial Attached SCSI), PCI(Peripheral component Interconnection), PCIe(PCI Express), USB(Universal Serial Bus), IEEE 1394, UFS(Universal Flash Storage), Card 인터페이스 등과 같은 다양한 인터페이스 방식들을 포함한다.
에러 정정 코드 블록(117)은 다양한 원인으로 인해 손상되는 데이터의 에러를 정정할 수 있다. 예를 들면, 에러 정정 코드 블록(117)은 불휘발성 메모리 장치(120)로부터 읽혀진 데이터의 에러를 검출 또는 정정하기 위한 연산을 수행할 것이다. 특히, 에러 정정 코드 블록(117)은 플래시 변환 계층(114)의 요청에 따라 워드 라인 단위 메모리 셀로부터 읽혀진 데이터의 에러 비트 수 또는 비트 에러율(BER)를 검출할 수 있다. 본 발명의 가비지 컬렉션 방식을 사용하는 경우, 클린 페이지로 방치되는 물리 페이지의 수가 획기적으로 감소하게 된다. 따라서, 메모리 블록들에 기입된 데이터의 비트 에러율(BER)이 획기적으로 개선될 수 있다.
메모리 인터페이스(119)는 스토리지 컨트롤러(110)와 불휘발성 메모리 장치(120) 사이의 인터페이스를 제공한다. 예를 들면, 프로세싱 유닛(111)에 의해서 처리된 데이터가 메모리 인터페이스(119)를 통해 불휘발성 메모리 장치(120)에 저장된다. 다른 예로써, 불휘발성 메모리 장치(120)에 저장된 데이터는 메모리 인터페이스(119)를 통해 프로세싱 유닛(111)에 제공된다.
이상에서 예시적으로 설명된 스토리지 컨트롤러(110)의 구성들이 설명되었다. 본 발명의 스토리지 컨트롤러(110)의 기능에 따르면, 액티브 블록에 더미 데이터를 프로그램하지 않더라도 클린 페이지 상태로 방치되는 페이지의 수를 획기적으로 줄일 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 불휘발성 메모리 장치를 보여주는 블록도이다. 도 3을 참조하면, 불휘발성 메모리 장치(120)는 셀 어레이(121), 디코더(122), 페이지 버퍼(123), 입출력 버퍼(124), 그리고 제어 로직 회로(125)를 포함한다.
셀 어레이(121)는 워드 라인들(WLs) 또는 선택 라인들(SSL, GSL)을 통해 디코더(122)에 연결된다. 셀 어레이(121)는 비트 라인들(BLs)을 통해서 페이지 버퍼(123)에 연결된다. 셀 어레이(121)는 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKi)을 포함한다. 각각의 메모리 블록들은 복수의 낸드형 셀 스트링들(NAND Cell Strings)을 포함한다. 셀 어레이(121)에는 페이지 단위로 데이터가 기입될 수 있다. 소거 동작은 메모리 블록 단위로 수행될 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예로서, 셀 어레이(121)는 3차원 메모리 어레이로 제공될 수 있다. 3차원 메모리 어레이는, 실리콘 기판 및 메모리 셀들의 동작에 연관된 회로의 위에 배치되는 활성 영역을 갖는 메모리 셀들의 어레이들의 하나 또는 그 이상의 물리 레벨들에 모놀리식으로(monolithically) 형성될 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예로서, 3차원 메모리 어레이는 수직의 방향성을 가져, 적어도 하나의 메모리 셀이 다른 하나의 메모리 셀 위에 위치하는 수직 NAND 스트링들을 포함한다. 적어도 하나의 메모리 셀은 전하 트랩 층을 포함한다. 각각의 수직 NAND 스트링은 메모리 셀들 위에 위치하는 적어도 하나의 선택 트랜지스터를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 선택 트랜지스터는 메모리 셀들과 동일한 구조를 갖고, 메모리 셀들과 함께 모놀리식으로 형성될 수 있다.
디코더(122)는 어드레스(ADD)에 응답하여 셀 어레이(121)의 메모리 블록들 중 어느 하나를 선택할 수 있다. 디코더(122)는 선택된 메모리 블록의 워드 라인에 동작 모드에 대응하는 워드 라인 전압을 제공할 수 있다. 그리고 디코더(122)는 선택 라인들(SSL, GSL)에 선택 신호를 제공하여 메모리 블록을 선택할 수 있다. 읽기 동작시, 메모리 블록의 선택 워드 라인으로는 읽기 전압(Vrd)을, 그리고 비선택 워드 라인들로는 패스 읽기 전압(Vread)을 제공할 수 있다.
페이지 버퍼(123)는 동작 모드에 따라 기입 드라이버로서 또는 감지 증폭기로서 동작한다. 프로그램 동작시, 페이지 버퍼(123)는 셀 어레이(121)의 비트 라인으로 프로그램될 데이터에 대응하는 비트 라인 전압을 전달한다. 읽기 동작시, 페이지 버퍼(123)는 선택된 메모리 셀에 저장된 데이터를 비트 라인을 통해서 감지한다. 페이지 버퍼(123)는 감지된 데이터를 래치하여 외부에 전달한다.
입출력 버퍼(124)는 프로그램 동작시에 입력받는 쓰기 데이터를 페이지 버퍼(123)에 전달한다. 입출력 버퍼(124)는 읽기 동작시에 페이지 버퍼(123)로부터 제공되는 읽기 데이터를 외부로 출력한다. 입출력 버퍼(124)는 입력되는 어드레스 또는 명령어를 제어 로직 회로(125)이나 디코더(122)에 전달할 수 있다.
제어 로직 회로(125)는 명령어(CMD) 또는 제어 신호(CTRL)에 응답하여 페이지 버퍼(123)와 디코더(122)를 제어한다. 제어 로직 회로(125)는 프로그램 명령에 따라서 서로 다른 방식의 바이어스를 생성하도록 디코더(122)를 제어할 수 있다. 특히, 제어 로직 회로(125)는 스토리지 컨트롤러(110)로부터 요청에 따라 프로그램 결과 정보를 출력할 수 있다.
메모리 블록들(BLK1~BLKi) 각각에 적층되는 워드 라인의 수는 대용량화를 위해 증가하고 있다. 그리고 메모리 셀들 각각에 저장되는 데이터의 비트 수도 증가하고 있다. 프로그램 동작후, 소거 상태로 방치되는 클린 페이지를 더미 데이터로 프로그램하여 관리하는 경우, 그 복잡성과 오버로드에 의해서 대용량화된 메모리 블록에는 적합하지 않다.
도 4는 메모리 블록(BLKi)에 대한 회로도를 보여준다. 도 4를 참조하면, 비트 라인들(BL0, BL1, BL2, BL3)과 공통 소스 라인(CSL) 사이에는 셀 스트링들(NS)이 형성된다.
비트 라인(BL0) 및 공통 소스 라인(CSL) 사이에 셀 스트링들(NS10, NS20, …)이 형성된다. 동일한 방식으로 비트 라인들(BL1, BL2, BL3)과 공통 소스 라인(CSL) 사이에도 복수의 셀 스트링들(NS11, NS21, NS12, NS22, NS13, NS23)이 형성된다. 셀 스트링들(NS)의 스트링 선택 트랜지스터(SST)는 대응하는 비트 라인(BL)과 연결된다. 셀 스트링들(NS)의 접지 선택 트랜지스터(GST)는 공통 소스 라인(CSL)과 연결된다. 셀 스트링(NS)의 스트링 선택 트랜지스터(SST) 및 접지 선택 트랜지스터(GST) 사이에 메모리 셀들(MCs)이 제공된다.
셀 스트링들(NS) 각각은 접지 선택 트랜지스터(GST)를 포함한다. 셀 스트링들(NS)에 포함되는 접지 선택 트랜지스터들은 접지 선택 라인(GSL)에 의해서 제어될 수 있다. 혹은 도시되지는 않았지만, 각 행들에 대응하는 셀 스트링들은 서로 다른 접지 선택 라인들에 의해서 제어될 수 있다.
이상에서는 하나의 메모리 블록에 포함되는 메모리 셀들의 회로 구조가 간략히 설명되었다. 하지만, 도시된 메모리 블록의 회로 구조는 설명의 편의를 위해 간략화한 구조일 뿐, 실제의 메모리 블록은 도시된 예에 국한되지 않는다. 즉, 하나의 물리 블록에는 보다 많은 반도체 레이어와 비트 라인(BLs)들, 그리고 스트링 선택 라인들(SSLs)이 포함될 수 있음은 잘 이해될 것이다.
도 5는 도 1의 스토리지 컨트롤러 또는 플래시 변환 계층의 메모리 관리 동작을 보여주는 순서도이다. 도 5를 참조하면, 스토리지 컨트롤러(110)는 액티브 블록의 마지막 페이지의 프로그램후 경과 시간(ET)에 따라 클린 페이지들을 가비지 컬렉션의 목적지 영역으로 활용할 수 있다.
S110 단계에서, 스토리지 컨트롤러(110)는 호스트(Host)로부터 쓰기 요청을 수신한다. 스토리지 컨트롤러(110)는 쓰기 요청이 발생하면, 쓰기 요청되는 어드레스와 데이터를 수신한다. 여기서, 쓰기 요청은 호스트(Host)로부터 제공된다. 하지만, 쓰기 요청은 호스트(Host)에서 발생하는 것에 국한되지는 않는다. 스토리지 컨트롤러(110)의 메모리 관리 동작(예를 들면, 가비지 컬렉션이나 메타 데이터 업데이트 등)에 의해서 쓰기 요청이 발생될 수 있다.
S120 단계에서, 스토리지 컨트롤러(110)는 쓰기 요청되는 데이터를 기입할 메모리 블록을 어드레스에 따라 선택한다. 이때, 스토리지 컨트롤러(110)는 소거 상태의 프리 블록(Free block)들 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
S130 단계에서, 스토리지 컨트롤러(110)는 선택된 메모리 블록에 쓰기 요청된 데이터를 프로그램할 것이다. 이때, 쓰기 요청된 데이터의 용량은 선택된 메모리 블록의 용량보다 크거나 작을 수도 있다.
S140 단계에서, 스토리지 컨트롤러(110)는 쓰기 요청된 데이터가 프로그램된 액티브 블록의 상태를 체크한다. 즉, 스토리지 컨트롤러(110)는 쓰기 요청된 데이터가 프로그램된 액티브 블록의 모든 물리 페이지들이 프로그램된 상태인지 판단한다. 만일, 액티브 블록의 모든 물리 페이지들이 프로그램된 상태(Full page programmed)인 경우(Yes 방향), 절차는 S150 단계로 이동한다. 반면, 액티브 블록에 적어도 하나의 클린 페이지가 존재하는 경우(No 방향), 절차는 S160 단계로 이동한다.
S150 단계에서, 스토리지 컨트롤러(110)는 쓰기 요청된 데이터에 대한 처리가 완료되었는지 판단한다. 즉, 쓰기 요청된 모든 데이터의 프로그램이 완료된 것으로 판단되면(Yes 방향), 제반 쓰기 동작은 종료될 것이다. 반면, 쓰기 요청된 데이터의 크기가 하나의 메모리 블록의 용량을 초과하거나, 추가적인 쓰기 요청이 존재하는 경우, 쓰기 동작은 계속되어야 할 것이다. 따라서, 절차는 S155 단계로 이동한다.
S155 단계에서, 스토리지 컨트롤러(110)는 추가적으로 쓰기 요청된 데이터를 기입하기 위해 프리 블록들 중 어느 하나의 메모리 블록을 선택한다. 이어서, 선택된 메모리 블록에 데이터를 기입하기 위해, 절차는 S130 단계로 복귀한다.
S160 단계에서, 스토리지 컨트롤러(110)는 경과 시간(ET)을 카운트한다. 경과 시간의 카운트 시점은 액티브 블록에 데이터의 기입이 완료된 시점일 수 있을 것이다. 즉, 클린 페이지가 남아있는 액티브 블록에서 클린 페이지들 이전의 물리 페이지에 데이터가 기입 완료된 시점부터 경과 시간(ET)이 카운트될 수 있다. 하지만, 경과 시간의 카운트 시작점은 액티브 블록이 소거된 시점일 수도 있음은 잘 이해될 것이다.
S170 단계에서, 스토리지 컨트롤러(110)는 경과 시간(ET)이 임계치(TH)에 도달했는지 판단한다. 임계치(TH)는 클린 페이지들이 소거 상태로 존재하더라도 신뢰성의 저하가 발생하지 않는 시간으로 결정될 수 있다. 만일, 경과 시간(ET)이 임계치(TH)를 초과하지 않은 것으로 판단되면(No 방향), 스토리지 컨트롤러(110)는 경과 시간(ET)이 임계치(TH)에 도달할 때까지 대기한다. 그리고 경과 시간(ET)이 임계치(TH)에 도달한 이후(Yes 방향), 절차는 S180 단계로 이동한다.
S180 단계에서, 스토리지 컨트롤러(110)는 가비지 컬렉션(GC)를 트리거(Trigger)한다. 즉, 스토리지 컨트롤러(110)는 데이터가 저장된 메모리 블록들의 유효 데이터(Valid data)를 수집하여 목적지 영역에 프로그램하기 위한 가비지 컬렉션 동작을 시작한다. 이때, 수집된 유효 데이터들은 액티브 블록의 클린 페이지들에 프로그램될 것이다.
이상에서는 본 발명의 실시 예에 따른 액티브 블록의 클린 페이지들이 경과 시간(ET)에 따라 가비지 컬렉션의 목적지 영역으로 할당될 수 있음이 설명되었다. 여기서, 경과 시간(EP)은 불휘발성 메모리 장치의 공정이나 디자인룰 등에 따라서, 그리고 요구되는 신뢰성의 정도에 따라 다양하게 조정 가능할 것이다.
도 6은 본 발명의 액티브 블록의 처리 방법을 간략히 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 액티브 블록(121a)의 마지막 페이지(WL1에 대응)가 프로그램된 이후로부터 경과 시간(ET)이 임계치(TH)에 도달하면, 나머지 페이지들(WL2~WLn)은 가비지 컬렉션의 목적지 영역(Destination area)으로 사용된다.
호스트로부터 쓰기 요청이 발생하면, 스토리지 컨트롤러(110)는 소거 상태의 프리 블록들 중 어느 하나의 메모리 블록을 선택할 것이다. 프로그램을 위해 선택된 액티브 블록(121a)에는 쓰기 요청된 데이터가 프로그램된다. 이때, 어떤 액티브 블록(121a)의 모든 페이지들이 프로그램되지 못하고 클린 페이지로 남을 수 있다. 예컨대, 워드 라인들(WL0, WL1)에 대응하는 페이지들에는 데이터가 프로그램되는 반면에, 워드 라인들(WL0~WLn)에 대응하는 페이지들은 클린 페이지로 남은 상태에서 액티브 블록(121a)의 프로그램이 종료될 수 있다.
스토리지 컨트롤러(110)는 액티브 블록(121a)의 마지막 페이지(WL1에 대응)의 프로그램 후, 추가적인 쓰기 요청이 발생하지 않을 경우, 경과 시간(ET)을 카운트할 수 있다. 여기서, 추가적인 쓰기 요청은 스토리지 컨트롤러(110)에 구비된 쓰기 버퍼(미도시)의 상태에 따른 쓰기 요청, 호스트로부터의 쓰기 요청, 또는 메모리 관리 동작의 일부로 수행되는 쓰기 요청일 수 있다. 경과 시간(ET)의 카운트는 액티브 블록(121a)을 관리하기 위한 타임 스템프(Time stamp)를 활용할 수 있다. 또는, 액티브 블록(121a)의 프로그램된 마지막 페이지(WL1에 대응)의 프로그램 완료 시점부터 카운트가 시작되는 별도의 카운트 알고리즘이나 회로를 사용할 수도 있을 것이다.
스토리지 컨트롤러(110)는 경과 시간(ET)을 모니터링한다. 스토리지 컨트롤러(110)는 경과 시간(ET)이 임계치(TH)에 도달하는 경우, 클린 페이지가 존재하는 액티브 블록(121b)을 프리 블록들 중 어느 하나와 같이 관리한다. 예를 들면, 클린 페이지가 존재하는 액티브 블록(121b)을 가비지 컬렉션(GC) 동작시 수집된 데이터를 카피하기 위한 목적지 블록(121b, Destination block)으로 사용한다. 여기서, 목적지 블록(121b)은 이미 프로그램된 페이지들(WL0, WL1에 대응)을 제외한, 클린 페이지들(WL2~WLn)만이 가비지 컬렉션에 의해서 수집된 유효 데이터가 프로그램되는 목적지 페이지(Destination page)로 활용될 것이다.
클린 페이지들(WL2~WLn에 대응)에 가비지 컬렉션에 의해서 수집된 데이터가 프로그램되면, 클린 페이지들(WL2~WLn)은 소거 상태가 아닌 프로그램 상태로 유지 및 관리된다. 그러면, 소거 상태로 유지되는 경우에 발생하는 EPI 문제가 해소될 수 있다. 더불어, 액티브 블록의 클린 페이지에 더미 데이터를 프로그램하기 위한 스토리지 컨트롤러(110)의 부담도 경감될 수 있다.
도 7은 액티브 블록의 클린 페이지를 사용하는 본 발명의 가비지 컬렉션 방법을 보여주는 도면이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 스토리지 장치(100)는 클린 페이지를 갖는 액티브 블록(240)을 프리 블록(Free block)으로 할당하고, 가비지 컬렉션 동작시 액티브 블록(240)을 목적지 영역으로 사용할 수 있다. 여기서, 액티브 블록(240)을 먼저 프리 블록으로 지정한 후에 가비지 컬렉션의 목적지 영역으로 관리하는 예가 설명되었다. 하지만, 액티브 블록(240)을 경과 시간(ET)에 따라 프리 블록 리스트로 할당하지 않고 곧바로 가비지 컬렉션의 목적지 영역(Destination area)으로 사용할 수도 있을 것이다.
일반적으로, 소거된 메모리 블록들은 데이터를 기입하기 위한 프리 블록(Free block)으로 관리된다. 프리 블록(Free block)은 블록 소거(Block erase) 동작을 통해서 소거된 메모리 블록(Erased BLK)들을 포함한다. 도시된 프리 블록 리스트(200)에 포함되는 프리 블록들(210, 220, 230)이 여기에 해당한다. 더불어, 본 발명의 메모리 관리 방식에 따르면, 액티브 블록(240)도 프리 블록 리스트(200)에 포함될 수 있다. 즉, 페이지들 중 일부만 프로그램되고 클린 페이지가 존재하는 액티브 블록(240)은 프로그램 이후의 경과 시간(ET)이 임계치(TH)를 초과하면, 프리 블록 리스트(200)에 포함될 수 있다.
액티브 블록(240)의 프로그램 이후의 경과 시간(ET)이 임계치(TH)를 초과하면, 스토리지 컨트롤러(110)는 가비지 컬렉션(GC)을 트리거(Trigger)한다. 그러면, 플래시 변환 계층(114)은 가비지 컬렉션을 위해 무효 데이터(INV)만 저장된 데이터 블록들이나 유효 데이터(VALID)와 무효 데이터(INV)가 혼재하는 데이터 블록들을 선택한다. 예를 들면, 유효 데이터(VALID)와 무효 데이터(INV)가 혼재하는 데이터 블록들(250, 260)이 가비지 컬렉션을 위해 선택될 수 있다. 가비지 컬렉션을 위해 데이터 블록들(250, 260) 각각에 저장된 유효 데이터(VALID)들이 수집(Collection)될 것이다. 수집된 유효 데이터(VALID)는 액티브 블록(240a)의 클린 페이지들에 카피된다. 그러면, 액티브 블록(240a)의 클린 페이지들은 가비지 컬렉션에 의해서 프로그램 상태(Programmed)가 된다. 가비지 컬렉션에 의해서 클린 페이지들이 프로그램되면, 액티브 블록(240a)은 이후 데이터가 저장된 데이터 블록(240b, Data block)으로 관리될 것이다.
더불어, 가비지 컬렉션의 대상이 되고, 유효 데이터들(VALID)이 액티브 블록(240a)로 카피된 데이터 블록들(250, 260)은 소거된 후에 프리 블록(Free block)으로 관리될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 가비지 컬렉션의 기본적인 특징이 간략히 설명되었다. 본 발명의 가비지 컬렉션 방법에 따르면, 클린 페이지가 존재하는 액티브 블록(240)은 프로그램후 경과 시간(ET)이 지나면, 액티브 블록의 클린 페이지들을 가비지 컬렉션의 목적지 영역으로 사용될 수 있다. 이러한 메모리 관리 방식을 적용하는 경우, 액티브 블록의 클린 페이지들이 소거 상태로 방치되는 경우를 차단할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 스토리지 장치를 보여주는 블록도이다. 도 8을 참조하면, 호스트(310)는 데이터의 속성에 따라 멀티-스트림 데이터를 스토리지 장치(320)에 전송할 수 있다. 이에 따라 스토리지 장치(320)는 스트림 식별자(Stream ID: 이하, SID)에 따라 액티브 블록을 할당할 수 있다. 이 경우, 본 발명의 스토리지 컨트롤러(322)는 프로그램이후 클린 페이지가 존재하는 액티브 블록들을 경과 시간을 참조하여 가비지 컬렉션에 적용할 수 있다. 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
호스트(310)는 쓰기 데이터의 속성에 따라 서로 다른 스트림 ID(SID)를 할당하여 스토리지 장치(320)에 전송할 수 있다. 이러한 데이터 관리 방식을 멀티 스트림 방식이라 칭하기로 한다. 호스트(310)의 데이터 생성 블록(312)은 쓰기 데이터를 속성에 따라 상이한 스트림으로 분류할 수 있다. 데이터 생성 블록(312)은, 예를 들면, 커널(Kernel)이나 애플리케이션(Application)일 수 있다. 데이터 생성 블록(312)은 빈번하게 업데이트되는 메타 데이터(Meta data)를 제 1 스트림(Stream_1)으로 분류하고, 스트림 ID(SID_1)를 할당할 수 있다. 사용자 데이터(User data)의 경우, 데이터 생성 블록(312)은 제 2 스트림(Stream_2)으로 분류하고, 스트림 ID(SID_2)를 할당할 수 있다. 그리고 중요도가 낮은 임시 데이터의 경우, 데이터 생성 블록(312)은 제 3 스트림(Stream_3)으로 분류하고, 스트림 ID(SID_3)을 할당할 수 있다. 여기서, 스트림의 분류 방법은 데이터 속성에 따라 다양하게 변경될 수 있을 것이다. 예를 들면, 사용자 데이터 내에서도 미디어의 종류별로 서로 다른 스트림 ID를 부여할 수도 있을 것이다.
인터페이스 회로(314)는 데이터 생성 블록(314)에서 쓰기 요청된 멀티 스트림 데이터를 데이터 채널을 통해서 스토리지 장치(320)에 전달한다. 이때, 전달되는 스트림 데이터는 랜덤하게 전송될 수 있다. 하지만, 각각의 데이터 전송 단위(예를 들면, 패킷)는 스트림 ID를 구비하고 있다. 따라서, 스토리지 장치(320)는 스트림 ID(SID)를 사용하여 수신되는 패킷들의 데이터 속성을 식별할 수 있다.
스토리지 장치(320)는 스토리지 컨트롤러(322)와 불휘발성 메모리 장치(324)를 포함한다. 스토리지 컨트롤러(322)는 멀티-스트림 데이터를 스트림 단위로 관리한다. 예를 들면, 스토리지 컨트롤러(322)는 스트림 ID 단위로 쓰기 데이터를 저장하는 메모리 블록을 선택하고 할당할 수 있다. 스토리지 컨트롤러(322)는 스트림 ID(SID_1)의 데이터를 저장하기 위해 메모리 블록(BLK3)을 선택할 수 있다. 이후, 스토리지 컨트롤러(322)는 스트림 ID(SID_1)의 쓰기 데이터를 수신하는 경우, 액티브된 메모리 블록(BLK3)에 집중적으로 프로그램할 수 있다. 반면, 스토리지 컨트롤러(322)는 스트림 ID(SID_2)의 데이터를 저장하기 위해 메모리 블록(BLK9)을 선택할 수 있다. 스토리지 컨트롤러(322)는 스트림 ID(SID_2)의 쓰기 데이터에 대한 쓰기 요청을 수신하는 경우, 액티브된 메모리 블록(BLK9)에 집중적으로 프로그램할 수 있다. 스트림 ID(SID_3)의 데이터에 대한 쓰기 요청에 대해서도 스토리지 컨트롤러(322)는 유사한 방식으로 응답할 수 있다.
이러한, 스트림 ID별로 구분하여 데이터를 기입할 블록을 할당하는 경우, 스트림 ID(SID)의 수와 같거나 많은 메모리 블록들이 액티브 블록으로 사용된다. 이 경우, 스트림 ID(SID_1)의 스트림 데이터의 액티브 블록(BLK3)으로의 쓰기가 완료되면, 액티브 블록(BLK3)에는 클린 페이지가 존재할 수 있다. 더불어, 스트림 ID(SID_2)의 스트림 데이터의 액티브 블록(BLK9)으로의 쓰기가 완료되면, 액티브 블록(BLK9)에는 복수의 클린 페이지들이 존재할 수 있다. 스트림 ID(SID_3)의 스트림 데이터의 액티브 블록(BLK13)으로의 쓰기가 완료되면, 액티브 블록(BLK13)에도 복수의 클린 페이지들이 존재할 수 있다. 이러한 클린 페이지들이 존재하는 액티브 블록의 수는 멀티 스트림의 수가 증가할수록 많아지게 될 것이다.
본 발명의 스토리지 컨트롤러(322)는 클린 페이지가 존재하는 상태로 프로그램이 종료된 액티브 블록들(BLK3, BLK9, BLK13)을 가비지 컬렉션의 목적지 영역으로 활용할 수 있다. 즉, 스토리지 컨트롤러(322)는 액티브 블록(BLK3)의 쓰기가 완료되면, 경과 시간(ET)을 카운트한다. 그리고 경과 시간(ET)이 임계치(TH)를 초과하는 경우, 스토리지 컨트롤러(322)는 액티브 블록(BLK3)의 클린 페이지들을 가비지 컬렉션의 목적지 영역으로 활용할 것이다. 스토리지 컨트롤러(322)는 액티브 블록들(BLK9, BLK13)에 대해서도 동일한 방식으로 경과 시간(ET)을 카운트하고, 그 결과에 따라 클린 페이지들에 가비지 컬렉션에 의해 수집된 데이터를 프로그램할 수 있다.
복수의 액티브 블록들에 대한 경과 시간(ET)의 카운트 및 가비지 컬렉션의 적용을 위해 스토리지 컨트롤러(322)는 플래시 변환 계층(321) 및 액티브 블록 관리 테이블(323, ABM Table)을 포함할 수 있다. 플래시 변환 계층(321)은 랜덤하게 전달되는 데이터를 스트림 ID(SID)에 따라 구분한다. 플래시 변환 계층(321)은 구분된 스트림 데이터를 동일 액티브 블록에는 동일한 스트림 ID(SID)의 데이터를 프로그램할 것이다. 그리고 플래시 변환 계층(321)은 프로그램된 액티브 블록들 중에서 클린 페이지가 존재하는 액티브 블록들을 관리하기 위해 액티브 블록 관리 테이블(323)을 생성하고 업데이트할 수 있다.
액티브 블록 관리 테이블(323)에는 클린 페이지가 존재하는 액티브 블록들이 등록된다. 액티브 블록 관리 테이블(323)에는 등록된 액티브 블록들 각각의 주소, 마지막 페이지의 프로그램후 경과 시간(ET), 클린 페이지들의 수, 액티브 블록 각각의 소거 카운트(Erase Count: 이하, EC), 그리고 기타 특성 정보들이 기록될 수 있다. 플래시 변환 계층(321)은 액티브 블록 관리 테이블(323)의 파라미터를 참조하여 등록된 액티브 블록들에 대한 가비지 컬렉션을 수행할 수 있다. 즉, 플래시 변환 계층(321)은 액티브 블록 관리 테이블(323)을 모니터링하여 액티브 블록의 클린 페이지를 가비지 컬렉션의 목적지 영역으로 활용할 수 있다.
도 9는 도 8의 액티브 블록 관리 테이블(ABM Table)을 예시적으로 보여주는 테이블이다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 클린 페이지가 존재하는 액티브 블록들은 액티브 블록 관리 테이블(323)에 리스트된다.
액티브 블록 관리 테이블(323)에는 리스트된 액티브 블록(BLK3)에 해당하는 다양한 파라미터가 추가되고 업데이트될 수 있다. 예를 들면, 액티브 블록(BLK3)의 프로그램된 마지막 페이지의 프로그램을 시점으로부터의 경과 시간(ET=1)이 기입되고 업데이트될 수 있다. 그리고 액티브 블록(BLK3)에 포함되는 클린 페이지들의 수(예를 들면, 19), 액티브 블록(BLK3)의 소거 카운트(EC), 그리고 액티브 블록(BLK3)의 특성 정보(예를 들면, 위크(Week) 블록 여부)가 액티브 블록 관리 테이블(323)에 저장되고, 업데이트될 수 있다.
액티브 블록 관리 테이블(323)을 사용하여 스토리지 장치(320)에서 발생하는 제반 액티브 블록들(BLK3, BLK9, BLK13, BLK20, …) 및 그것들의 파라미터들이 기록되고 관리될 수 있다.
도 10은 클린 페이지를 갖는 복수의 액티브 블록들을 포함하는 스토리지 장치의 가비지 컬렉션 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 8 및 도 10을 참조하면, 스토리지 컨트롤러(322, 도 8참조)는 클린 페이지들이 존재하는 복수의 액티브 블록을 가비지 컬렉션의 목적지 영역으로 활용할 수 있다.
S210 단계에서, 스토리지 컨트롤러(322)는 호스트(Host)로부터 쓰기 요청을 수신한다. 스토리지 컨트롤러(322)는 호스트(310)로부터의 쓰기 요청을 수신한다. 예를 들면, 호스트(310)는 멀티-스트림 방식으로 데이터를 관리하고, 스트림 ID(SID)를 부여하여 스토리지 장치(320)에 쓰기 데이터를 전송할 수 있다.
S220 단계에서, 스토리지 컨트롤러(322)는 쓰기 요청되는 데이터를 기입할 메모리 블록을 선택한다. 예를 들면, 스토리지 컨트롤러(322)는 소거 상태의 프리 블록(Free block)들 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
S230 단계에서, 스토리지 컨트롤러(322)는 선택된 메모리 블록에 쓰기 요청된 스트림 데이터를 프로그램할 것이다. 예를 들면, 스토리지 컨트롤러(322)는 멀티-스트림 데이터를 스트림 ID에 따라 메모리 블록에 기입할 것이다. 도 8의 예에서와 같이, 스토리지 컨트롤러(322)는 스트림 ID(SID_1)의 쓰기 데이터는 메모리 블록(BLK3)에 기입한다. 또한, 스토리지 컨트롤러(322)는 스트림 ID(SID_2)의 쓰기 데이터는 메모리 블록(BLK9)에 집중적으로 프로그램할 수 있다.
S240 단계에서, 스토리지 컨트롤러(322)는 쓰기 요청된 데이터가 프로그램된 액티브 블록의 상태를 체크한다. 즉, 스토리지 컨트롤러(322)는 쓰기 요청된 데이터가 프로그램된 액티브 블록의 모든 물리 페이지들이 프로그램된 상태인지 판단한다. 만일, 액티브 블록의 모든 물리 페이지들이 프로그램된 상태(Full page programmed)인 경우(Yes 방향), 절차는 S250 단계로 이동한다. 반면, 액티브 블록에 적어도 하나의 클린 페이지가 존재하는 경우(No 방향), 절차는 S260 단계로 이동한다.
S250 단계에서, 스토리지 컨트롤러(322)는 쓰기 요청된 데이터에 대한 처리가 완료되었는지 판단한다. 즉, 쓰기 요청된 데이터의 프로그램이 완료된 것으로 판단되면(Yes 방향), 제반 쓰기 동작은 종료될 것이다. 반면, 쓰기 요청된 데이터의 크기가 하나의 메모리 블록의 용량을 초과하는 경우, 쓰기 동작은 완료되지 못할 것이다. 따라서, 절차는 S255 단계로 이동한다.
S255 단계에서, 스토리지 컨트롤러(322)는 추가적으로 데이터를 기입하기 위해 프리 블록들 중 어느 하나를 선택한다. 이어서, 선택된 메모리 블록에 데이터를 기입하기 위해, 절차는 S230 단계로 복귀한다.
S260 단계에서, 스토리지 컨트롤러(322)는 마지막 페이지가 프로그램된 후에도 적어도 하나의 클린 페이지가 존재하는 액티브 블록을 액티브 블록 관리 테이블(323)에 등록된다.
S270 단계에서, 스토리지 컨트롤러(322)는 액티브 블록 관리 테이블(323)에 등록된 액티브 블록의 경과 시간(ET)을 체크할 것이다.
S272 단계에서, 스토리지 컨트롤러(322)는 경과 시간(ET)이 임계치(TH)에 도달했는지 모니터링한다. 액티브 블록 관리 테이블(323)에 등록된 복수의 액티브 블록들 중에서 경과 시간이 임계치(TH)에 도달한 액티브 블록이 존재하는 경우(Yes 방향), 절차는 S274 단계로 이동한다. 반면, 액티브 블록 관리 테이블(323)에 등록된 복수의 액티브 블록들 중에서 경과 시간(ET)이 임계치(TH)에 도달한 액티브 블록이 검출되지 않는 경우(No 방향), 절차는 S272 단계로 이동하여 모니터링을 지속할 것이다.
S274 단계에서, 스토리지 컨트롤러(322)는 경과 시간(ET)이 임계치(TH)에 도달한 액티브 블록이 복수인 경우에, 클린 페이지의 수가 많은 액티브 블록을 먼저 선택할 수 있다.
S280 단계에서, 스토리지 컨트롤러(322)는 가비지 컬렉션(GC)를 트리거(Trigger)한다. 즉, 스토리지 컨트롤러(322)는 데이터가 저장된 메모리 블록들의 유효 데이터(Valid data)를 수집하여 목적지 영역에 프로그램하기 위한 가비지 컬렉션을 시작한다. 이때, 수집된 유효 데이터들은 액티브 블록의 클린 페이지들에 프로그램될 것이다. 더불어, 경과 시간(ET)이 임계치(TH)에 도달한 액티브 블록이 복수인 경우에, 클린 페이지가 상대적으로 적은 액티브 블록에 대한 가비지 컬렉션이 수행될 것이다.
이상에서는 본 발명의 실시 예에 따른 경과 시간(ET)이 임계치(TH)에 도달한 액티브 블록이 복수인 경우에 선택 우선순위를 정하는 방법이 간략히 설명되었다. 하지만, 경과 시간(ET)이 임계치(TH)에 도달한 액티브 블록이 복수인 경우에 가비지 컬렉션(GC)을 적용하기 위한 액티브 블록들의 선택 우선순위는 다양한 조건에 따라 변경될 수 있음을 잘 이해될 것이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 클린 페이지를 갖는 복수의 액티브 블록들을 포함하는 스토리지 장치의 가비지 컬렉션 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 8 및 도 11을 참조하면, 스토리지 컨트롤러(322, 도 8참조)는 클린 페이지들이 존재하는 복수의 액티브 블록을 우선순위에 근거하여 가비지 컬렉션의 목적지 영역으로 활용할 수 있다. 여기서, S310 단계 내지 S370 단계는 앞서 설명된 도 10의 S210 단계 내지 S270 단계와 동일하므로, 이들 단계에 대한 설명은 생략하기로 한다.
S375 단계에서, 스토리지 컨트롤러(322)는 경과 시간(ET)이 임계치(TH)에 도달한 액티브 블록이 복수인 경우에, 가비지 컬렉션의 목적지 영역으로 선택하기 위한 액티브 블록을 미리 결정된 우선순위(Priority)에 따라 선택한다. 우선순위(Priority)에 있어서, 예를 들면, 복수의 액티브 블록들 중에서 경과 시간(ET)이 가장 긴 액티브 블록이 더 높은 우선순위를 가질 수 있다. 이어서, 경과 시간(ET)에 이어 클린 페이지 수가 많은 액티브 블록이, 그리고 소거 카운트가 적은 액티브 블록이 더 높은 우선순위를 가질 수 있다. 그리고 추가적으로 취약한 특성을 갖는 위크 블록(Week block)에 해당하는지의 여부에 따라서도 우선순위가 결정될 수 있다.
S380 단계에서, 스토리지 컨트롤러(322)는 가비지 컬렉션(GC)를 트리거(Trigger)한다. 즉, 스토리지 컨트롤러(322)는 데이터가 저장된 메모리 블록들의 유효 데이터(Valid data)를 수집하여 목적지 영역에 프로그램하기 위한 가비지 컬렉션을 시작한다. 이때, 수집된 유효 데이터들은 액티브 블록의 클린 페이지들에 프로그램될 것이다.
이상에서는 본 발명의 실시 예에 따른 경과 시간(ET)이 임계치(TH)에 도달한 액티브 블록이 복수인 경우에 선택 우선순위를 정하는 방법이 간략히 설명되었다.
도 12는 본 발명의 액티브 블록의 선택을 위한 또 다른 기준을 보여주는 블록도이다. 도 12를 참조하면, 스토리지 장치(400)는 PCB 기판 위에 장착되는 복수의 불휘발성 메모리 장치들(NVM1~NVM8)과 스토리지 컨트롤러(410)를 포함할 수 있다. 그리고 복수의 불휘발성 메모리 장치들(NVM1~NVM8)은 스토리지 컨트롤러(410)와의 상대적 거리(L0, L1, L2, L3)에 따라 우선순위(Priority)을 가질 수 있다. 예를 들면, 복수의 불휘발성 메모리 장치들(NVM1~NVM8)은 스토리지 컨트롤러(410)와의 상대적 거리(L0, L1, L2, L3)에 따라 복수의 그룹(420, 430, 440, 450)으로 구분될 수 있다.
복수의 불휘발성 메모리 장치들(NVM1~NVM8)에 포함되는 메모리 블록들은 프로그램 동작시 클린 페이지를 포함하는 액티브 상태에서 쓰기 요청이 완료될 수 있다. 이 경우, 쓰기 완료된 클린 페이지를 포함하는 액티브 블록들은 경과 시간(ET)에 따라 가비지 컬렉션의 목적지 영역으로 할당된다. 만일, 복수의 액티브 블록들이 가비지 컬렉션의 목적지 영역으로 할당되는 경우, 스토리지 컨트롤러(410)는 상대적으로 스토리지 컨트롤러(410)와 상대적으로 거리가 가까운 메모리 장치에 포함되는 액티브 블록을 우선적으로 선택할 수 있다.
예를 들면, 경과 시간(ET)이 동일한 2개의 액티브 블록이 하나는 제 1 그룹(420)에 대응하는 불휘발성 메모리 장치(NVM1)에 포함되고, 다른 하나는 제 3 그룹(440)의 불휘발성 메모리 장치(NVM4)에 포함되는 경우를 가정하기로 하자. 그러면, 스토리지 컨트롤러(410)는 상대적으로 거리가 가까운 제 1 그룹(420)에 포함되는 불휘발성 메모리 장치(NVM1)에 포함되는 액티브 블록을 우선적으로 가비지 컬렉션의 목적지 영역으로 할당할 수 있다.
이러한 우선순위는 메모리 컨트롤러(410)의 구동 온도가 상대적으로 높다는데 기인한다. 메모리 컨트롤러(410)와의 거리가 가까운 불휘발성 메모리 장치(NVM1)의 구동 온도가 상대적으로 먼 거리의 불휘발성 메모리 장치(NMV4)의 구동 온도보다 높을 가능성이 크다. 불휘발성 메모리 장치는 낮은 온도에서보다 높은 온도에서 EPI 특성이나 비트 에러율(BER)이 더 취약하다. 따라서, 메모리 컨트롤러(410)와의 거리가 가까운 불휘발성 메모리 장치(NVM1)의 액티브 블록을 먼저 선택하여 클린 페이지를 프로그램하는 것이 신뢰성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.
도 13은 본 발명의 액티브 블록의 선택을 위한 또 다른 기준을 보여주는 블록도이다. 도 13을 참조하면, 액티브 블록들 각각의 최종적으로 프로그램된 페이지의 위치에 따라서 가비지 컬렉션의 목적지 영역으로 선택되는 우선순위가 결정될 수도 있다.
예를 들면, 액티브 블록에서 최종적으로 프로그램된 페이지가 스트링 선택 라인(SSL1)에 의해서 선택된 페이지인지, 또는 스트링 선택 라인(SSL2)에 의해서 선택된 페이지인지에 따라 우선순위가 부여될 수도 있을 것이다. 일반적으로, 프로그램 동작시, 하나의 메모리 블록은 스트링 선택 라인(SSL) 단위로 프로그램 순서가 결정된다. 스트링 선택 라인(SSL1)에 연결된 복수의 셀 스트링들(예컨대, SSLP1)에 대한 프로그램이 완료되면, 스트링 선택 라인(SSL2)에 연결된 셀 스트링들(SSLP2)의 프로그램이 이어질 것이다. 따라서, 액티브 블록들 중에서 마지막 페이지가 포함된 스트링 선택 라인(SSL)의 위치(또는, 스트링 선택 라인 플레인(SSLP)의 위치)에 따라 본 발명의 액티브 블록의 선택 우선선위가 결정될 수도 있을 것이다.
도 14는 액티브 블록의 클린 페이지를 사용하는 본 발명의 가비지 컬렉션 방법의 다른 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 14를 참조하면, 본 발명의 스토리지 장치는 클린 페이지를 갖는 액티브 블록(510)을 프리 블록으로 지정하고, 가비지 컬렉션 동작시 액티브 블록(510)의 클린 페이지들을 목적지 영역(Destination area)으로 사용할 수 있다.
프리 블록 리스트(500)에는 블록 소거 동작을 통해서 소거 완료된 메모리 블록(Erased BLK)들이 포함된다. 프리 블록 리스트(500)에서 프리 블록들(520, 530, 540)이 소거 완료된 메모리 블록들에 해당한다. 더불어, 본 발명의 실시 예에 따라, 적어도 하나의 클린 페이지가 존재하는 액티브 블록(510)이 프리 블록 리스트(500)에 포함될 수 있다. 즉, 클린 페이지가 존재하는 액티브 블록(510)은 마지막 페이지의 프로그램 이후의 경과 시간(ET)이 임계치(TH)를 초과하면, 프리 블록 리스트(500)에 포함될 수 있다. 여기서, 설명의 편의를 위하여 프리 블록 리스트를 언급했으나, 다른 실시 예에서는 액티브 블록(510)의 클린 페이지들은 프리 블록으로의 지정 절차없이 경과 시간(ET)이 임계치(TH)를 초과하면, 곧바로 가비지 컬렉션의 목적지 영역(Destination area)으로 활용될 수 있다.
액티브 블록(510)의 프로그램 이후의 경과 시간(ET)이 임계치(TH)를 초과하면, 스토리지 컨트롤러(110, 도 1 참조)는 가비지 컬렉션(GC)을 트리거(Trigger)한다. 그러면, 플래시 변환 계층(114)에 의해서 복수의 데이터 블록들(550, 560)에 저장된 유효 데이터(VALID)들이 수집(Collection)된다. 수집된 유효 데이터(VALID)들은 목적지 영역으로 선택된 액티브 블록(510a)의 클린 페이지들에 카피된다.
이때, 수집된 유효 데이터(VALID)의 크기가 액티브 블록(510a)의 클린 페이지들의 크기보다 작을 수 있다. 따라서, 액티브 블록(510a)의 일부 페이지들(512)만이 수집된 유효 데이터(VALID)로 프로그램될 수 있다. 가비지 컬렉션에 의해서 유효 데이터(VALID)가 프로그램된 이후에도 일부 페이지(514)는 클린 페이지로 남아 있을 가능성이 있다.
본 발명의 스토리지 컨트롤러(110)는 가비지 컬렉션 동작 이후에도 존재하는 클린 페이지(514)를 포함하는 액티브 블록(510b)을 더미 데이터(Dummy data)로 프로그램할 수 있다. 더미 데이터(Dummy data)는 클린 페이지(514)에 프로그램될 것이다. 더미 데이터(Dummy data)로 클린 페이지들(514)이 프로그램되면, 액티브 블록(510b)은 더 이상 클린 페이지가 존재하지 않는 데이터 블록(510c)으로 관리될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 가비지 컬렉션의 다른 실시 예가 간략히 설명되었다. 가비지 컬렉션의 목적지 영역으로 사용된 이후에도 여전히 클린 페이지가 존재하는 액티브 블록은, 추가적인 더미 데이터의 프로그램으로 클린 페이지를 제거할 수 있을 것이다. 이러한 메모리 관리 방식을 적용하는 경우, 액티브 블록의 클린 페이지들이 소거 상태로 방치되는 경우를 보다 효율적으로 차단할 수 있다.
도 15는 도 14의 가비지 컬렉션 방법을 설명하는 순서도이다. 도 14 및 도 15를 참조하면, 스토리지 컨트롤러(110, 도 1 참조)는 클린 페이지들이 존재하는 액티브 블록을 가비지 컬렉션의 목적지 영역(Destination area)으로 활용할 수 있다. 여기서, 액티브 블록에 대한 경과 시간(ET)이 카운트되고, 가비지 컬렉션 동작은 트리거(Trigger)된 상태라 가정한다.
S410 단계에서, 스토리지 컨트롤러(110)는 액티브 블록을 가비지 컬렉션의 목적지 영역으로 사용하기 위해 선택할 것이다. 클린 페이지들이 존재하는 액티브 블록은 마지막 페이지의 프로그램후 경과 시간(ET)이 임계치(TH)를 초과한 상태이다.
S420 단계에서, 액티브 블록의 클린 페이지들에는 가비지 컬렉션을 위해 수집된 유효 데이터(VALID)가 프로그램된다. 수집된 유효 데이터(VALID)의 프로그램이 완료되면, 절차는 S430 단계로 이동한다.
S430 단계에서, 액티브 블록의 모든 페이지들이 프로그램된 상태인지 체크된다. 즉, 액티브 블록에 클린 페이지가 존재하는지 체크될 것이다. 만일, 액티브 블록에 클린 페이지가 더 이상 존재하지 않은 경우(Yes 방향), 절차는 S450 단계로 이동할 것이다. 반면, 액티브 블록에 적어도 하나의 클린 페이지가 존재하는 경우(No 방향), 절차는 S460 단계로 이동할 것이다.
S450 단계에서, 가비지 컬렉션 동작이 완료되었는지 체크된다. 만일, 가비지 컬렉션이 완료된 상태이면, 제반 절차는 종료될 것이다. 반면, 가비지 컬렉션이 지속해야 하는 경우, 절차는 S455 단계로 이동한다.
S455 단계에서, 가비지 컬렉션 동작을 위해 추가적인 프리 블록이나 클린 페이지가 존재하는 액티브 블록이 선택될 수 있을 것이다. 블록 선택이 완료되면, 절차는 S420 단계로 복귀한다.
S460 단계에서, 더미 데이터(Dummy data)가 액티브 블록의 잔여 클린 페이지에 프로그램될 것이다. 더미 데이터가 남아있는 클린 페이지들에 프로그램되면, 액티브 블록은 풀 페이지 프로그램 상태가 된다. 더미 데이터의 프로그램이 완료되면, 절차는 S450 단계로 이동할 것이다.
이상에서는 가비지 컬렉션을 위해 수집된 데이터가 프로그램된 이후에도 여전히 클린 페이지가 존재하는 경우, 잔여 클린 페이지에 더미 데이터를 프로그램하는 방법이 설명되었다. 더미 데이터의 프로그램 방식을 병행하는 경우, 가비지 컬렉션에 의해서 처리되지 못한 클린 페이지들이 프로그램 상태로 처리될 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시 예를 설명하기 위한 블록도이다. 도 16을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 가비지 컬렉션을 적용하는 메모리 단위는 서브-블록(Sub-block)이 될 수 있다.
스토리지 컨트롤러(610)는 메모리 블록들(BLK1~BLKi)을 서브-블록(SB) 단위로 관리할 수 있다. 즉, 스토리지 컨트롤러(610)는 메모리 블록을 서브-블록 단위로 소거하고, 선택하고 가비지 컬렉션의 목적지 영역으로 활용할 수 있다. 예를 들면, 스토리지 컨트롤러(610)는 메모리 블록(BLK1)의 서브-블록(SB10)을 하나의 블록으로 간주하고, 소거 및 프리 블록으로 할당할 수 있다. 이러한 서브-블록 단위의 블록 관리는 메모리 블록들(BLK1~BLKi) 각각의 서브-블록들에 대해서 적용될 것이다. 메모리 블록의 물리적, 논리적 사이즈는 점점 증가하고 있다. 따라서, 하나의 메모리 블록의 사이즈가 과도하게 커지는 경우, 하나의 블록을 복수의 서브-블록들로 구분하여 관리할 필요성이 증가하고 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 가비지 컬렉션(Garbage collection)을 수행하는 플래시 변환 계층(615)을 포함한다. 플래시 변환 계층(615)의 실행에 따라, 본 발명의 스토리지 컨트롤러(610)는 데이터 쓰기 동작시, 클린 페이지가 존재하는 액티브 블록에 대해 프로그램이 종료된 시점을 기준으로 경과 시간(Elapse Time: 이하, ET)을 카운트한다. 경과 시간(ET)은 액티브 블록의 마지막 페이지가 프로그램된 후부터 카운트된다. 이때, 선택되는 액티브 블록의 단위는 하나의 물리적 블록을 분할한 서브-블록(Sub-block) 단위일 수 있다.
서브-블록 단위로 액티브 블록들이 관리될 경우, 메모리 컨트롤러(610)는 하나의 서브-블록의 프로그램후 클린 페이지가 존재하면, 서브-블록 내의 마지막 페이지가 프로그램된 후로부터의 경과 시간(EP)을 카운트한다. 경과 시간(EP)이 임계치(TH)에 도달하면, 메모리 컨트롤러(610)는 해당 서브-블록의 클린 페이지들에 가비지 컬렉션을 위해 수집된 유효 데이터들을 프로그램할 수 있다. 따라서, 서브-블록 단위로 관리되는 스토리지 장치(600)에서 액티브 블록의 클린 페이지들이 소거 상태로 방치되는 시간을 최소화할 수 있다.
이상의 본 발명의 실시 예에 따르면, 스토리지 장치(600)는 서브-블록 단위의 액티브 블록에 포함되는 클린 페이지들을 가비지 컬렉션에 활용될 수 있다. 따라서, 클린 페이지에서 발생하는 EPI 문제가 해결될 수 있으며, 클린 페이지에 더미 데이터를 프로그램하기 위한 추가적인 동작이 불필요하게 된다. 본 발명의 스토리지 장치(600)는 서브-블록 단위로 메모리 관리를 수행하고, 액티브 블록의 수가 증가하게 되는 스토리지 정책에서 높은 비용 절감과 신뢰성 향상을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
도 17은 도 16의 물리 블록을 복수의 서브-블록으로 관리하는 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 16 및 도 17을 참조하면, 메모리 블록(BLK2)은 복수의 서브-블록(Sub-block) 단위로 관리될 수 있다. 여기서, 하나의 물리 블록(BLK2)이 2 개의 서브-블록들(SB20, SB21)로 관리되는 실시 예가 설명될 것이다. 하지만, 하나의 물리 블록(BLK2)은 3개 또는 그 이상의 서브-블록들로 구분 및 관리될 수 있음은 잘 이해될 것이다.
서브-블록(SB20)과 서브-블록(SB21)은 각각 하나의 메모리 블록으로 관리될 수 있다. 예를 들면, 스토리지 컨트롤러(610)의 플래시 변환 계층(615)은 주소 맵핑, 가비지 컬렉션 그리고 웨어 레벨링을 위해 서브-블록 단위로 선택하고 관리할 수 있다. 더불어, 서브-블록의 프로그램시, 클린 페이지가 남아있는 경우, 스토리지 컨트롤러(610)는 마지막 페이지의 프로그램 이후로부터의 경과 시간(ET)을 카운트한다. 그리고 경과 시간(ET)이 임계치(TH)에 도달하면, 스토리지 컨트롤러(610)는 가비지 컬렉션을 트리거(Trigger)하고, 서브-블록의 클린 페이지를 가비지 컬렉션의 목적지 영역으로 지정할 것이다. 예를 들면, 서브-블록(SB20)의 워드 라인들(WL0~WL2)에 대응하는 페이지들만이 프로그램되고, 추가적인 쓰기 요청이 발생하지 않으면, 스토리지 컨트롤러(610)는 마지막 페이지인 워드 라인(WL2)의 프로그램 시점으로부터의 경과 시간(ET)을 카운트한다. 그리고 경과 시간(ET)이 임계치(TH)에 도달하면, 스토리지 컨트롤러(610)는 워드 라인들(WL3~WL7)에 대응하는 클린 페이지를 가비지 컬렉션의 목적지 영역으로 활용한다. 서브-블록(SB21)도 서브-블록(SB20)과 마찬가지로 가비지 컬렉션의 관리 단위로 활용할 수 있을 것이다.
도 18은 도 16의 스토리지 장치에서 서브-블록 단위로 수행되는 본 발명의 가비지 컬렉션 방법을 보여주는 도면이다. 도 18을 참조하면, 본 발명의 스토리지 장치(100)는 클린 페이지를 갖는 액티브 서브-블록(710)을 프리 블록(Free block)으로 할당하고, 가비지 컬렉션 동작시 액티브 서브-블록(710)을 목적지 영역으로 사용할 수 있다. 여기서, 액티브 서브-블록(710)이 프리-블록으로 먼저 관리되는 것으로 설명되었으나, 이는 예시적인 관리 방법일 뿐이다. 액티브 서브-블록(710)은 경과 시간(ET)이 카운트되면, 프리 블록으로의 지정없이 곧바로 가비지 컬렉션의 목적지 영역(Destination area)으로 활용될 수도 있을 것이다.
프리 블록 리스트(700)는 복수의 프리 블록들(720, 730, 740)을 포함할 수 있다. 프리 블록들(720, 730, 740)은 앞서 설명된 서브-블록에 대응한다. 서브-블록이 소거된 이후에 프리 블록 리스트(700)에 포함될 수 있다. 더불어, 본 발명의 메모리 관리 방식에 따르면, 액티브 서브-블록(710)도 프리 블록 리스트(700)에 포함될 수 있다. 즉, 페이지들 중 일부만 프로그램되고 클린 페이지가 존재하는 액티브 서브-블록(710)은 프로그램 이후의 경과 시간(ET)이 임계치(TH)를 초과하면, 프리 블록 리스트(700)에 포함될 수 있다.
액티브 서브-블록(710)의 프로그램 이후의 경과 시간(ET)이 임계치(TH)를 초과하면, 스토리지 컨트롤러(610)는 가비지 컬렉션(GC)을 트리거(Trigger)한다. 그러면, 플래시 변환 계층(615)에 의해서 무효 데이터(INV)만 저장된 데이터 블록들이나 유효 데이터(VALID)와 무효 데이터(INV)가 혼재하는 데이터 블록들이 선택된다. 예를 들면, 유효 데이터(VALID)와 무효 데이터(INV)가 혼재하는 데이터 블록들(750, 760)이 가비지 컬렉션의 대상이 될 수 있다. 이들 데이터 블록들(750, 760)도 서브-블록 단위일 수 있다. 데이터 블록들(750, 760) 각각에 저장된 유효 데이터(VALID)들은 수집(Collection)된다. 수집된 유효 데이터(VALID)들은 액티브 서브-블록(710a)의 클린 페이지들에 카피된다. 그러면, 액티브 서브-블록(710a)의 클린 페이지들은 가비지 컬렉션에 의해서 프로그램 상태(Programmed)가 된다. 가비지 컬렉션에 의해서 클린 페이지들이 프로그램되면, 액티브 서브-블록(710a)은 이후 데이터가 저장된 데이터 서브-블록(710b, Data Sub-block)으로 관리될 것이다.
이상에서는 본 발명의 가비지 컬렉션의 기본적인 특징이 간략히 설명되었다. 본 발명의 스토리지 컨트롤러(610)는 프로그램후 클린 페이지가 존재하는 액티브 서브-블록(710)을 가비지 컬렉션의 목적지 영역으로 사용할 수 있다. 이러한 메모리 관리 방식을 적용하는 경우, 액티브 서브-블록의 클린 페이지들이 소거 상태로 방치되는 경우를 차단할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 스토리지 장치의 메모리 관리 방법에 있어서:
    쓰기 요청된 데이터를 메모리 블록에 프로그램하는 단계;
    상기 쓰기 요청된 데이터가 프로그램된 상기 메모리 블록의 마지막 페이지의 프로그램 이후로부터의 경과 시간을 카운트하는 단계;
    상기 경과 시간이 임계치를 초과하면, 상기 스토리지 장치의 가비지 컬렉션을 트리거하는 단계; 그리고
    상기 가비지 컬렉션에 의해서 수집된 유효 데이터를 상기 메모리 블록의 클린 페이지에 프로그램하는 단계를 포함하는 메모리 관리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 경과 시간이 상기 임계치를 초과하면, 상기 메모리 블록을 프리 블록 리스트에 포함시키는 단계를 더 포함하는 메모리 관리 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 프리 블록 리스트에 포함된 복수의 메모리 블록들 중에서, 상기 유효 데이터를 프로그램하기 위해 미리 결정된 우선순위를 기준으로 어느 하나를 선택하는 단계를 더 포함하는 메모리 관리 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 우선순위는 상기 복수의 메모리 블록들 각각의 경과 시간, 클린 페이지의 수, 소거 카운트, 위크 블록 여부, 그리고 동작 온도들 중 적어도 하나를 기준으로 적용되는 메모리 관리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 수집된 유효 데이터가 상기 메모리 블록의 클린 페이지에 프로그램된 후에 잔여 클린 페이지가 존재하는지 체크하는 단계; 그리고
    상기 잔여 클린 페이지에 더미 데이터를 프로그램하는 단계를 더 포함하는 메모리 관리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 더미 데이터가 프로그램된 상기 메모리 블록에는 소거 상태의 클린 페이지가 존재하지 않는 메모리 관리 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 메모리 블록은 하나의 물리 블록을 적어도 2개로 분할한 서브-블록들 중 하나에 대응하는 메모리 관리 방법.
  8. 호스트로부터 스트림 식별자를 포함하는 멀티-스트림 데이터를 수신하고, 상기 멀티-스트림 데이터를 상기 스트림 식별자에 따라 관리하는 스토리지 컨트롤러; 그리고
    상기 스토리지 컨트롤러의 제어에 따라 상기 멀티-스트림 데이터를 상기 스트림 식별자에 따라 프로그램하기 위한 복수의 액티브 블록들을 제공하는 불휘발성 메모리 장치를 포함하되,
    상기 스토리지 컨트롤러는 상기 불휘발성 메모리 장치에서 상기 복수의 액티브 블록들의 각각에 대응하는 스트림 데이터를 프로그램하도록 제어하고, 프로그램된 복수의 액티브 블록들 중 클린 페이지가 존재하는 액티브 블록을 경과 시간에 따라 가비지 컬렉션의 목적지 영역으로 사용하도록 제어하는 스토리지 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 스트림 식별자는 상기 멀티-스트림 데이터의 속성에 따라 부여되는 스토리지 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 속성은 쓰기 요청되는 데이터의 업데이트 빈도에 따라 구분되는 스토리지 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 스토리지 컨트롤러는 상기 복수의 액티브 블록들 각각의 관리 정보를 맵핑하고, 업데이트하기 위한 액티브 블록 관리 테이블을 생성하는 스토리지 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 액티브 블록 관리 테이블은, 상기 복수의 액티브 블록들 각각의 프로그램후 경과 시간, 클린 페이지의 수, 소거 카운트, 위크 블록의 해당 여부들 중 적어도 하나를 포함하는 스토리지 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 스토리지 컨트롤러는, 상기 가비지 컬렉션의 목적지 영역으로 사용하기 위해 상기 복수의 액티브 블록들 중 어느 하나를 선택할 때, 상기 경과 시간이 가장 긴 액티브 블록을 우선적으로 선택하는 스토리지 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 경과 시간이 동일한 복수의 액티브 블록들 중에서는 상기 클린 페이지의 수가 더 많은 액티브 블록이 우선적으로 선택되는 스토리지 장치.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 액티브 블록들 각각은 하나의 물리 블록을 적어도 2개로 분할한 서브-블록들 중 하나에 대응하는 스토리지 장치.
  16. 스토리지 장치의 가비지 컬렉션 방법에 있어서:
    호스트로부터 쓰기 데이터를 수신하는 단계;
    상기 쓰기 데이터를 선택된 메모리 블록에 프로그램하는 단계;
    상기 선택된 메모리 블록에 적어도 하나의 클린 페이지가 존재하는지 검출하는 단계;
    상기 검출하는 단계의 결과에 따라 상기 쓰기 데이터가 프로그램된 시점으로부터의 경과 시간을 카운트하는 단계;
    상기 경과 시간이 미리 설정된 임계치를 초과하면 상기 스토리지 장치의 가비지 컬렉션을 활성화하는 단계; 그리고
    상기 가비지 컬렉션에 의해서 수집된 데이터를 목적지 영역으로서 상기 선택된 메모리 블록을 사용하는 단계를 포함하는 가비지 컬렉션 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 경과 시간이 상기 임계치를 초과하면, 상기 메모리 블록을 프리 블록으로 지정하는 단계를 더 포함하는 메모리 관리 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 수집된 데이터가 상기 메모리 블록의 클린 페이지에 프로그램된 후에 잔여 클린 페이지가 존재하는지 체크하는 단계; 그리고
    상기 잔여 클린 페이지에 더미 데이터를 프로그램하는 단계를 더 포함하는 가비지 컬렉션 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 호스트는 상기 쓰기 데이터를 속성에 따라 복수의 스트림 단위로 상기 스토리지 장치로 전달하는 가비지 컬렉션 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 스토리지 장치는 상기 복수의 스트림 각각에 대응하는 메모리 블록들을 선택하는 가비지 컬렉션 방법.
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