KR20210148852A - Host controller interface using multiple circular queue, and operating method thereof - Google Patents

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KR20210148852A
KR20210148852A KR1020210008898A KR20210008898A KR20210148852A KR 20210148852 A KR20210148852 A KR 20210148852A KR 1020210008898 A KR1020210008898 A KR 1020210008898A KR 20210008898 A KR20210008898 A KR 20210008898A KR 20210148852 A KR20210148852 A KR 20210148852A
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서성호
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Abstract

A host controller interface configured to provide interfacing between a host device and a storage device is disclosed. The host controller interface according to an exemplary embodiment of the technical idea of the present disclosure includes: a doorbell register configured to store a head pointer and a tail pointer of at least one queue; an entry buffer configured to store a first command or a first response included in the at least one queue; an arbiter configured to arbitrate the order of the at least one queue; a first router configured to route the first command to be stored in the entry buffer in an order; and a second router configured to route the first response to be stored in the doorbell register.

Description

다중 원형 큐를 이용하는 호스트 컨트롤러 인터페이스 및 이의 동작 방법{HOST CONTROLLER INTERFACE USING MULTIPLE CIRCULAR QUEUE, AND OPERATING METHOD THEREOF} HOST CONTROLLER INTERFACE USING MULTIPLE CIRCULAR QUEUE, AND OPERATING METHOD THEREOF

본 개시의 기술적 사상은 스토리지 장치에 명령을 전송하는 호스트 컨트롤러 인터페이스에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 비트맵(bitmap) 기반 도어벨(doorbell) 구조를 가지며 다중 원형 큐를 이용 가능한 호스트 컨트롤러 인터페이스에 관한 것이다.The technical idea of the present disclosure relates to a host controller interface that transmits a command to a storage device, and more particularly, to a host controller interface having a bitmap-based doorbell structure and using multiple circular queues. .

스토리지 장치(예를 들어, 솔리드 스테이트 드라이브; SSD)를 기반으로 하는 스토리지 시스템에 사용되는 인터페이스로 SATA(Serial ATA), PCIe(Peripheral Component Interconnect Express), SAS(Serial Attached SCSI), eMMC(embedded MMC), 및 UFS(Universal Flash Strage) 등이 이용된다. 스토리지 장치는 점차 개선되고 있고, 동시에 처리되는 데이터 양도 점차 증가하고 있다. 하지만, SATA와 같은 인터페이스는 SSD와 같은 스토리지 장치에 특화된 인터페이스가 아니므로, 근본적으로 한계점을 가지고 있다. Interface used in storage systems based on storage devices (e.g. solid state drives; SSDs); Serial ATA (SATA), Peripheral Component Interconnect Express (PCIe), Serial Attached SCSI (SAS), embedded MMC (eMMC) , and UFS (Universal Flash Strage) are used. Storage devices are gradually improving, and the amount of data being processed at the same time is also increasing. However, an interface such as SATA is not an interface specialized for storage devices such as SSD, and therefore has a fundamental limitation.

최근, 데이터 저장 장치에 적용될 수 있는 표준화된 인터페이스를 만들고자 하는 노력의 일환으로써, NVMe(Non-Volatile Memory Express) 및 UFS가 탄생하게 되었다. NVMe는 PCIe 버스를 통해 연결되는 스토리지 장치들(또는 비휘발성 메모리 들)에 대하여 직접 메모리 접근(Direct Memory Access)의 기능을 제공할 수 있고, UFS는 MIPI(Mobile Industry Processor Interface)의 M-PHY 및 UniPro를 채택한 구조이다. Recently, as part of an effort to create a standardized interface that can be applied to data storage devices, NVMe (Non-Volatile Memory Express) and UFS were born. NVMe can provide a function of direct memory access to storage devices (or non-volatile memories) connected through a PCIe bus, and UFS can provide the M-PHY and It is a structure adopting UniPro.

하나의 비트맵 도어벨을 복수의 코어들이 공유하는 경우, 자원 점유 오버헤드가 발생함으로써 시스템 전체의 성능이 저하될 수 있다. 예를 들어, UFS 규격은 복수의 코어들 중 어느 하나의 코어가 비트맵 도어벨에 접근 시, 다른 코어들은 비트맵 도어벨에 액세스할 수 없다. When a single bitmap doorbell is shared by a plurality of cores, resource occupation overhead may occur, thereby degrading the overall system performance. For example, according to the UFS standard, when any one of a plurality of cores accesses the bitmap doorbell, other cores cannot access the bitmap doorbell.

본 개시의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 비트맵(bitmap) 기반 도어벨(doorbell) 구조를 가지며 다중 원형 큐를 이용할 수 있는 호스트 컨트롤러 인터페이스 및 이의 동작 방법을 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the technical spirit of the present disclosure is to provide a host controller interface having a bitmap-based doorbell structure and using multiple circular queues, and an operating method thereof.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 예시적 실시예에 따른 호스트 장치와 스토리지 장치 간 인터페이싱을 제공하도록 구성된 호스트 컨트롤러 인터페이스는, 적어도 하나의 큐의 헤드 포인터 및 테일 포인터를 저장하도록 구성된 도어벨 레지스터, 상기 적어도 하나의 큐에 포함된 제1 커맨드 또는 제1 리스폰스를 저장하도록 구성된 엔트리 버퍼, 상기 적어도 하나의 큐의 순서를 중재하도록 구성된 중재기, 순서에 따라 상기 제1 커맨드가 상기 엔트리 버퍼에 저장될 수 있게 경로화하도록 구성된 제1 라우터 및 상기 제1 리스폰스가 상기 도어벨 레지스터에 저장될 수 있게 경로화하도록 구성된 제2 라우터를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the host controller interface configured to provide interfacing between the host device and the storage device according to an exemplary embodiment of the present disclosure is a doorbell configured to store a head pointer and a tail pointer of at least one queue a register, an entry buffer configured to store a first command or a first response included in the at least one queue, an arbiter configured to arbitrate an order of the at least one queue, according to an order, the first command is stored in the entry buffer a first router configured to route to be stored and a second router configured to route such that the first response is stored to the doorbell register.

본 개시의 예시적 실시예에 따른 스토리지 시스템은, 호스트 장치 및 스토리지 장치를 포함하고, 상기 스토리지 장치에 커맨드를 전송하는 상기 호스트 장치는, 적어도 하나의 큐를 저장하는 호스트 메모리, 및 상기 적어도 하나의 큐를 처리하도록 구성된 적어도 하나의 코어, 및 상기 호스트 메모리와의 인터페이싱을 제공하도록 구성된 호스트 컨트롤러 인터페이스를 포함하는 호스트 컨트롤러를 포함하고, 상기 스토리지 장치는, 상기 커맨드에 기초하여 메모리 동작을 수행한 결과인 리스폰스를 상기 호스트 장치에 제공하고, 상기 호스트 컨트롤러 인터페이스는, 상기 적어도 하나의 큐에 대한 헤드 포인터 및 테일 포인터를 저장하는 도어벨 레지스터를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.A storage system according to an exemplary embodiment of the present disclosure includes a host device and a storage device, wherein the host device transmitting a command to the storage device includes a host memory that stores at least one queue, and the at least one a host controller comprising at least one core configured to process a queue, and a host controller interface configured to provide interfacing with the host memory, wherein the storage device is a result of performing a memory operation based on the command. A response may be provided to the host device, and the host controller interface may include a doorbell register configured to store a head pointer and a tail pointer for the at least one queue.

본 개시의 예시적 실시예에 따른 적어도 하나의 커맨드를 포함하는 적어도 하나의 큐를 이용하는 호스트 장치와 스토리지 장치 간 인터페이싱을 제공하도록 구성된 호스트 컨트롤러 인터페이스의 동작 방법은, 제1 큐에 포함된 제1 커맨드를 포함하는 복수의 커맨드들의 순서를 중재하는 단계, 상기 제1 커맨드를 엔트리 버퍼에 저장하는 단계, 상기 제1 큐의 제1 헤드 포인터를 갱신하는 단계, 제2 커맨드를 상기 엔트리 버퍼에 저장하는 단계, 상기 제2 커맨드를 포함하는 제2 큐의 제2 헤드 포인터를 갱신하는 단계, 및 상기 제1 커맨드 및 상기 제2 커맨드를 순차적으로 상기 스토리지 장치에 제공하는 단계를 포함할 수 있다.An operating method of a host controller interface configured to provide interfacing between a host device and a storage device using at least one queue including at least one command according to an exemplary embodiment of the present disclosure includes a first command included in a first queue Arbitrating the order of a plurality of commands comprising: storing the first command in an entry buffer; updating a first head pointer of the first queue; , updating a second head pointer of a second queue including the second command, and sequentially providing the first command and the second command to the storage device.

본 개시의 기술적 사상에 따른 호스트 컨트롤러 인터페이스는 다중 원형 큐를 이용할 수 있으므로, 복수의 코어 간 공유 자원 점유 문제에 의한 오버헤드를 해결하고, 성능을 극대화할 수 있다. Since the host controller interface according to the technical idea of the present disclosure can use a multi-circular queue, it is possible to solve an overhead caused by a problem of occupying a shared resource between a plurality of cores and maximize performance.

또한, 본 개시의 기술적 사상에 따른 호스트 컨트롤러 인터페이스는 다중 원형 큐를 이용함에 있어서, UFS에 적용되는 비트맵 기반 도어벨 구조를 그대로 유지하되 중재기 및 라우터를 추가로 이용함으로써 HCI 및 스토리지 간 인터페이스의 구조 변경을 최소화할 수 있고, 종전의 장치들과의 호환성을 유지할 수 있다.In addition, in using the multi-circular queue, the host controller interface according to the technical idea of the present disclosure maintains the bitmap-based doorbell structure applied to UFS as it is, but additionally uses an arbiter and a router to improve the interface between HCI and storage. Structural change can be minimized, and compatibility with existing devices can be maintained.

또한, 본 개시의 기술적 사상에 따른 호스트 컨트롤러 인터페이스에 따르면, 다중 코어가 리소스를 점유함으로써 유발되는 오버헤드가 감소되고 데이터 처리 성능이 향상될 수 있다. In addition, according to the host controller interface according to the technical spirit of the present disclosure, an overhead caused by multiple cores occupying a resource may be reduced and data processing performance may be improved.

도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 스토리지 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 호스트 장치의 일 구현 예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 스토리지 컨트롤러의 일 구현 예를 나타내는 블록도이다.
도 4는 UFS 인터페이스가 적용된 스토리지 시스템의 일 구현 예를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 스토리지 시스템의 동작을 도시하는 도면이다.
도 6는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 호스트 장치의 동작 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 7은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 커맨드가 기입되는 스토리지 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 8은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 리스폰스가 기입되는 스토리지 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 9는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 커맨드가 원형 큐에 기입되는 과정을 도시한 도면이다.
도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 스토리지 시스템의 동작 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 11 및 도 12는 호스트 메모리 및 호스트 컨트롤러 내의 레지스터에 저장되는 각종 정보의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 13은 UFS 인터페이스에 따른 데이터 독출 동작 및 패킷의 일 구현 예를 나타내는 도면이다.
도 14a 및 도 14b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 패킷의 구조를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 스토리지 장치가 적용된 시스템을 도시한 도면이다.
도 16은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 UFS 시스템에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 17a 내지 도 17c는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 UFS 카드(card)의 폼 팩터(form factor)에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 18a는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 호스트-스토리지 시스템을 나타내는 블록도이고, 도 18b 내지 도 18e는 도 18a의 구성들의 상세 블록도이다.
도 19는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 메모리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 20은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 메모리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 21은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 메모리 장치를 나타내는 블록도이다.
도 22는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 UFS 장치에 적용될 수 있는 3D V-NAND 구조에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 메모리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 24는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 호스트 스토리지 시스템이 적용된 데이터 센터를 나타낸 도면이다.
1 is a block diagram illustrating a storage system according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an implementation example of the host device shown in FIG. 1 .
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example implementation of the storage controller illustrated in FIG. 1 .
4 is a block diagram illustrating an implementation example of a storage system to which a UFS interface is applied.
5 is a diagram illustrating an operation of a storage system according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
6 is a flowchart illustrating a method of operating a host device according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
7 is a block diagram illustrating a storage system to which a command is written according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
8 is a block diagram illustrating a storage system to which a response is written according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
9 is a diagram illustrating a process in which a command is written into a circular queue according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
10 is a flowchart illustrating a method of operating a storage system according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
11 and 12 are block diagrams illustrating examples of various types of information stored in a host memory and a register in the host controller.
13 is a diagram illustrating an implementation example of a data read operation and a packet according to a UFS interface.
14A and 14B are diagrams illustrating the structure of a packet according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
15 is a diagram illustrating a system to which a storage device according to an exemplary embodiment of the present disclosure is applied.
16 is a diagram for explaining a UFS system according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
17A to 17C are diagrams for explaining a form factor of a UFS card according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
18A is a block diagram illustrating a host-storage system according to an exemplary embodiment of the present disclosure, and FIGS. 18B to 18E are detailed block diagrams of the configurations of FIG. 18A .
19 is a block diagram illustrating a memory system according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
20 is a block diagram illustrating a memory system according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
21 is a block diagram illustrating a memory device according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
22 is a diagram for explaining a 3D V-NAND structure applicable to a UFS device according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
23 is a cross-sectional view illustrating a memory device according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
24 is a diagram illustrating a data center to which a host storage system according to an exemplary embodiment of the present disclosure is applied.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 실시예에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 스토리지 시스템(10)을 나타내는 블록도이다. 1 is a block diagram illustrating a storage system 10 according to an exemplary embodiment of the present disclosure.

스토리지 시스템(10)은 호스트 장치(100) 및 스토리지 장치(200)를 포함할 수 있다. The storage system 10 may include a host device 100 and a storage device 200 .

호스트 장치(100)와 스토리지 장치(200)의 원활한 데이터 전송을 위해 많은 표준 규격들이 개발 되고 있거나 현재 개발 중이다. 표준 규격 중 하나로서, 스마트 폰 및 태블릿 컴퓨터와 같은 모바일 디바이스들에서의 플래시 메모리 기반 스토리지를 위해 JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)에 의해 유니버설 플래시 스토리지(UFS; Universal Flash Storage)가 개발되었다. UFS는 커맨드 대기행렬의 특징을 갖는 다중 커맨드들을 지원하는 커맨드 프로토콜 및 SCSI(Small Computer System Interface) 아키텍처 모델을 채용하고, 이로써 멀티 스레드 프로그래밍 패러다임을 가능하게 한다. Many standards are being developed or are currently being developed for smooth data transmission between the host device 100 and the storage device 200 . As one of the standard specifications, Universal Flash Storage (UFS) has been developed by the Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC) for flash memory-based storage in mobile devices such as smart phones and tablet computers. UFS employs a command protocol and Small Computer System Interface (SCSI) architectural model that supports multiple commands with the characteristics of a command queue, thereby enabling a multi-threaded programming paradigm.

JEDEC에 의해 개발된 또 다른 표준 규격은 eMMC(embedded MultiMediaCard) 표준 규격이다. eMMC는 간략화된 애플리케이션 인터페이스 설계, 소형 패키지 사이즈 및 저전력 소비를 제공할 수 있다. eMMC 플래시 메모리 기반 저장 디바이스들은 현재 모바일 디바이스들에서 스토리지의 주요 형태들 중 하나이다. Another standard developed by JEDEC is the eMMC (embedded MultiMediaCard) standard. eMMC can provide simplified application interface design, small package size and low power consumption. eMMC flash memory based storage devices are currently one of the main forms of storage in mobile devices.

본 개시의 기술적 사상에 따른 스토리지 시스템(10)은 UFS 및 eMMC 와 같은 플래시 메모리 기반 저장 디바이스 표준 규격을 사용할 수 있다. 그러나, 본 실시예는 이에 제한되지 않는다.The storage system 10 according to the technical spirit of the present disclosure may use standard standards for flash memory-based storage devices such as UFS and eMMC. However, the present embodiment is not limited thereto.

스토리지 시스템(10)은 예를 들어, 데스크톱(Desktop) 컴퓨터, 및 랩톱(Laptop) 컴퓨터를 포함하는 퍼스널 컴퓨터(personal computer; PC), 데이터 서버, 네트워크-결합 스토리지(network-attached storage, NAS), IoT(Internet of Things) 장치, 워크스테이션(Workstation), 서버(Server), 전기 자동차 또는 휴대용 전자 기기로 구현될 수 있다. 휴대용 전자 기기는, 랩탑 컴퓨터, 이동 전화기, 스마트폰, 태블릿 PC, PDA(personal digital assistant), EDA(enterprise digital assistant), 디지털 스틸 카메라, 디지털 비디오 카메라, 오디오 장치, PMP(portable multimedia player), PND(personal navigation device), MP3 플레이어, 휴대용 게임 콘솔(handheld game console), e-북(e-book) 및/또는 웨어러블 기기 등을 포함할 수 있다.The storage system 10 may include, for example, a desktop computer, and a personal computer (PC), including a desktop computer, and a laptop computer, a data server, a network-attached storage (NAS), It may be implemented as an Internet of Things (IoT) device, a workstation, a server, an electric vehicle, or a portable electronic device. Portable electronic devices include laptop computers, mobile phones, smart phones, tablet PCs, personal digital assistants (PDAs), enterprise digital assistants (EDAs), digital still cameras, digital video cameras, audio devices, PMPs (portable multimedia players), PNDs. (personal navigation device), an MP3 player, a handheld game console, an e-book, and/or a wearable device may be included.

스토리지 시스템(10)은 호스트 장치(100)의 커맨드(CMD)에 따라 스토리지 장치(200)에 데이터를 저장하거나, 불러올 수 있다. 예시적인 실시예에서, 호스트 장치(100)는 스토리지 장치(200)에 기입(write)할 데이터를 제공할 수 있고, 스토리지 장치(200)로부터 리스폰스(RESP)를 수신함으로써 데이터를 독출(read)할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 호스트 장치(100)는 커맨드(CMD)를 발행하여 스토리지 장치(200)에 전송할 수 있고, 스토리지 장치(200)는 커맨드(CMD)에 따라 데이터를 독출, 소거, 또는 기입할 수 있으며, 결과로서 리스폰스(RESP)를 생성하여 호스트 장치(100)에 제공할 수 있다. The storage system 10 may store or retrieve data from the storage device 200 according to a command CMD of the host device 100 . In an exemplary embodiment, the host device 100 may provide data to be written to the storage device 200 , and may read data by receiving a response RESP from the storage device 200 . can According to an exemplary embodiment, the host device 100 may issue a command CMD and transmit it to the storage device 200 , and the storage device 200 reads, erases, or writes data according to the command CMD. , and as a result, a response RESP may be generated and provided to the host device 100 .

커맨드(CMD)는 커맨드 패킷(PACKET_C)에 포함되어 관리될 수 있고, 리스폰스(RESP)는 리스폰스 패킷(PACKET_R)에 포함되어 관리될 수 있다. 패킷의 구성에 관하여는 도 14a 및 도 14b를 참조하여 상세히 설명된다.The command CMD may be included in the command packet PACKET_C and managed, and the response RESP may be included and managed in the response packet PACKET_R. The structure of the packet will be described in detail with reference to FIGS. 14A and 14B.

호스트 장치(100)는 호스트 컨트롤러(110) 및 호스트 메모리(130)를 포함할 수 있다.The host device 100 may include a host controller 110 and a host memory 130 .

호스트 장치(100)는 하나 이상의 전자 회로, 칩, 장치의 동작들에 따라, 호스트 장치(100)의 사용자에게 다양한 서비스를 제공할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 호스트 장치(100)는, 호스트 장치(100)의 사용자로부터 수신된 명령을 처리하기 위해 다양한 연산을 수행할 수 있고, 호스트 장치(100)의 사용자에게 연산 결과를 제공할 수 있다. 예시적 실시예에 따른 호스트 장치(100)는 운영 체제, 애플리케이션 등을 포함할 수 있다. 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 호스트 장치(100)는 UFS(Universal Flash Storage) 프로토콜을 지윈하기 위한 UFS 호스트 컨트롤 드라이버를 포함할 수 있다. 그러나, 본 개시는 이에 제한되지 않고, 호스트 장치(100)는 eMMC(embedded Multi-Media Card) 프로토콜, 또는 NVMe(Non Volatile Memory express) 프로토콜을 지원하기 위한 드라이버를 포함할 수 있다. The host device 100 may provide various services to a user of the host device 100 according to operations of one or more electronic circuits, chips, and devices. According to an exemplary embodiment, the host device 100 may perform various operations to process a command received from the user of the host device 100 and provide the operation result to the user of the host device 100 . can The host device 100 according to an exemplary embodiment may include an operating system, an application, and the like. The host device 100 according to an exemplary embodiment of the present disclosure may include a UFS host control driver for supporting a Universal Flash Storage (UFS) protocol. However, the present disclosure is not limited thereto, and the host device 100 may include a driver for supporting an embedded Multi-Media Card (eMMC) protocol or a Non Volatile Memory express (NVMe) protocol.

호스트 컨트롤러(110)는 호스트 장치(100)의 전반적인 동작, 보다 구체적으로는 호스트 장치(100)를 이루는 다른 구성 요소들의 동작을 제어할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 호스트 컨트롤러(110)는 범용 프로세서, 전용 프로세서 또는 애플리케이션 프로세서(application processor) 등으로 구현될 수 있다. 이 외에도, 호스트 컨트롤러(110)는 전용 논리 회로(예컨대, FPGA(Field Programmable Gate Array), ASICs(Application Specific Integrated Circuits) 등)를 포함하는 연산 프로세서(예를 들어, CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphic Processing Unit), AP(Application Processor) 등)로 구현될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.The host controller 110 may control the overall operation of the host device 100 , more specifically, the operations of other components constituting the host device 100 . In an exemplary embodiment, the host controller 110 may be implemented as a general-purpose processor, a dedicated processor, or an application processor. In addition to this, the host controller 110 includes an operation processor (eg, a central processing unit (CPU), a GPU) including a dedicated logic circuit (eg, field programmable gate array (FPGA), application specific integrated circuits (ASICs), etc.) (Graphic Processing Unit), AP (Application Processor), etc.), but is not limited thereto.

호스트 컨트롤러(110)는 호스트 메모리(130)에 로드된 다양한 소프트웨어를 실행할 수 있다. 예를 들어, 호스트 컨트롤러(110)는 운영 체제(OS) 및 애플리케이션들(애플리케이션)(Application Program)을 실행할 수 있다.The host controller 110 may execute various software loaded into the host memory 130 . For example, the host controller 110 may execute an operating system (OS) and applications (applications).

호스트 컨트롤러(110)는 사용자의 요청에 따라 커맨드(CMD)를 생성하고, 커맨드(CMD)를 스토리지 장치(200)에 전송할 지 여부를 판단할 수 있다. 또한, 호스트 컨트롤러(110)는 리스폰스(RESP)를 수신할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 호스트 컨트롤러(110)는 커맨드(CMD) 및/또는 리스폰스(RESP)를 처리 대기열인 큐(queue)에 기입하거나 큐에서 제거할 수 있다.The host controller 110 may generate a command CMD according to a user's request and determine whether to transmit the command CMD to the storage device 200 . Also, the host controller 110 may receive a response RESP. In an exemplary embodiment, the host controller 110 may write the command CMD and/or the response RESP to or remove it from a queue that is a processing queue.

호스트 컨트롤러(110)는 하나 이상의 코어를 포함할 수 있으며, 메모리 및/또는 스토리지 장치(200)를 제어하기 위한 다른 IP(Intellectual Propoerty)를 더 포함할 수 있다. 예시적 실시예에 따라, 코어는 호스트 장치(100)에서 처리되는 커맨드(CMD) 및 리스폰스(RESP)의 처리 대기열인 큐를 실행할 수 있다. 예시적 실시예에 따라, 호스트 컨트롤러(110)는 AI(artificial intelligence) 데이터 연산 등 고속 데이터 연산을 위한 전용 회로인 가속기를 더 포함할 수 있고, 가속기는 GPU(Graphics Processing Unit), NPU(Neural Processing Unit) 및/또는 DPU(Data Processing Unit) 등을 포함할 수 있으며, 호스트 컨트롤러(110)의 다른 구성 요소와는 물리적으로 독립된 별개의 칩(chip)으로 구현될 수도 있다.The host controller 110 may include one or more cores, and may further include another intelligent property (IP) for controlling the memory and/or the storage device 200 . According to an exemplary embodiment, the core may execute a queue that is a processing queue of a command CMD and a response RESP processed by the host device 100 . According to an exemplary embodiment, the host controller 110 may further include an accelerator, which is a dedicated circuit for high-speed data operation such as artificial intelligence (AI) data operation, and the accelerator includes a graphics processing unit (GPU), a neural processing unit (NPU), etc. unit) and/or a data processing unit (DPU), and may be implemented as a separate chip physically independent from other components of the host controller 110 .

호스트 컨트롤러(110)는 호스트 컨트롤러 인터페이스(Host Controller Interface; 이하, HCI)를 포함할 수 있으며, 호스트 컨트롤러 인터페이스는 호스트 메모리(130)의 데이터(예컨대, 기입 데이터)를 비휘발성 메모리(230)에 저장하거나, 비휘발성 메모리(230)의 데이터(예컨대, 독출 데이터)를 호스트 메모리(130)에 저장하는 동작을 관리할 수 있다. 또한, 스토리지 컨트롤러(210)는 호스트 컨트롤러(110)와의 인터페이스를 위한 디바이스 컨트롤러 인터페이스(미도시)를 포함할 수 있다.The host controller 110 may include a host controller interface (HCI), which stores data (eg, write data) of the host memory 130 in the non-volatile memory 230 . Alternatively, an operation of storing data (eg, read data) of the nonvolatile memory 230 in the host memory 130 may be managed. Also, the storage controller 210 may include a device controller interface (not shown) for an interface with the host controller 110 .

서브미션 큐(SQ)는 호스트 장치(100)의 요청, 커맨드(CMD)를 포함하는 여러 유형의 이벤트가 처리되기 위해 대기중인 열을 지칭할 수 있다. 서브미션 큐(SQ)에 저장된 커맨드(CMD)는 호스트 컨트롤러(110)에 의해 펫칭됨으로써 스토리지 장치(200)에 전송될 수 있다. 컴플리션 큐(CQ)는 스토리지 장치(200)의 요청, 및 리스폰스(RESP)를 포함하는 여러 유형의 이벤트를 처리하기 위한 열을 지칭할 수 있다. 컴플리션 큐(CQ)에 저장된 리스폰스(RESP)는 호스트 컨트롤러(110)에 의해 펫칭됨으로써, 메모리 동작(예를 들어, 데이터의 기입, 독출, 또는 소거)이 완료 된 후 호스트에서 처리될 메타 데이터의 갱신을 지시할 수 있다. 서브미션 큐(SQ) 및 컴플리션 큐(CQ)는 호스트 장치(100)의 호스트 메모리(130)에 생성될 수 있다. 본 개시에서는, 설명의 편의를 위해 서브미션 큐 및 컴플리션 큐가 원형(Circular) 큐로서 구현됨이 예시되었으나, 이에 한정되지는 않는다.The submission queue SQ may refer to a queue in which various types of events including a request and a command CMD of the host device 100 are waiting to be processed. The command CMD stored in the submission queue SQ may be fetched by the host controller 110 and transmitted to the storage device 200 . The completion queue CQ may refer to a column for processing various types of events including a request of the storage device 200 and a response RESP. The response RESP stored in the completion queue CQ is fetched by the host controller 110, and thus meta data to be processed by the host after a memory operation (eg, writing, reading, or erasing data) is completed. can be ordered to update. The submission queue SQ and the completion queue CQ may be generated in the host memory 130 of the host device 100 . In the present disclosure, for convenience of description, it has been exemplified that the submission queue and the completion queue are implemented as a circular queue, but the present disclosure is not limited thereto.

본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, 호스트 컨트롤러(110)는 도어벨 레지스터를 포함할 수 있다. 도어벨 레지스터는 서브미션 큐(Submission Queue; SQ)와 컴플리션 큐(Completion Queue; CQ)를 관리하도록 할당된 레지스터이다. 예를 들어, 호스트 컨트롤러(110)는 도어벨 레지스터를 통해 서브미션 큐(SQ)와 컴플리션 큐(CQ)에 접근함으로써, 호스트 메모리(130)와의 서브미션 큐(SQ) 및 컴플리션 큐(CQ)에 대한 인터페이스 동작을 수행할 수 있다. 예시적인 실시예에 따라, 도어벨 레지스터는 호스트 컨트롤러 인터페이스에 포함될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the host controller 110 may include a doorbell register. The doorbell register is a register allocated to manage a Submission Queue (SQ) and a Completion Queue (CQ). For example, the host controller 110 accesses the submission queue SQ and the completion queue CQ through the doorbell register, and thus the submission queue SQ and the completion queue with the host memory 130 . An interface operation for (CQ) may be performed. According to an exemplary embodiment, the doorbell register may be included in the host controller interface.

본 개시의 예시적인 실시예에 따른 도어벨 레지스터는 호스트 장치(100)에 의해 생성된 큐 페어(queue pair)를 관리하거나, 제어할 수 있다. 도어벨 레지스터는 하나의 큐 페어와 대응될 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 도어벨 레지스터큐의 헤드 포인터(HP) 및 테일 포인터(TP)를 저장할 수 있다. 예를 들어, 도어벨 레지스터는 서브미션 큐의 테일을 가리키는 테일 포인터(TP)와 컴플리션 큐의 헤드를 가리키는 헤드 포인터(HP)를 저장할 수 있다. The doorbell register according to an exemplary embodiment of the present disclosure may manage or control a queue pair generated by the host device 100 . The doorbell register may correspond to one cue pair. According to an exemplary embodiment, the head pointer HP and the tail pointer TP of the doorbell register queue may be stored. For example, the doorbell register may store a tail pointer TP indicating the tail of the submission queue and a head pointer HP indicating the head of the completion queue.

본 개시에서, 서브미션 큐(SQ)에 관련된 도어벨 레지스터는 SQ 도어벨 레지스터로, 컴플리션 큐(CQ)에 관련된 도어벨 레지스터는 CQ 도어벨 레지스터로 각각 지칭된다. 또한, 하나의 큐 페어와 대응되는 도어벨이 1 비트 데이터 공간의 집합인 비트맵으로 표현되는 데이터 구조는 비트맵 도어벨이라고 지칭된다. 본 개시의 예시적인 실시예에 따라, SQ 도어벨 레지스터, CQ 도어벨 레지스터, 및 비트맵 도어벨 등은 호스트 컨트롤러 인터페이스에 의해 관리될 수 있다. 호스트 컨트롤러 인터페이스에 관하여는 도 5에서 보다 상세히 설명된다.In the present disclosure, a doorbell register related to the submission queue SQ is referred to as an SQ doorbell register, and a doorbell register related to the completion queue CQ is referred to as a CQ doorbell register, respectively. Also, a data structure in which a doorbell corresponding to one cue pair is expressed as a bitmap that is a set of 1-bit data spaces is referred to as a bitmap doorbell. According to an exemplary embodiment of the present disclosure, an SQ doorbell register, a CQ doorbell register, and a bitmap doorbell may be managed by a host controller interface. The host controller interface is described in more detail in FIG. 5 .

호스트 메모리(130)는 메인 메모리(main memory) 또는 캐시 메모리로 사용될 수 있다. 또한, 호스트 메모리(130)는 소프트웨어(software), 애플리케이션(application) 또는 펌웨어(firmware) 등을 구동하기 위한 구동 메모리(driving memory)로 사용될 수도 있다. 호스트 메모리(130)에는 호스트 컨트롤러(110)에서 처리될 프로그램이나 데이터들이 로드될 수 있다. 예를 들어, 호스트 메모리(130)는 파일 시스템, 애플리케이션 및 장치 드라이버 등이 로드될 수 있다. 파일 시스템은 커맨드(예를 들어, 기입 커맨드 또는 독출 커맨드)에 따른 논리적 어드레스를 스토리지 장치(200)로 제공할 수 있다. 파일 시스템은 호스트 장치(200)에서 실행되는 특정한 운영 체제에 따라 사용될 수 있다. 파일 시스템은 소프트웨어, 애플리케이션 또는 펌웨어 등을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 호스트 장치(200)는 윈도우(Windows), 리눅스(Linux), 유닉스(Unix) 등을 실행할 수 있다.The host memory 130 may be used as a main memory or a cache memory. Also, the host memory 130 may be used as a driving memory for driving software, an application, or firmware. Programs or data to be processed by the host controller 110 may be loaded into the host memory 130 . For example, the host memory 130 may be loaded with a file system, applications and device drivers. The file system may provide a logical address according to a command (eg, a write command or a read command) to the storage device 200 . The file system may be used according to a specific operating system running on the host device 200 . The file system may be implemented through software, an application, or firmware. For example, the host device 200 may execute Windows, Linux, Unix, or the like.

호스트 메모리(130)는 호스트 장치(100)와 스토리지 장치(200) 간의 인터페이싱 동작을 위해 이용되는 서브미션 큐(SQ) 및 컴플리션 큐(CQ)를 로딩할 수 있다. 서브미션 큐(SQ)는 스토리지 장치(200)로 제공될 커맨드(CMD)를 저장할 수 있고, 컴플리션 큐(CQ)는 스토리지 장치(200)에서 완료된 동작에 대한 완료 정보인 리스폰스(RESP)를 저장할 수 있다.The host memory 130 may load a submission queue SQ and a completion queue CQ used for an interfacing operation between the host device 100 and the storage device 200 . The submission queue SQ may store a command CMD to be provided to the storage device 200 , and the completion queue CQ may receive a response RESP that is completion information for an operation completed in the storage device 200 . can be saved

본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, 호스트 메모리(130)가 로딩한 서브미션 큐(SQ) 및 컴플리션 큐(CQ)는 호스트 컨트롤러(110)에 의해 참조될 수 있다. 예를 들어, 호스트 컨트롤러(110)는 테일 포인터(TP)를 참조함으로써 커맨드(CMD) 또는 리스폰스(RESP)를 서브미션 큐(SQ)에 기입할 수 있고, 헤드 포인터(HP)를 참조함으로써 커맨드(CMD) 또는 리스폰스(RESP)를 컴플리션 큐(CQ)로부터 독출할 수 있다. 예를 들어, 호스트 컨트롤러(110)는 서브미션 큐(SQ), 또는 컴플리션 큐(CQ)에 커맨드(CMD) 또는 리스폰스(RESP)가 기입된 후, 다음 빈 공간을 지시하도록 테일(TAIL) 값을 증가시킬 수 있다. 큐에 커맨드(CMD) 또는 리스폰스(RESP)가 기입되거나 독출되는 동작에 관하여는 도 9에서 보다 상세히 설명된다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the submission queue SQ and the completion queue CQ loaded by the host memory 130 may be referenced by the host controller 110 . For example, the host controller 110 may write a command CMD or a response RESP to the submission queue SQ by referring to the tail pointer TP, and the command (CMD) by referring to the head pointer HP. CMD) or response (RESP) may be read from the completion queue (CQ). For example, after the command CMD or the response RESP is written in the submission queue SQ or the completion queue CQ, the host controller 110 TAIL to indicate the next empty space. value can be increased. An operation in which the command CMD or the response RESP is written to or read from the queue will be described in more detail with reference to FIG. 9 .

예시적인 실시예에 따라, 호스트 컨트롤러(110)와 호스트 메모리(130)는 별도의 반도체 칩으로 구현될 수 있다. 또는, 일부 실시예들에서, 호스트 컨트롤러(110)와 호스트 메모리(130)는 동일한 반도체 칩에 집적될 수 있다. 일 예로서, 호스트 컨트롤러(110)는 애플리케이션 프로세서(Application Processor)에 구비되는 다수의 모듈들 중 어느 하나일 수 있으며, 상기 애플리케이션 프로세서는 시스템 온 칩(System on Chip, SoC)으로 구현될 수 있다. 또한, 호스트 메모리(130)는 상기 애플리케이션 프로세서 내에 구비되는 임베디드 메모리이거나, 또는 상기 애플리케이션 프로세서의 외부에 배치되는 메모리 장치 또는 메모리 모듈일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the host controller 110 and the host memory 130 may be implemented as separate semiconductor chips. Alternatively, in some embodiments, the host controller 110 and the host memory 130 may be integrated on the same semiconductor chip. As an example, the host controller 110 may be any one of a plurality of modules included in an application processor, and the application processor may be implemented as a system on chip (SoC). In addition, the host memory 130 may be an embedded memory provided in the application processor or a memory device or memory module disposed outside the application processor.

호스트 장치(100)는 스토리지 장치(200)의 구동에 관련된 각종 장치들을 더 포함할 수 있다. 일 예로서, 호스트 애플리케이션 및 장치 드라이버 등의 소프트웨어 모듈(미도시)이 더 구비되고, 상기 소프트웨어 모듈은 호스트 메모리(130)에 로딩되어 프로세서(미도시)에 의해 실행될 수 있다. The host device 100 may further include various devices related to driving of the storage device 200 . As an example, a software module (not shown) such as a host application and a device driver may be further provided, and the software module may be loaded into the host memory 130 and executed by a processor (not shown).

스토리지 장치(200)는 스토리지 컨트롤러(210) 및 비휘발성 메모리 장치(Non-Volatile Memory device; NVM)(230)를 포함할 수 있다. 비휘발성 메모리(230)는 비휘발성 메모리 코어(NVM Core)를 포함할 수 있다.The storage device 200 may include a storage controller 210 and a non-volatile memory device (NVM) 230 . The non-volatile memory 230 may include a non-volatile memory core (NVM Core).

스토리지 장치(200)는 호스트 장치(100)로부터의 요청에 따라 데이터를 저장하기 위한 저장 매체들을 포함할 수 있다. 일 예로서, 스토리지 장치(200)는 하나 이상의 솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive, SSD)를 포함할 수 있다. 스토리지 장치(200)가 솔리드 스테이트 드라이브를 포함하는 경우, 스토리지 장치(200)는 데이터를 비휘발성하게 저장하는 다수 개의 플래시 메모리 칩들(예컨대, NAND 메모리 칩들)을 포함할 수 있다. The storage device 200 may include storage media for storing data according to a request from the host device 100 . As an example, the storage device 200 may include one or more solid state drives (SSDs). When the storage device 200 includes a solid state drive, the storage device 200 may include a plurality of flash memory chips (eg, NAND memory chips) that non-volatilely store data.

예시적인 실시예에 따르면, 스토리지 장치(200)는 하나 이상의 플래시 메모리 칩들을 포함하는 플래시 메모리 장치에 해당할 수 있다. 플래시 메모리 장치는 데이터가 전기적으로 기입되고 소거될 수도 있는 비휘발성(non-volatile) 데이터 저장 매체일 수 있다. 예시적 실시예에서, 스토리지 장치(200)는 스토리지 시스템(10)에 내장되는 임베디드(embedded) 메모리일 수 있다. 예를 들어, 스토리지 장치(200)는 Emmc 또는 임베디드 UFS 메모리 장치일 수 있다. 예시적 실시예에서, 스토리지 장치(200)는 스토리지 시스템(10)에 착탈 가능한 외장(external) 메모리일 수 있다. 예를 들어, 스토리지 장치(200)는 UFS 메모리 카드, CF(Compact Flash), SD(Secure Digital), Micro-SD(Micro Secure Digital), Mini-SD(Mini Secure Digital), xD(extreme Digital) 또는 메모리 스틱(Memory Stick), 솔리드 스테이트 드라이브(SSD; Solid State Drive) 및 유니버설 시리얼 버스(USB; Universal Serial Bus) 플래시 드라이브들을 포함한, 다양한 플래시 메모리 기반 저장 디바이스들을 포함할 수 있다. According to an exemplary embodiment, the storage device 200 may correspond to a flash memory device including one or more flash memory chips. The flash memory device may be a non-volatile data storage medium to which data may be electrically written to and erased from. In an exemplary embodiment, the storage device 200 may be an embedded memory embedded in the storage system 10 . For example, the storage device 200 may be an Emmc or embedded UFS memory device. In an exemplary embodiment, the storage device 200 may be an external memory that is removable to the storage system 10 . For example, the storage device 200 may be a UFS memory card, Compact Flash (CF), Secure Digital (SD), Micro-SD (Micro Secure Digital), Mini-SD (Mini Secure Digital), xD (extreme Digital) or It may include various flash memory-based storage devices, including memory sticks, solid state drives (SSDs), and universal serial bus (USB) flash drives.

스토리지 장치(200)가 플래시 메모리를 포함할 때, 상기 플래시 메모리는 2D NAND 메모리 어레이나 3D(또는 수직형, Vertical) NAND(VNAND) 메모리 어레이를 포함할 수 있다. 상기 3D 메모리 어레이는 실리콘 기판 위에 배치되는 활성 영역을 가지는 메모리 셀들의 어레이들, 또는 상기 메모리 셀들의 동작과 관련된 회로로서 상기 기판상에 또는 상기 기판 내에 형성된 회로의 적어도 하나의 물리적 레벨에 모놀리식으로 형성된다. 상기 용어 "모놀리식”은 상기 어레이를 구성하는 각 레벨의 층들이 상기 어레이 중 각 하부 레벨의 층들의 바로 위에 적층되어 있음을 의미한다. When the storage device 200 includes a flash memory, the flash memory may include a 2D NAND memory array or a 3D (or vertical) NAND (VNAND) memory array. The 3D memory array is a monolithic array of memory cells having an active region disposed over a silicon substrate, or at least one physical level of circuitry formed on or within the substrate as circuitry associated with the operation of the memory cells. is formed with The term "monolithic" means that the layers of each level constituting the array are stacked directly on top of the layers of each lower level of the array.

예시적인 실시예에서, 상기 3D 메모리 어레이는 적어도 하나의 메모리 셀이 다른 메모리 셀의 위에 위치하도록 수직 방향으로 배치된 Vertical NAND 스트링들을 포함한다. 상기 적어도 하나의 메모리 셀은 전하 트랩층을 포함할 수 있다. In an exemplary embodiment, the 3D memory array includes vertical NAND strings arranged in a vertical direction such that at least one memory cell is positioned on top of another memory cell. The at least one memory cell may include a charge trap layer.

미국 특허공개공보 제7,679,133호, 동 제8,553,466호, 동 제8,654,587호, 동 제8,559,235호, 및 미국 특허출원공개공보 제2011/0233648호는 3D 메모리 어레이가 복수 레벨로 구성되고 워드 라인들 및/또는 비트 라인들이 레벨들간에 공유되어 있는 3D 메모리 어레이에 대한 적절한 구성들을 상술하는 것들로서, 본 명세서에 인용 형식으로 결합된다.U.S. Patent Publication Nos. 7,679,133, 8,553,466, 8,654,587, 8,559,235, and U.S. Patent Application Publication No. 2011/0233648 disclose that a 3D memory array is constructed in multiple levels and contains word lines and/or Those detailing suitable configurations for a 3D memory array in which bit lines are shared between levels, are incorporated herein by reference.

다른 예로서, 스토리지 장치(200)는 다른 다양한 종류의 비휘발성 메모리들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 스토리지 장치(200)는 MRAM(Magnetic RAM), 스핀전달토크 MRAM(Spin-Transfer Torgue MRAM), Conductive bridging RAM(CBRAM), FeRAM(Ferroelectric RAM), PRAM(Phase RAM), 저항 메모리(Resistive RAM) 및 다른 다양한 종류의 메모리가 적용될 수 있다.As another example, the storage device 200 may include other various types of non-volatile memories. For example, the storage device 200 includes a magnetic RAM (MRAM), a spin-transfer torque MRAM (MRAM), a conductive bridging RAM (CBRAM), a ferroelectric RAM (FeRAM), a phase RAM (PRAM), a resistive memory ( Resistive RAM) and various other types of memory may be applied.

스토리지 컨트롤러(210)는 스토리지 장치(200)의 전반적인 동작들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 스토리지 컨트롤러(210)는 비휘발성 메모리(230)의 동작들을 스케줄링하거나, 스토리지 장치(200)에서 처리되는 신호들/데이터를 인코딩 및 디코딩할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 스토리지 컨트롤러(210)는 비휘발성 메모리(230)이 데이터를 기입, 독출, 또는 소거하도록 비휘발성 메모리(230)를 제어할 수 있다. The storage controller 210 may control overall operations of the storage device 200 . For example, the storage controller 210 may schedule operations of the nonvolatile memory 230 or encode and decode signals/data processed in the storage device 200 . In an exemplary embodiment, the storage controller 210 may control the nonvolatile memory 230 to write, read, or erase data in the nonvolatile memory 230 .

비휘발성 메모리(230)은 호스트 장치(100)로부터의 요청에 따라 데이터를 저장하기 위한 저장 매체들을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 비휘발성 메모리(230)은 데이터를 비휘발성하게 저장하는 적어도 하나의 플래시 메모리 칩을 포함할 수 있으며, NAND, 또는 VNAND 메모리 어레이를 포함할 수 있음은 전술한 바와 같다.The non-volatile memory 230 may include storage media for storing data according to a request from the host device 100 . As described above, the non-volatile memory 230 may include at least one flash memory chip that non-volatilely stores data, and may include a NAND or VNAND memory array in an exemplary embodiment.

호스트 장치(100)와 스토리지 장치(200)는 다양한 종류의 인터페이스를 통해 서로 통신할 수 있다. 일 예로서, 호스트 장치(100)와 스토리지 장치(200)는 UFS(universal flash storage), SATA(serial ATA), SCSI(small computer small interface), SAS(serial attached SCSI), eMMC(embedded Multi Media Card) 등과 같은 표준 인터페이스를 통해 연결될 수 있다. 호스트 장치(100)와 스토리지 장치(200)는 각각 채용된 인터페이스의 프로토콜에 따른 패킷을 생성하고 이를 전송할 수 있다. 도 1의 예에서는, 호스트 장치(100)에서 생성되어 스토리지 장치(200)로 전송되는 커맨드 패킷(PACKET_C)과, 스토리지 장치(200)에서 생성되어 호스트 장치(100)로 전송되는 리스폰스 패킷(PACKET_R)이 예시된다.The host device 100 and the storage device 200 may communicate with each other through various types of interfaces. As an example, the host device 100 and the storage device 200 may include universal flash storage (UFS), serial ATA (SATA), small computer small interface (SCSI), serial attached SCSI (SAS), and embedded Multi Media Card (eMMC). ) can be connected via standard interfaces such as The host device 100 and the storage device 200 may each generate a packet according to a protocol of an adopted interface and transmit it. In the example of FIG. 1 , a command packet (PACKET_C) generated by the host device 100 and transmitted to the storage device 200, and a response packet (PACKET_R) generated by the storage device 200 and transmitted to the host device 100 This is exemplified.

본 개시의 기술적 사상에 따르면, 호스트 장치(100)는 SQ 도어벨 레지스터, CQ 도어벨 레지스터, 비트맵 도어벨, 및 SQ와 CQ의 중재와 경로화를 직접 제어함으로써, 호스트 장치(100)의 컴퓨팅 자원의 점유 문제를 해소하고, 성능을 극대화할 수 있다.According to the spirit of the present disclosure, the host device 100 directly controls the SQ doorbell register, the CQ doorbell register, the bitmap doorbell, and the arbitration and routing of SQ and CQ, so that the computing of the host device 100 is performed. It can solve the resource occupation problem and maximize performance.

도 2는 도 1에 도시된 호스트 장치(100)의 일 구현 예를 나타내는 블록도이다. 도 2의 예에서는 호스트 컨트롤러(110)를 포함하는 애플리케이션 프로세서(AP)가 도시된다. 이하에서는 애플리케이션 프로세서(AP)를 이용하여 호스트 장치(100)를 설명하나, 본 개시의 기술적 사상은 애플리케이션 프로세서(AP)로 구현되는 것에 국한되지 않고, 호스트-슬레이브 기능을 제공할 수 있는 다양한 호스트 장치(100)에 적용될 수 있음이 이해되어야 한다.FIG. 2 is a block diagram illustrating an example implementation of the host device 100 illustrated in FIG. 1 . In the example of FIG. 2 , an application processor (AP) including a host controller 110 is illustrated. Hereinafter, the host device 100 will be described using an application processor (AP), but the technical idea of the present disclosure is not limited to being implemented as an application processor (AP), and various host devices capable of providing host-slave functions. It should be understood that (100) can be applied.

도 2를 도 1과 함께 참조하면, 호스트 장치(100)는 애플리케이션 프로세서(AP) 및 호스트 메모리(130)를 포함하고, 애플리케이션 프로세서(AP)는 하나 이상의 모듈들을 지능 소자(Intellectual Property, IP)서 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 애플리케이션 프로세서(AP)는 호스트 컨트롤러(110), 적어도 하나의 코어(120), 호스트 메모리 컨트롤러(140), 모뎀(150), 임베디드 메모리(160), 카메라 인터페이스(170), 및 디스플레이 인터페이스(170)를 포함할 수 있다. 호스트 컨트롤러(110), 적어도 하나의 코어(120), 호스트 메모리 컨트롤러(140), 모뎀(150), 임베디드 메모리(160), 카메라 인터페이스(170), 및 디스플레이 인터페이스(170)는 내부 버스를 통해 서로 신호를 송수신할 수 있다. 호스트 컨트롤러(110)는 레지스터(111), 및 호스트 컨트롤러 인터페이스(HCI)(190)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 together with FIG. 1 , the host device 100 includes an application processor (AP) and a host memory 130, and the application processor (AP) configures one or more modules as an intelligent device (Intellectual Property, IP). may include In an exemplary embodiment, the application processor (AP) includes a host controller 110 , at least one core 120 , a host memory controller 140 , a modem 150 , an embedded memory 160 , a camera interface 170 , and a display interface 170 . The host controller 110 , at least one core 120 , the host memory controller 140 , the modem 150 , the embedded memory 160 , the camera interface 170 , and the display interface 170 are connected to each other through an internal bus. Signals can be sent and received. The host controller 110 may include a register 111 and a host controller interface (HCI) 190 .

도 2에서는 호스트 메모리(130)가 애플리케이션 프로세서(AP)의 외부의 메모리에 해당하는 것으로 도시되었으나 본 개시의 실시예는 이에 국한될 필요가 없다. 예컨대, 애플리케이션 프로세서(AP) 내부의 임베디드 메모리(160)가 전술한 실시예에서의 호스트 메모리(130)로 이용될 수도 있을 것이다. 한편, 도 2에 도시된 구성들은 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 애플리케이션 프로세서(AP)는 도 2에 도시된 구성들 이외에도 다른 구성들을 더 포함할 수도 있으며, 또는 도 2에 도시된 구성들 중 일부는 애플리케이션 프로세서(AP)에 구비되지 않아도 무방하다.In FIG. 2 , the host memory 130 is illustrated as an external memory of the application processor AP, but the embodiment of the present disclosure is not limited thereto. For example, the embedded memory 160 inside the application processor (AP) may be used as the host memory 130 in the above-described embodiment. Meanwhile, the components illustrated in FIG. 2 are only one embodiment, and the application processor (AP) may further include other components in addition to the components illustrated in FIG. 2 , or some of the components illustrated in FIG. 2 . may not be provided in the application processor (AP).

적어도 하나의 코어(120)는 애플리케이션 프로세서(AP)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 일 예로서, 스토리지 시스템(10)에 대한 데이터 기입/독출 동작 등을 관리하기 위한 소프트웨어(예컨대, 애플리케이션 프로세서 및 장치 드라이버)가 호스트 메모리(130) 또는 임베디드 메모리(160)에 로딩되고, 코어(120)는 소프트웨어를 실행함에 의해 데이터 기입/독출 동작 등을 관리할 수 있다. 호스트 메모리(130)는 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리로 구현될 수 있으며, 일 실시예에 따라 호스트 메모리(130)는 DRAM(dynamic random access memory) 및/또는 SRAM(static random access memory) 등의 휘발성 메모리를 포함할 수 있다.At least one core 120 may control the overall operation of the application processor (AP). As an example, software (eg, an application processor and a device driver) for managing data write/read operations for the storage system 10 is loaded into the host memory 130 or the embedded memory 160 , and the core 120 ) can manage data write/read operations by executing software. The host memory 130 may be implemented as a volatile memory or a non-volatile memory, and according to an embodiment, the host memory 130 is a volatile memory such as dynamic random access memory (DRAM) and/or static random access memory (SRAM). may include

적어도 하나의 코어(120)는 동종 멀티-코어 프로세서(Homogeneous Multi-Core Processor) 또는 이종 멀티-코어 프로세서(Heterogeneous Multi-Core Processor)일 수 있다. At least one core 120 may be a homogeneous multi-core processor or a heterogeneous multi-core processor.

본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, 적어도 하나의 코어(120)가 복수의 코어들를 포함한다면, 서로 다른 코어는 서로 상이한 소프트웨어를 구동함으로써 작업의 처리 단위인 태스크를 수행할 수 있다. 예를 들어, 제1 코어는 제1 태스크를 수행할 수 있고, 제1 코어와 동종이거나 이종인 제2 코어는 제2 태스크를 수행할 수 있다. 복수의 코어들은 코어마다 전용 큐를 구비할 수 있다. 예를 들어, 제1 코어는 제1 서브미션 큐, 및 제1 컴플리션 큐를, 제2 코어는 제2 서브미션 큐 및 제2 컴플리션 큐를 각각 이용함으로써, 서로 상이한 태스크를 병렬적으로 수행할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, if the at least one core 120 includes a plurality of cores, different cores may perform a task that is a processing unit of a job by running different software. For example, a first core may perform a first task, and a second core that is the same as or different from the first core may perform a second task. The plurality of cores may have a dedicated queue for each core. For example, the first core uses the first submission queue and the first completion queue, and the second core uses the second submission queue and the second completion queue, respectively, so that different tasks can be executed in parallel. can be done with

예시적인 실시예에 따라, 애플리케이션 프로세서(AP)는 카메라 제어 동작, 디스플레이 제어 동작 및 모뎀 동작 등을 수행할 수 있다. 모뎀(150)이 애플리케이션 프로세서(AP)에 포함됨에 따라, 애플리케이션 프로세서(AP)는 ModAP 으로 지칭될 수 있다.According to an exemplary embodiment, the application processor AP may perform a camera control operation, a display control operation, and a modem operation. As the modem 150 is included in the application processor (AP), the application processor (AP) may be referred to as a ModAP.

호스트 컨트롤러(110)는 전술한 실시예에 따라 스토리지 장치(200)와 커맨드(CMD) 또는 리스폰스(RESP)를 포함하는 패킷(PACKET)을 송수신할 수 있다. 호스트 컨트롤러(110)는 하나 이상의 전송 요청들을 저장하는 레지스터(111)를 포함할 수 있다. The host controller 110 may transmit/receive a packet PACKET including a command CMD or a response RESP to and from the storage device 200 according to the above-described embodiment. The host controller 110 may include a register 111 that stores one or more transmission requests.

예시적 실시예에 따라, 코어(120)의 제어에 기반하여 스토리지 장치에 대한 기입 및/또는 독출에 관련된 전송 요청들이 레지스터(111)에 저장될 수 있다. 또한, 코어(120)의 제어에 기반하여 상기 전송 요청들에 대응하는 패킷(PACKET)을 생성하기 위한 각종 정보들이 호스트 메모리(130)에 저장될 수 있으며, 일 예로서 패킷(PACKET)의 종류에 관한 정보 및 어드레스(ADDRESS)를 포함하는 테이블 정보가 호스트 메모리(130)에 저장될 수 있다. 또한, 데이터 기입 요청의 경우, 코어(120)의 제어에 기반하여 기입 데이터가 호스트 메모리(130)의 다수의 데이터 버퍼들에 저장될 수 있다. 호스트 컨트롤러(110)는 내부의 레지스터(111)에 저장된 전송 요청들을 확인하고, 이에 기반하여 스토리지 장치와 인터페이스할 수 있다. According to an exemplary embodiment, transmission requests related to writing and/or reading from the storage device may be stored in the register 111 based on the control of the core 120 . In addition, various types of information for generating a packet (PACKET) corresponding to the transmission requests based on the control of the core 120 may be stored in the host memory 130, for example, depending on the type of the packet (PACKET). Table information including related information and the address ADDRESS may be stored in the host memory 130 . In addition, in the case of a data write request, write data may be stored in a plurality of data buffers of the host memory 130 based on the control of the core 120 . The host controller 110 may check the transmission requests stored in the internal register 111 and interface with the storage device based thereon.

전술한 실시예에서와 같이, 호스트 컨트롤러(110)는 스토리지 장치(도 1, 200)로부터 리스폰스(RESP)가 포함된 리스폰스 패킷(PACKET_R)을 수신하고, 수신된 패킷(PACKET)으로부터 리스폰스(RESP)를 파싱하며, 파싱된 리스폰스(RESP)에 따라 메모리 동작의 처리 여하를 확인할 수 있다. As in the aforementioned embodiment, the host controller 110 receives a response packet PACKET_R including a response RESP from the storage device ( FIGS. 1 and 200 ), and receives a response RESP from the received packet PACKET. , and it is possible to check whether the memory operation is processed according to the parsed response RESP.

호스트 컨트롤러 인터페이스(190)는 호스트 장치(100)에서 발행하는 다양한 접근 요청에 대응하는 커맨드(예를 들어, 독출 커맨드, 기입 커맨드 등), 논리적 어드레스, 데이터 등의 데이터의 포맷을 변환하거나 교환되는 명령어의 포맷을 변환함으로써 호스트 장치(100)를 스토리지 장치(200)와 연결할 수 있다. 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)에 적용된 프로토콜은 전술된 UFS, eMMC 외에도, USB(Universal Serial Bus), SCSI(Small Computer System Interface), PCIe(P eripheral Component Interconnect express), ATA(Advanced Technology Attachment), PATA(Parallel ATA), SATA(Serial ATA), SAS(Serial Attached SCSI)일 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않고 서로 상이한 장치 간 인터페이싱을 지원하는 다양한 표준 규격이 적용될 수 있다.The host controller interface 190 converts or exchanges data formats such as commands (eg, read commands, write commands, etc.) corresponding to various access requests issued by the host device 100 , logical addresses, and data. By converting the format of , the host device 100 may be connected to the storage device 200 . Protocols applied to the host controller interface 190, in addition to the above-described UFS and eMMC, USB (Universal Serial Bus), SCSI (Small Computer System Interface), PCIe (Peripheral Component Interconnect express), ATA (Advanced Technology Attachment), PATA ( Parallel ATA), SATA (Serial ATA), or SAS (Serial Attached SCSI). However, the present invention is not limited thereto, and various standard specifications supporting interfacing between different devices may be applied.

본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)는 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)는 SQ 도어벨 레지스터, SQ 중재기, 비트맵 도어벨 라우터, 비트맵 도어벨 엔트리, CQ 라우터, CQ 도어벨 레지스터를 포함할 수 있다. 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)가 포함하는 세부 구성에 관하여는 도 5에서 보다 상세히 설명된다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the host controller interface 190 includes the host controller interface 190, the SQ doorbell register, SQ arbiter, bitmap doorbell router, bitmap doorbell entry, CQ router, CQ door It may include a bell register. A detailed configuration included in the host controller interface 190 will be described in more detail with reference to FIG. 5 .

도 3은 도 1에 도시된 스토리지 컨트롤러(210)의 일 구현 예를 나타내는 블록도이다.3 is a block diagram illustrating an example implementation of the storage controller 210 illustrated in FIG. 1 .

도 1 및 도 3을 참조하면, 스토리지 컨트롤러(210)는 호스트 인터페이스(211), 프로세서로서 중앙 처리 장치(central processing unit; CPU)(212), 및 메모리 인터페이스(216)를 포함할 수 있다. 또한, 스토리지 컨트롤러(210)는 플래시 변환 계층(Flash Translation Layer; FTL)(213), 패킷 매니저(214) 및 버퍼 매니저(215)를 더 포함할 수 있다. 스토리지 컨트롤러(210)는 플래시 변환 계층(213)이 로딩되는 워킹 메모리(미도시)를 더 포함할 수 있다. 중앙 처리 장치(212)가 플래시 변환 계층(213)를 실행함에 의해 메모리 코어에 대한 데이터 기입 및 독출 동작이 제어될 수 있다.1 and 3 , the storage controller 210 may include a host interface 211 , a central processing unit (CPU) 212 as a processor, and a memory interface 216 . In addition, the storage controller 210 may further include a Flash Translation Layer (FTL) 213 , a packet manager 214 , and a buffer manager 215 . The storage controller 210 may further include a working memory (not shown) into which the flash conversion layer 213 is loaded. When the central processing unit 212 executes the flash translation layer 213 , data writing and reading operations to and from the memory core may be controlled.

호스트 인터페이스(211)는 호스트 장치(100)와 패킷(PACKET)을 송수신할 수 있으며, 전술한 실시예에 따라 호스트 인터페이스(211)가 송수신하는 패킷(PACKET)에는 호스트 장치(100) 내의 버퍼 영역에서의 데이터 버퍼의 위치를 나타내는 버퍼 어드레스가 포함될 수 있다. 또한, 메모리 인터페이스(216)는 메모리 코어와 인터페이스함으로써 데이터를 기입하거나 독출하는 동작을 수행할 수 있다. The host interface 211 may transmit and receive packets PACKET to and from the host device 100 , and according to the above-described embodiment, the packet PACKET transmitted/received by the host interface 211 may be stored in a buffer area within the host device 100 . A buffer address indicating the location of the data buffer may be included. Also, the memory interface 216 may perform an operation of writing or reading data by interfacing with the memory core.

패킷 매니저(214)는 호스트 장치(100)와 협의된 인터페이스의 프로토콜에 따른 패킷(PACKET)을 생성하거나, 수신된 패킷(PACKET)으로부터 각종 정보를 파싱할 수 있다. 또한, 버퍼 매니저(215)는 패킷(PACKET)으로부터 파싱된 각종 정보를 버퍼에 저장하는 동작을 관리할 수 있으며, 일 예로서 패킷(PACKET)으로부터 파싱된 커맨드(CMD) 또는 리스폰스(RESP)의 저장 동작을 관리할 수 있다. The packet manager 214 may generate a packet (PACKET) according to a protocol of an interface negotiated with the host device 100 or parse various types of information from the received packet (PACKET). Also, the buffer manager 215 may manage an operation of storing various types of information parsed from the packet PACKET in a buffer, and as an example, storing a command CMD or a response RESP parsed from the packet PACKET You can manage your actions.

버퍼 매니저(215)는 패킷(PACKET)으로부터 파싱된 기입 데이터를 버퍼에 저장하는 동작을 관리할 수 있으며, 메모리 코어로부터 독출된 데이터를 버퍼에 저장하는 동작을 관리할 수 있다. 일 실시예에 따라, 버퍼 매니저(215)는 스토리지 컨트롤러(210) 내에 구비되는 버퍼 메모리(215)일 수 있다. 일 실시예에 따라, 버퍼 매니저(215)는 스토리지 컨트롤러(210) 외에 구비되는 버퍼를 관리할 수 있다. The buffer manager 215 may manage an operation of storing the write data parsed from the packet PACKET in the buffer, and may manage the operation of storing the data read from the memory core in the buffer. According to an embodiment, the buffer manager 215 may be a buffer memory 215 provided in the storage controller 210 . According to an embodiment, the buffer manager 215 may manage a buffer provided in addition to the storage controller 210 .

예를 들어, 데이터 기입 동작시, 호스트 장치(100)로부터 수신된 패킷(PACKET)으로부터 기입 커맨드(CMD) 및 이에 대응하는 제1 버퍼 어드레스가 파싱될 수 있고, 제1 버퍼 어드레스는 스토리지 장치(200)의 버퍼에 저장될 수 있다. 스토리지 장치(200)는 상기 기입 커맨드에 대한 응답으로서, 소정 사이즈 단위의 기입 데이터의 전송을 요청하는 리스폰스(RESP)를 포함하는 패킷(PACKET)을 생성할 수 있다. 이 때, 상기 기입 커맨드에 대응하는 제1 버퍼 어드레스가 패킷(PACKET)에 포함될 수 있으며, 또한, 호스트 장치(100)는 패킷(PACKET)에 포함된 리스폰스(RESP) 및 제1 버퍼 어드레스를 참조하여, 제1 버퍼 어드레스가 나타내는 위치의 데이터 버퍼에 저장된 기입 데이터를 스토리지 장치(200)로 전송할 수 있다.For example, during a data write operation, a write command CMD and a first buffer address corresponding thereto may be parsed from a packet PACKET received from the host device 100 , and the first buffer address is the storage device 200 . ) can be stored in the buffer. As a response to the write command, the storage device 200 may generate a packet PACKET including a response RESP requesting transmission of write data in a unit of a predetermined size. In this case, the first buffer address corresponding to the write command may be included in the packet PACKET, and the host device 100 refers to the response RESP and the first buffer address included in the packet PACKET. , the write data stored in the data buffer at the position indicated by the first buffer address may be transmitted to the storage device 200 .

이와 유사하게, 데이터 독출 동작을 예로 들면, 호스트 장치(100)로부터 수신된 패킷(PACKET)으로부터 독출 커맨드(CMD) 및 이에 대응하는 제2 버퍼 어드레스가 파싱되고, 제2 버퍼 어드레스는 스토리지 장치(200)의 버퍼에 저장될 수 있다. 스토리지 장치(200)는 독출 커맨드(CMD) 에 응답하여 독출된 데이터를 포함하는 패킷(PACKET)을 생성하며, 상기 독출 커맨드에 대응하는 제2 버퍼 어드레스가 리스폰스(RESP)와 함께 패킷(PACKET)에 포함될 수 있다. 또한, 호스트 장치(100)는 패킷(PACKET)에 포함된 리스폰스(RESP) 및 제2 버퍼 어드레스를 참조하여, 제2 버퍼 어드레스가 나타내는 위치의 데이터 버퍼에 독출 데이터를 저장할 수 있다.Similarly, taking the data read operation as an example, the read command CMD and a second buffer address corresponding thereto are parsed from the packet PACKET received from the host device 100 , and the second buffer address is the storage device 200 . ) can be stored in the buffer. The storage device 200 generates a packet PACKET including read data in response to the read command CMD, and a second buffer address corresponding to the read command is stored in the packet PACKET together with the response RESP. may be included. Also, the host device 100 may refer to the response RESP and the second buffer address included in the packet PACKET, and store the read data in the data buffer at the location indicated by the second buffer address.

도 3에서의 호스트 인터페이스(211), 중앙 처리 장치(212), 플래시 변환 계층(213), 패킷 매니저(214), 버퍼 매니저(215), 및 메모리 인터페이스(216)에 관하여는 도 18a에서 다시 설명된다.The host interface 211 , the central processing unit 212 , the flash translation layer 213 , the packet manager 214 , the buffer manager 215 , and the memory interface 216 in FIG. 3 will be described again in FIG. 18A . do.

도 4는 UFS 인터페이스가 적용된 스토리지 시스템(20)의 일 구현 예를 나타내는 블록도이다. 도 1의 스토리지 시스템(10)은 도 4의 스토리지 시스템(20)에 적용될 수 있다.4 is a block diagram illustrating an implementation example of the storage system 20 to which the UFS interface is applied. The storage system 10 of FIG. 1 may be applied to the storage system 20 of FIG. 4 .

도 4를 도 1과 함께 참조하면, 스토리지 시스템(20)의 UFS 호스트와 UFS 스토리지 장치는 UFS 인터페이스에 따른 통신을 수행할 수 있으며, UFS 호스트는 그 구성요소들로서 호스트 메모리(21), 소프트웨어 모듈(23), 및 하드웨어 모듈에 해당하는 UFS 호스트 컨트롤러(25)를 포함할 수 있다. 호스트 메모리(21)는 도 1 및 도 2에서 설명된 호스트 메모리(130)와 유사한 기능을 제공할 수 있으므로, 중복되는 설명은 생략된다. 도 4에서는, UFS 규격을 채택하여 인터페이싱되는 호스트 장치(도 1, 100)를 UFS 호스트로, UFS 규격을 채택하여 인터페이싱되는 스토리지 장치(도 1, 200)를 UFS 디바이스로 약칭한다.Referring to FIG. 4 together with FIG. 1 , the UFS host of the storage system 20 and the UFS storage device may communicate according to the UFS interface, and the UFS host includes a host memory 21, a software module ( 23), and a UFS host controller 25 corresponding to a hardware module. Since the host memory 21 may provide a function similar to that of the host memory 130 described with reference to FIGS. 1 and 2 , a redundant description will be omitted. In FIG. 4 , a host device ( FIGS. 1 and 100 ) interfaced by adopting the UFS standard is abbreviated as a UFS host, and a storage device ( FIGS. 1 and 200 ) interfaced by adopting the UFS standard is abbreviated as a UFS device.

소프트웨어 모듈(23)은 소프트웨어(예를 들면, 애플리케이션) 및 UFS 호스트 컨트롤러 드라이버를 포함할 수 있다. 소프트웨어는 UFS 호스트에서 실행되는 다양한 애플리케이션들일수 있으며, UFS 호스트 컨트롤러 드라이버는 UFS 호스트에 연결되어 사용되는 주변 장치들의 구동을 관리하기 위한 것으로서, 스토리지 장치에 대한 데이터 기입 및 독출 등의 데이터 관리 동작은 UFS 호스트 컨트롤러 드라이버를 실행함으로써 수행될 수 있다. 애플리케이션 소프트웨어 및 UFS 호스트 컨트롤러 드라이버는 호스트 메모리(21)에 로딩되거나, 또는 UFS 호스트 내의 다른 동작 메모리에 로딩되어 프로세서에 의해 실행될 수 있다.The software module 23 may include software (eg, an application) and a UFS host controller driver. The software can be various applications running on the UFS host, and the UFS host controller driver is for managing the operation of peripheral devices connected to the UFS host, and data management operations such as writing and reading data to and from the storage device are This can be done by running the host controller driver. The application software and the UFS host controller driver may be loaded into the host memory 21 or other working memory in the UFS host and executed by the processor.

UFS 호스트 컨트롤러(25)는 도 2의 호스트 컨트롤러(110)의 일 구현 예일 수 있다. UFS 호스트 컨트롤러(25)는 UFS 호스트 컨트롤러 인터페이스(UFS HCI), UTP 프로토콜 엔진 및 UFS 인터커넥트 레이어(UFS Interconnect Layer(UIC))를 포함할 수 있다. The UFS host controller 25 may be an implementation example of the host controller 110 of FIG. 2 . The UFS host controller 25 may include a UFS host controller interface (UFS HCI), a UTP protocol engine, and a UFS interconnect layer (UFS Interconnect Layer (UIC)).

UFS 호스트 컨트롤러 인터페이스(UFS HCI)는 UFS 호스트 컨트롤러 드라이버를 통해 생성된 요청을 수신하고 이를 UTP 프로토콜 엔진으로 전달하거나, UTP 프로토콜 엔진으로부터 전달된 데이터 액세스 결과를 UFS 호스트 컨트롤러 드라이버로 제공할 수 있다. The UFS Host Controller Interface (UFS HCI) may receive a request generated through the UFS Host Controller Driver and forward it to the UTP Protocol Engine, or may provide the data access result transmitted from the UTP Protocol Engine to the UFS Host Controller Driver.

UTP 프로토콜 엔진은 상위 계층(또는, 애플리케이션 계층)을 위한 서비스들을 제공할 수 있으며, 일 예로서 패킷을 생성하거나 패킷을 해제하여 그 내부의 정보를 파싱할 수 있다. The UTP protocol engine may provide services for an upper layer (or an application layer), and may parse information therein by generating a packet or releasing a packet as an example.

UFS 인터커넥트 레이어는 UFS 스토리지 장치(27)와 통신할 수 있으며, 일 예로서 UFS 인터커넥트 레이어는 링크 레이어(Link Layer)와 물리 레이어(PHY Layer)를 포함할 수 있다. 링크 레이어(Link Layer)는 MIPI(Mobile Industry Processor Interface)) UniPro일 수 있으며, 물리 레이어(PHY Layer)는 MIPI M-PHY일 수 있다. 또한, UFS 인터페이스에 따라, UFS 호스트는 UFS 스토리지 장치(27)로 기준 클럭(Ref Clock) 및 리셋 신호(Reset) 신호를 제공할 수 있다.The UFS interconnect layer may communicate with the UFS storage device 27 , and as an example, the UFS interconnect layer may include a link layer and a physical layer (PHY Layer). The link layer may be a Mobile Industry Processor Interface (MIPI) UniPro, and the physical layer may be a MIPI M-PHY. Also, according to the UFS interface, the UFS host may provide a reference clock (Ref Clock) and a reset signal (Reset) signal to the UFS storage device 27 .

한편, UFS 스토리지 장치(27)는 스토리지 컨트롤러와 메모리 코어를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라 도 4에서 스토리지 컨트롤러는 UFS 인터커넥트 레이어, UTP 프로토콜 엔진 및 UFS 스토리지 디바이스 인터페이스를 포함할 수 있다. 또한, 메모리 코어는 비휘발성 메모리를 포함하는 코어(NVM Core)일 수 있다.Meanwhile, the UFS storage device 27 may include a storage controller and a memory core. According to an embodiment, in FIG. 4 , the storage controller may include a UFS interconnect layer, a UTP protocol engine, and a UFS storage device interface. Also, the memory core may be a core (NVM Core) including non-volatile memory.

UFS 호스트 컨트롤러(25)와 UFS 스토리지 장치(27)가 통신하는 구조에서, UFS 호스트 컨트롤러 드라이버로부터의 요청에 따른 데이터 송수신은 UFS 호스트 컨트롤러 인터페이스를 통해 수행될 수 있다. 일 예로서, 데이터 기입 동작시, 소프트웨어 모듈(23)에 의해 기입 데이터가 호스트 메모리(21)의 데이터 버퍼(Data Buffer)에 저장되고, UFS 호스트 컨트롤러 인터페이스가 호스트 메모리(21)의 데이터 버퍼(Data Buffer)를 액세스하며, 액세스된 기입 데이터가 UFS 스토리지 장치(27)로 전달될 수 있다. 데이터 송수신 동작을 위한 커맨드(CMD)는 큐에 저장될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 원형 큐가 이용될 경우, 커맨드가 저장된 헤드 포인터(HP), 및 테일 포인터(TP)는 호스트 메모리(21)에 저장될 수 있다. 예를 들어, 헤드 포인터(HP) 및 테일 포인터(TP)는 호스트 메모리(21)의 도어벨 레지스터에 저장될 수 있다. In the structure in which the UFS host controller 25 and the UFS storage device 27 communicate, data transmission/reception according to a request from the UFS host controller driver may be performed through the UFS host controller interface. As an example, during a data write operation, write data is stored in a data buffer of the host memory 21 by the software module 23 , and the UFS host controller interface Buffer), and the accessed write data may be transferred to the UFS storage device 27 . A command CMD for a data transmission/reception operation may be stored in a queue. In an exemplary embodiment, when a circular queue is used, the head pointer HP and the tail pointer TP in which commands are stored may be stored in the host memory 21 . For example, the head pointer HP and the tail pointer TP may be stored in a doorbell register of the host memory 21 .

본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, UFS 호스트가 UFS 스토리지 장치(27)로 전송하는 커맨드 패킷(PACKET_C) 및/또는 스토리지 장치(200)가 호스트 장치(100)로 전송하는 리스폰스 패킷(PACKET_R)에는 호스트 메모리(21) 내에서의 데이터 버퍼(Data Buffer)의 위치를 나타내는 버퍼 어드레스가 포함될 수 있다. 상기 버퍼 어드레스는 데이터 버퍼의 위치를 나타내는 물리적 어드레스(Physical Address)에 해당할 수 있다. 일 예로서, 호스트 메모리(21)의 일 영역에는 버퍼 어드레스들이 포함된 테이블 정보(예컨대, Physical Region Description Table(PRDT))가 저장될 수 있으며, UFS 호스트의 UTP 프로토콜 엔진은 상기 PRDT를 통해 버퍼 어드레스를 확인하고, 확인된 버퍼 어드레스를 포함하는 커맨드 패킷(PACKET_C)을 생성할 수 있다. 또한, 스토리지 장치(200)의 UTP 프로토콜 엔진은 스토리지 장치(200) 내부에 저장되어 관리되는 버퍼 어드레스를 포함하는 리스폰스 패킷(PACKET_R)을 생성할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the command packet (PACKET_C) transmitted from the UFS host to the UFS storage device 27 and/or the response packet (PACKET_R) transmitted from the storage device 200 to the host device 100 includes: A buffer address indicating a location of a data buffer in the host memory 21 may be included. The buffer address may correspond to a physical address indicating the location of the data buffer. As an example, table information (eg, Physical Region Description Table (PRDT)) including buffer addresses may be stored in one region of the host memory 21 , and the UTP protocol engine of the UFS host uses the PRDT to store the buffer address. may be checked, and a command packet PACKET_C including the confirmed buffer address may be generated. Also, the UTP protocol engine of the storage device 200 may generate a response packet PACKET_R including a buffer address stored and managed in the storage device 200 .

또한, UFS 호스트 컨트롤러(25)와 UFS 스토리지 장치(27)는 포트-맵 입출력(Port-Mapped I/O) 형태로 연결되어 있으며, 기입 및 독출 동작이 멀티 태스크(Multi Task) 방식으로 처리될 수 있다. 이에 따라, UFS 스토리지 장치(27)는 다수의 패킷들로부터 파싱된 다수의 커맨드들과 이에 대응하는 버퍼 어드레스들을 저장 및 관리할 수 있다. In addition, the UFS host controller 25 and the UFS storage device 27 are connected in the form of port-mapped I/O, and write and read operations can be processed in a multi-task manner. have. Accordingly, the UFS storage device 27 may store and manage a plurality of commands parsed from a plurality of packets and buffer addresses corresponding thereto.

UFS 인터페이스가 적용됨에 따라 다양한 종류의 패킷들이 정의될 수 있으며, 다양한 종류의 패킷들 중 적어도 일부의 패킷들에 대해 본 개시의 실시예가 적용될 수 있다. As the UFS interface is applied, various types of packets may be defined, and embodiments of the present disclosure may be applied to at least some of the various types of packets.

예시적인 실시예에서, UFS 인터페이스에 따른 패킷은 UPIU(UFS Protocol information unit)로 정의될 수 있으며, 그 종류로서 기입 및 독출 요청을 위한 커맨드 UPIU(Command UPIU), 리스폰스 UPIU(Response UPIU), 독출 데이터를 포함하는 Data_In UPIU, 기입 데이터를 포함하는 Data_Out UPIU, 태스크 관리 요청 UPIU(TM Request UPIU) 및 데이터 전송 요청 UPIU(Ready To Transfer(RTT) UPIU) 등의 패킷들이 정의될 수 있다. In an exemplary embodiment, a packet according to the UFS interface may be defined as a UFS Protocol information unit (UPIU), and as its types, a command UPIU (Command UPIU) for write and read requests, a Response UPIU (UPIU), and read data Packets such as Data_In UPIU including write data, Data_Out UPIU including write data, task management request UPIU (TM Request UPIU), and data transfer request UPIU (Ready To Transfer (RTT) UPIU) may be defined.

또한, 본 개시의 예시적인 실시예에 따라, UFS 인터페이스서 정의되는 패킷들 중 적어도 일부의 종류의 패킷에 전술한 버퍼 어드레스가 포함될 수 있다. 예를 들어, 호스트 메모리(21)의 데이터 버퍼의 액세스를 요구로 하는 패킷에 전술한 버퍼 어드레스가 포함될 수 있다. 본 개시의 기술적 사상에 따르면, 호스트 장치(100)와 스토리지 장치(200) 간에 통신되는 패킷 중, 커맨드 패킷(PACKET_C)은 커맨드(CMD), 서브미션 큐 아이디(SQ_ID), 및 컴플리션 큐 아이디(CQ_ID)를 포함할 수 있으며, 리스폰스 패킷(PACKET_R)은 리스폰스(RESP), 서브미션 큐 아이디(SQ_ID), 및 컴플리션 큐 아이디(CQ_ID)를 포함할 수 있다. 각 패킷의 구성에 관하여는 도 14a 및 도 14b를 참조하여 설명된다.Also, according to an exemplary embodiment of the present disclosure, the above-described buffer address may be included in at least some types of packets defined in the UFS interface. For example, the above-described buffer address may be included in a packet requesting access to the data buffer of the host memory 21 . According to the technical idea of the present disclosure, among packets communicated between the host device 100 and the storage device 200 , the command packet PACKET_C includes a command CMD, a submission queue ID SQ_ID, and a completion queue ID. (CQ_ID), and the response packet (PACKET_R) may include a response (RESP), a submission queue ID (SQ_ID), and a completion queue ID (CQ_ID). The structure of each packet will be described with reference to FIGS. 14A and 14B.

이하, 본 개시의 실시예들에 따른 호스트와 스토리지 장치 사이의 인터페이스의 구체적인 동작 예가 설명된다. 이하의 실시예들에서는 UFS 인터페이스가 채용된 호스트와 스토리지 장치가 예시될 것이나, 전술한 바와 같이 본 개시의 실시예들은 UFS 인터페이스 이외에도 다른 다양한 종류의 인터페이스에 적용될 수 있을 것이다. Hereinafter, specific operation examples of the interface between the host and the storage device according to embodiments of the present disclosure will be described. In the following embodiments, a host and a storage device employing a UFS interface will be exemplified. As described above, the embodiments of the present disclosure may be applied to various types of interfaces other than the UFS interface.

도 5는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 스토리지 시스템(10)의 동작을 도시하는 도면이다. 도 1 및 도 2가 함께 참조된다.5 is a diagram illustrating an operation of the storage system 10 according to an exemplary embodiment of the present disclosure. 1 and 2 are referred to together.

호스트 장치(100)는 복수의 프로세서들을 포함하거나, 하나의 프로세서에 복수의 코어(120)들을 포함할 수 있다. 설명의 편의를 위해 하나 이상의 프로세서들이 복수의 코어(120)들을 포함하는 것으로 가정된다. 또한, 호스트 장치(100) 및 스토리지 장치(200) 간 인터페이싱을 위해, UFS 규격이 적용됨이 가정된다.The host device 100 may include a plurality of processors or may include a plurality of cores 120 in one processor. For convenience of description, it is assumed that one or more processors include a plurality of cores 120 . Also, for interfacing between the host device 100 and the storage device 200 , it is assumed that the UFS standard is applied.

적어도 하나의 코어(120)는 각각 적어도 하나의 서브미션 큐(SQ) 및 적어도 하나의 컴플리션 큐(CQ)에 기초하여 스토리지 장치(200)와 인터페이싱 동작을 수행할 수 있다. 인터페이스 동작은, 요청된 커맨드(CMD)의 입력을 위한 서브미션 큐(SQ)와 해당 커맨드의 처리 결과를 기입하기 위한 컴플리션 큐(CQ)로 구성된 큐 페어 단위로 수행될 수 있다.At least one core 120 may perform an interfacing operation with the storage device 200 based on at least one submission queue SQ and at least one completion queue CQ, respectively. The interface operation may be performed in units of queue pairs including the submission queue SQ for inputting the requested command CMD and the completion queue CQ for writing the processing result of the corresponding command.

본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, 적어도 하나의 코어(120)는 서브미션 큐(SQ) 및 컴플리션 큐(CQ)를 이용해 메모리 동작을 처리할 수 있다. 또한, 서브미션 큐(SQ)는 서브미션 큐 헤드 포인터(SHP) 및 서브미션 큐 테일 포인터(STP)에 커맨드(CMD) 또는 리스폰스(RESP)의 처리 주소를 저장할 수 있고, 컴플리션 큐(CQ)는 컴플리션 큐 헤드 포인터(CHP) 및 컴플리션 큐 테일 포인터(CTP)에 커맨드(CMD) 또는 리스폰스(RESP)의 처리 주소를 저장할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, at least one core 120 may process a memory operation using the submission queue SQ and the completion queue CQ. In addition, the submission queue (SQ) may store the processing address of the command (CMD) or the response (RESP) in the submission queue head pointer (SHP) and the submission queue tail pointer (STP), the completion queue (CQ) ) may store the processing address of the command (CMD) or response (RESP) in the completion queue head pointer (CHP) and the completion queue tail pointer (CTP).

호스트 컨트롤러 인터페이스(190)는 SQ 도어벨 레지스터(191), SQ 중재기(192), 비트맵 도어벨 라우터(193), 비트맵 도어벨 레지스터(194), 엔트리 버퍼(195), CQ 라우터(196), CQ 도어벨 레지스터(197)를 포함할 수 있다.Host controller interface 190 includes SQ doorbell register 191, SQ arbiter 192, bitmap doorbell router 193, bitmap doorbell register 194, entry buffer 195, CQ router 196 ), the CQ doorbell register 197 may be included.

SQ 도어벨 레지스터(191)는 서브미션 큐(SQ)의 순서 또는 위치를 저장하는 포인터 저장 공간일 수 있다. SQ 도어벨 레지스터(191)는 테일 또는 헤드를 나타내는 포인터를 저장할 수 있다. 예시적인 실시예에 따라, SQ 도어벨 레지스터(191)는 서브미션 큐(SQ) 엔트리 공간의 베이스 주소를 나타내는 레지스터, 및 서브미션 큐(SQ) 엔트리의 크기를 나타내는 레지스터를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, SQ 도어벨 레지스터(191)는 서브미션 큐 헤드 포인터(SHP) 및 서브미션 큐 테일 포인터(STP)를 저장할 수 있다.The SQ doorbell register 191 may be a pointer storage space for storing the order or position of the submission queue SQ. The SQ doorbell register 191 may store a pointer indicating a tail or a head. According to an exemplary embodiment, the SQ doorbell register 191 may include a register indicating a base address of a submission queue (SQ) entry space, and a register indicating a size of a submission queue (SQ) entry. According to an exemplary embodiment, the SQ doorbell register 191 may store a submission queue head pointer (SHP) and a submission queue tail pointer (STP).

서브미션 큐(SQ)의 엔트리가 호스트 컨트롤러 인터페이스(190) 상에 저장된 주소(SQ ENTRY ADDR)는 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.The address SQ ENTRY ADDR at which the entry of the submission queue SQ is stored on the host controller interface 190 may be calculated as in Equation 1.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

즉, 서브미션 큐 엔트리 주소(SQ ENTRY ADDR)는, 서브미션 큐 헤드 포인터(SHP)에 서브미션 큐 엔트리 사이즈를 곱한 크기만큼을 서브미션 큐 엔트리 베이스 주소(SQ ENTRY BASE ADDR)에 합산한 위치일 수 있다.That is, the submission queue entry address (SQ ENTRY ADDR) is a position obtained by adding the size of the submission queue head pointer (SHP) multiplied by the submission queue entry size to the submission queue entry base address (SQ ENTRY BASE ADDR). can

SQ 도어벨 레지스터(191)에 저장된 포인터들은 커맨드(CMD)의 입력 또는 데이터의 입출력에 따라 발생하는 도어벨 알림마다 갱신될 수 있다. 본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, 코어(120)는 서브미션 큐(SQ)에 커맨드(CMD)를 기입할 수 있다. 커맨드(CMD)가 서브미션 큐(SQ)에 기입된 후, 서브미션 큐 테일 포인터(STP)가 변경될 수 있다. 커맨드(CMD)는 코어(120)에 의해 펫칭됨으로써 순차적으로, 또는 한번에 스토리지 장치(200)로 전송될 수 있다. 예를 들어, 코어(120)는 서브미션 큐(SQ)를 펫칭하고 서브미션 큐 내에 저장된 커맨드(CMD)를 스토리지 장치(200)에 전송할 수 있다. 서브미션 큐(SQ)에 기입된 커맨드(CMD)가 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)으로 전송된 후에는 서브미션 큐 헤드 포인터(SHP)가 변경될 수 있다. The pointers stored in the SQ doorbell register 191 may be updated for each doorbell notification generated according to input of a command CMD or input/output of data. According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the core 120 may write the command CMD to the submission queue SQ. After the command CMD is written to the submission queue SQ, the submission queue tail pointer STP may be changed. The commands CMD may be transmitted to the storage device 200 sequentially or at once by being fetched by the core 120 . For example, the core 120 may fetch the submission queue SQ and transmit a command CMD stored in the submission queue to the storage device 200 . After the command CMD written in the submission queue SQ is transmitted to the host controller interface 190 , the submission queue head pointer SHP may be changed.

SQ 도어벨 레지스터(191)에 저장된 서브미션 큐 헤드 포인터(SHP) 및 서브미션 큐 테일 포인터(STP)에 기초하여, 서브미션 큐에 기입된 커맨드(CMD)는 SQ 중재기(192)로 전송될 수 있다. 서브미션 큐(SQ)는 호스트 메모리(도 1, 130) 상에서 이용될 수 있으므로, 서브미션 큐(SQ)의 헤드 포인터(SHP) 또는 테일 포인터(STP)가 저장된 SQ 도어벨 레지스터(191)로부터 명령 또는 신호를 제공되는 것으로 이해될 수 있다. 본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, 코어(120)는 복수일 수 있으므로, 서브미션 큐(SQ)는 복수 개가 존재할 수 있고, SQ 중재기(192)는 복수의 서브미션 큐(SQ)를 수신할 수 있다.Based on the submission queue head pointer (SHP) and the submission queue tail pointer (STP) stored in the SQ doorbell register 191 , the command CMD written to the submission queue is to be transmitted to the SQ arbiter 192 . can Since the submission queue SQ can be used on the host memory ( FIGS. 1 and 130 ), a command from the SQ doorbell register 191 in which the head pointer SHP or the tail pointer STP of the submission queue SQ is stored or to provide a signal. According to an exemplary embodiment of the present disclosure, since there may be a plurality of cores 120 , a plurality of submission queues SQ may exist, and the SQ arbiter 192 receives the plurality of submission queues SQ. can do.

SQ 중재기(192)는 복수의 서브미션 큐(SQ)들 중 어느 하나의 서브미션 큐(SQ)를 기준에 따라 선택함으로써 서브미션 큐(SQ)의 변화에 따른 처리 순서를 중재할 수 있다. 예를 들어, SQ 중재기(192)는 복수의 서브미션 큐(SQ) 간의 처리될 커맨드(CMD)의 순서를 정할 수 있고, 복수의 서브미션 큐(SQ) 각각은 정해진 순서에 따라 선입선출(First In, First Out) 방식으로 원형 대기열에 저장된 명령을 수행할 수 있다. 이외에도, SQ 중재기(192)가 서브미션 큐 중 어느 하나를 선택하는 방식으로서 스케줄링 적용 시점에 따른 비-선점형(Non-preeptive) 스케줄링 또는 선점형(Preemptive) 스케줄링, 스케줄링의 우선순위의 변동 여부에 따른 정적 스케줄링, 및 동적 스케줄링에 이용되는 다양한 알고리즘이 이용될 수 있다. 예를 들어, SQ 중재기(192)는 순차적(또는 사이클릭(cyclic))으로 서브미션 큐를 선택함으로써 서브미션 큐 간 처리 시간이 균일한 라운드 로빈(round robin) 방식, 서브미션 큐 중 비교적 중요한 서브미션 큐에 가중치를 두고 가중치가 큰 순서대로 큐를 처리함으로써 서브미션 큐 간 처리 시간을 비균일적으로 할당하는 가중 라운드 로빈(weighted round robin) 방식, 정적 스케줄링의 일환으로서 서브미션 큐에 고정된 우선 순위를 부여하는 고정 우선순위(fixed priority) 방식 등을 적용할 수 있으나, 전술한 방법에 제한되지 않는다.The SQ arbiter 192 may arbitrate a processing order according to a change in the submission queue SQ by selecting one of the plurality of submission queues SQ according to a criterion. For example, the SQ arbiter 192 may determine the order of the commands CMD to be processed among the plurality of submission queues SQ, and each of the plurality of submission queues SQ is first-in, first-out (first-in-first-out) according to the predetermined order. Commands stored in the circular queue can be executed in the First In, First Out) method. In addition, as a method in which the SQ arbiter 192 selects any one of the submission queues, according to the scheduling application time, non-preeptive scheduling or preemptive scheduling, whether the priority of scheduling is changed Various algorithms used for static scheduling and dynamic scheduling may be used. For example, the SQ arbiter 192 selects the submission queues sequentially (or cyclically) so that the processing time between the submission queues is uniform in a round robin method, which is relatively important among the submission queues. A weighted round robin method that non-uniformly allocates processing time between submission queues by placing weights on the submission queues and processing the queues in order of increasing weights. A fixed priority method for assigning priority, etc. may be applied, but it is not limited to the above-described method.

SQ 중재기(192)는 복수의 서브미션 큐(SQ)들의 차이를 비교함으로써 복수의서브미션 큐(SQ)들의 순서를 중재할 수 있다. 본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, SQ 중재기(192)는 서브미션 큐(SQ)의 테일과 헤드를 비교할 수 있다. SQ 중재기(192)는 서브미션 큐(SQ) 정보를 획득하기 위해 SQ 도어벨 레지스터(191)에 저장된 SQ 헤드 포인터(SHP), SQ 테일 포인터(STP)를 참조할 수 있다. The SQ arbiter 192 may arbitrate the order of the plurality of submission queues SQ by comparing differences between the plurality of submission queues SQ. According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the SQ arbiter 192 may compare the tail and the head of the submission queue (SQ). The SQ arbiter 192 may refer to the SQ head pointer (SHP) and the SQ tail pointer (STP) stored in the SQ doorbell register 191 to obtain the submission queue (SQ) information.

본 개시의 예시적 실시예에 따른 SQ 중재기(192)는 호스트 컨트롤러 인터페이스(190) 내에 존재하는 SQ 도어벨 레지스터(191)에 접근함으로써 적어도 하나의 코어(120)에 의해 처리된 서브미션 큐(SQ)의 헤드와 테일을 참조할 수 있고, 빈 공간이 부족한 서브미션 큐(SQ)부터 처리되도록 중재할 수 있다.The SQ arbiter 192 according to an exemplary embodiment of the present disclosure accesses the SQ doorbell register 191 present in the host controller interface 190, thereby processing the submission queue ( The head and tail of SQ) can be referred to, and it can be arbitrated so that the submission queue (SQ) with insufficient empty space is processed.

본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, SQ 중재기(192)는 우선 처리가 필요한 플래그가 부착된 서브미션 큐(SQ)부터 처리되도록 서브미션 큐(SQ)들의 순서를 중재할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the SQ arbiter 192 may arbitrate the order of the submission queues SQ to be processed from the submission queue SQ to which a flag requiring priority processing is attached.

본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, SQ 중재기(192)는 복수의 서브미션 큐 중 선택된 서브미션 큐(SQ) 또는, 비교 결과 우선순위인 서브미션 큐(SQ)를 확정할 수 있다. SQ 중재기(192)는 확정된 서브미션 큐(SQ)에 기입된 커맨드(CMD)를 비트맵 도어벨 라우터(193)로 전송할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the SQ arbiter 192 may determine a selected submission queue (SQ) from among a plurality of submission queues or a submission queue (SQ) that is a priority as a result of comparison. The SQ arbiter 192 may transmit the command CMD written in the confirmed submission queue SQ to the bitmap doorbell router 193 .

비트맵 도어벨 라우터(193)는 커맨드(CMD)가 엔트리 버퍼(195)에 저장될 공간을 지정(즉, 경로화)할 수 있다. 본 개시의 예시적 실시예에 따르면, 비트맵 도어벨 라우터(193)는 엔트리 버퍼(195)의 점유 공간 및 유휴 공간에 대한 정보를 포함하는 비트맵 도어벨 레지스터(194)을 탐색하고, 유휴 공간에 커맨드(CMD)가 기입될 수 있도록 경로를 지정하거나 어드레스 정보를 제공할 수 있다. 예시적인 실시예에 따라, 비트맵 도어벨 라우터(193)는 SQ 중재기(192)로부터 선택된 명령이 엔트리 버퍼(195)에 저장될 공간을 지정할 수 있다. The bitmap doorbell router 193 may designate (ie, route) a space in which the command CMD is to be stored in the entry buffer 195 . According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the bitmap doorbell router 193 searches the bitmap doorbell register 194 including information on the occupied space and the idle space of the entry buffer 195, and the idle space A path may be specified or address information may be provided so that the command CMD can be written to the . According to an exemplary embodiment, the bitmap doorbell router 193 may designate a space in which the command selected from the SQ arbiter 192 is stored in the entry buffer 195 .

비트맵 도어벨 레지스터(194)는 엔트리 버퍼(195)의 저장 공간의 상태를 나타낼 수 있는 비트 저장 공간일 수 있다. 비트맵 도어벨은 1 비트 데이터 공간의 집합인 비트맵으로 표현되는 데이터 구조다. 비트맵 도어벨 레지스터(194)는 데이터 공간의 점유 여부를 비트 "0"과 비트 "1"로 표현하므로, 비트맵 도어벨 라우터(193)는 비트 "0"을 탐색함으로써 데이터가 저장되지 않은 유휴 공간에 선택된 커맨드(CMD)(또는 동작)를 기입할 수 있다. The bitmap doorbell register 194 may be a bit storage space that may indicate the state of the storage space of the entry buffer 195 . A bitmap doorbell is a data structure expressed as a bitmap, which is a set of 1-bit data spaces. Since the bitmap doorbell register 194 expresses whether or not the data space is occupied by bit “0” and bit “1”, the bitmap doorbell router 193 searches for bit “0” by searching for bit “0” to A selected command (CMD) (or action) can be written in the space.

예시적인 실시예에서, 비트맵 도어벨 레지스터(194)의 유휴 공간에 커맨드(CMD) 또는 리스폰스(RESP)가 기입되면, 해당 공간에 대한 비트맵은 비트 "1"로 변경될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 비트맵 도어벨 레지스터(194)의 점유 공간에 기입된 커맨드(CMD) 또는 리스폰스(RESP)가 처리되면, 해당 공간에 대한 비트맵은 비트 "0"로 변경될 수 있다.In an exemplary embodiment, when a command (CMD) or response (RESP) is written to the idle space of the bitmap doorbell register 194 , the bitmap for the corresponding space may be changed to bit “1”. In an exemplary embodiment, when a command (CMD) or response (RESP) written in the space occupied by the bitmap doorbell register 194 is processed, the bitmap for the corresponding space may be changed to bit “0”.

엔트리 버퍼(195)는 스토리지 장치(도 1, 200)와 주고 받을 서브미션 큐(SQ), 컴플리션 큐(CQ) 엔트리를 포함할 수 있다. 엔트리 버퍼(195)는 데이터 점유 여부를 나타내는 데이터 저장 공간 외에, 데이터 전송시에 필요한 기타 정보(UTRD(UTP Transfer Request Descriptor), PRDT, 서브미션 큐 아이디(SQ_ID), 컴플리션 큐 아이디(CQ_ID)) 를 저장하는 버퍼를 더 포함할 수 있다. The entry buffer 195 may include entries for a submission queue (SQ) and a completion queue (CQ) to be exchanged with the storage device ( FIGS. 1 and 200 ). In addition to the data storage space indicating whether data is occupied, the entry buffer 195 includes other information necessary for data transmission (UTP Transfer Request Descriptor (UTRD), PRDT, submission queue ID (SQ_ID), completion queue ID (CQ_ID)). ) may further include a buffer to store the .

예시적인 실시예에 따르면, 엔트리 버퍼(195)는, 전송되는 커맨드(CMD)가 어떤 서브미션 큐에 기입된 것인지를 나타내는 서브미션 큐 아이디(SQ_ID), 및 전송되는 커맨드(CMD)가 어떤 컴플리션 큐에 관련된 것인지를 나타내는 컴플리션 큐 아이디(CQ_ID)를 스토리지 컨트롤러(도 1, 210)에 제공할 수 있다. 유사하게, 엔트리 버퍼(195)는 제공받는 리스폰스(RESP)가 어떤 서브미션 큐에 관련된 것인지를 나타내는 서브미션 큐 아이디(SQ_ID), 및 전송되는 리스폰스(RESP)가 어떤 컴플리션 큐에 관련된 것인지를 나타내는 컴플리션 큐 아이디(CQ_ID)를 스토리지 컨트롤러(210)로부터 제공받을 수 있다.According to an exemplary embodiment, the entry buffer 195 includes a submission queue ID (SQ_ID) indicating in which submission queue the transmitted command (CMD) is written, and the completion of the transmitted command (CMD). A completion queue ID (CQ_ID) indicating whether it is related to the completion queue may be provided to the storage controller ( FIGS. 1 and 210 ). Similarly, the entry buffer 195 includes a submission queue ID (SQ_ID) indicating which submission queue the received response (RESP) is related to, and which completion queue the transmitted response (RESP) is related to. The indicated completion queue ID CQ_ID may be provided from the storage controller 210 .

호스트 장치(100)는 엔트리 버퍼(195)를 참조하여, 데이터가 저장된(즉, 비트맵 도어벨 레지스터(194)에 "1"이 저장됨) 커맨드(CMD)를 스토리지 장치(200)에 제공할 수 있다. 스토리지 장치(200)는 커맨드(CMD)에 대해 일정한 동작을 수행하고, 그 결과로서 리스폰스(RESP)를 호스트 장치(100)에 제공할 수 있다. 리스폰스(RESP)는 엔트리 버퍼(195)에 다시 저장될 수 있다. 호스트 장치(100)와 스토리지 장치(200)간은 패킷(PACKET) 단위로 데이터를 통신할 수 있으며, 커맨드(CMD)는 커맨드 패킷(PACKET_C)에, 리스폰스(RESP)는 리스폰스 패킷(PACKET_R)에 각각 포함될 수 있다.The host device 100 refers to the entry buffer 195 , and provides a command CMD in which data is stored (ie, “1” is stored in the bitmap doorbell register 194 ) to the storage device 200 . can The storage device 200 may perform a predetermined operation on the command CMD and, as a result, may provide a response RESP to the host device 100 . The response RESP may be stored back in the entry buffer 195 . Data may be communicated between the host device 100 and the storage device 200 in units of packets, and the command CMD is in the command packet PACKET_C and the response RESP is in the response packet PACKET_R, respectively. may be included.

본 개시의 예시적인 실시예에 따라, 엔트리 버퍼(195)는 복수 개의 서브미션 큐(SQ) 엔트리 및/또는 컴플리션 큐(CQ) 엔트리를 버퍼링할 수 있다. 예를 들어, 엔트리 버퍼(195)는 UTRD, PRDT, 커맨드(CMD), 리스폰스(RESP), 서브미션 큐 아이디(SQ_ID), 컴플리션 큐 아이디(CQ_ID) 등을 버퍼링할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the entry buffer 195 may buffer a plurality of submission queue (SQ) entries and/or completion queue (CQ) entries. For example, the entry buffer 195 may buffer UTRD, PRDT, command (CMD), response (RESP), submission queue ID (SQ_ID), completion queue ID (CQ_ID), and the like.

CQ 라우터(196)는 엔트리 버퍼(195)에 저장된 리스폰스(RESP)가 처리될 컴플리션 큐(CQ)을 지정(즉, 경로화)할 수 있다. 리스폰스(RESP)는 스토리지 장치(200)로부터 제공된 후, 처리 전까지 엔트리 버퍼(195)에 버퍼링될 수 있다.The CQ router 196 may designate (ie, route) the completion queue CQ to which the response RESP stored in the entry buffer 195 is to be processed. After the response RESP is provided from the storage device 200 , it may be buffered in the entry buffer 195 before processing.

본 개시의 예시적 실시예에 따르면, CQ 라우터(196)는 리스폰스(RESP)가 처리될 수 있는 코어를 탐색할 수 있고, 탐색된 코어에 의해 처리되는 컴플리션 큐(CQ)에 리스폰스(RESP)가 기입되도록 경로화할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, CQ 라우터(196)가 컴플리션 큐(CQ)에 리스폰스(RESP)를 지정한 결과, CQ 도어벨 레지스터(197)에 컴플리션 큐(CQ)의 헤드 포인터 또는 테일 포인터(예를 들어, CHP, CTP)는 갱신될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the CQ router 196 may search for a core in which a response (RESP) can be processed, and a response (RESP) to a completion queue (CQ) processed by the discovered core ) can be routed to be written. According to an exemplary embodiment, as a result of the CQ router 196 designating the response RESP to the completion queue CQ, the head pointer or tail pointer of the completion queue CQ in the CQ doorbell register 197 (eg CHP, CTP) may be updated.

예시적인 실시예에서, CQ 라우터(196)는 스토리지 장치(200)에 의해 제공된 컴플리션 큐 아이디(CQ_ID)를 참조함으로써, 리스폰스(RESP)가 복수의 코어들 중 어떤 코어에 로딩된 컴플리션 큐에 기입될 것인지를 판단할 수 있다. 예를 들어, CQ 라우터(196)는 제1 코어에 로딩된 제1 컴플리션 큐 아이디(CQ_ID)를 수신함으로써, 리스폰스(RESP)를 제1 컴플리션 큐에 기입할 수 있다. CQ 라우터(196)가 컴플리션 큐를 탐색하는 방식에는 전술한 서브미션 큐 선택 방식과 유사하게, 다양한 선택 알고리즘이 적용될 수 있다.In an exemplary embodiment, the CQ router 196 refers to the completion queue ID (CQ_ID) provided by the storage device 200 , so that the response RESP is loaded into any core among the plurality of cores. It can be determined whether or not to be written to the queue. For example, the CQ router 196 may write the response RESP to the first completion queue by receiving the first completion queue ID CQ_ID loaded into the first core. Similar to the above-described submission queue selection method, various selection algorithms may be applied to a method in which the CQ router 196 searches the completion queue.

또한, 본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, CQ 라우터(196)는 컴플리션 큐(CQ)가 오버플로우(OVERFLOW)되지 않도록 컴플리션 큐(CQ)와 엔트리 버퍼(195) 간의 데이터 입출력을 제어할 수 있다. 예를 들어, CQ 라우터(196)는 컴플리션 큐(CQ)가 가득 차서 리스폰스(RESP)를 저장할 수 없는 상태인 오버플로우가 되지 않도록, 컴플리션 큐(CQ)와 엔트리 버퍼(195) 간의 데이터 흐름을 제어할 수 있다.In addition, according to an exemplary embodiment of the present disclosure, the CQ router 196 performs data input/output between the completion queue CQ and the entry buffer 195 so that the completion queue CQ does not overflow. can be controlled For example, the CQ router 196 connects between the completion queue CQ and the entry buffer 195 so that the completion queue CQ is full and the response RESP is not overflowed. You can control the data flow.

CQ 도어벨 레지스터(197)는 컴플리션 큐(CQ)의 순서 또는 위치를 저장하는 포인터 저장 공간일 수 있다. CQ 도어벨 레지스터(197)는 테일 또는 헤드를 나타내는 포인터를 저장할 수 있다. 예시적인 실시예에 따라, CQ 도어벨 레지스터(197)는 컴플리션 큐(CQ) 엔트리 공간의 베이스 주소를 나타내는 레지스터, 및 컴플리션 큐(CQ) 엔트리의 크기를 나타내는 레지스터를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, CQ 도어벨 레지스터(197)는 컴플리션 큐 헤드 포인터(CHP) 및 컴플리션 큐 테일 포인터(CTP)를 저장할 수 있다.The CQ doorbell register 197 may be a pointer storage space for storing the order or position of the completion queue CQ. The CQ doorbell register 197 may store a pointer indicating a tail or a head. According to an exemplary embodiment, the CQ doorbell register 197 may include a register indicating a base address of a completion queue (CQ) entry space, and a register indicating a size of a completion queue (CQ) entry. . According to an exemplary embodiment, the CQ doorbell register 197 may store a completion queue head pointer (CHP) and a completion queue tail pointer (CTP).

컴플리션 큐(CQ)의 엔트리가 호스트 컨트롤러 인터페이스(190) 상에 저장된 주소(CQ ENTRY ADDR)는 수학식 2와 같이 계산될 수 있다.The address (CQ ENTRY ADDR) at which the entry of the completion queue (CQ) is stored on the host controller interface 190 may be calculated as in Equation (2).

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

즉, 컴플리션 큐 엔트리 주소(CQ ENTRY ADDR)는, 컴플리션 큐 헤드 포인터(CHP)에 컴플리션 큐 엔트리 사이즈를 곱한 크기만큼을 컴플리션 큐 엔트리 베이스 주소(CQ ENTRY BASE ADDR)에 합산한 위치일 수 있다.That is, the completion queue entry address (CQ ENTRY ADDR) is equal to the size of the completion queue head pointer (CHP) multiplied by the completion queue entry size to the completion queue entry base address (CQ ENTRY BASE ADDR). It may be a combined location.

CQ 도어벨 레지스터(197)에 저장된 포인터들은 커맨드(CMD)의 입력 또는 데이터의 입출력에 따라 발생하는 도어벨 알림마다 갱신될 수 있다. 본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, 코어(120)는 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)로부터 수신한 리스폰스(RESP)를 컴플리션 큐(CQ)에 기입할 수 있다. 리스폰스(RESP)가 컴플리션 큐(CQ)에 기입된 후, 컴플리션 큐 테일 포인터(CTP)가 변경될 수 있다. 리스폰스(RESP)는 코어(120)에 의해 펫칭됨으로써 순차적으로, 또는 한번에 처리될 수 있다. 예를 들어, 코어(120)는 컴플리션 큐(CQ)를 펫칭하고 컴플리션 큐 내에 저장된 리스폰스(RESP)에 상응하는 처리 동작을 수행할 수 있다. 컴플리션 큐(CQ)에 기입된 리스폰스(RESP)가 처리된 후에는 컴플리션 큐 헤드 포인터(CHP)가 변경될 수 있다. The pointers stored in the CQ doorbell register 197 may be updated for each doorbell notification generated according to input of a command CMD or input/output of data. According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the core 120 may write the response RESP received from the host controller interface 190 in the completion queue CQ. After the response RESP is written in the completion queue CQ, the completion queue tail pointer CTP may be changed. The responses RESP may be processed sequentially or at once by being fetched by the core 120 . For example, the core 120 may fetch the completion queue CQ and perform a processing operation corresponding to the response RESP stored in the completion queue. After the response RESP written in the completion queue CQ is processed, the completion queue head pointer CHP may be changed.

SQ 중재기(192), 비트맵 도어벨 라우터(193), CQ 라우터(196)는 로직 회로를 포함하는 하드웨어와 같은 처리 회로로서 구현될 수 있거나, 중재 동작 및/또는 라우팅 동작을 수행하는 소프트웨어를 실행하는 프로세서와 같이 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현 될 수 있다. 특히, 처리 회로는 중앙 처리 장치(Central Procesing Unit; CPU), 산술 및 논리 연산, 비트 쉬프트 등을 수행하는 ALU(Arithmetic Logic Unit), DSP(Digital Signal Processor), 마이크로프로세서(microprocessor), ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등으로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The SQ arbiter 192, the bitmap doorbell router 193, and the CQ router 196 may be implemented as processing circuitry, such as hardware including logic circuitry, or software to perform arbitration operations and/or routing operations. It can be implemented as a combination of hardware and software, such as an executing processor. In particular, the processing circuit includes a central processing unit (CPU), an arithmetic logic unit (ALU) that performs arithmetic and logic operations, bit shift, and the like, a digital signal processor (DSP), a microprocessor, and an ASIC (Application). Specific Integrated Circuit), but is not limited thereto.

하나의 비트맵 도어벨을 복수의 코어들이 공유하는 경우, 자원 점유 오버헤드가 발생함으로써 시스템 전체의 성능이 저하될 수 있다. 예를 들어, UFS 규격은 복수의 코어들 중 어느 하나의 코어가 비트맵 도어벨에 접근 시, 다른 코어들은 비트맵 도어벨에 액세스할 수 없다. When a single bitmap doorbell is shared by a plurality of cores, resource occupation overhead may occur, thereby degrading the overall system performance. For example, according to the UFS standard, when any one of a plurality of cores accesses the bitmap doorbell, other cores cannot access the bitmap doorbell.

본 개시의 기술적 사상에 따른 스토리지 시스템(도 1, 10)은 다중 큐의 자원 점유를 방지하기 위해 SQ 중재기(192) 및, CQ 라우터(196)를 포함함으로써, 다중 큐 환경에서도 UFS 규격을 채택한 호스트 장치와 스토리지 장치 간의 인터페이싱이 원활히 수행될 수 있다. The storage system ( FIGS. 1 and 10 ) according to the technical idea of the present disclosure includes an SQ arbiter 192 and a CQ router 196 to prevent resource occupation of multiple queues, so that the UFS standard is adopted even in a multi-queue environment. Interfacing between the host device and the storage device may be smoothly performed.

본 개시의 기술적 사상에 따르면, 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)에서, 복수의 코어 각각에 적합한 전용 서브미션 큐(SQ) 및 전용 컴플리션 큐(CQ), 및 각각에 대한 큐 도어벨(즉, SQ 도어벨, 및 CQ 도어벨)이 직접 이용될 수 있다. 즉, 본 개시의 기술적 사상에 따르면 UFS에 적용되는 비트맵 도어벨 구조를 그대로 유지하되 SQ 중재기(192) 및 비트맵 도어벨 라우터(193), 및 CQ 라우터(196)를 추가로 이용함으로써 스토리지 시스템(10)의 구조 변경을 최소화할 수 있고, UFS 규격을 채택한 다른 장치들과의 호환성을 유지할 수 있다.According to the spirit of the present disclosure, in the host controller interface 190 , a dedicated submission queue (SQ) and a dedicated completion queue (CQ) suitable for each of a plurality of cores, and a queue doorbell (ie, SQ) for each doorbell, and CQ doorbell) can be used directly. That is, according to the technical idea of the present disclosure, the bitmap doorbell structure applied to UFS is maintained as it is, but the SQ arbiter 192, the bitmap doorbell router 193, and the CQ router 196 are additionally used to store storage. Changes in the structure of the system 10 can be minimized, and compatibility with other devices adopting the UFS standard can be maintained.

결국, 본 개시의 기술적 사상에 따른 스토리지 시스템(10)은 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)가 스토리지 장치(200)로 직접 커맨드(CMD)를 전송함에 있어 다중 원형 큐(예를 들어, 서브미션 큐(SQ) 및 컴플리션 큐(CQ))를 이용할 수 있으므로, 복수의 코어들 간 공유 자원 점유에 따른 오버헤드를 해결하고, 성능을 극대화할 수 있다. As a result, in the storage system 10 according to the technical spirit of the present disclosure, when the host controller interface 190 directly transmits the command CMD to the storage device 200 , the multi-circular queue (eg, the submission queue SQ) ) and completion queue (CQ)), it is possible to solve the overhead of occupying shared resources between a plurality of cores and maximize performance.

도 6는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 호스트 장치(도 1, 100)의 동작 방법을 도시하는 흐름도이다. 도 6과 함께, 도 1 및 도 5가 참조된다.6 is a flowchart illustrating an operation method of the host device ( FIGS. 1 and 100 ) according to an exemplary embodiment of the present disclosure. In conjunction with FIG. 6 , reference is made to FIGS. 1 and 5 .

단계 S110에서, 호스트 장치(100)는 복수의 서브미션 큐(SQ)들에 기입된 복수의 커맨드들(CMDs)를 중재할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 코어는 복수 개일 수 있으며, 하나의 코어는 적어도 하나의 서브미션 큐(SQ) 및 적어도 하나의 컴플리션 큐(CQ)를 이용하여 커맨드(CMD) 및/또는 리스폰스(RESP)를 처리할 수 있다. 예를 들어, SQ 중재기(192)는 SQ 도어벨 레지스터(191)에 저장된 서브미션 큐 엔트리의 헤드 포인터(SHP) 및 테일 포인터(STP)를 참조하여, 커맨드(CMD) 간의 우선 순위를 중재할 수 있다.In operation S110 , the host device 100 may arbitrate the plurality of commands CMDs written in the plurality of submission queues SQ. According to an exemplary embodiment, there may be a plurality of cores, and one core uses at least one submission queue (SQ) and at least one completion queue (CQ) to perform a command (CMD) and/or response ( RESP) can be processed. For example, the SQ arbiter 192 refers to the head pointer (SHP) and the tail pointer (STP) of the submission queue entry stored in the SQ doorbell register 191 to arbitrate the priority between the commands (CMD). can

단계 S120에서, 호스트 장치(100)는 서브미션 큐(SQ) 엔트리를 엔트리 버퍼(195)에 기입할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 호스트 장치(100)는 서브미션 큐(SQ) 엔트리 전체가 아닌, 서브미션 큐(SQ)에 포함된 커맨드(CMD)만을 엔트리 버퍼(195)에 저장할 수 있다. In operation S120 , the host device 100 may write a submission queue (SQ) entry to the entry buffer 195 . In an exemplary embodiment, the host device 100 may store only the commands CMD included in the submission queue SQ in the entry buffer 195 , not all entries in the submission queue SQ.

단계 S130에서, 호스트 장치(100)는 비트맵 도어벨을 설정할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 커맨드(CMD)가 엔트리 버퍼(195)에 저장되고, 비트맵 도어벨의 특정 값이 설정될 수 있다. In operation S130 , the host device 100 may set a bitmap doorbell. In an exemplary embodiment, the command CMD is stored in the entry buffer 195 , and a specific value of the bitmap doorbell may be set.

예를 들어, SQ 중재기(192)는 선택된 어느 하나의 커맨드(CMD)를 비트맵 도어벨 라우터(193)에 전송할 수 있고, 비트맵 도어벨 라우터(193)는 비트맵 도어벨 레지스터(194)의 커맨드(CMD)가 기입될 유휴 공간을 지정함으로써 커맨드(CMD)를 엔트리 버퍼(195)에 저장할 수 있다. 커맨드(CMD)가 엔트리 버퍼(195)에 기입됨에 따라 비트맵 도어벨 레지스터(194)의 엔트리 버퍼에 상응하는 데이터 영역은 비트 "0" 에서 비트 "1"으로 변경될 수 있다.For example, the SQ arbiter 192 may transmit a selected one command (CMD) to the bitmap doorbell router 193 , and the bitmap doorbell router 193 may transmit the bitmap doorbell register 194 . The command CMD may be stored in the entry buffer 195 by designating an idle space in which the command CMD of 'CMD' is to be written. As the command CMD is written to the entry buffer 195 , the data area corresponding to the entry buffer of the bitmap doorbell register 194 may be changed from bit “0” to bit “1”.

단계 S140에서, 호스트 장치(100)는 서브미션 큐 도어벨을 갱신할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 호스트 장치(100)는 커맨드(CMD)가 엔트리 버퍼(195)에 기입됨에 따라 SQ 도어벨 레지스터(191) 중, 헤드 포인터(SHP)를 갱신할 수 있다. In step S140 , the host device 100 may update the submission queue doorbell. According to an exemplary embodiment, the host device 100 may update the head pointer SHP in the SQ doorbell register 191 as the command CMD is written into the entry buffer 195 .

본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, 처리 대상인 커맨드(CMD)가 엔트리 버퍼(195)에 기입된 이상, 커맨드(CMD)는 스토리지 장치(도 1, 200)에 전송될 예정이고, 호스트 장치(100)에서 처리되지 않을 예정이다. 따라서, 호스트 장치(100)는 서브미션 큐 헤드 포인터(SHP)를 갱신함으로써 서브미션 큐(SQ)의 공간을 효율화할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, as long as the command CMD to be processed is written in the entry buffer 195 , the command CMD is scheduled to be transmitted to the storage device ( FIGS. 1 and 200 ), and the host device 100 . ) will not be processed. Accordingly, the host device 100 may improve the space of the submission queue SQ by updating the submission queue head pointer SHP.

단계 S150에서, 호스트 장치(100)는 커맨드(CMD)를 전송하고, 리스폰스(RESP)를 수신할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 호스트 장치(100)는 커맨드(CMD)를 스토리지 장치(200)로 전송할 수 있다. 스토리지 장치(200)는 커맨드(CMD)에 기초하여 특정한 메모리 동작을 수행하고, 수행 결과에 대한 메타 데이터인 리스폰스(RESP)를 다시 호스트 장치(100)로 제공할 수 있다. 단계 S160에서, 호스트 장치(100)는 수신된 리스폰스(RESP)를 엔트리 버퍼(195)에 저장할 수 있다. 본 개시의 예시적인 실시예에 따라, 엔트리 버퍼(195)는 커맨드(CMD) 및 리스폰스(RESP)를 버퍼링할 수 있다.In operation S150 , the host device 100 may transmit a command CMD and receive a response RESP. According to an exemplary embodiment, the host device 100 may transmit a command CMD to the storage device 200 . The storage device 200 may perform a specific memory operation based on the command CMD, and may provide a response RESP, which is metadata about the execution result, back to the host device 100 . In operation S160 , the host device 100 may store the received response RESP in the entry buffer 195 . According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the entry buffer 195 may buffer a command CMD and a response RESP.

단계 S170에서, 호스트 장치(100)는 리스폰스(RESP)를 복수의 컴플리션 큐 중 어느 하나의 컴플리션 큐(CQ)에 저장되도록 지정(경로화)할 수 있다. 예를 들어, CQ 라우터(196)는 비트맵 도어벨 레지스터(194)를 참조함으로써, 기입된 복수의 리스폰스(RESP)를 참조하고, 복수의 리스폰스(RESP)들 중 어느 하나의 리스폰스(RESP)를 일정한 기준(예를 들어, 우선 순위)에 따라 선택하고, 리스폰스(RESP)를 CQ 도어벨 레지스터(197)에 저장할 수 있다. In operation S170 , the host device 100 may designate (route) the response RESP to be stored in any one of a plurality of completion queues CQ. For example, the CQ router 196 refers to a plurality of written responses (RESP) by referring to the bitmap doorbell register 194, and receives a response (RESP) of any one of the plurality of responses (RESP). It may be selected according to a predetermined criterion (eg, priority), and the response RESP may be stored in the CQ doorbell register 197 .

단계 S180에서, 호스트 장치(100)는 컴플리션 큐 도어벨을 갱신할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, CQ 라우터(196)가 컴플리션 큐(CQ)에 리스폰스(RESP)를 지정한 결과, CQ 도어벨 레지스터(197)에 컴플리션 큐(CQ)의 테일 포인터(예를 들어, CTP)는 갱신될 수 있다.In operation S180 , the host device 100 may update the completion queue doorbell. According to an exemplary embodiment, as a result of the CQ router 196 designating the response RESP to the completion queue CQ, the tail pointer of the completion queue CQ (eg, the CQ doorbell register 197 ) For example, CTP) can be updated.

본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, 호스트 컨트롤러 인터페이스(191)는 복수의 서브미션 큐들(SQs)의 순서를 중재할 수 있다. 호스트 컨트롤러 인터페이스(191)는 우선 순위를 판단하고, 선택된 서브미션 큐 엔트리에 포함된 커맨드를 엔트리 버퍼(195)에 저장할 수 있다. 예를 들어, 제1 서브미션 큐에 저장된 제1 커맨드가 엔트리 버퍼(195)에 저장될 수 있다. 제1 커맨드가 엔트리 버퍼(195)에 저장된 후, 호스트 컨트롤러 인터페이스(191)는 제1 서브미션 큐의 헤드 포인터를 갱신할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the host controller interface 191 may mediate the order of the plurality of submission queues (SQs). The host controller interface 191 may determine the priority and store the command included in the selected submission queue entry in the entry buffer 195 . For example, the first command stored in the first submission queue may be stored in the entry buffer 195 . After the first command is stored in the entry buffer 195 , the host controller interface 191 may update the head pointer of the first submission queue.

호스트 컨트롤러 인터페이스(191)는 복수의 서브미션 큐들(SQs) 중에서 다음 순서를 선택할 수 있다. 호스트 컨트롤러 인터페이스(191)는 제2 서브미션 큐에 저장된 제2 커맨드를 엔트리 버퍼(195)에 저장할 수 있다. 제2 커맨드가 엔트리 버퍼(195)에 저장된 후, 호스트 컨트롤러 인터페이스(191)는 제2 서브미션 큐의 헤드 포인터를 갱신할 수 있다. 이는 순차적으로 반복된다. 한편, 엔트리 버퍼(195)에 저장된 제1 커맨드 및 제2 커맨드는 입력된 순서대로 스토리지 장치(200)에 전송될 수 있다.The host controller interface 191 may select a next order from among the plurality of submission queues SQs. The host controller interface 191 may store the second command stored in the second submission queue in the entry buffer 195 . After the second command is stored in the entry buffer 195 , the host controller interface 191 may update the head pointer of the second submission queue. This is repeated sequentially. Meanwhile, the first command and the second command stored in the entry buffer 195 may be transmitted to the storage device 200 in an input order.

도 7은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 커맨드(CMD)가 기입되는 스토리지 시스템(10)을 도시하는 블록도이다. 도 5 및 도 6이 도 7과 함께 참조된다.7 is a block diagram illustrating the storage system 10 to which a command CMD is written according to an exemplary embodiment of the present disclosure. 5 and 6 are referenced together with FIG. 7 .

스토리지 시스템(10)은 호스트 장치(100) 및 스토리지 장치(200)를 포함할 수 있다. 도 1의 은 호스트 장치(100) 및 스토리지 장치(200)는 각각 도 7의 은 호스트 장치(100) 및 스토리지 장치(200)에 적용될 수 있는 바, 상충되지 않는 범위에서 중복되는 설명은 생략된다.The storage system 10 may include a host device 100 and a storage device 200 . Since the silver host device 100 and the storage device 200 of FIG. 1 may be applied to the silver host device 100 and the storage device 200 of FIG. 7 , respectively, overlapping descriptions will be omitted in a non-conflicting range.

호스트 장치(100)는 제1 코어(121) 및 제2 코어(123)를 포함할 수 있다. The host device 100 may include a first core 121 and a second core 123 .

제1 코어(121)는 제1 서브미션 큐(SQ1)에 커맨드(CMD)를 기입할 수 있으며, 제1 서브미션 큐 헤드 포인터(SHP1) 및 제1 서브미션 큐 테일 포인터(STP1)를 참조할 수 있다. 제1 서브미션 큐 헤드 포인터(SHP1) 및 제1 서브미션 큐 테일 포인터(STP1)는 제1 서브미션 큐 도어벨에 포함될 수 있다. 또한, 제1 코어(121)는 제1 컴플리션 큐 헤드 포인터(CHP1) 및 제1 컴플리션 큐 테일 포인터(CTP1)를 참조함으로써 제1 컴플리션 큐(CQ1)에 기입된 리스폰스(RESP)를 처리할 수 있다.The first core 121 may write the command CMD to the first submission queue SQ1 and refer to the first submission queue head pointer SHP1 and the first submission queue tail pointer STP1. can The first submission queue head pointer SHP1 and the first submission queue tail pointer STP1 may be included in the first submission queue doorbell. In addition, the first core 121 refers to the first completion queue head pointer CHP1 and the first completion queue tail pointer CTP1 to refer to the response RESP written in the first completion queue CQ1. ) can be dealt with.

제2 코어(123)는 제2 서브미션 큐(SQ2)에 커맨드(CMD)를 기입할 수 있으며, 제2 서브미션 큐 헤드 포인터(SHP2) 및 제2 서브미션 큐 테일 포인터(STP2)를 참조할 수 있다. 또한, 제2 코어(123)는 제2 컴플리션 큐(CQ2)의 제2 컴플리션 큐 헤드 포인터(CHP2) 및 제2 컴플리션 큐 테일 포인터(CTP2)를 각각 포함할 수 있다.The second core 123 may write the command CMD to the second submission queue SQ2 and refer to the second submission queue head pointer SHP2 and the second submission queue tail pointer STP2. can Also, the second core 123 may include a second completion queue head pointer CHP2 and a second completion queue tail pointer CTP2 of the second completion queue CQ2, respectively.

본 개시의 예시적인 실시예에 따라, 호스트 장치(100)는 제1 코어(112)에서 실행된 제1 서브미션 큐(SQ1)를 펫칭(fetching)한 결과, 제1 커맨드(CMD1)를 엔트리 버퍼(195)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 비트맵 도어벨 라우터(193)는 비트맵 도어벨 레지스터(135)에 저장된 비트를 참조함으로써 빈 공간을 탐색할 수 있다. 엔트리 버퍼(195)는 제1 커맨드(CMD1)를 버퍼링을 위한 데이터 공간에 기입할 수 있고, 비트맵 도어벨 레지스터(194)의 제1 커맨드(CMD1)가 기입된 공간에 상응하는 비트맵의 값은, 비트 "0" 에서 비트 "1"로 변경될 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present disclosure, as a result of fetching the first submission queue SQ1 executed by the first core 112 , the host device 100 stores the first command CMD1 into the entry buffer (195) may be provided. For example, the bitmap doorbell router 193 may search for an empty space by referring to the bit stored in the bitmap doorbell register 135 . The entry buffer 195 may write the first command CMD1 to the data space for buffering, and a bitmap value corresponding to the space in which the first command CMD1 of the bitmap doorbell register 194 is written. may be changed from bit “0” to bit “1”.

예시적인 실시예에 따라, 제1 커맨드(CMD1)의 전송과 함께, 제1 서브미션 큐(SQ1), 제2 서브미션 큐(SQ2) 중 어떤 서브미션 큐에 기입되었던 커맨드(CMD)가 전송되었는지를 지시하는 서브미션 큐 아이디(SQ_ID)가 엔트리 버퍼(195)에 저장될 수 있다. 또한, 제1 컴플리션 큐(CQ1), 및 제2 컴플리션 큐(CQ2) 중 컴퓨팅 리스소가 충분하거나, 큐의 데이터 공간이 비어있는 컴플리션 큐(CQ)를 지시하는 컴플리션 큐 아이디(CQ_ID)가 엔트리 버퍼(195)에 전송될 수 있다. 제1 커맨드(CMD1), 서브미션 큐 아이디(SQ_ID), 및 컴플리션 큐 아이디(CQ_ID)는 패킷(PACKET)의 형태로 전송될 수 있다. According to an exemplary embodiment, along with the transmission of the first command CMD1 , the command CMD that has been written in which submission queue among the first submission queue SQ1 and the second submission queue SQ2 is transmitted A submission queue ID (SQ_ID) indicating , may be stored in the entry buffer 195 . In addition, completion indicating a completion queue CQ with sufficient computing resources or an empty data space of the first completion queue CQ1 and the second completion queue CQ2 A queue ID (CQ_ID) may be transmitted to the entry buffer 195 . The first command CMD1, the submission queue ID SQ_ID, and the completion queue ID CQ_ID may be transmitted in the form of a packet PACKET.

본 개시의 예시적인 실시예에서, 제1 커맨드(CMD1)가 전송된 후, 제1 서브미션 큐(SQ1)의 서브미션 큐 헤드 포인터(SHP1)는 갱신될 수 있다(HP update). 예를 들어, 서브미션 큐 헤드 포인터(SHP1)의 헤드의 값이 1 증가함으로써(++HEAD), 제1 서브미션 큐(SQ1)의 헤드가 지시하는 기입 공간이 변경될 수 있다. 제1 서브미션 큐 헤드 포인터(SHP1)가 1만큼 증가함으로써, 제1 서브미션 큐(SQ1)에 기입되었던 제1 커맨드(CMD1)는 소거될 수 있다. 즉 제1 커맨드(CMD1)는 큐에서 제거될 수 있다(CMD1 dequeue). In an exemplary embodiment of the present disclosure, after the first command CMD1 is transmitted, the submission queue head pointer SHP1 of the first submission queue SQ1 may be updated (HP update). For example, when the value of the head of the submission queue head pointer SHP1 increases by 1 (++HEAD), the writing space indicated by the head of the first submission queue SQ1 may be changed. As the first submission queue head pointer SHP1 increases by 1, the first command CMD1 written in the first submission queue SQ1 may be erased. That is, the first command CMD1 may be removed from the queue (CMD1 dequeue).

본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, 처리 대상인 커맨드(CMD)가 엔트리 버퍼(195)에 기입된 이상, 커맨드(CMD)는 호스트 장치(100)에서 처리되지 않을 예정이다. 예를 들어, 제1 커맨드(CMD1)는 제1 서브미션 큐(SQ1)에서 엔트리 버퍼(195)로 저장 공간이 이동함에 따라, 제1 서브미션 큐(SQ1)는 더 이상 제1 커맨드(CMD1)를 저장할 필요가 없다. 기입 공간이 한정적인 원형 큐의 특성상, 불필요한 커맨드는 제거되어야 새로운 커맨드가 기입될 수 있다. 따라서, 제1 커맨드(CMD1)가 엔트리 버퍼(195)에 저장된 후, 제1 서브미션 큐(SQ1)에 기입되었던 제1 커맨드(CMD1)는 기입 공간의 서브미션 큐 헤드 포인터(SHP1)가 갱신됨으로써(즉, 헤드 값이 1 증가함으로써) 큐에서 제거될 수 있다. 따라서, 호스트 장치(100)는 제1 커맨드(CMD1)를 제1 서브미션 큐(SQ1)에서 제거함으로써 입출력을 효율화할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present disclosure, as long as the command CMD to be processed is written in the entry buffer 195 , the command CMD is not scheduled to be processed by the host device 100 . For example, as the storage space of the first command CMD1 moves from the first submission queue SQ1 to the entry buffer 195 , the first submission queue SQ1 is no longer the first command CMD1 . no need to save Due to the characteristics of the circular queue in which the write space is limited, unnecessary commands must be removed before new commands can be written. Accordingly, after the first command CMD1 is stored in the entry buffer 195 , the first command CMD1 written in the first submission queue SQ1 is updated by updating the submission queue head pointer SHP1 in the write space. It can be removed from the queue (ie, by incrementing the head value by 1). Accordingly, the host device 100 may increase input/output efficiency by removing the first command CMD1 from the first submission queue SQ1 .

호스트 장치(100)는 엔트리 버퍼(195)를 통해 스토리지 장치(200)에 제1 커맨드(CMD1)을 제공할 수 있다. 비트맵 도어벨 레지스터(194)는 제1 커맨드(CMD1)가 전송된 후, 제1 커맨드(CMD1)가 기입되었던 공간에 상응하는 비트맵의 값을, 비트 "1" 에서 비트 "0"으로 변경시킬 수 있다. The host device 100 may provide the first command CMD1 to the storage device 200 through the entry buffer 195 . After the first command CMD1 is transmitted, the bitmap doorbell register 194 changes the value of the bitmap corresponding to the space in which the first command CMD1 was written from bit “1” to bit “0”. can do it

도 8은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 리스폰스(RESP)가 기입되는 스토리지 시스템(10)을 도시하는 블록도이다. 도 8는 도 7 에 따른 제1 커맨드(CMD1)이 기입된 후의 동작을 도시하므로, 도 7과 중복되는 설명은 생략된다. 도 5 내지 도 7이 도 8과 함께 참조된다.8 is a block diagram illustrating a storage system 10 to which a response RESP is written according to an exemplary embodiment of the present disclosure. Since FIG. 8 shows an operation after the first command CMD1 according to FIG. 7 is written, a description overlapping with FIG. 7 will be omitted. 5 to 7 are referenced together with FIG. 8 .

본 개시의 예시적인 실시예에 따라, 스토리지 장치(200)는 제1 커맨드(CMD)를 수행한 결과 제2 리스폰스(RESP2)를 생성하고, 제2 리스폰스(RESP2)를 호스트 장치(100)에 다시 전송할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the storage device 200 generates a second response RESP2 as a result of performing the first command CMD, and sends the second response RESP2 back to the host device 100 . can be transmitted

본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, 엔트리 버퍼(195)는 리스폰스(RESP)를 저장할 수 있다. 예를 들어, 엔트리 버퍼(195)는 제2 리스폰스(RESP2)를 버퍼링을 위한 데이터 공간에 기입할 수 있고, 비트맵 도어벨 레지스터(194)의 제2 리스폰스(RESP2)가 기입된 공간에 상응하는 비트맵의 값은, 비트 "0" 에서 비트 "1"로 변경될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the entry buffer 195 may store a response RESP. For example, the entry buffer 195 may write the second response RESP2 to the data space for buffering, and the second response RESP2 of the bitmap doorbell register 194 may correspond to the written space. The value of the bitmap may be changed from bit “0” to bit “1”.

제2 리스폰스(RESP2)의 전송과 함께, 제1 서브미션 큐(SQ1), 제2 서브미션 큐(SQ2) 중 어떤 서브미션 큐와 관련된 커맨드(예를 들어, 제1 커맨드(CMD1))가 처리되었는지를 지시하는 서브미션 큐 아이디(SQ_ID), 및 제1 컴플리션 큐(CQ1), 및 제2 컴플리션 큐(CQ2) 중 어떤 컴플리션 큐와 관련된 커맨드가 전송되었는지를 지시하는 컴플리션 큐 아이디(CQ_ID)가 호스트 장치(100)에 전송될 수 있다. 제2 리스폰스(RESP2), 서브미션 큐 아이디(SQ_ID), 및 컴플리션 큐 아이디(CQ_ID)는 패킷(PACKET)의 형태로 전송될 수 있다.Along with the transmission of the second response RESP2, a command related to any of the first submission queue SQ1 and the second submission queue SQ2 (eg, the first command CMD1) is processed A submission queue ID (SQ_ID) indicating whether or not a completion queue has been transmitted A session queue ID (CQ_ID) may be transmitted to the host device 100 . The second response RESP2, the submission queue ID SQ_ID, and the completion queue ID CQ_ID may be transmitted in the form of a packet PACKET.

예시적인 실시예에서, 리스폰스(RESP)는 스토리지 장치(200)에 의해 제공된 컴플리션 큐 아이디(CQ_ID)에 기초하여, 제1 코어(121) 및 제2 코어(123)들 중 참조된 컴플리션 큐 아이디(CQ_ID)에 해당하는 컴플리션 큐(CQ)에 기입될 수 있다. 예를 들어, 리스폰스(RESP)는 제2 코어(113)에 로딩된 제2 컴플리션 큐(CQ2)를 지시하는 컴플리션 큐 아이디(CQ_ID)에 따라, 제2 컴플리션 큐(CQ2)에 기입될 수 있다. In an exemplary embodiment, the response RESP is based on the completion queue ID CQ_ID provided by the storage device 200 , the complete referenced among the first core 121 and the second core 123 . It may be written in the completion queue (CQ) corresponding to the completion queue ID (CQ_ID). For example, the response RESP is the second completion queue CQ2 according to the completion queue ID CQ_ID indicating the second completion queue CQ2 loaded in the second core 113 . can be entered in

본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, CQ 라우터(196)는 리스폰스(RESP)를 컴플리션 큐(CQ)로 지정(즉, 경로화)할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 제2 리스폰스(RESP2)는 호스트 장치(100)가 제2 컴플리션 큐(CQ2)에 접근 가능한지 여부가 결정될 때까지 엔트리 버퍼(195)에서 임시로 저장될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the CQ router 196 may designate (ie, route) the response RESP to the completion queue CQ. According to an exemplary embodiment, the second response RESP2 may be temporarily stored in the entry buffer 195 until it is determined whether the host device 100 can access the second completion queue CQ2.

예시적인 실시예에서, 제2 리스폰스(RESP2)가 기입된 후, 제2 컴플리션 큐(CQ2)의 제2 컴플리션 큐 테일 포인터(CTP2)는 갱신될 수 있다(CP update). 예를 들어, 제2 컴플리션 큐 테일 포인터(CTP2)의 테일의 값이 1 증가함으로써(++TAIL), 제2 컴플리션 큐(CQ2)의 테일이 지시하는 기입 공간이 변경될 수 있다. 즉, 테일 포인터가 1 증가함으로써, 제2 컴플리션 큐(CQ2)에 제2 리스폰스(RESP2)가 추가로 기입될 수 있다(RESP2 enqueue).In an exemplary embodiment, after the second response RESP2 is written, the second completion queue tail pointer CTP2 of the second completion queue CQ2 may be updated (CP update). For example, when the value of the tail of the second completion queue tail pointer CTP2 increases by 1 (++TAIL), the write space indicated by the tail of the second completion queue CQ2 may be changed. . That is, as the tail pointer increases by 1, the second response RESP2 may be additionally written into the second completion queue CQ2 (RESP2 enqueue).

비트맵 도어벨 레지스터(194)는, 제2 리스폰스(RESP2)가 제2 컴플리션 큐(CQ2)에 기입된 후, 제2 리스폰스(RESP2)가 기입되었던 공간의 상태를 비트 "1" 에서 비트 "0" 으로 변경시킬 수 있다. The bitmap doorbell register 194 holds the state of the space in which the second response RESP2 was written after the second response RESP2 has been written to the second completion queue CQ2 in bit “1”. It can be changed to "0".

도 9는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 커맨드가 원형 큐에 기입되는 과정을 도시한 도면이다. 도 9에서 도시된 원형 큐는 도 1 내지 도 8에서 개시된 서브미션 큐(SQ), 및/또는 컴플리션 큐(CQ)에 적용될 수 있다. 도 1, 및 도 2가 함께 참조된다.9 is a diagram illustrating a process in which a command is written into a circular queue according to an exemplary embodiment of the present disclosure. The circular queue shown in FIG. 9 may be applied to the submission queue SQ and/or the completion queue CQ disclosed in FIGS. 1 to 8 . 1 and 2 are referred to together.

원형 큐는 처음과 끝이 연결된 배열로서, 데이터를 삽입하고 삭제할 수 있는 자료 구조다. 원형 큐의 헤드와 테일의 초기값은 0이며, 헤드의 값과 테일의 값이 같다면 원형 큐는 비어있다고 해석된다. 헤드(HEAD)와 테일(TAIL)의 값이 각각 0인 초기 상태에서, 새로운 데이터(예를 들어, 커맨드)가 기입될 수 있다. 새로운 데이터(예를 들어, 커맨드)는 테일(TAIL)이 지시하는 공간에 기입될 수 있다.A circular queue is an array with a connected beginning and an end, and is a data structure in which data can be inserted and deleted. The initial value of the head and tail of the circular queue is 0, and if the value of the head and the value of the tail are the same, the circular queue is interpreted as empty. In an initial state in which the values of the head HEAD and the tail TAIL are 0, new data (eg, a command) may be written. New data (eg, a command) may be written in a space indicated by the TAIL.

도 9를 참조하면, 원형 큐에 8개의 기입 가능 공간이 있고, 제1 커맨드(CMD1), 제2 커맨드(CMD2) 및 제3 커맨드(CMD3)가 기입되었다고 가정된다.Referring to FIG. 9 , it is assumed that there are 8 writable spaces in the circular queue, and that the first command CMD1 , the second command CMD2 , and the third command CMD3 have been written.

테일(TAIL)이 지시하는 공간에 커맨드가 기입될 수 있고, 1개의 커맨드가 기입될 때마다 포인터의 값은 1씩 증가할 수 있다. 예를 들어, 헤드(HEAD)의 초기값은 0일 수 있고, 제1 커맨드 내지 제3 커맨드(CMD1~CMD3)가 기입된 후에 테일(TAIL)의 값은 3일 수 있다. 즉, 테일(TAIL)은 커맨드가 기입될 공간을 지시하며, 데이터가 기입된 후에는 데이터가 기입된 공간의 바로 다음 공간을 지시하도록 값이 증가할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 제1 커맨드(CMD1), 제2 커맨드(CMD2) 및 제3 커맨드(CMD3)가 순차적으로 기입됨에 따라, 테일(TAIL)은 1씩 증가할 수 있고, 제3 커맨드(CMD3)가 기입됨에 따라 테일(TAIL)은 제3 커맨드(CMD3)의 바로 다음 공간을 지시할 수 있다.A command may be written in the space indicated by the TAIL, and each time one command is written, the value of the pointer may increase by one. For example, the initial value of the head HEAD may be 0, and the value of the tail TAIL may be 3 after the first to third commands CMD1 to CMD3 are written. That is, the tail indicates a space in which a command is to be written, and after data is written, the value may increase to indicate a space immediately following the space in which data is written. According to an exemplary embodiment, as the first command CMD1 , the second command CMD2 , and the third command CMD3 are sequentially written, the tail TAIL may increase by 1 and the third command CMD3 As CMD3 is written, the tail TAIL may indicate a space immediately following the third command CMD3 .

예시적인 실시예에서, 원형 큐에 제4 커맨드(CMD4)가 기입될 수 있다(Enqueue CMD4). 헤드(HEAD)는 초기값 0을 유지할 수 있고, 테일(TAIL)은 새로운 커맨드의 기입에 따라 값을 1 증가시킬 수 있다(++TAIL). 따라서, 테일(TAIL)은 제4 커맨드(CMD4)의 바로 다음 공간를 지시할 수 있다.In an exemplary embodiment, the fourth command CMD4 may be written to the circular queue (Enqueue CMD4). The head HEAD may maintain an initial value of 0, and the tail TAIL may increase the value by 1 according to writing of a new command (++TAIL). Accordingly, the tail TAIL may indicate a space immediately following the fourth command CMD4 .

상기와 같이 원형 큐에 커맨드가 순차적으로 기입됨에 따라, 헤드는 동일하되 테일의 값이 1씩 증가하게 된다(++TAIL). 테일의 값+1이 헤드의 값과 같다면, 원형 큐는 가득 찼다고 해석된다. 예시적인 실시예에서, 원형 큐의 데이터 수용 용량인 큐 뎁스(queue depth)가 한정적이기 때문에 테일(TAIL)의 값은 기존의 주소를 재활용하는 랩-어라운드(wrap around) 방식으로 할당될 수 있다. 예를 들어, 원형 큐의 큐 뎁스가 N인 경우, 증가된 테일(TAIL)의 값이 N임에 따라 테일(TAIL)은 다시 주소에 상응하는 값으로 0을 가질 수 있다. 이와 같이 원형 큐는 마지막 주소의 다음 주소는 처음 주소가 되는 특징이 있으므로 한정된 데이터 공간 할당 환경에 유리하며, 구현이 용이하다.As the commands are sequentially written to the circular queue as described above, the head is the same but the value of the tail increases by 1 (++TAIL). If the value of tail + 1 is equal to the value of head, it is interpreted that the circular queue is full. In an exemplary embodiment, since the queue depth, which is the data accommodating capacity of the circular queue, is limited, the value of the TAIL may be allocated in a wrap-around method that reuses an existing address. For example, when the queue depth of the circular queue is N, the tail TAIL may have 0 as a value corresponding to the address again as the value of the increased tail TAIL is N. As such, the circular queue has a characteristic that the next address of the last address becomes the first address, so it is advantageous in a limited data space allocation environment and is easy to implement.

본 개시의 예시적 실시예에 따르면, 도 1 내지 도 8의 서브미션 큐(SQ) 및/또는 컴플리션 큐(CQ)는 원형 큐로 구현될 수 있다. 원형 큐 구조가 이용된다면 단순하게 테일(TAIL)이 지시하는 기입 공간의 주소인 테일 포인터만을 1씩 증가시킴으로써(++TAIL) 서브미션 큐, 및/또는 컴플리션 큐에 커맨드(또는 리스폰스)를 용이하게 기입할 수 있다. 유사하게, 헤드 포인터를 1씩 증가시킴으로써(++HEAD) 서브미션 큐, 및/또는 컴플리션 큐에 기입된 커맨드(또는 리스폰스)를 용이하게 소거할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the submission queue SQ and/or the completion queue CQ of FIGS. 1 to 8 may be implemented as a circular queue. If the circular queue structure is used, a command (or response) is sent to the submission queue and/or the completion queue by simply incrementing the tail pointer, which is the address of the write space indicated by the TAIL, by 1 (++TAIL). It can be written easily. Similarly, by incrementing the head pointer by one (++HEAD), it is possible to easily clear the command (or response) written to the submission queue and/or the completion queue.

도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 스토리지 시스템(10)의 동작 방법을 도시하는 흐름도이다. 도 10이 도 1 및 도 5와 함께 참조된다.10 is a flowchart illustrating an operating method of the storage system 10 according to an exemplary embodiment of the present disclosure. FIG. 10 is referred to in conjunction with FIGS. 1 and 5 .

단계 S205에서, 코어(120)는 커맨드(CMD)를 발행할 수 있다. 커맨드(CMD)는 서브미션 큐(SQ) 엔트리에 기입될 수 있다. In step S205 , the core 120 may issue a command CMD. The command CMD may be written to the submission queue SQ entry.

단계 S210에서, 코어(120)는 서브미션 큐(SQ)에 발행된 커맨드(CMD)를 기입하고, SQ 도어벨을 갱신할 수 있다. 예를 들어, 코어(120)는 SQ 도어벨의 테일 포인터(STP)를 갱신함으로써, 데이터의 기입에 따른 처리를 수행할 수 있다.In step S210 , the core 120 may write the command CMD issued to the submission queue SQ and update the SQ doorbell. For example, the core 120 may update the tail pointer (STP) of the SQ doorbell to perform processing according to data writing.

단계 S215에서, 코어(120)는 서브미션 큐(SQ) 엔트리를 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)에 전송할 수 있다. 서브미션 큐(SQ) 자체는 실질적으로 호스트 메모리(도 1, 130)에 저장되며, 코어(120)에 의해 관리될 수 있다. 따라서, 코어(120)는 서브미션 큐(SQ)의 엔트리 정보를 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)로 전송할 수 있다.In operation S215 , the core 120 may transmit a submission queue (SQ) entry to the host controller interface 190 . The submission queue SQ itself is substantially stored in the host memory ( FIGS. 1 and 130 ) and may be managed by the core 120 . Accordingly, the core 120 may transmit entry information of the submission queue SQ to the host controller interface 190 .

단계 S220에서, 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)는 서브미션 큐(SQ) 엔트리를 엔트리 버퍼(195)에 저장할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)는 복수의 서브미션 큐(SQ)들에 기입된 복수의 커맨드들(CMDs)를 중재할 수 있고, SQ 중재기(192)는 SQ 도어벨 레지스터(191)에 저장된 서브미션 큐 엔트리의 헤드 포인터(SHP) 및 테일 포인터(STP)를 참조하여, 커맨드(CMD) 간의 우선 순위를 중재할 수 있다. 중재 결과로서, 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)는 서브미션 큐(SQ)에 포함된 커맨드(CMD)를 엔트리 버퍼(195)에 저장할 수 있다. In operation S220 , the host controller interface 190 may store a submission queue (SQ) entry in the entry buffer 195 . According to an exemplary embodiment, the host controller interface 190 may arbitrate a plurality of commands CMDs written to a plurality of submission queues SQ, and the SQ arbiter 192 is an SQ doorbell register. With reference to the head pointer (SHP) and the tail pointer (STP) of the submission queue entry stored in ( 191 ), it is possible to arbitrate the priority between the commands (CMD). As a result of the arbitration, the host controller interface 190 may store the command CMD included in the submission queue SQ in the entry buffer 195 .

단계 S225에서, 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)는 비트맵 도어벨을 설정할 수 있다. 예를 들어, 엔트리 버퍼(195)는 커맨드(CMD)를 버퍼링을 위한 데이터 공간에 기입할 수 있고, 비트맵 도어벨 레지스터(194)의 커맨드(CMD)가 기입된 공간에 상응하는 비트맵의 값은 비트 "0" 에서 비트 "1"로 변경될 수 있다.In step S225 , the host controller interface 190 may set a bitmap doorbell. For example, the entry buffer 195 may write a command CMD to a data space for buffering, and a bitmap value corresponding to the space in which the command CMD of the bitmap doorbell register 194 is written. may be changed from bit “0” to bit “1”.

단계 S230에서, 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)는 서브미션 큐 도어벨을 갱신할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)는 커맨드(CMD)가 엔트리 버퍼(195)에 기입됨에 따라 SQ 도어벨 레지스터(191) 중 서브미션 큐 헤드 포인터(SHP)를 갱신할 수 있다. In step S230 , the host controller interface 190 may update the submission queue doorbell. According to an exemplary embodiment, the host controller interface 190 may update the submission queue head pointer SHP in the SQ doorbell register 191 as the command CMD is written into the entry buffer 195 .

본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, 처리 대상인 커맨드(CMD)가 엔트리 버퍼(195)에 기입되면, 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)는 서브미션 큐 헤드 포인터(SHP)를 갱신함으로써 서브미션 큐(SQ)의 공간을 효율화할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, when a command (CMD) to be processed is written to the entry buffer 195 , the host controller interface 190 updates the submission queue head pointer SHP to thereby set the submission queue SQ. space can be made efficient.

단계 S235에서, 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)는 커맨드(CMD)를 전송하고, 리스폰스(RESP)를 수신할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)는 커맨드(CMD)를 스토리지 장치(200)로 전송할 수 있다. 스토리지 장치(200)는 커맨드(CMD)에 기초하여 특정한 메모리 동작을 수행하고, 수행 결과에 대한 메타 데이터인 리스폰스(RESP)를 다시 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)로 제공할 수 있다. In operation S235 , the host controller interface 190 may transmit a command CMD and receive a response RESP. According to an exemplary embodiment, the host controller interface 190 may transmit a command CMD to the storage device 200 . The storage device 200 may perform a specific memory operation based on the command CMD, and may provide a response RESP, which is metadata about the execution result, back to the host controller interface 190 .

단계 S240에서, 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)는 수신된 리스폰스(RESP)를 엔트리 버퍼(195)에 저장할 수 있다. 본 개시의 예시적인 실시예에 따라, 엔트리 버퍼(195)는 리스폰스(RESP)의 경로가 설정되기 전까지, 리스폰스(RESP)를 버퍼링할 수 있다.In operation S240 , the host controller interface 190 may store the received response RESP in the entry buffer 195 . According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the entry buffer 195 may buffer the response RESP until the path of the response RESP is established.

단계 S245에서, 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)는 리스폰스(RESP)를 컴플리션 큐(CQ) 엔트리로 전송할 수 있다. 본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, CQ 라우터(196)는 리스폰스(RESP)가 복수의 컴플리션 큐 중 어느 하나의 컴플리션 큐(CQ)에 저장되도록 지정(경로화)할 수 있다. 예를 들어, CQ 라우터(196)는 비트맵 도어벨 레지스터(194)를 참조함으로써, 복수의 리스폰스(RESP)들 중 어느 하나의 리스폰스(RESP)를 일정한 기준(예를 들어, 우선 순위)에 따라 선택하고, 리스폰스(RESP)의 포인터를 CQ 도어벨 레지스터(197)에 저장할 수 있다. 그 후, 리스폰스(RESP)는 컴플리션 큐(CQ)에 기입될 수 있다. 컴플리션 큐(CQ) 자체는 실질적으로 호스트 메모리(130)에 저장되며, 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)는 컴플리션 큐(CQ)의 엔트리 정보를 코어(120)로 전송할 수 있다.In operation S245 , the host controller interface 190 may transmit a response RESP to a completion queue CQ entry. According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the CQ router 196 may designate (route) the response RESP to be stored in any one completion queue CQ among a plurality of completion queues. For example, by referring to the bitmap doorbell register 194 , the CQ router 196 selects any one of a plurality of responses RESP according to a predetermined criterion (eg, priority). selected, and the pointer of the response RESP may be stored in the CQ doorbell register 197 . Thereafter, the response RESP may be written to the completion queue CQ. The completion queue CQ itself is substantially stored in the host memory 130 , and the host controller interface 190 may transmit entry information of the completion queue CQ to the core 120 .

단계 S250에서, 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)는 컴플리션 큐 도어벨을 ROD신할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)는 리스폰스(RESP)가 컴플리션 큐(CQ)에 기입됨에 따라 CQ 도어벨 레지스터(197) 중 컴플리션 큐 테일 포인터(CTP)를 갱신할 수 있다.In step S250, the host controller interface 190 may send the completion queue doorbell ROD. According to an exemplary embodiment, the host controller interface 190 may update the completion queue tail pointer CTP in the CQ doorbell register 197 as the response RESP is written to the completion queue CQ. can

단계 S255에서, 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)는 비트맵 도어벨을 소거할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)는 커맨드(CMD)에 따른 리스폰스(RESP)를 특정 컴플리션 큐(CQ)에 지정하도록 CQ 도어벨 레지스터(197)에 저장한 후, 해당 커맨드(CMD)와 관련된 서브미션 큐(SQ), 및 해당 리스폰스(RESP)와 관련된 컴플리션 큐(CQ)와 관련된 비트맵들을 제거함으로써, 비트맵 도어벨의 유휴 공간을 확보할 수 있다. In step S255, the host controller interface 190 may erase the bitmap doorbell. According to an exemplary embodiment, the host controller interface 190 stores the CQ doorbell register 197 to designate a response RESP according to the command CMD to a specific completion queue CQ, and then stores the corresponding command By removing the bitmaps related to the submission queue SQ related to (CMD) and the completion queue CQ related to the corresponding response RESP, an idle space of the bitmap doorbell can be secured.

예를 들어, 도 7 및 도 8의 과정을 참조하면, 제1 서브미션 큐(SQ1)에 기입되있던 제1 커맨드(CMD1), 서브미션 큐 아이디(SQ_ID), 및 컴플리션 큐 아이디(CQ_ID)는 엔트리 버퍼(195)에 저장되고, 비트맵 도어벨 레지스터(194)의 메모리 영역 상태를 변경시킬 수 있다(비트 "0" → 비트 "1"). 제1 커맨드(CMD1)는 스토리지 장치(200)에 제공될 수 있고, 제1 커맨드(CMD1)에 따른 제2 리스폰스(RESP2)가 서브미션 큐 아이디(SQ_ID), 및 컴플리션 큐 아이디(CQ_ID)와 함께 다시 엔트리 버퍼(195)에 저장될 수 있다. 제2 리스폰스(RESP2)는 제2 컴플리션 큐(CQ2)로 지정되어, CQ 도어벨 레지스터(197)에 저장될 수 있다. 제1 커맨드(CMD1) 및 제2 리스폰스(RESP2) 과정에서 생성되거나 저장된 데이터들(제1 커맨드(CMD1) 및 제2 리스폰스(RESP2), 그리고 엔트리 버퍼(195)에 저장되었던 서브미션 큐 아이디(SQ_ID), 및 컴플리션 큐 아이디(CQ_ID))은 제2 리스폰스(RESP2)가 처리됨에 따라 소거될 수 있다. 결과적으로, 비트맵 도어벨 레지스터(194), 엔트리 버퍼(195)는 초기화될 수 있다.For example, referring to the processes of FIGS. 7 and 8 , the first command CMD1 written in the first submission queue SQ1, the submission queue ID SQ_ID, and the completion queue ID CQ_ID ) is stored in the entry buffer 195 and may change the state of the memory area of the bitmap doorbell register 194 (bit “0” → bit “1”). The first command CMD1 may be provided to the storage device 200 , and the second response RESP2 according to the first command CMD1 may include a submission queue ID SQ_ID and a completion queue ID CQ_ID. together with may be stored in the entry buffer 195 again. The second response RESP2 may be designated as the second completion queue CQ2 and stored in the CQ doorbell register 197 . Data generated or stored in the process of the first command CMD1 and the second response RESP2 (the first command CMD1 and the second response RESP2), and the submission queue ID SQ_ID stored in the entry buffer 195 ), and the completion queue ID (CQ_ID)) may be deleted as the second response RESP2 is processed. As a result, the bitmap doorbell register 194 and the entry buffer 195 can be initialized.

단계 S260에서, 컴플리션 큐(CQ) 엔트리는 소비될 수 있다. 예시적인 실시예에 따라, 컴플리션 큐(CQ)는 CQ 도어벨 레지스터(197)의 포인터를 참조함으로써, 리스폰스(RESP)가 저장된 위치에 접근할 수 있다. 예를 들어, 제2 코어(도 8, 123)는 제2 컴플리션 큐 테일 포인터(CTP2)를 참조함으로써 제2 컴플리션 큐(CQ2)에 제2 리스폰스(RESP2)를 기입할 수 있고, 제2 리스폰스(RESP2)는 제2 코어(123)에 의해 처리될 수 있다.In step S260, the completion queue (CQ) entry may be consumed. According to an exemplary embodiment, the completion queue CQ may access a location where the response RESP is stored by referring to the pointer of the CQ doorbell register 197 . For example, the second core ( FIGS. 8 and 123 ) may write the second response RESP2 to the second completion queue CQ2 by referring to the second completion queue tail pointer CTP2 , The second response RESP2 may be processed by the second core 123 .

단계 S265에서, 컴플리션 큐(CQ) 도어벨은 갱신될 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 제2 리스폰스(RESP2)가 제2 코어(123)에 의해 처리된 이후, 제2 컴플리션 큐(CQ2)에는 다시 여유 공간이 발생한다. CQ 도어벨 레지스터(197)는 컴플리션 큐(CQ)의 헤드 포인터(CHP2)를 갱신함으로써, 제2 컴플리션 큐(CQ2)의 입출력 효율을 증가시킬 수 있다.In step S265, the completion queue (CQ) doorbell may be updated. According to an exemplary embodiment, after the second response RESP2 is processed by the second core 123 , a free space is generated again in the second completion queue CQ2 . The CQ doorbell register 197 may increase the input/output efficiency of the second completion queue CQ2 by updating the head pointer CHP2 of the completion queue CQ.

도 11 및 도 12는 호스트 메모리(도 1, 130) 및 호스트 컨트롤러(도 1, 110) 내의 레지스터(111)에 저장되는 각종 정보의 일 예를 나타내는 블록도이다. 도 1 및 도 2가, 도 11 및 도 12와 함께 참조된다.11 and 12 are block diagrams illustrating examples of various types of information stored in the register 111 in the host memory ( FIGS. 1 and 130 ) and the host controller ( FIGS. 1 and 110 ). 1 and 2 are referenced together with FIGS. 11 and 12 .

도 11을 참조하면, 호스트 장치(100)는 호스트 메모리(130) 및 레지스터(111)를 포함하고, 레지스터(111)는 호스트 컨트롤러(110) 내부에 구비되는 구성이고, 호스트 메모리(130)는 호스트 컨트롤러(110)의 외부에 배치될 수 있다. 스토리지 시스템(10)에 대한 데이터 관리를 위하여 JEDEC UFS 표준들에서 정의된 각종 커맨드 및 파라미터들이 호스트 메모리(130) 및 레지스터(111)에 저장될 수 있다. Referring to FIG. 11 , the host device 100 includes a host memory 130 and a register 111 , the register 111 is provided in the host controller 110 , and the host memory 130 is a host device. It may be disposed outside the controller 110 . For data management of the storage system 10 , various commands and parameters defined in JEDEC UFS standards may be stored in the host memory 130 and the register 111 .

호스트 메모리(130)의 디스크립터 영역에는 UTP 전송 요청 디스크립터(UTP Transfer Request Descriptor)가 저장되고, 호스트 메모리(130)의 다른 일 영역에는 UPIU 정보 및 대응하는 PRDT 정보가 저장될 수 있다. 또한, UTP 전송 요청 디스크립터들은 레지스터(111)에 저장된 UTP 전송 요청(UTP Transfer Request)을 통해 호스트 메모리(130)에 저장되거나 호스트 메모리(130)에서 확인될 수 있다. A UTP Transfer Request Descriptor may be stored in a descriptor area of the host memory 130 , and UPIU information and corresponding PRDT information may be stored in another area of the host memory 130 . Also, the UTP transfer request descriptors may be stored in the host memory 130 or identified in the host memory 130 through a UTP transfer request stored in the register 111 .

또한, 호스트 메모리(130)의 버퍼 영역에 포함되는 다수의 데이터 버퍼들에는 기입 데이터 및 독출 데이터가 저장되고, PRDT 정보는 데이터 버퍼의 물리적 어드레스로서 버퍼 어드레스를 포함할 수 있다. 또한, 일부의 커맨드 UPIU에 대해서는 PRDT 정보가 저장되지 않을 수 있으며, 일 예로서 데이터 버퍼의 액세스에 무관한 커맨드 UPIU에 대해서는 PRDT 정보가 저장되지 않을 수 있다.In addition, write data and read data are stored in a plurality of data buffers included in the buffer area of the host memory 130 , and the PRDT information may include a buffer address as a physical address of the data buffer. Also, PRDT information may not be stored for some command UPIUs, and as an example, PRDT information may not be stored for command UPIUs irrelevant to data buffer access.

이와 함께, 도 11에서는 JEDEC UFS 표준들에서 정의되는 다른 다양한 정보들이 더 도시된다. 일 예로, UTP 태스크 관리 요청 리스트가 호스트 메모리(130)의 일 영역에 더 저장될 수 있으며, 일 예로 태스크 관리 요청 UPIU 및 태스크 관리 응답 UPIU가 호스트 메모리(130)의 일 영역에 저장될 수 있다. 또한, 상기 태스크 관리 요청 리스트는 레지스터(111)에 저장된 UTP 태스크 관리 요청을 통해 호스트 메모리(130)에 저장될 수 있다. 이외에도, 레지스터(111)에는 JEDEC UFS 표준들에서 정의되는 다른 컴포넌트들이 더 도시되며, 예컨대 호스트 제어기 능력(Host Controller Capabilities), 인터럽트 및 호스트 상태 표시자(Interrupt and host status), UFS 인터커넥트(UIC) 커맨드(UIC Command) 및 벤더 특정 값(Vendor Specific)들이 레지스터(111)에 저장될 수 있다.In addition, in FIG. 11 , other various information defined in the JEDEC UFS standards are further illustrated. As an example, the UTP task management request list may be further stored in one area of the host memory 130 , and as an example, the task management request UPIU and the task management response UPIU may be stored in one area of the host memory 130 . Also, the task management request list may be stored in the host memory 130 through the UTP task management request stored in the register 111 . In addition, the register 111 further shows other components defined in the JEDEC UFS standards, such as Host Controller Capabilities, Interrupt and host status, UFS Interconnect (UIC) commands. (UIC Command) and vendor specific values (Vendor Specific) may be stored in the register 111 .

운영 체제에서 호스트 메모리(130)의 데이터 버퍼(Data Buffer)에 저장된 데이터를 스토리지 장치(도 1, 200)에 저장하기 위해서는, 호스트 메모리(130) 내에 UTP 전송 요청 디스크립터를 생성하고, UTP 전송 요청을 생성함으로써 호스트 컨트롤러 인터페이스(도 2, 190)를 개시시킬 수 있다.In order for the operating system to store data stored in the data buffer of the host memory 130 in the storage device ( FIGS. 1 and 200 ), a UTP transmission request descriptor is generated in the host memory 130 , and a UTP transmission request is performed. By creating it can initiate the host controller interface (FIG. 2, 190).

호스트 컨트롤러 인터페이스(190)는 UTP 전송 요청 에 해당하는 호스트 메모리(130)의 일 공간으로 액세스할 수 있고, UTP 전송 요청 디스크립터를 읽어 해당하는 커맨드 UPIU를 스토리지 장치(200)로 보낼 수 있다.The host controller interface 190 may access one space of the host memory 130 corresponding to the UTP transmission request, read the UTP transmission request descriptor, and transmit the corresponding command UPIU to the storage device 200 .

커맨드 UPIU를 전송 받은 스토리지 장치(200)는 전송 받고자 하는 크기 및 Offset 정보를 담고 있는 RTT(Ready To Transfer) UPIU를 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)로 전송할 수 있고, 호스트 컨트롤러 인터페이스(190)는 RTT UPIU의 HEADER(전송 정보) 내부의 LUN(Logical Unit Number), 및 TAG(identifier) 정보를 참조하여 해당하는 UTP 전송 요청 디스크립터 위치로 접근해 PRDT 정보를 탐색해 최종적으로 데이터 버퍼의 주소를 알고 데이터 전송을 개시할 수 있다.The storage device 200 receiving the command UPIU may transmit a Ready To Transfer (RTT) UPIU containing the size and offset information to be transmitted to the host controller interface 190, and the host controller interface 190 is the RTT UPIU. By referring to LUN (Logical Unit Number) and TAG (identifier) information inside HEADER (transmission information), access the corresponding UTP transmission request descriptor location, search for PRDT information, and finally know the address of the data buffer and start data transmission can do.

도 12는 일반적인 경우와 본 개시의 실시예에 따라 호스트 메모리에 대한 액세스 빈도를 비교한 블록도이다. 도 12에서는 호스트가 스토리지 장치로부터 전송된 패킷에 따른 동작을 수행하는 예가 도시된다.12 is a block diagram comparing the frequency of access to a host memory according to an embodiment of the present disclosure with a general case. 12 illustrates an example in which the host performs an operation according to a packet transmitted from the storage device.

도 12에서는 일반적인 포맷에 따른 패킷을 처리하는 예가 도시된다. 도 12를 참조하면, 호스트 컨트롤러(도 2, 110) 내의 레지스터(111)에는 하나 이상의 UTP 전송 요청들이 저장되고, 일 예로서 제1 전송 요청(Transfer Request 0)은 데이터 기입 요청에 해당하고 제3 전송 요청(Transfer Request 2)은 데이터 독출 요청에 해당할 수 있다. 호스트 컨트롤러(110)는 제1 전송 요청(Transfer Request 0)에 대응하여 스토리지 장치(도 1, 200)로부터 RTT UPIU를 수신할 수 있다. 또한, 호스트 컨트롤러(110)는 제3 전송 요청(Transfer Request 2)에 대응하여 스토리지 장치(200)로부터 DATA_IN UPIU를 수신할 수 있다.12 shows an example of processing a packet according to a general format. Referring to FIG. 12 , one or more UTP transfer requests are stored in the register 111 in the host controller ( FIGS. 2 and 110 ). As an example, a first transfer request (Transfer Request 0) corresponds to a data write request and a third The transfer request (Transfer Request 2) may correspond to a data read request. The host controller 110 may receive the RTT UPIU from the storage device ( FIGS. 1 and 200 ) in response to the first transfer request 0 . Also, the host controller 110 may receive the DATA_IN UPIU from the storage device 200 in response to the third transfer request (Transfer Request 2 ).

스토리지 장치(200)로부터 전송되는 패킷(PACKET)에는 헤더 정보가 저장된 헤더 영역이 포함될 수 있으며, RTT UPIU의 헤더 정보는 데이터 기입 동작을 위해 전송받고자 하는 데이터의 사이즈 및 오프셋(Offset) 정보를 포함할 수 있다. 호스트 컨트롤러(110)는 RTT UPIU의 헤더 정보 내의 적어도 일부의 정보 값을 이용한 처리 동작을 수행할 수 있다. 예컨대, 호스트 컨트롤러(110)는 RTT UPIU의 헤더 정보 내의 LUN(Logical Unit Number) 및 TAG(identifier) 정보를 참조함으로써 대응하는 UTP 전송 요청 디스크립터를 확인하기 위해 호스트 메모리(130)를 액세스한다. 또한, 호스트 컨트롤러는 UTP 전송 요청 디스크립터를 통해 판단된 위치에서 호스트 메모리(130)를 액세스함으로써 PRDT의 정보를 확인한다. 또한, 확인된 PRDT의 정보(예컨대, 버퍼 어드레스)를 통해 데이터 버퍼(Data Buffer)를 액세스하고, 데이터 버퍼에 저장된 데이터를 스토리지 장치(200)로 전송할 수 있다.A packet (PACKET) transmitted from the storage device 200 may include a header area in which header information is stored, and the header information of the RTT UPIU includes size and offset information of data to be transmitted for a data write operation. can The host controller 110 may perform a processing operation using at least some information values in header information of the RTT UPIU. For example, the host controller 110 accesses the host memory 130 to check the corresponding UTP transmission request descriptor by referring to logical unit number (LUN) and identifier (TAG) information in header information of the RTT UPIU. In addition, the host controller checks the information of the PRDT by accessing the host memory 130 at the location determined through the UTP transmission request descriptor. Also, a data buffer may be accessed through the checked PRDT information (eg, a buffer address), and data stored in the data buffer may be transmitted to the storage device 200 .

한편, DATA_IN UPIU이 수신된 경우, 호스트 컨트롤러(110)는 DATA_IN UPIU의 헤더 정보로부터 대응하는 UTP 전송 요청 디스크립터를 확인하기 위해 호스트 메모리(130)를 액세스하고, 또한 이에 대응하는 PRDT의 정보를 확인하기 위해 호스트 메모리(130)를 액세스할 수 있다. 그리고, DATA_IN UPIU에 포함된 독출 데이터는 확인된 PRDT의 정보에 대응하는 데이터 버퍼(Data Buffer)에 저장될 수 있다.On the other hand, when the DATA_IN UPIU is received, the host controller 110 accesses the host memory 130 to check the corresponding UTP transmission request descriptor from the header information of the DATA_IN UPIU, and also checks the PRDT information corresponding thereto. to access the host memory 130 . And, the read data included in the DATA_IN UPIU may be stored in a data buffer corresponding to the checked PRDT information.

도 13은 UFS 인터페이스에 따른 데이터 독출 동작 및 패킷의 일 구현 예를 나타내는 도면이다. 13 is a diagram illustrating an implementation example of a data read operation and a packet according to a UFS interface.

도 13을 참조하면, 데이터 독출 요청을 위한 커맨드 UPIU(CMD UPIU)가 호스트 장치(100)에서 스토리지 장치(200)로 전송되고, 데이터 독출 요청을 위한 CMD UPIU 에 버퍼 어드레스(또는, 데이터 버퍼의 물리적 어드레스(PA))가 포함될 수 있다. 스토리지 장치(200)는 데이터 독출 요청을 위한 커맨드 UPIU에 응답하여 메모리 코어로부터 데이터를 독출하고, 앞서 커맨드 UPIU으로부터 파싱된 물리적 어드레스(PA)와 함께 독출 데이터를 포함하는 DATA_IN UPIU를 호스트로 전송할 수 있다. 또한, 스토리지 장치(200)는 커맨드 UPIU에 대응하는 동작을 완료하였음을 나타내는 리스폰스 UPIU(Response UPIU)를 호스트 장치(100)로 전송할 수 있다. 전술한 실시예들에 따라, 호스트 장치(100)는 DATA_IN UPIU 로부터 파싱된 물리적 어드레스(PA)가 나타내는 위치의 데이터 버퍼(Data Buffer)에 독출 데이터를 저장할 수 있다. 한편, 전술한 커맨드 UPIU 및 DATA_IN UPIU의 패킷 구조는 이하의 도 14a 및 도 14b에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다.Referring to FIG. 13 , a command UPIU (CMD UPIU) for a data read request is transmitted from the host device 100 to the storage device 200, and a buffer address (or a physical data buffer) is transmitted to the CMD UPIU for a data read request. address PA) may be included. The storage device 200 reads data from the memory core in response to the command UPIU for the data read request, and transmits the DATA_IN UPIU including the read data together with the physical address PA parsed from the command UPIU to the host. . In addition, the storage device 200 may transmit a response UPIU (Response UPIU) indicating that the operation corresponding to the command UPIU has been completed to the host device 100 . According to the above-described embodiments, the host device 100 may store read data in a data buffer at a location indicated by the physical address PA parsed from the DATA_IN UPIU. Meanwhile, the packet structures of the aforementioned command UPIU and DATA_IN UPIU may be implemented as shown in FIGS. 14A and 14B below.

도 14a 및 도 14b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 패킷의 구조를 나타내는 도면이다.14A and 14B are diagrams illustrating the structure of a packet according to an exemplary embodiment of the present disclosure.

도 14a 및 도 14b에서는 기존의 헤더 영역에 버퍼 어드레스가 포함되는 예가 도시되며, 도 14a는 커맨드 UPIU, 도 14b는 DATA_IN UPIU의 구조를 나타낸다.14A and 14B show an example in which a buffer address is included in an existing header area. FIG. 14A shows the structure of a command UPIU, and FIG. 14B shows the structure of a DATA_IN UPIU.

도 14a를 참조하면, 커맨드 UPIU의 헤더 영역은 예비 영역(Reserved)을 포함하고, 상기 예비 영역 중 일부에 본 개시의 실시예들에 따른 버퍼 어드레스 및 이에 관련된 정보가 포함될 수 있다. 일 예로서, 호스트 메모리의 버퍼 어드레스(Host Memory Buffer Address)가 예비 영역에 포함됨과 함께, 상기 커맨드 UPIU에 버퍼 어드레스가 포함되었음을 나타내는 정보(CWA)와, 버퍼 어드레스가 저장된 영역의 크기(또는, 버퍼 어드레스 및 관련 정보가 저장된 영역의 크기)를 나타내는 정보(CWA_LENGTH)가 상기 예비 영역에 더 포함될 수 있다. Referring to FIG. 14A , the header area of the command UPIU includes a reserved area, and a part of the reserved area may include a buffer address according to embodiments of the present disclosure and information related thereto. As an example, information CWA indicating that the buffer address is included in the command UPIU, the size of the area (or the buffer Information (CWA_LENGTH) indicating the size of an area in which an address and related information are stored) may be further included in the spare area.

UFS 규격을 채택한 호스트 장치(100)에서 스토리지 장치(200)로 전송되는 커맨드 패킷(PACKET_C)의 구성은, 서브미션 큐 아이디(SQ_ID), 컴플리션 큐 아이디(CQ_ID), 및 리스폰스 크레딧(CR_RESP)을 포함할 수 있다. The configuration of the command packet (PACKET_C) transmitted from the host device 100 adopting the UFS standard to the storage device 200 includes a submission queue ID (SQ_ID), a completion queue ID (CQ_ID), and a response credit (CR_RESP). may include

복수의 서브미션 큐들 중 어떤 서브미션 큐와 관련된 커맨드가 전송되었는지를 지시하는 서브미션 큐 아이디(SQ_ID), 및 복수의 컴플리션 큐들 중 어떤 컴플리션 큐와 관련된 커맨드가 전송되었는지를 지시하는 컴플리션 큐 아이디(CQ_ID)가 호스트 장치(100)에서 스토리지 장치(200)로 전송된다.A submission queue ID (SQ_ID) indicating which submission queue-related command from among the plurality of submission queues is transmitted, and a commutation queue indicating which command related to which of the plurality of completion queues is transmitted The partition queue ID (CQ_ID) is transmitted from the host device 100 to the storage device 200 .

예시적인 실시예에서, 리저브 커맨드(Reserved CMD)를 이용하여 호스트 장치(100)의 초기화가 수행될 수 있다.In an exemplary embodiment, initialization of the host device 100 may be performed using a reserve command (Reserved CMD).

도 14b를 참조하면, DATA_IN UPIU은 헤더 영역과 데이터 영역을 포함하는 페이로드(Payload) 영역을 포함하고, 헤더 영역은 예비 영역(Reserved)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 예비 영역의 적어도 일부에 호스트 메모리(130)의 버퍼 어드레스 및 이에 관련된 정보가 포함될 수 있다. Referring to FIG. 14B , the DATA_IN UPIU may include a payload area including a header area and a data area, and the header area may include a reserved area. Also, at least a part of the spare area may include a buffer address of the host memory 130 and information related thereto.

UFS 규격을 채택한 스토리지 장치(200)에서 호스트 장치(100)로 전송되는 리스폰스 패킷(PACKET_R)의 구성은, 서브미션 큐 아이디(SQ_ID), 컴플리션 큐 아이디(CQ_ID), 및 커맨드 크레딧(CR_CMD)을 포함할 수 있다. The configuration of the response packet (PACKET_R) transmitted from the storage device 200 adopting the UFS standard to the host device 100 includes a submission queue ID (SQ_ID), a completion queue ID (CQ_ID), and a command credit (CR_CMD). may include

도 14b에 도시된 예비 영역에 포함되는 정보는 도 14a에 도시된 바와 동일 또는 유사하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략된다.Since information included in the spare area shown in FIG. 14B is the same as or similar to that shown in FIG. 14A , a detailed description thereof will be omitted.

도 15는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 스토리지(storage) 장치가 적용된 시스템(1000)을 도시한 도면이다. 15 is a diagram illustrating a system 1000 to which a storage device according to an exemplary embodiment of the present disclosure is applied.

도 15의 시스템(1000)은 기본적으로 휴대용 통신 단말기(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 웨어러블 기기, 헬스케어 기기 또는 IOT(internet of things) 기기와 같은 모바일(mobile) 시스템일 수 있다. 하지만 도 15의 시스템(1000)은 반드시 모바일 시스템에 한정되는 것은 아니고, 개인용 컴퓨터(personal computer), 랩탑(laptop) 컴퓨터, 서버(server), 미디어 재생기(media player) 또는 내비게이션(navigation)과 같은 차량용 장비(automotive device) 등이 될 수도 있다.The system 1000 of FIG. 15 is basically a mobile phone such as a mobile phone, a smart phone, a tablet personal computer, a wearable device, a healthcare device, or an Internet of things (IOT) device. (mobile) system. However, the system 1000 of FIG. 15 is not necessarily limited to a mobile system, and is for a vehicle such as a personal computer, a laptop computer, a server, a media player, or a navigation system. It may be an automotive device or the like.

도 15을 참조하면, 시스템(1000)은 메인 프로세서(main processor)(1100), 메모리(1200a, 1200b) 및 스토리지 장치(1300a, 1300b)를 포함할 수 있으며, 추가로 촬영 장치(image capturing device)(1410), 사용자 입력 장치(user input device)(1420), 센서(1430), 통신 장치(1440), 디스플레이(1450), 스피커(1460), 전력 공급 장치(power supplying device)(1470) 및 연결 인터페이스(connecting interface)(1480) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 15 , the system 1000 may include a main processor 1100 , memories 1200a and 1200b , and storage devices 1300a and 1300b , and additionally an image capturing device. 1410 , user input device 1420 , sensor 1430 , communication device 1440 , display 1450 , speaker 1460 , power supplying device 1470 and connection may include one or more of a connecting interface 1480 .

메인 프로세서(1100)는 시스템(1000)의 전반적인 동작, 보다 구체적으로는 시스템(1000)을 이루는 다른 구성 요소들의 동작을 제어할 수 있다. 이와 같은 메인 프로세서(1100)는 범용 프로세서, 전용 프로세서 또는 애플리케이션 프로세서(application processor) 등으로 구현될 수 있다. The main processor 1100 may control the overall operation of the system 1000 , and more specifically, the operation of other components constituting the system 1000 . The main processor 1100 may be implemented as a general-purpose processor, a dedicated processor, or an application processor.

메인 프로세서(1100)는 하나 이상의 CPU 코어(1110)를 포함할 수 있으며, 메모리(1200a, 1200b) 및/또는 스토리지 장치(1300a, 1300b)를 제어하기 위한 컨트롤러(1120)를 더 포함할 수 있다. 실시예에 따라서는, 메인 프로세서(1100)는 AI(artificial intelligence) 데이터 연산 등 고속 데이터 연산을 위한 전용 회로인 가속기(accelerator)(1130)를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 가속기(1130)는 GPU(Graphics Processing Unit), NPU(Neural Processing Unit) 및/또는 DPU(Data Processing Unit) 등을 포함할 수 있으며, 메인 프로세서(1100)의 다른 구성 요소와는 물리적으로 독립된 별개의 칩(chip)으로 구현될 수도 있다.The main processor 1100 may include one or more CPU cores 1110 and may further include a controller 1120 for controlling the memories 1200a and 1200b and/or the storage devices 1300a and 1300b. According to an embodiment, the main processor 1100 may further include an accelerator 1130 that is a dedicated circuit for high-speed data operation such as artificial intelligence (AI) data operation. The accelerator 1130 may include a graphics processing unit (GPU), a neural processing unit (NPU), and/or a data processing unit (DPU), and is physically independent from other components of the main processor 1100 . It may be implemented as a separate chip.

메모리(1200a, 1200b)는 시스템(1000)의 주기억 장치로 사용될 수 있으며, SRAM 및/또는 DRAM 등의 휘발성 메모리를 포함할 수 있으나, 플래시 메모리, PRAM 및/또는 RRAM 등의 비휘발성 메모리를 포함할 수도 있다. 메모리(1200a, 1200b)는 메인 프로세서(1100)와 동일한 패키지 내에 구현되는 것도 가능하다.The memories 1200a and 1200b may be used as the main memory device of the system 1000 and may include volatile memories such as SRAM and/or DRAM, but may include non-volatile memories such as flash memory, PRAM and/or RRAM. may be The memories 1200a and 1200b may be implemented in the same package as the main processor 1100 .

스토리지 장치(1300a, 1300b)는 전원 공급 여부와 관계 없이 데이터를 저장하는 비휘발성 저장 장치로서 기능할 수 있으며, 메모리(1200a, 1200b)에 비해 상대적으로 큰 저장 용량을 가질 수 있다. 스토리지 장치(1300a, 1300b)는 스토리지 컨트롤러(1310a, 1310b)와, 스토리지 컨트롤러(1310a, 1310b)의 제어 하에 데이터를 저장하는 비휘발성 메모리(non-volatile memory, NVM)(1320a, 1320b)를 포함할 수 있다. 비휘발성 메모리(1320a, 1320b)는 2D(2-dimensional) 구조 혹은 3D(3-dimensional) V-NAND(Vertical NAND) 구조의 플래시 메모리를 포함할 수 있으나, PRAM 및/또는 RRAM 등의 다른 종류의 비휘발성 메모리를 포함할 수도 있다. The storage devices 1300a and 1300b may function as non-volatile storage devices that store data regardless of whether power is supplied or not, and may have a relatively larger storage capacity than the memories 1200a and 1200b. The storage devices 1300a and 1300b may include storage controllers 1310a and 1310b and non-volatile memory (NVM) 1320a and 1320b for storing data under the control of the storage controllers 1310a and 1310b. can The nonvolatile memories 1320a and 1320b may include a flash memory having a 2D (2-dimensional) structure or a 3D (3-dimensional) V-NAND (Vertical NAND) structure, but may include other types of memory such as PRAM and/or RRAM. It may include non-volatile memory.

스토리지 장치(1300a, 1300b)는 메인 프로세서(1100)와는 물리적으로 분리된 상태로 시스템(1000)에 포함될 수도 있고, 메인 프로세서(1100)와 동일한 패키지 내에 구현될 수도 있다. 또한, 스토리지 장치(1300a, 1300b)는 SSD(solid state device) 혹은 메모리 카드(memory card)와 같은 형태를 가짐으로써, 후술할 연결 인터페이스(1480)와 같은 인터페이스를 통해 시스템(1000)의 다른 구성 요소들과 탈부착 가능하도록 결합될 수도 있다. 이와 같은 스토리지 장치(1300a, 1300b)는 UFS(Universal Flash Storage), eMMC(embedded multi-media card) 혹은 NVMe(non-volatile memory express)와 같은 표준 규약이 적용되는 장치일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 건 아니다.The storage devices 1300a and 1300b may be included in the system 1000 in a state physically separated from the main processor 1100 , or may be implemented in the same package as the main processor 1100 . In addition, the storage devices 1300a and 1300b have the same shape as a solid state device (SSD) or a memory card, and thus other components of the system 1000 through an interface such as a connection interface 1480 to be described later. They may be coupled to be detachably attached. Such storage devices 1300a and 1300b may be devices to which standard protocols such as UFS (Universal Flash Storage), eMMC (embedded multi-media card), or NVMe (non-volatile memory express) are applied, but are not necessarily limited thereto. it's not

촬영 장치(1410)는 정지 영상 또는 동영상을 촬영할 수 있으며, 카메라(camera), 캠코더(camcorder) 및/또는 웹캠(webcam) 등일 수 있다. The photographing device 1410 may photograph a still image or a moving image, and may be a camera, a camcorder, and/or a webcam.

사용자 입력 장치(1420)는 시스템(1000)의 사용자로부터 입력된 다양한 유형의 데이터를 수신할 수 있으며, 터치 패드(touch pad), 키패드(keypad), 키보드(keyboard), 마우스(mouse) 및/또는 마이크(microphone) 등일 수 있다.The user input device 1420 may receive various types of data input from a user of the system 1000 , and may include a touch pad, a keypad, a keyboard, a mouse, and/or It may be a microphone or the like.

센서(1430)는 시스템(1000)의 외부로부터 획득될 수 있는 다양한 유형의 물리량을 감지하고, 감지된 물리량을 전기 신호로 변환할 수 있다. 이와 같은 센서(1430)는 온도 센서, 압력 센서, 조도 센서, 위치 센서, 가속도 센서, 바이오 센서(biosensor) 및/또는 자이로스코프(gyroscope) 센서 등일 수 있다. The sensor 1430 may detect various types of physical quantities that may be acquired from the outside of the system 1000 , and may convert the sensed physical quantities into electrical signals. Such a sensor 1430 may be a temperature sensor, a pressure sensor, an illuminance sensor, a position sensor, an acceleration sensor, a biosensor and/or a gyroscope sensor.

통신 장치(1440)는 다양한 통신 규약에 따라 시스템(1000) 외부의 다른 장치들과의 사이에서 신호의 송신 및 수신을 수행할 수 있다. 이와 같은 통신 장치(1440)는 안테나, 트랜시버(transceiver) 및/또는 모뎀(MODEM) 등을 포함하여 구현될 수 있다.The communication device 1440 may transmit and receive signals between other devices outside the system 1000 according to various communication protocols. Such a communication device 1440 may be implemented including an antenna, a transceiver, and/or a modem (MODEM).

디스플레이(1450) 및 스피커(1460)는 시스템(1000)의 사용자에게 각각 시각적 정보와 청각적 정보를 출력하는 출력 장치로 기능할 수 있다.The display 1450 and the speaker 1460 may function as output devices that respectively output visual information and auditory information to the user of the system 1000 .

전력 공급 장치(1470)는 시스템(1000)에 내장된 배터리(도시 안함) 및/또는외부 전원으로부터 공급되는 전력을 적절히 변환하여 시스템(1000)의 각 구성 요소들에게 공급할 수 있다.The power supply device 1470 may appropriately convert power supplied from a battery (not shown) built into the system 1000 and/or an external power source and supply it to each component of the system 1000 .

연결 인터페이스(1480)는 시스템(1000)과, 시스템(1000)에 연결되어 시스템(1000과 데이터를 주고받을 수 있는 외부 장치 사이의 연결을 제공할 수 있다. 연결 인터페이스(1480)는 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), NVMe, IEEE 1394, USB(universal serial bus), SD(secure digital) 카드, MMC(multi-media card), eMMC, UFS, eUFS(embedded Universal Flash Storage), CF(compact flash) 카드 인터페이스 등과 같은 다양한 인터페이스 방식으로 구현될 수 있다. The connection interface 1480 may provide a connection between the system 1000 and an external device that is connected to the system 1000 and can exchange data with the system 1000. The connection interface 1480 is an 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), NVMe, IEEE 1394, It can be implemented in various interface methods such as USB (universal serial bus), SD (secure digital) card, MMC (multi-media card), eMMC, UFS, eUFS (embedded universal flash storage), CF (compact flash) card interface, etc. have.

도 16은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 UFS 시스템(2000)에 대해 설명하기 위한 도면이다. 16 is a diagram for explaining a UFS system 2000 according to an exemplary embodiment of the present disclosure.

UFS 시스템(2000)은 JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)에서 발표하는 UFS 표준(standard)을 따르는 시스템으로서, UFS 호스트(2100), UFS 장치(2200) 및 UFS 인터페이스(2300)를 포함할 수 있다. 전술한 도 15의 시스템(1000)에 대한 설명은, 도 16에 대한 이하의 설명과 상충되지 않는 범위 내에서 도 16의 UFS 시스템(2000)에도 적용될 수 있다.The UFS system 2000 is a system conforming to the UFS standard announced by the Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC), and may include a UFS host 2100 , a UFS device 2200 , and a UFS interface 2300 . The above description of the system 1000 of FIG. 15 may also be applied to the UFS system 2000 of FIG. 16 to the extent that it does not conflict with the description below with respect to FIG. 16 .

도 16를 참조하면, UFS 호스트(2100)와 UFS 장치(2200)는 UFS 인터페이스(2300)를 통해 상호 연결될 수 있다. 도 1의 메인 프로세서(1100)가 애플리케이션 프로세서일 경우, UFS 호스트(2100)는 해당 애플리케이션 프로세서의 일부로서 구현될 수 있다. UFS 호스트 컨트롤러(2110) 및 호스트 메모리(2140)는 도 1의 메인 프로세서(1100)의 컨트롤러(1120) 및 메모리(1200a, 1200b)에 각각 대응될 수 있다. UFS 장치(2200)는 도 1의 스토리지 장치(1300a, 1300b)에 대응될 수 있으며, UFS 장치 컨트롤러(2210) 및 비휘발성 메모리(2220)는 도 1의 스토리지 컨트롤러(1310a, 1310b) 및 비휘발성 메모리(1320a, 1320b)에 각각 대응될 수 있다.Referring to FIG. 16 , a UFS host 2100 and a UFS device 2200 may be interconnected through a UFS interface 2300 . When the main processor 1100 of FIG. 1 is an application processor, the UFS host 2100 may be implemented as a part of the corresponding application processor. The UFS host controller 2110 and the host memory 2140 may correspond to the controller 1120 and the memories 1200a and 1200b of the main processor 1100 of FIG. 1 , respectively. The UFS device 2200 may correspond to the storage devices 1300a and 1300b of FIG. 1 , and the UFS device controller 2210 and the nonvolatile memory 2220 include the storage controllers 1310a and 1310b and the nonvolatile memory of FIG. 1 . It may correspond to (1320a, 1320b), respectively.

UFS 호스트(2100)는 UFS 호스트 컨트롤러(2110), 애플리케이션(2120), UFS 드라이버(2130), 호스트 메모리(2140) 및 UIC(UFS interconnect) 레이어(2150)를 포함할 수 있다. UFS 장치(2200)는 UFS 장치 컨트롤러(2210), 비휘발성 메모리(2220), 스토리지 인터페이스(2230), 장치 메모리(2240), UIC 레이어(2250) 및 레귤레이터(2260)를 포함할 수 있다. 비휘발성 메모리(2220)는 복수의 메모리 유닛(2221)으로 구성될 수 있으며, 이와 같은 메모리 유닛(2221)은 2D 구조 혹은 3D 구조의 V-NAND 플래시 메모리를 포함할 수 있으나, PRAM 및/또는 RRAM 등의 다른 종류의 비휘발성 메모리를 포함할 수도 있다. UFS 장치 컨트롤러(2210)와 비휘발성 메모리(2220)는 스토리지 인터페이스(2230)를 통해 서로 연결될 수 있다. 스토리지 인터페이스(2230)는 토글(Toggle) 혹은 온파이(ONFI)와 같은 표준 규약을 준수하도록 구현될 수 있다.The UFS host 2100 may include a UFS host controller 2110 , an application 2120 , a UFS driver 2130 , a host memory 2140 , and a UFS interconnect (UIC) layer 2150 . The UFS device 2200 may include a UFS device controller 2210 , a non-volatile memory 2220 , a storage interface 2230 , a device memory 2240 , a UIC layer 2250 , and a regulator 2260 . The nonvolatile memory 2220 may include a plurality of memory units 2221 , and the memory unit 2221 may include a V-NAND flash memory having a 2D structure or a 3D structure, but PRAM and/or RRAM It may include other types of non-volatile memory such as The UFS device controller 2210 and the nonvolatile memory 2220 may be connected to each other through the storage interface 2230 . The storage interface 2230 may be implemented to comply with a standard protocol such as toggle or ONFI.

애플리케이션(2120)은 UFS 장치(2200)의 기능을 이용하기 위해 UFS 장치(2200)와의 통신을 원하는 프로그램을 의미할 수 있다. 애플리케이션(2120)은 UFS 장치(2200)에 대한 입출력을 위해 입출력 요청(input-output request, IOR)을 UFS 드라이버(2130)로 전송할 수 있다. 입출력 요청(IOR)은 데이터의 독출(read) 요청, 기입(write) 요청 및/또는 소거(discard/erase) 요청 등을 의미할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The application 2120 may mean a program that wants to communicate with the UFS device 2200 in order to use the function of the UFS device 2200 . The application 2120 may transmit an input-output request (IOR) to the UFS driver 2130 for input/output to the UFS device 2200 . The input/output request (IOR) may mean a read request, a write request, and/or a discard/erase request of data, but is not necessarily limited thereto.

UFS 드라이버(2130)는 UFS-HCI(host controller interface)를 통해 UFS 호스트 컨트롤러(2110)를 관리할 수 있다. UFS 드라이버(2130)는 애플리케이션(2120)에 의해 생성된 입출력 요청을 UFS 표준에 의해 정의된 UFS 명령으로 변환하고, 변환된 UFS 명령을 UFS 호스트 컨트롤러(2110)로 전달할 수 있다. 하나의 입출력 요청은 복수의 UFS 명령으로 변환될 수 있다. UFS 명령은 기본적으로 SCSI 표준에 의해 정의된 명령일 수 있지만, UFS 표준 전용 명령일 수도 있다.The UFS driver 2130 may manage the UFS host controller 2110 through a UFS-HCI (host controller interface). The UFS driver 2130 may convert an input/output request generated by the application 2120 into a UFS command defined by the UFS standard, and transmit the converted UFS command to the UFS host controller 2110 . One I/O request can be converted into multiple UFS commands. A UFS command may be basically a command defined by the SCSI standard, but it may also be a command dedicated to the UFS standard.

UFS 호스트 컨트롤러(2110)는 UFS 드라이버(2130)에 의해 변환된 UFS 명령을 UIC 레이어(2150)와 UFS 인터페이스(2300)를 통해 UFS 장치(2200)의 UIC 레이어(2250)로 전송할 수 있다. 이 과정에서, UFS 호스트 컨트롤러(2110)의 UFS 호스트 레지스터(2111)는 명령 큐(command queue, CQ)로서의 역할을 수행할 수 있다. The UFS host controller 2110 may transmit the UFS command converted by the UFS driver 2130 to the UIC layer 2250 of the UFS device 2200 through the UIC layer 2150 and the UFS interface 2300 . In this process, the UFS host register 2111 of the UFS host controller 2110 may serve as a command queue (CQ).

UFS 호스트(2100) 측의 UIC 레이어(2150)는 MIPI M-PHY(2151)와 MIPI UniPro(2152)를 포함할 수 있으며, UFS 장치(2200) 측의 UIC 레이어(2250) 또한 MIPI M-PHY(2251)와 MIPI UniPro(2252)을 포함할 수 있다. The UIC layer 2150 on the UFS host 2100 side may include MIPI M-PHY 2151 and MIPI UniPro 2152, and the UIC layer 2250 on the UFS device 2200 side also MIPI M-PHY ( 2251) and MIPI UniPro (2252).

UFS 인터페이스(2300)는 기준 클럭(REF_CLK)을 전송하는 라인, UFS 장치(2200)에 대한 하드웨어 리셋 신호(RESET_n)를 전송하는 라인, 차동 입력 신호 쌍(DIN_t와 DIN_c)을 전송하는 한 쌍의 라인 및 차동 출력 신호 쌍(DOUT_t와 DOUT_c)을 전송하는 한 쌍의 라인을 포함할 수 있다.The UFS interface 2300 includes a line for transmitting a reference clock REF_CLK, a line for transmitting a hardware reset signal RESET_n for the UFS device 2200, and a pair of lines for transmitting a differential input signal pair DIN_t and DIN_c. and a pair of lines for transmitting the differential output signal pair DOUT_t and DOUT_c.

UFS 호스트(2100)로부터 UFS 장치(2200)로 제공되는 기준 클럭(REF_CLK)의 주파수 값은 19.2MHz, 26MHz, 38.4MHz 및 52MHz의 네 개의 값 중 하나일 수 있으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다. UFS 호스트(2100)는 동작 중에도, 즉 UFS 호스트(2100)와 UFS 장치(2200) 사이에서 데이터 송수신이 수행되는 중에도 기준 클럭(REF_CLK)의 주파수 값을 변경할 수 있다. UFS 장치(2200)는 위상 동기 루프(phase-locked loop, PLL) 등을 이용하여, UFS 호스트(2100)로부터 제공받은 기준 클럭(REF_CLK)으로부터 다양한 주파수의 클럭을 생성할 수 있다. 또한, UFS 호스트(2100)는 기준 클럭(REF_CLK)의 주파수 값을 통해 UFS 호스트(2100)와 UFS 장치(2200) 간의 데이터 레이트(data rate)의 값을 설정할 수도 있다. 즉, 상기 데이터 레이트의 값은 기준 클럭(REF_CLK)의 주파수 값에 의존하여 결정될 수 있다.The frequency value of the reference clock REF_CLK provided from the UFS host 2100 to the UFS device 2200 may be one of four values of 19.2 MHz, 26 MHz, 38.4 MHz, and 52 MHz, but is not limited thereto. The UFS host 2100 may change the frequency value of the reference clock REF_CLK during operation, that is, while data transmission/reception is performed between the UFS host 2100 and the UFS device 2200 . The UFS device 2200 may generate clocks of various frequencies from the reference clock REF_CLK provided from the UFS host 2100 using a phase-locked loop (PLL) or the like. Also, the UFS host 2100 may set a data rate value between the UFS host 2100 and the UFS device 2200 through the frequency value of the reference clock REF_CLK. That is, the value of the data rate may be determined depending on the frequency value of the reference clock REF_CLK.

UFS 인터페이스(2300)는 복수의 레인들(multiple lanes)을 지원할 수 있으며, 각 레인은 차동(differential) 라인 쌍으로 구현될 수 있다. 예컨대, UFS 인터페이스(2300)는 하나 이상의 수신 레인(receive lane)과 하나 이상의 송신 레인(transmit lane)을 포함할 수 있다. 도 16에서, 차동 입력 신호 쌍(DIN_T와 DIN_C)을 전송하는 한 쌍의 라인은 수신 레인을, 차동 출력 신호 쌍(DOUT_T와 DOUT_C)을 전송하는 한 쌍의 라인은 송신 레인을 각각 구성할 수 있다. 도 16에서는 하나의 송신 레인과 하나의 수신 레인을 도시하였지만, 송신 레인과 수신 레인의 수는 변경될 수 있다.The UFS interface 2300 may support multiple lanes, and each lane may be implemented as a differential line pair. For example, the UFS interface 2300 may include one or more receive lanes and one or more transmit lanes. In FIG. 16 , a pair of lines for transmitting a differential input signal pair (DIN_T and DIN_C) may constitute a receive lane, and a pair of lines for transmitting a differential output signal pair (DOUT_T and DOUT_C) may constitute a transmit lane, respectively. . 16 illustrates one transmission lane and one reception lane, the number of transmission lanes and reception lanes may be changed.

수신 레인 및 송신 레인은 직렬 통신(serial communication) 방식으로 데이터를 전송할 수 있으며, 수신 레인과 송신 레인이 분리된 구조에 의해 UFS 호스트(2100)와 UFS 장치(2200) 간의 풀 듀플렉스(full-duplex) 방식의 통신이 가능하다. 즉, UFS 장치(2200)는 수신 레인을 통해 UFS 호스트(2100)로부터 데이터를 수신받는 동안에도, 송신 레인을 통해 UFS 호스트(2100)로 데이터를 송신할 수 있다. 또한, UFS 호스트(2100)로부터 UFS 장치(2200)로의 명령과 같은 제어 데이터와, UFS 호스트(2100)가 UFS 장치(2200)의 비휘발성 메모리(2220)에 저장하고자 하거나 비휘발성 메모리(2220)로부터 독출하고자 하는 사용자 데이터는 동일한 레인을 통해 전송될 수 있다. 이에 따라, UFS 호스트(2100)와 UFS 장치(2200) 간에는 한 쌍의 수신 레인과 한 쌍의 송신 레인 외에 데이터 전송을 위한 별도의 레인이 더 구비될 필요가 없다.The reception lane and the transmission lane may transmit data in a serial communication method, and a full-duplex between the UFS host 2100 and the UFS device 2200 by a structure in which the reception and transmission lanes are separated. communication is possible. That is, the UFS device 2200 may transmit data to the UFS host 2100 through the transmission lane while receiving data from the UFS host 2100 through the reception lane. In addition, control data such as commands from the UFS host 2100 to the UFS device 2200, and the UFS host 2100 to be stored in the non-volatile memory 2220 of the UFS device 2200 or from the non-volatile memory 2220 User data to be read may be transmitted through the same lane. Accordingly, there is no need to further provide a separate lane for data transmission between the UFS host 2100 and the UFS device 2200 in addition to the pair of reception lanes and the pair of transmission lanes.

UFS 장치(2200)의 UFS 장치 컨트롤러(2210)는 UFS 장치(2200)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. UFS 장치 컨트롤러(2210)는 논리적인 데이터 저장 단위인 LU(logical unit)(2211)를 통해 비휘발성 메모리(2220)를 관리할 수 있다. LU(2211)의 개수는 8개일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. UFS 장치 컨트롤러(2210)는 플래시 변환 계층(flash translation layer, FTL)을 포함할 수 있으며, FTL의 어드레스 매핑(address mapping) 정보를 이용하여 UFS 호스트(2100)로부터 전달된 논리적인 데이터 주소, 예컨대 LBA(logical block address)를 물리적인 데이터 주소로, 예컨대 PBA(physical block address)로 변환할 수 있다. UFS 시스템(2000)에서 사용자 데이터(user data)의 저장을 위한 논리 블록(logical block)은 소정 범위의 크기를 가질 수 있다. 예컨대, 논리 블록의 최소 크기는 4Kbyte로 설정될 수 있다.The UFS device controller 2210 of the UFS device 2200 may control overall operations of the UFS device 2200 . The UFS device controller 2210 may manage the nonvolatile memory 2220 through a logical unit (LU) 2211 which is a logical data storage unit. The number of LUs 2211 may be 8, but is not limited thereto. The UFS device controller 2210 may include a flash translation layer (FTL), and a logical data address transmitted from the UFS host 2100 using address mapping information of the FTL, for example, LBA. (logical block address) may be converted into a physical data address, for example, into a physical block address (PBA). A logical block for storing user data in the UFS system 2000 may have a size within a predetermined range. For example, the minimum size of the logical block may be set to 4Kbyte.

UFS 호스트(2100)로부터의 명령이 UIC 레이어(2250)를 통해 UFS 장치(2200)로 입력되면, UFS 장치 컨트롤러(2210)는 입력된 명령에 따른 동작을 수행하고, 상기 동작이 완료되면 완료 응답을 UFS 호스트(2100)로 전송할 수 있다. When a command from the UFS host 2100 is input to the UFS device 2200 through the UIC layer 2250, the UFS device controller 2210 performs an operation according to the input command, and when the operation is completed, a completion response is returned. It can be transmitted to the UFS host 2100 .

일례로서, UFS 호스트(2100)가 UFS 장치(2200)에 사용자 데이터를 저장하고자 할 경우, UFS 호스트(2100)는 데이터 저장 명령을 UFS 장치(2200)로 전송할 수 있다. 사용자 데이터를 전송받을 준비가 되었다(ready-to-transfer)는 응답을 UFS 장치(2200)로부터 수신하면, UFS 호스트(2100)는 사용자 데이터를 UFS 장치(2200)로 전송할 수 있다. UFS 장치 컨트롤러(2210)는 전송받은 사용자 데이터를 장치 메모리(2240) 내에 임시로 저장하고, FTL의 어드레스 매핑 정보에 기초하여 장치 메모리(2240)에 임시로 저장된 사용자 데이터를 비휘발성 메모리(2220)의 선택된 위치에 저장할 수 있다.As an example, when the UFS host 2100 intends to store user data in the UFS device 2200 , the UFS host 2100 may transmit a data storage command to the UFS device 2200 . When a response indicating that the user data is ready-to-transfer is received from the UFS device 2200 , the UFS host 2100 may transmit the user data to the UFS device 2200 . The UFS device controller 2210 temporarily stores the received user data in the device memory 2240 and transfers the user data temporarily stored in the device memory 2240 based on the address mapping information of the FTL to the nonvolatile memory 2220. You can save it to a location of your choice.

또 다른 예로서, UFS 호스트(2100)가 UFS 장치(2200)에 저장된 사용자 데이터를 독출하고자 할 경우, UFS 호스트(2100)는 데이터 독출 명령을 UFS 장치(2200)로 전송할 수 있다. 명령을 수신한 UFS 장치 컨트롤러(2210)는 상기 데이터 독출 명령에 기초하여 비휘발성 메모리(2220)로부터 사용자 데이터를 독출하고, 독출된 사용자 데이터를 장치 메모리(2240) 내에 임시로 저장할 수 있다. 이러한 독출 과정에서, UFS 장치 컨트롤러(2210)는 내장된 ECC(error correction code) 엔진(미도시)을 이용하여, 독출된 사용자 데이터의 에러를 검출하고 정정할 수 있다. 보다 구체적으로, ECC 엔진은 비휘발성 메모리(2220)에 기입될 기입 데이터에 대하여 패리티 비트(parity bit)들을 생성할 수 있으며, 이와 같이 생성된 패리티 비트들은 기입 데이터와 함께 비휘발성 메모리(2220) 내에 저장될 수 있다. 비휘발성 메모리(2220)로부터의 데이터 독출 시, ECC 엔진은 독출 데이터와 함께 비휘발성 메모리(2220)로부터 독출되는 패리티 비트들을 이용하여 독출 데이터의 에러를 정정하고, 에러가 정정된 독출 데이터를 출력할 수 있다.As another example, when the UFS host 2100 wants to read user data stored in the UFS device 2200 , the UFS host 2100 may transmit a data read command to the UFS device 2200 . Upon receiving the command, the UFS device controller 2210 may read user data from the nonvolatile memory 2220 based on the data read command and temporarily store the read user data in the device memory 2240 . In this reading process, the UFS device controller 2210 may detect and correct an error in the read user data using a built-in error correction code (ECC) engine (not shown). More specifically, the ECC engine may generate parity bits for write data to be written into the non-volatile memory 2220 , and the generated parity bits are stored in the non-volatile memory 2220 together with the write data. can be saved. When reading data from the non-volatile memory 2220, the ECC engine corrects an error in the read data using parity bits read from the non-volatile memory 2220 together with the read data, and outputs the error-corrected read data. can

그리고, UFS 장치 컨트롤러(2210)는 장치 메모리(2240) 내에 임시로 저장된 사용자 데이터를 UFS 호스트(2100)로 전송할 수 있다. 아울러, UFS 장치 컨트롤러(2210)는 AES(advanced encryption standard) 엔진(미도시)을 더 포함할 수 있다. AES 엔진은, UFS 장치 컨트롤러(2210)로 입력되는 데이터에 대한 암호화(encryption) 동작과 복호화(decryption) 동작 중 적어도 하나를, 대칭 키 알고리즘(symmetric-key algorithm)을 이용하여 수행할 수 있다.In addition, the UFS device controller 2210 may transmit user data temporarily stored in the device memory 2240 to the UFS host 2100 . In addition, the UFS device controller 2210 may further include an advanced encryption standard (AES) engine (not shown). The AES engine may perform at least one of an encryption operation and a decryption operation on data input to the UFS device controller 2210 using a symmetric-key algorithm.

UFS 호스트(2100)는 명령 큐로 기능할 수 있는 UFS 호스트 레지스터(2111)에 UFS 장치(2200)로 송신될 명령들을 순서에 따라 저장하고, 상기 순서대로 UFS 장치(2200)에 명령을 송신할 수 있다. 이 때, UFS 호스트(2100)는 이전에 송신된 명령이 아직 UFS 장치(2200)에 의해 처리 중인 경우에도, 즉 이전에 송신된 명령이 UFS 장치(2200)에 의해 처리가 완료되었다는 통지를 받기 전에도 명령 큐에 대기 중인 다음 명령을 UFS 장치(2200)로 송신할 수 있으며, 이에 따라 UFS 장치(2200) 역시 이전에 송신된 명령을 처리하는 중에도 다음 명령을 UFS 호스트(2100)로부터 수신할 수 있다. 이와 같은 명령 큐에 저장될 수 있는 명령의 최대 개수(queue depth)는 예컨대 32개일 수 있다. 또한, 명령 큐는 헤드 포인터(head point)와 테일 포인터(tail pointer)를 통해 큐에 저장된 명령 열의 시작과 끝을 각각 나타내는 원형 큐(circular queue) 타입으로 구현될 수 있다.The UFS host 2100 may sequentially store commands to be transmitted to the UFS device 2200 in the UFS host register 2111, which may function as a command queue, and may transmit the commands to the UFS device 2200 in this order. . At this time, even if the previously transmitted command is still being processed by the UFS device 2200, that is, even before the UFS host 2100 receives a notification that the previously transmitted command has been processed by the UFS device 2200 The next command waiting in the command queue may be transmitted to the UFS device 2200 , and accordingly, the UFS device 2200 may also receive the next command from the UFS host 2100 while processing the previously transmitted command. The maximum number of commands (queue depth) that can be stored in such a command queue may be, for example, 32. In addition, the command queue may be implemented as a circular queue type indicating the start and end of the command sequence stored in the queue, respectively, through a head pointer and a tail pointer.

복수의 메모리 유닛(2221) 각각은 메모리 셀 어레이(미도시)와 상기 메모리 셀 어레이의 작동을 제어하는 제어 회로(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 메모리 셀 어레이는 2차원 메모리 셀 어레이 또는 3차원 메모리 셀 어레이를 포함할 수 있다. 메모리 셀 어레이는 복수의 메모리 셀을 포함하며, 각각의 메모리 셀은 1비트의 정보를 저장하는 셀(single level cell, SLC)일 수도 있지만, MLC(multi level cell), TLC(triple level cell), QLC(quadruple level cell)와 같이 2비트 이상의 정보를 저장하는 셀일 수도 있다. 3차원 메모리 셀 어레이는 적어도 하나의 메모리 셀이 다른 메모리 셀의 위에 위치하도록 수직으로 배향되는(vertically oriented) 수직 NAND 스트링을 포함할 수 있다.Each of the plurality of memory units 2221 may include a memory cell array (not shown) and a control circuit (not shown) for controlling an operation of the memory cell array. The memory cell array may include a two-dimensional memory cell array or a three-dimensional memory cell array. The memory cell array includes a plurality of memory cells, and each memory cell may be a cell (single level cell, SLC) storing one bit of information, but a multi level cell (MLC), a triple level cell (TLC), It may be a cell that stores information of 2 bits or more, such as a quadruple level cell (QLC). The three-dimensional memory cell array may include vertical NAND strings that are vertically oriented such that at least one memory cell is positioned on top of another memory cell.

UFS 장치(2200)에는 전원 전압으로서 VCC, VCCQ, VCCQ2 등이 입력될 수 있다. VCC는 UFS 장치(2200)를 위한 주 전원 전압으로서, 2.4~3.6V의 값을 가질 수 있다. VCCQ는 낮은 범위의 전압을 공급하기 위한 전원 전압으로서, 주로 UFS 장치 컨트롤러(2210)를 위한 것이며. 1.14~1.26V의 값을 가질 수 있다. VCCQ2는 VCC보다는 낮지만 VCCQ보다는 높은 범위의 전압을 공급하기 위한 전원 전압으로서, 주로 MIPI M-PHY(2251)와 같은 입출력 인터페이스를 위한 것이며, 1.7~1.95V의 값을 가질 수 있다. 상기 전원 전압들은 레귤레이터(2260)를 거쳐 UFS 장치(2200)의 각 구성 요소들을 위해 공급될 수 있다. 레귤레이터(2260)는 전술한 전원 전압들 중 서로 다른 것에 각각 연결되는 단위 레귤레이터의 집합으로 구현될 수 있다.VCC, VCCQ, VCCQ2, etc. may be input to the UFS device 2200 as a power voltage. VCC is a main power voltage for the UFS device 2200 and may have a value of 2.4 to 3.6V. VCCQ is a power supply voltage for supplying a low-range voltage, and is mainly for the UFS device controller 2210 . It can have a value of 1.14 to 1.26V. VCCQ2 is a power supply voltage for supplying a voltage lower than VCC but higher than VCCQ, mainly for an input/output interface such as the MIPI M-PHY 2251, and may have a value of 1.7 to 1.95V. The power voltages may be supplied for each component of the UFS device 2200 through the regulator 2260 . The regulator 2260 may be implemented as a set of unit regulators respectively connected to different ones of the above-described power voltages.

도 17a 내지 도 17c는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 UFS 카드(card)의 폼 팩터(form factor)에 대해 설명하기 위한 도면이다.17A to 17C are diagrams for explaining a form factor of a UFS card according to an exemplary embodiment of the present disclosure.

도 16를 참조하여 설명된 UFS 장치(2200)가 UFS 카드(4000) 형태로 구현된 경우, UFS 카드(4000)의 외형은 도 17a 내지 도 17c에 도시된 바를 따를 수 있다.When the UFS device 2200 described with reference to FIG. 16 is implemented in the form of the UFS card 4000 , the outer shape of the UFS card 4000 may be as shown in FIGS. 17A to 17C .

도 17a는 UFS 카드(4000)의 평면도(top view)를 예시적으로 보여주고 있다. 도 17a를 참조하면, UFS 카드(4000)는 전체적으로 상어(shark) 형상의 디자인을 따르고 있다는 것을 확인할 수 있다. 도 17a와 관련하여, UFS 카드(4000)는 예시적으로 아래의 표 1에 기재된 바와 같은 치수(dimension) 값을 가질 수 있다.17A exemplarily shows a top view of the UFS card 4000 . Referring to FIG. 17A , it can be seen that the UFS card 4000 follows a shark-shaped design as a whole. Referring to FIG. 17A , the UFS card 4000 may have dimension values as exemplarily shown in Table 1 below.


항목

Item
치수 (mm)Dimensions (mm)
T1T1 9.709.70 T2T2 15.0015.00 T3T3 11.0011.00 T4T4 9.709.70 T5T5 5.155.15 T6T6 0.250.25 T7T7 0.600.60 T8T8 0.750.75 T9T9 R0.80R0.80

도 17b는 UFS 카드(4000)의 측면도(side view)를 예시적으로 보여주고 있다. 도 17b와 관련하여, UFS 카드(4000)는 예시적으로 아래의 표 2에 기재된 바와 같은 치수(dimension) 값을 가질 수 있다. 17B exemplarily shows a side view of the UFS card 4000 . Referring to FIG. 17B , the UFS card 4000 may have dimension values as exemplarily shown in Table 2 below.

항목Item 치수 (mm)Dimensions (mm) S1S1 0.74±0.060.74±0.06 S2S2 0.300.30 S3S3 0.520.52 S4S4 1.201.20 S5S5 1.051.05 S6S6 1.001.00

도 17c는 UFS 카드(4000)의 저면도(bottom view)를 예시적으로 보여주고 있다. 도 17c를 참조하면, UFS 카드(4000)의 저면에는 UFS 슬롯과의 전기적 접촉을 위한 복수 개의 핀(pin)이 형성될 수 있으며, 각 핀의 기능에 대해서는 후술한다. UFS 카드(4000)의 상면과 저면 간의 대칭성에 의거하여, 도 17a 및 표 1을 참조하여 설명된 치수에 관한 정보 중 일부(예컨대, T1 내지 T5 및 T9)는 도 17c에 도시된 바와 같은 UFS 카드(4000)의 저면도에도 적용될 수 있다.UFS 카드(4000)의 저면에는 UFS 호스트와의 전기적 연결을 위해 복수의 핀이형성될 수 있으며, 도 17c에 의하면 핀의 개수는 총 12개일 수 있다. 각 핀은 직사각형 형상을 가질 수 있으며, 핀에 대응되는 신호명(signal name)은 도 17c에 표시된 바와 같다. 각 핀에 대한 개략적인 정보에 대해서는 아래의 표 3을 참조할 수 있으며, 도 16와 관련하여 전술한 설명을 아울러 참조할 수 있다.17C exemplarily shows a bottom view of the UFS card 4000 . Referring to FIG. 17C , a plurality of pins for electrical contact with the UFS slot may be formed on the bottom surface of the UFS card 4000 , and the function of each pin will be described later. Based on the symmetry between the top and bottom surfaces of the UFS card 4000, some of the information regarding the dimensions described with reference to FIG. 17A and Table 1 (eg, T1 to T5 and T9) is a UFS card as shown in FIG. 17C It can also be applied to the bottom view of 4000. A plurality of pins may be formed on the bottom of the UFS card 4000 for electrical connection with the UFS host, and according to FIG. 17C , the number of pins may be 12 in total. Each pin may have a rectangular shape, and a signal name corresponding to the pin is as shown in FIG. 17C . For schematic information on each pin, reference may be made to Table 3 below, and the above description in relation to FIG. 16 may also be referred to.

번호number 신호명signal name 설명Explanation 치수 (mm)Dimensions (mm) 1One Vssvss 그라운드(GND)Ground (GND) 3.00 × 0.72±0.053.00 × 0.72±0.05 22 DIN_CDIN_C 호스트로부터 UFS 카드(4000)로 입력되는 차동 입력 신호 (DIN_C는 negative node, DIN_T는 positive node)Differential input signal input from host to UFS card (4000) (DIN_C is negative node, DIN_T is positive node) 1.50 × 0.72±0.051.50 × 0.72±0.05 33 DIN_TDIN_T 44 Vssvss 1번과 같음same as 1 3.00 × 0.72±0.053.00 × 0.72±0.05 55 DOUT_CDOUT_C UFS 카드(4000)로부터 호스트로 출력되는 차동 출력 신호 (DOUT_C는 negative node, DOUT_T는 positive node)Differential output signal output from the UFS card (4000) to the host (DOUT_C is a negative node, DOUT_T is a positive node) 1.50 × 0.72±0.051.50 × 0.72±0.05 66 DOUT_TDOUT_T 77 Vssvss 1번과 같음same as 1 3.00 × 0.72±0.053.00 × 0.72±0.05 88 REF_CLKREF_CLK 호스트로부터 UFS 카드(4000)로 제공되는 기준 클럭Reference clock provided from host to UFS card (4000) 1.50 × 0.72±0.051.50 × 0.72±0.05 99 VCCQ2VCCQ2 주로 PHY 인터페이스 혹은 컨트롤러를 위해 제공되는, Vcc에 비해 상대적으로 낮은 값을 갖는 전원 전압A supply voltage with a relatively low value relative to Vcc, mainly provided for a PHY interface or controller. 3.00 × 0.72±0.053.00 × 0.72±0.05 1010 C/D(GND)C/D (GND) 카드 검출(Card Detection)용 신호Signals for Card Detection 1.50 × 0.72±0.051.50 × 0.72±0.05 1111 Vssvss 1번과 같음same as 1 3.00 × 0.80±0.053.00 × 0.80±0.05 1212 VccVcc 주 전원 전압mains voltage

도 18a는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 호스트-스토리지 시스템(10)을 나타내는 블록도이고, 도 18b 내지 도 18e는 도 18a의 구성들의 상세 블록도이다.도 18a를 참조하면, 호스트-스토리지 시스템(10)은 호스트 장치(100) 및 스토리지 장치(200)를 포함할 수 있다. 또한, 스토리지 장치(200)는 스토리지 컨트롤러(210) 및 비휘발성 메모리 (NVM)(230)를 포함할 수 있다. 또한, 본 개시의 예시적인 실시예에 따라, 호스트 장치(100)는 호스트 컨트롤러(110) 및 호스트 메모리(130)를 포함할 수 있다. 호스트 메모리(130)는 스토리지 장치(200)로 전송될 데이터, 혹은 스토리지 장치(200)로부터 전송된 데이터를 임시로 저장하기 위한 버퍼 메모리로서 기능할 수 있다.18A is a block diagram illustrating a host-storage system 10 according to an exemplary embodiment of the present disclosure, and FIGS. 18B to 18E are detailed block diagrams of the configurations of FIG. 18A . Referring to FIG. 18A , host-storage The system 10 may include a host device 100 and a storage device 200 . Also, the storage device 200 may include a storage controller 210 and a non-volatile memory (NVM) 230 . Also, according to an exemplary embodiment of the present disclosure, the host device 100 may include a host controller 110 and a host memory 130 . The host memory 130 may function as a buffer memory for temporarily storing data to be transmitted to the storage device 200 or data transmitted from the storage device 200 .

스토리지 장치(200)는 호스트 장치(100)로부터의 요청에 따라 데이터를 저장하기 위한 저장 매체들을 포함할 수 있다. 일 예로서, 스토리지 장치(200)는 SSD(Solid State Drive), 임베디드(embedded) 메모리 및 착탈 가능한 외장(external) 메모리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 스토리지 장치(200)가 SSD인 경우, 스토리지 장치(200)는 NVMe(non-volatile memory express) 표준을 따르는 장치일 수 있다. 스토리지 장치(200)가 임베디드 메모리 혹은 외장(external) 메모리인 경우, 스토리지 장치(200)는 UFS(universal flash storage) 혹은 eMMC(embedded multi-media card) 표준을 따르는 장치일 수 있다. 호스트 장치(100)와 스토리지 장치(200)는 각각 채용된 표준 프로토콜에 따른 패킷을 생성하고 이를 전송할 수 있다.The storage device 200 may include storage media for storing data according to a request from the host device 100 . As an example, the storage device 200 may include at least one of a solid state drive (SSD), an embedded memory, and a removable external memory. When the storage device 200 is an SSD, the storage device 200 may be a device conforming to a non-volatile memory express (NVMe) standard. When the storage device 200 is an embedded memory or an external memory, the storage device 200 may be a device conforming to a universal flash storage (UFS) or an embedded multi-media card (eMMC) standard. The host device 100 and the storage device 200 may generate and transmit a packet according to an adopted standard protocol, respectively.

스토리지 장치(200)의 비휘발성 메모리(230)가 플래시 메모리를 포함할 때, 상기 플래시 메모리는 2D NAND 메모리 어레이나 3D(또는 수직형, Vertical) NAND(VNAND) 메모리 어레이를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 스토리지 장치(200)는 다른 다양한 종류의 비휘발성 메모리들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 스토리지 장치(200)는 MRAM(Magnetic RAM), 스핀전달토크 MRAM(Spin-Transfer Torgue MRAM), Conductive bridging RAM(CBRAM), FeRAM(Ferroelectric RAM), PRAM(Phase RAM), 저항 메모리(Resistive RAM) 및 다른 다양한 종류의 메모리가 적용될 수 있다.When the nonvolatile memory 230 of the storage device 200 includes a flash memory, the flash memory may include a 2D NAND memory array or a 3D (or vertical) NAND (VNAND) memory array. As another example, the storage device 200 may include other various types of non-volatile memories. For example, the storage device 200 includes a magnetic RAM (MRAM), a spin-transfer torque MRAM (MRAM), a conductive bridging RAM (CBRAM), a ferroelectric RAM (FeRAM), a phase RAM (PRAM), a resistive memory ( Resistive RAM) and various other types of memory may be applied.

일 실시예에 따라, 호스트 컨트롤러(110)와 호스트 메모리(130)는 별도의 반도체 칩으로 구현될 수 있다. 또는, 일부 실시예들에서, 호스트 컨트롤러(110)와 호스트 메모리(130)는 동일한 반도체 칩에 집적될 수 있다. 일 예로서, 호스트 컨트롤러(110)는 애플리케이션 프로세서(Application Processor)에 구비되는 다수의 모듈들 중 어느 하나일 수 있으며, 상기 애플리케이션 프로세서는 시스템 온 칩(System on Chip, SoC)으로 구현될 수 있다. 또한, 호스트 메모리(130)는 상기 애플리케이션 프로세서 내에 구비되는 임베디드 메모리이거나, 또는 상기 애플리케이션 프로세서의 외부에 배치되는 비휘발성 메모리 또는 메모리 모듈일 수 있다.According to an embodiment, the host controller 110 and the host memory 130 may be implemented as separate semiconductor chips. Alternatively, in some embodiments, the host controller 110 and the host memory 130 may be integrated on the same semiconductor chip. As an example, the host controller 110 may be any one of a plurality of modules included in an application processor, and the application processor may be implemented as a system on chip (SoC). In addition, the host memory 130 may be an embedded memory provided in the application processor or a non-volatile memory or a memory module disposed outside the application processor.

호스트 컨트롤러(110)는 호스트 메모리(130)의 버퍼 영역의 데이터(예컨대, 기입 데이터)를 비휘발성 메모리(230)에 저장하거나, 비휘발성 메모리(230)의 데이터(예컨대, 독출 데이터)를 버퍼 영역에 저장하는 동작을 관리할 수 있다.The host controller 110 stores data (eg, write data) of the buffer region of the host memory 130 in the non-volatile memory 230 , or stores data (eg, read data) of the non-volatile memory 230 in the buffer region You can manage the action to be saved to .

스토리지 컨트롤러(210)는 호스트 인터페이스(211), 메모리 인터페이스(216) 및 CPU(central processing unit)(212)를 포함할 수 있다. 또한, 스토리지 컨트롤러(210)는 플래시 변환 계층(Flash Translation Layer; FTL)(213), 패킷 매니저(214), 버퍼 메모리(215), ECC(error correction code)(217) 엔진 및 AES(advanced encryption standard) 엔진(218)을 더 포함할 수 있다. 스토리지 컨트롤러(210)는 플래시 변환 레이어(FTL)(214)가 로딩되는 워킹 메모리(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 중앙 처리 장치(212)가 플래시 계층을 실행하는 것에 의해 비휘발성 메모리(230)에 대한 데이터 기입 및 독출 동작이 제어될 수 있다.The storage controller 210 may include a host interface 211 , a memory interface 216 , and a central processing unit (CPU) 212 . In addition, the storage controller 210 includes a Flash Translation Layer (FTL) 213 , a packet manager 214 , a buffer memory 215 , an error correction code (ECC) 217 engine, and an advanced encryption standard (AES). ) may further include an engine 218 . The storage controller 210 may further include a working memory (not shown) into which the flash translation layer (FTL) 214 is loaded, and the non-volatile memory 230 by the central processing unit 212 executing the flash layer. ) data writing and reading operations can be controlled.

호스트 인터페이스(211)는 호스트 장치(100)와 패킷(PACKET)을 송수신할 수 있다. 호스트 장치(100)로부터 호스트 인터페이스(211)로 전송되는 패킷은 커맨드(command) 혹은 비휘발성 메모리(230)에 기입될 데이터 등을 포함할 수 있으며, 호스트 인터페이스(211)로부터 호스트 장치(100)로 전송되는 패킷은 커맨드에 대한 응답(response) 혹은 비휘발성 메모리(230)로부터 독출된 데이터 등을 포함할 수 있다. 메모리 인터페이스(216)는 비휘발성 메모리(230)에 기입될 데이터를 비휘발성 메모리(230)로 송신하거나, 비휘발성 메모리(230)로부터 독출된 데이터를 수신할 수 있다. 이러한 메모리 인터페이스(216)는 토글(Toggle) 혹은 온파이(Open NAND Flash Interface; ONFI)와 같은 표준 규약을 준수하도록 구현될 수 있다.The host interface 211 may transmit/receive packets to and from the host device 100 . A packet transmitted from the host device 100 to the host interface 211 may include a command or data to be written to the nonvolatile memory 230 , and is transmitted from the host interface 211 to the host device 100 . The transmitted packet may include a response to a command or data read from the nonvolatile memory 230 . The memory interface 216 may transmit data to be written to the nonvolatile memory 230 to the nonvolatile memory 230 or receive data read from the nonvolatile memory 230 . The memory interface 216 may be implemented to comply with a standard protocol such as Toggle or Open NAND Flash Interface (ONFI).

플래시 변환 계층(213)은 어드레스 매핑(address mapping), 웨어-레벨링(wear-leveling), 가비지 콜렉션(garbage collection)과 같은 여러 기능을 수행할 수 있다. 어드레스 매핑 동작은 호스트 장치(100)로부터 수신한 논리 어드레스(logical address)를, 비휘발성 메모리(230) 내에 데이터를 실제로 저장하는 데 사용되는 물리 어드레스(physical address)로 바꾸는 동작이다. 웨어-레벨링은 비휘발성 메모리(230) 내의 블록(block)들이 균일하게 사용되도록 하여 특정 블록의 과도한 열화를 방지하기 위한 기술로, 예시적으로 물리 블록(physical block)들의 소거 카운트들을 밸런싱하는 펌웨어 기술을 통해 구현될 수 있다. 가비지 콜렉션은, 블록의 유효 데이터를 새 블록에 복사한 후 기존 블록을 소거(erase)하는 방식을 통해 비휘발성 메모리(230) 내에서 사용 가능한 용량을 확보하기 위한 기술이다.The flash translation layer 213 may perform various functions such as address mapping, wear-leveling, and garbage collection. The address mapping operation is an operation of changing a logical address received from the host device 100 into a physical address used to actually store data in the nonvolatile memory 230 . Wear-leveling is a technique for preventing excessive degradation of a specific block by ensuring that blocks in the non-volatile memory 230 are used uniformly, for example, a firmware technique for balancing erase counts of physical blocks can be implemented through Garbage collection is a technique for securing usable capacity in the nonvolatile memory 230 by copying valid data of a block to a new block and then erasing an existing block.

패킷 매니저(214)는 호스트 장치(100)와 협의된 인터페이스의 프로토콜에 따른 패킷(PACKET)을 생성하거나, 호스트 장치(100)로부터 수신된 패킷(PACKET)으로부터 각종 정보를 파싱할 수 있다. 또한, 버퍼 매니저(215)는 비휘발성 메모리(230)에 기입될 데이터 혹은 비휘발성 메모리(230)로부터 독출될 데이터를 버퍼에 임시로 저장할 수 있다. 버퍼는 스토리지 컨트롤러(210) 내에 구비되는 구성일 수 있으나, 스토리지 컨트롤러(210)의 외부에 배치되어도 무방하다.The packet manager 214 may generate a packet (PACKET) according to a protocol of an interface negotiated with the host device 100 or parse various types of information from a packet (PACKET) received from the host device 100 . Also, the buffer manager 215 may temporarily store data to be written to or read from the nonvolatile memory 230 in a buffer. The buffer may be provided in the storage controller 210 , but may be disposed outside the storage controller 210 .

ECC 엔진(217)은 비휘발성 메모리(230)로부터 독출되는 독출 데이터에 대한 오류 검출 및 정정 기능을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, ECC 엔진(217)은 비휘발성 메모리(230)에 기입될 기입 데이터에 대하여 패리티 비트(parity bit)들을 생성할 수 있으며, 이와 같이 생성된 패리티 비트들은 기입 데이터와 함께 비휘발성 메모리(230) 내에 저장될 수 있다. 비휘발성 메모리(230)로부터의 데이터 독출 시, ECC 엔진(217)은 독출 데이터와 함께 비휘발성 메모리(230)로부터 독출되는 패리티 비트들을 이용하여 독출 데이터의 에러를 정정하고, 에러가 정정된 독출 데이터를 출력할 수 있다.The ECC engine 217 may perform an error detection and correction function on read data read from the nonvolatile memory 230 . More specifically, the ECC engine 217 may generate parity bits for write data to be written in the non-volatile memory 230 , and the generated parity bits are used together with the write data in the non-volatile memory ( 230) may be stored in When reading data from the non-volatile memory 230 , the ECC engine 217 corrects an error of the read data using parity bits read from the non-volatile memory 230 together with the read data, and the error-corrected read data can be printed out.

AES 엔진(218)은, 스토리지 컨트롤러(210)로 입력되는 데이터에 대한 암호화(encryption) 동작과 복호화(decryption) 동작 중 적어도 하나를, 대칭 키 알고리즘(symmetric-key algorithm)를 이용하여 수행할 수 있다.The AES engine 218 may perform at least one of an encryption operation and a decryption operation on data input to the storage controller 210 using a symmetric-key algorithm. .

도 18b는 도 18a의 ECC 엔진(217)을 보다 자세히 설명하기 위한 도면이다. 도 18b를 참조하면, ECC 엔진(217)은 ECC 인코딩 회로(510)와 ECC 디코딩 회로(520)를 포함할 수 있다. ECC 인코딩 회로(510)는 ECC 제어 신호(ECC_CON)에 응답하여 메모리 셀 어레이(221)의 메모리 셀들에 기입될 기입 데이터(WData[0:63])에 대하여 패리티 비트들(ECCP[0:7])을 생성할 수 있다. 패리티 비트들(ECCP[0:7])은 ECC 셀 어레이(223)에 저장될 수 있다. 실시예에 따라, ECC 인코딩 회로(510)는 ECC 제어 신호(ECC_CON)에 응답하여 메모리 셀 어레이(221)의 불량 셀을 포함하는 메모리 셀들에 기입될 기입 데이터(WData[0:63])에 대하여 패리티 비트들(ECCP[0:7])을 생성할 수 있다.18B is a diagram for explaining the ECC engine 217 of FIG. 18A in more detail. Referring to FIG. 18B , the ECC engine 217 may include an ECC encoding circuit 510 and an ECC decoding circuit 520 . The ECC encoding circuit 510 transmits parity bits ECCP[0:7] to the write data WData[0:63] to be written to the memory cells of the memory cell array 221 in response to the ECC control signal ECC_CON. ) can be created. The parity bits ECCP[0:7] may be stored in the ECC cell array 223 . According to an embodiment, the ECC encoding circuit 510 responds to the ECC control signal ECC_CON with respect to write data WData[0:63] to be written to memory cells including defective cells of the memory cell array 221 . Parity bits (ECCP[0:7]) may be generated.

ECC 디코딩 회로(520)는 ECC 제어 신호(ECC_CON)에 응답하여 메모리 셀 어레이(221)의 메모리 셀들로부터 독출되는 독출 데이터(RData[0:63])와 ECC 셀 어레이(223)에서 독출되는 패리티 비트들(ECCP[0:7])을 이용하여 에러 비트 데이터를 정정하고, 에러 정정된 데이터(Data[0:63])를 출력할 수 있다. 실시예에 따라, ECC 디코딩 회로(520)는 ECC 제어 신호(ECC_CON)에 응답하여 메모리 셀 어레이(221)의 불량 셀을 포함하는 메모리 셀들로부터 독출되는 독출 데이터(RData[0:63])와 ECC 셀 어레이(223)에서 독출되는 패리티 비트들(ECCP[0:7])을 이용하여 에러 비트 데이터를 정정하고, 에러 정정된 데이터(Data[0:63])를 출력할 수 있다.The ECC decoding circuit 520 receives the read data RData[0:63] read from the memory cells of the memory cell array 221 in response to the ECC control signal ECC_CON and the parity bit reads out from the ECC cell array 223 . It is possible to correct the error bit data using the ECCP[0:7] and output the error-corrected data Data[0:63]. According to an embodiment, the ECC decoding circuit 520 receives read data RData[0:63] and ECC read from memory cells including defective cells of the memory cell array 221 in response to the ECC control signal ECC_CON. The error bit data may be corrected using the parity bits ECCP[0:7] read from the cell array 223 and the error-corrected data Data[0:63] may be output.

도 18c는 도 18b의 ECC 인코딩 회로(510)를 설명하는 도면이다.18C is a diagram for explaining the ECC encoding circuit 510 of FIG. 18B.

도 18c를 참조하면, ECC 인코딩 회로(510)는 ECC 제어 신호(ECC_CON)에 응답하여 64 비트 기입 데이터(WData[0:63])와 베이시스 비트(Basis Bit, B[0:7])를 수신하고, XOR 어레이 연산을 이용하여 패리티 비트들(ECCP[0:7])을 발생하는 패리티 발생기(511)를 포함할 수 있다. 베이시스 비트(B[0:7])는 64 비트 기입 데이터(WData[0:63])에 대한 패리티 비트들(ECCP[0:7])을 발생시키기 위한 비트들로서, 예컨대, b'00000000 비트들로 구성될 수 있다. 베이시스 비트(B[0:7])는 b'00000000 비트들 대신에 다른 특정 비트들을 이용할 수 있다.Referring to FIG. 18C , the ECC encoding circuit 510 receives 64-bit write data (WData[0:63]) and basis bits (Basis Bit, B[0:7]) in response to the ECC control signal ECC_CON. and a parity generator 511 that generates parity bits ECCP[0:7] using an XOR array operation. The basis bits (B[0:7]) are bits for generating parity bits (ECCP[0:7]) for the 64-bit write data (WData[0:63]), for example, b'00000000 bits can be composed of The basis bits (B[0:7]) may use other specific bits instead of the b'00000000 bits.

도 18d는 도 18b의 ECC 디코딩 회로(520)를 설명하는 도면이다.18D is a diagram for explaining the ECC decoding circuit 520 of FIG. 18B.

도 18d를 참조하면, ECC 디코딩 회로(520)는 신드롬 발생기(521), 계수 계산기(522), 1-비트 에러 위치 검출기(523), 그리고 에러 정정기(524)를 포함한다. 신드롬 발생기(521)는 ECC 제어 신호(ECC_CON)에 응답하여 64 비트 독출 데이터와 8 비트의 패리티 비트들(ECCP[0:7])을 수신하고 XOR 어레이 연산을 이용하여 신드롬 데이터(S[0:7])를 발생할 수 있다. 계수 계산기(522)는 신드롬 데이터(S[0:7])를 이용하여 오류 위치 방정식의 계수를 산출할 수 있다. 오류 위치 방정식은 에러 비트의 역수를 근으로 하는 방정식이다. 1-비트 에러 위치 검출기(523)는 산출된 오류 위치 방정식을 이용하여 1 비트 에러의 위치를 계산할 수 있다. 에러 정정기(524)는 1-비트 에러 위치 검출기(523)의 검출 결과에 기초하여 1-비트 에러 위치를 결정할 수 있다. 에러 정정기(524)는 결정된 1-비트 에러 위치 정보에 따라 64 비트 독출 데이터(RData[0:63]) 중 에러가 발생한 비트의 로직 값을 반전시켜 에러를 정정하고, 에러 정정된 64 비트 데이터(Data[0:63])를 출력할 수 있다.Referring to FIG. 18D , the ECC decoding circuit 520 includes a syndrome generator 521 , a coefficient calculator 522 , a 1-bit error position detector 523 , and an error corrector 524 . The syndrome generator 521 receives 64-bit read data and 8-bit parity bits ECCP[0:7] in response to the ECC control signal ECC_CON, and uses the XOR array operation to receive the syndrome data S[0: 7]) may occur. The coefficient calculator 522 may calculate the coefficient of the error location equation by using the syndrome data S[0:7]. The error position equation is an equation based on the reciprocal of the error bit. The 1-bit error position detector 523 may calculate the position of the 1-bit error using the calculated error position equation. The error corrector 524 may determine the 1-bit error position based on the detection result of the 1-bit error position detector 523 . The error corrector 524 corrects the error by inverting the logic value of the bit in which the error occurred among the 64-bit read data RData[0:63] according to the determined 1-bit error position information, and corrects the error, and the error-corrected 64-bit data ( Data[0:63]) can be output.

도 18e는 도 18a의 AES 엔진(218)을 보다 자세히 설명하기 위한 도면이다. 18E is a diagram for explaining the AES engine 218 of FIG. 18A in more detail.

AES 엔진(218)은 AES(advanced encryption standard) 알고리즘을 이용한 데이터의 암호화 및 복호화를 수행할 수 있으며, 암호화 모듈(218a) 및 복호화 모듈(218b)을 포함할 수 있다. 도 18e는 서로 별개의 모듈로 구현된 암호화 모듈(218a)과 복호화 모듈(218b)을 도시하고 있으나, 이와는 달리 암호화와 복호화를 모두 수행할 수 있는 하나의 모듈이 AES 엔진(218) 내에 구현되는 것도 가능하다. 버퍼 메모리(215)는 버퍼 역할을 하는 휘발성 메모리일 수 있지만, 비휘발성 메모리일 수도 있다. The AES engine 218 may perform encryption and decryption of data using an advanced encryption standard (AES) algorithm, and may include an encryption module 218a and a decryption module 218b. Although FIG. 18E shows the encryption module 218a and the decryption module 218b implemented as separate modules, unlike this, one module capable of performing both encryption and decryption is implemented in the AES engine 218. It is possible. The buffer memory 215 may be a volatile memory serving as a buffer, but may also be a non-volatile memory.

AES 엔진(218)은 버퍼 메모리(215)로부터 전송된 제1 데이터를 수신할 수 있다. 암호화 모듈(218a)은 버퍼 메모리(215)로부터 전송된 제1 데이터를 암호화 키(encryption key)를 이용하여 암호화함으로써 제2 데이터를 생성할 수 있다. 상기 제2 데이터는 AES 엔진(218)으로부터 버퍼 메모리(215)로 전송되어, 버퍼 메모리(215) 내에 저장될 수 있다.The AES engine 218 may receive the first data transmitted from the buffer memory 215 . The encryption module 218a may generate the second data by encrypting the first data transmitted from the buffer memory 215 using an encryption key. The second data may be transmitted from the AES engine 218 to the buffer memory 215 and stored in the buffer memory 215 .

또한, AES 엔진(218)은 버퍼 메모리(215)로부터 전송된 제3 데이터를 수신할 수 있다. 제3 데이터는 상기 제1 데이터를 암호화하는 데 이용된 암호화 키와 동일한 암호화 키로 암호화된 데이터일 수 있다. 복호화 모듈(218b)은 버퍼 메모리(215)로부터 전송된 제3 데이터를, 상기 제1 데이터를 암호화하는 데 이용된 암호화 키와 동일한 암호화 키로 복호화하여 제4 데이터를 생성할 수 있다. 상기 제4 데이터는 AES 엔진(218)으로부터 버퍼 메모리(215)로 전송되어, 버퍼 메모리(215) 에 저장될 수 있다.Also, the AES engine 218 may receive the third data transmitted from the buffer memory 215 . The third data may be data encrypted with the same encryption key used to encrypt the first data. The decryption module 218b may generate fourth data by decrypting the third data transmitted from the buffer memory 215 with the same encryption key as the encryption key used to encrypt the first data. The fourth data may be transmitted from the AES engine 218 to the buffer memory 215 and stored in the buffer memory 215 .

도 19는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 메모리 시스템(15)을 나타내는 블록도이다. 19 is a block diagram illustrating a memory system 15 according to an exemplary embodiment of the present disclosure.

도 19을 참조하면, 메모리 시스템(15)은 메모리 장치(17) 및 메모리 컨트롤러(16)를 포함할 수 있다. 메모리 시스템(15)은 복수의 채널들(CH1~CHm)을 지원할 수 있고, 메모리 장치(17)와 메모리 컨트롤러(16)는 복수의 채널들(CH1~CHm)을 통해 연결될 수 있다. 예를 들어, 메모리 시스템(15)은 SSD(Solid State Drive)와 같은 스토리지 장치로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 19 , the memory system 15 may include a memory device 17 and a memory controller 16 . The memory system 15 may support a plurality of channels CH1 to CHm, and the memory device 17 and the memory controller 16 may be connected through the plurality of channels CH1 to CHm. For example, the memory system 15 may be implemented as a storage device such as a solid state drive (SSD).

메모리 장치(17)는 복수의 비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVMmn)을 포함할 수 있다. 비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVMmn) 각각은 대응하는 웨이(way)를 통해 복수의 채널들(CH1~CHm) 중 하나에 연결될 수 있다. 예를 들어, 비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVM1n)은 웨이들(W11~W1n)을 통해 제1 채널(CH1)에 연결되고, 비휘발성 메모리 장치들(NVM21~NVM2n)은 웨이들(W21~W2n)을 통해 제2 채널(CH2)에 연결될 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVMmn) 각각은 메모리 컨트롤러(16)로부터의 개별적인 명령에 따라 동작할 수 있는 임의의 메모리 단위로 구현될 수 있다. 예를 들어, 비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVMmn) 각각은 칩(chip) 또는 다이(die)로 구현될 수 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.The memory device 17 may include a plurality of nonvolatile memory devices NVM11 to NVMmn. Each of the nonvolatile memory devices NVM11 to NVMmn may be connected to one of the plurality of channels CH1 to CHm through a corresponding way. For example, the nonvolatile memory devices NVM11 to NVM1n are connected to the first channel CH1 through the ways W11 to W1n, and the nonvolatile memory devices NVM21 to NVM2n are the ways W21 to W2n) may be connected to the second channel CH2. In an exemplary embodiment, each of the nonvolatile memory devices NVM11 to NVMmn may be implemented as an arbitrary memory unit capable of operating according to an individual command from the memory controller 16 . For example, each of the nonvolatile memory devices NVM11 to NVMmn may be implemented as a chip or a die, but the present disclosure is not limited thereto.

메모리 컨트롤러(16)는 복수의 채널들(CH1~CHm)을 통해 메모리 장치(17)와 신호들을 송수신할 수 있다. 예를 들어, 메모리 컨트롤러(16)는 채널들(CH1~CHm)을 통해 메모리 장치(17)로 커맨드들(CMDa~CMDm), 어드레스들(ADDRa~ADDRm), 및 데이터(DATAa~DATAm)를 메모리 장치(17)로 전송하거나, 메모리 장치(17)로부터 데이터(DATAa~DATAm)를 수신할 수 있다.The memory controller 16 may transmit/receive signals to and from the memory device 17 through the plurality of channels CH1 to CHm. For example, the memory controller 16 stores commands CMDa to CMDm, addresses ADDRa to ADDRm, and data DATAa to DATAm to the memory device 17 through channels CH1 to CHm. The data DATAa to DATAm may be transmitted to the device 17 or received from the memory device 17 .

메모리 컨트롤러(16)는 각각의 채널을 통해 해당 채널에 연결된 비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVMmn) 중 하나를 선택하고, 선택된 비휘발성 메모리 장치와 신호들을 송수신할 수 있다. 예를 들어, 메모리 컨트롤러(16)는 제1 채널(CH1)에 연결된 비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVM1n) 중 비휘발성 메모리 장치(NVM11)를 선택할 수 있다. 메모리 컨트롤러(16)는 선택된 비휘발성 메모리 장치(NVM11)로 제1 채널(CH1)을 통해 커맨드(CMDa), 어드레스(ADDRa), 및 데이터(DATAa)를 전송하거나, 선택된 비휘발성 메모리 장치(NVM11)로부터 데이터(DATAa)를 수신할 수 있다.The memory controller 16 may select one of the nonvolatile memory devices NVM11 to NVMmn connected to the corresponding channel through each channel, and transmit/receive signals to/from the selected nonvolatile memory device. For example, the memory controller 16 may select the nonvolatile memory device NVM11 from among the nonvolatile memory devices NVM11 to NVM1n connected to the first channel CH1 . The memory controller 16 transmits the command CMDa, the address ADDRa, and the data DATAa to the selected nonvolatile memory device NVM11 through the first channel CH1 or the selected nonvolatile memory device NVM11 It is possible to receive data DATAa from

메모리 컨트롤러(16)는 서로 다른 채널들을 통해 메모리 장치(17)와 신호들을 병렬적으로 송수신할 수 있다. 예를 들어, 메모리 컨트롤러(16)는 제1 채널(CH1)을 통해 메모리 장치(17)로 커맨드(CMDa)를 전송하는 동안 제2 채널(CH2)을 통해 메모리 장치(17)로 커맨드(CMDb)를 전송할 수 있다. 예를 들어, 메모리 컨트롤러(16)는 제1 채널(CH1)을 통해 메모리 장치(17)로부터 데이터(DATAa)를 수신하는 동안 제2 채널(CH2)을 통해 메모리 장치(17)로부터 데이터(DATAb)를 수신할 수 있다.The memory controller 16 may transmit/receive signals to and from the memory device 17 in parallel through different channels. For example, the memory controller 16 transmits the command CMDb to the memory device 17 through the second channel CH2 while transmitting the command CMDa to the memory device 17 through the first channel CH1 . can be transmitted. For example, the memory controller 16 receives data DATAb from the memory device 17 through the second channel CH2 while receiving the data DATAa from the memory device 17 through the first channel CH1 . can receive

메모리 컨트롤러(16)는 메모리 장치(17)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 메모리 컨트롤러(16)는 채널들(CH1~CHm)로 신호를 전송하여 채널들(CH1~CHm)에 연결된 비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVMmn) 각각을 제어할 수 있다. 예를 들어, 메모리 컨트롤러(16)는 제1 채널(CH1)로 커맨드(CMDa) 및 어드레스(ADDRa)를 전송하여 비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVM1n) 중 선택된 하나를 제어할 수 있다.The memory controller 16 may control the overall operation of the memory device 17 . The memory controller 16 may transmit signals to the channels CH1 to CHm to control each of the nonvolatile memory devices NVM11 to NVMmn connected to the channels CH1 to CHm. For example, the memory controller 16 may transmit a command CMDa and an address ADDRa to the first channel CH1 to control a selected one of the nonvolatile memory devices NVM11 to NVM1n.

비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVMmn) 각각은 메모리 컨트롤러(16)의 제어에 따라 동작할 수 있다. 예를 들어, 비휘발성 메모리 장치(NVM11)는 제1 채널(CH1)로 제공되는 커맨드(CMDa), 어드레스(ADDRa)에 따라, 데이터(DATAa)를 프로그램할 수 있다. 예를 들어, 비휘발성 메모리 장치(NVM21)는 제2 채널(CH2)로 제공되는 커맨드(CMDb) 및 어드레스(ADDRb)에 따라 데이터(DATAb)를 독출하고, 독출된 데이터(DATAb)를 메모리 컨트롤러(16)로 전송할 수 있다.Each of the nonvolatile memory devices NVM11 to NVMmn may operate under the control of the memory controller 16 . For example, the nonvolatile memory device NVM11 may program the data DATAa according to the command CMDa and the address ADDRa provided to the first channel CH1 . For example, the nonvolatile memory device NVM21 reads the data DATAb according to the command CMDb and the address ADDRb provided to the second channel CH2, and transfers the read data DATAb to the memory controller 16) can be transmitted.

도 19에는 메모리 장치(17)가 m개의 채널을 통해 메모리 컨트롤러(16)와 통신하고, 메모리 장치(17)가 각각의 채널에 대응하여 n개의 비휘발성 메모리 장치를 포함하는 것으로 도시되나, 채널들의 개수와 하나의 채널에 연결된 비휘발성 메모리 장치의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.19 shows that the memory device 17 communicates with the memory controller 16 through m channels, and the memory device 17 includes n non-volatile memory devices corresponding to each channel. The number and the number of nonvolatile memory devices connected to one channel may be variously changed.

도 20은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 메모리 시스템을 나타내는 블록도이다. 20 is a block diagram illustrating a memory system according to an exemplary embodiment of the present disclosure.

도 20을 참조하면, 메모리 시스템은 메모리 장치(300) 및 메모리 컨트롤러(400)를 포함할 수 있다. 도 20의 메모리 시스템에, 도 1의 스토리지 장치(200)가 적용될 수 있다. 메모리 장치(300)는 도 19의 복수의 채널들(CH1~CHm) 중 하나를 기반으로 메모리 컨트롤러(400)와 통신하는 비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVMmn) 중 하나에 대응할 수 있다. 메모리 컨트롤러(400)는 도 19의 메모리 컨트롤러(16)에 대응할 수 있다.Referring to FIG. 20 , the memory system may include a memory device 300 and a memory controller 400 . The storage device 200 of FIG. 1 may be applied to the memory system of FIG. 20 . The memory device 300 may correspond to one of the nonvolatile memory devices NVM11 to NVMmn that communicates with the memory controller 400 based on one of the plurality of channels CH1 to CHm of FIG. 19 . The memory controller 400 may correspond to the memory controller 16 of FIG. 19 .

메모리 장치(300)는 제1 내지 제8 핀들(P11~P18), 메모리 인터페이스 회로(310), 제어 로직 회로(320), 및 메모리 셀 어레이(330)를 포함할 수 있다.The memory device 300 may include first to eighth pins P11 to P18 , a memory interface circuit 310 , a control logic circuit 320 , and a memory cell array 330 .

메모리 인터페이스 회로(310)는 제1 핀(P11)을 통해 메모리 컨트롤러(400)로부터 칩 인에이블 신호(nCE)를 수신할 수 있다. 메모리 인터페이스 회로(310)는 칩 인에이블 신호(nCE)에 따라 제2 내지 제8 핀들(P12~P18)을 통해 메모리 컨트롤러(400)와 신호들을 송수신할 수 있다. 예를 들어, 칩 인에이블 신호(nCE)가 인에이블 상태(예를 들어, 로우 레벨)인 경우, 메모리 인터페이스 회로(310)는 제2 내지 제8 핀들(P12~P18)을 통해 메모리 컨트롤러(400)와 신호들을 송수신할 수 있다. The memory interface circuit 310 may receive the chip enable signal nCE from the memory controller 400 through the first pin P11 . The memory interface circuit 310 may transmit/receive signals to and from the memory controller 400 through the second to eighth pins P12 to P18 according to the chip enable signal nCE. For example, when the chip enable signal nCE is in an enable state (eg, a low level), the memory interface circuit 310 may be configured to operate the memory controller 400 through the second to eighth pins P12 to P18. ) and can transmit and receive signals.

메모리 인터페이스 회로(310)는 제2 내지 제4 핀들(P12~P14)을 통해 메모리 컨트롤러(400)로부터 커맨드 래치 인에이블 신호(CLE), 어드레스 래치 인에이블 신호(ALE), 및 기입 인에이블 신호(nWE)를 수신할 수 있다. 메모리 인터페이스 회로(310)는 제7 핀(P17)을 통해 메모리 컨트롤러(400)로부터 데이터 신호(DQ)를 수신하거나, 메모리 컨트롤러(400)로 데이터 신호(DQ)를 전송할 수 있다. 데이터 신호(DQ)를 통해 커맨드(CMD), 어드레스(ADDR), 및 데이터(DATA)가 전달될 수 있다. 예를 들어, 데이터 신호(DQ)는 복수의 데이터 신호 라인들을 통해 전달될 수 있다. 이 경우, 제7 핀(P17)은 복수의 데이터 신호(DQ)들에 대응하는 복수개의 핀들을 포함할 수 있다.The memory interface circuit 310 receives a command latch enable signal CLE, an address latch enable signal ALE, and a write enable signal from the memory controller 400 through the second to fourth pins P12 to P14. nWE) can be received. The memory interface circuit 310 may receive the data signal DQ from the memory controller 400 through the seventh pin P17 or may transmit the data signal DQ to the memory controller 400 . A command CMD, an address ADDR, and data DATA may be transmitted through the data signal DQ. For example, the data signal DQ may be transmitted through a plurality of data signal lines. In this case, the seventh pin P17 may include a plurality of pins corresponding to the plurality of data signals DQ.

메모리 인터페이스 회로(310)는 기입 인에이블 신호(nWE)의 토글 타이밍들에 기초하여 커맨드 래치 인에이블 신호(CLE)의 인에이블 구간(예를 들어, 하이 레벨 상태)에서 수신되는 데이터 신호(DQ)로부터 커맨드(CMD)를 획득할 수 있다. 메모리 인터페이스 회로(310)는 기입 인에이블 신호(nWE)의 토글 타이밍들에 기초하여 어드레스 래치 인에이블 신호(ALE)의 인에이블 구간(예를 들어, 하이 레벨 상태)에서 수신되는 데이터 신호(DQ)로부터 어드레스(ADDR)를 획득할 수 있다.The memory interface circuit 310 may generate a data signal DQ received in an enable period (eg, a high level state) of the command latch enable signal CLE based on the toggle timings of the write enable signal nWE. A command (CMD) can be obtained from The memory interface circuit 310 may generate a data signal DQ received in an enable period (eg, a high level state) of the address latch enable signal ALE based on the toggle timings of the write enable signal nWE. The address ADDR can be obtained from

예시적인 실시 예에서, 기입 인에이블 신호(nWE)는 고정된(static) 상태(예를 들어, 하이(high) 레벨 또는 로우(low) 레벨)를 유지하다가 하이 레벨과 로우 레벨 사이에서 토글할 수 있다. 예를 들어, 기입 인에이블 신호(nWE)는 커맨드(CMD) 또는 어드레스(ADDR)가 전송되는 구간에서 토글할 수 있다. 이에 따라, 메모리 인터페이스 회로(310)는 기입 인에이블 신호(nWE)의 토글 타이밍들에 기초하여 커맨드(CMD) 또는 어드레스(ADDR)를 획득할 수 있다.In an exemplary embodiment, the write enable signal nWE may be toggled between a high level and a low level while maintaining a static state (eg, a high level or a low level). have. For example, the write enable signal nWE may be toggled during a period in which the command CMD or the address ADDR is transmitted. Accordingly, the memory interface circuit 310 may acquire the command CMD or the address ADDR based on the toggle timings of the write enable signal nWE.

메모리 인터페이스 회로(310)는 제5 핀(P15)을 통해 메모리 컨트롤러(400)로부터 독출 인에이블 신호(nRE)를 수신할 수 있다. 메모리 인터페이스 회로(310)는 제6 핀(P16)을 통해 메모리 컨트롤러(400)로부터 데이터 스트로브 신호(DQS)를 수신하거나, 메모리 컨트롤러(400)로 데이터 스트로브 신호(DQS)를 전송할 수 있다.The memory interface circuit 310 may receive the read enable signal nRE from the memory controller 400 through the fifth pin P15 . The memory interface circuit 310 may receive the data strobe signal DQS from the memory controller 400 through the sixth pin P16 or transmit the data strobe signal DQS to the memory controller 400 .

메모리 장치(300)의 데이터(DATA) 출력 동작에서, 메모리 인터페이스 회로(310)는 데이터(DATA)를 출력하기 전에 제5 핀(P15)을 통해 토글하는 독출 인에이블 신호(nRE)를 수신할 수 있다. 메모리 인터페이스 회로(310)는 독출 인에이블 신호(nRE)의 토글링에 기초하여 토글하는 데이터 스트로브 신호(DQS)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 메모리 인터페이스 회로(310)는 독출 인에이블 신호(nRE)의 토글링 시작 시간을 기준으로 미리 정해진 딜레이(예를 들어, tDQSRE) 이후에 토글하기 시작하는 데이터 스트로브 신호(DQS)를 생성할 수 있다. 메모리 인터페이스 회로(310)는 데이터 스트로브 신호(DQS)의 토글 타이밍에 기초하여 데이터(DATA)를 포함하는 데이터 신호(DQ)를 전송할 수 있다. 이에 따라, 데이터(DATA)는 데이터 스트로브 신호(DQS)의 토글 타이밍에 정렬되어 메모리 컨트롤러(400)로 전송될 수 있다.In the data output operation of the memory device 300 , the memory interface circuit 310 may receive the read enable signal nRE toggling through the fifth pin P15 before outputting the data DATA. have. The memory interface circuit 310 may generate the toggling data strobe signal DQS based on the toggling of the read enable signal nRE. For example, the memory interface circuit 310 generates a data strobe signal DQS that starts toggling after a predetermined delay (eg, tDQSRE) based on a toggling start time of the read enable signal nRE. can do. The memory interface circuit 310 may transmit the data signal DQ including the data DATA based on the toggle timing of the data strobe signal DQS. Accordingly, the data DATA may be aligned with the toggle timing of the data strobe signal DQS and transmitted to the memory controller 400 .

메모리 장치(300)의 데이터(DATA) 입력 동작에서, 메모리 컨트롤러(400)로부터 데이터(DATA)를 포함하는 데이터 신호(DQ)이 수신되는 경우, 메모리 인터페이스 회로(310)는 메모리 컨트롤러(400)로부터 데이터(DATA)와 함께 토글하는 데이터 스트로브 신호(DQS)를 수신할 수 있다. 메모리 인터페이스 회로(310)는 데이터 스트로브 신호(DQS)의 토글 타이밍에 기초하여 데이터 신호(DQ)로부터 데이터(DATA)를 획득할 수 있다. 예를 들어, 메모리 인터페이스 회로(310)는 데이터 스트로브 신호(DQS)의 상승 에지 및 하강 에지에서 데이터 신호(DQ)를 샘플링함으로써 데이터(DATA)를 획득할 수 있다.In the data input operation of the memory device 300 , when the data signal DQ including the data DATA is received from the memory controller 400 , the memory interface circuit 310 receives the data from the memory controller 400 . A data strobe signal DQS toggling together with the data DATA may be received. The memory interface circuit 310 may acquire the data DATA from the data signal DQ based on the toggle timing of the data strobe signal DQS. For example, the memory interface circuit 310 may acquire the data DATA by sampling the data signal DQ at rising edges and falling edges of the data strobe signal DQS.

메모리 인터페이스 회로(310)는 제8 핀(P18)을 통해 레디/비지 출력 신호(nR/B)를 메모리 컨트롤러(400)로 전송할 수 있다. 메모리 인터페이스 회로(310)는 레디/비지 출력 신호(nR/B)를 통해 메모리 장치(300)의 상태 정보를 메모리 컨트롤러(400)로 전송할 수 있다. 메모리 장치(300)가 비지 상태인 경우(즉, 메모리 장치(300) 내부 동작들이 수행 중인 경우), 메모리 인터페이스 회로(310)는 비지 상태를 나타내는 레디/비지 출력 신호(nR/B)를 메모리 컨트롤러(400)로 전송할 수 있다. 메모리 장치(300)가 레디 상태인 경우(즉, 메모리 장치(300) 내부 동작들이 수행되지 않거나 완료된 경우), 메모리 인터페이스 회로(310)는 레디 상태를 나타내는 레디/비지 출력 신호(nR/B)를 메모리 컨트롤러(400)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 메모리 장치(300)가 페이지 독출 명령에 응답하여 메모리 셀 어레이(330)로부터 데이터(DATA)를 독출하는 동안, 메모리 인터페이스 회로(310)는 비지 상태(예를 들어, 로우 레벨)를 나타내는 레디/비지 출력 신호(nR/B)를 메모리 컨트롤러(400)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 메모리 장치(300)가 프로그램 명령에 응답하여 메모리 셀 어레이(330)로 데이터(DATA)를 프로그램하는 동안, 메모리 인터페이스 회로(310)는 비지 상태를 나타내는 레디/비지 출력 신호(nR/B)를 메모리 컨트롤러(400)로 전송할 수 있다.The memory interface circuit 310 may transmit the ready/busy output signal nR/B to the memory controller 400 through the eighth pin P18 . The memory interface circuit 310 may transmit state information of the memory device 300 to the memory controller 400 through the ready/busy output signal nR/B. When the memory device 300 is in a busy state (that is, when internal operations of the memory device 300 are being performed), the memory interface circuit 310 transmits a ready/busy output signal nR/B indicating the busy state to the memory controller (400). When the memory device 300 is in the ready state (ie, when internal operations of the memory device 300 are not performed or completed), the memory interface circuit 310 outputs a ready/busy output signal nR/B indicating the ready state. may be transmitted to the memory controller 400 . For example, while the memory device 300 reads data DATA from the memory cell array 330 in response to a page read command, the memory interface circuit 310 is in a busy state (eg, low level). A ready/busy output signal nR/B indicating nR/B may be transmitted to the memory controller 400 . For example, while the memory device 300 programs data DATA into the memory cell array 330 in response to a program command, the memory interface circuit 310 provides a ready/busy output signal nR/ B) may be transmitted to the memory controller 400 .

제어 로직 회로(320)는 메모리 장치(300)의 각종 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 제어 로직 회로(320)는 메모리 인터페이스 회로(310)로부터 획득된 커맨드/어드레스(CMD/ADDR)를 수신할 수 있다. 제어 로직 회로(320)는 수신된 커맨드/어드레스(CMD/ADDR)에 따라 메모리 장치(300)의 다른 구성 요소들을 제어하기 위한 제어 신호들을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제어 로직 회로(320)는 메모리 셀 어레이(330)에 데이터(DATA)를 프로그램하거나, 또는 메모리 셀 어레이(330)로부터 데이터(DATA)를 독출하기 위한 각종 제어 신호들을 생성할 수 있다.The control logic circuit 320 may generally control various operations of the memory device 300 . The control logic circuit 320 may receive the command/address CMD/ADDR obtained from the memory interface circuit 310 . The control logic circuit 320 may generate control signals for controlling other components of the memory device 300 according to the received command/address CMD/ADDR. For example, the control logic circuit 320 may generate various control signals for programming data DATA in the memory cell array 330 or reading data DATA from the memory cell array 330 . .

메모리 셀 어레이(330)는 제어 로직 회로(320)의 제어에 따라 메모리 인터페이스 회로(310)로부터 획득된 데이터(DATA)를 저장할 수 있다. 메모리 셀 어레이(330)는 제어 로직 회로(320)의 제어에 따라 저장된 데이터(DATA)를 메모리 인터페이스 회로(310)로 출력할 수 있다.The memory cell array 330 may store data DATA obtained from the memory interface circuit 310 under the control of the control logic circuit 320 . The memory cell array 330 may output the stored data DATA to the memory interface circuit 310 under the control of the control logic circuit 320 .

메모리 셀 어레이(330)는 복수의 메모리 셀들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 메모리 셀들은 플래시 메모리 셀들일 수 있다. 그러나, 본 개시는 이에 한정되지 않으며, 메모리 셀들은 RRAM(Resistive Random Access Memory) 셀, FRAM(Ferroelectric Random Access Memory) 셀, PRAM(Phase Change Random Access Memory) 셀, TRAM(Thyristor Random Access Memory) 셀, MRAM(Magnetic Random Access Memory) 셀들일 수 있다. 이하에서는, 메모리 셀들이 낸드(NAND) 플래시 메모리 셀들인 실시 예를 중심으로 본 개시의 실시 예들이 설명될 것이다.The memory cell array 330 may include a plurality of memory cells. For example, the plurality of memory cells may be flash memory cells. However, the present disclosure is not limited thereto, and the memory cells include a resistive random access memory (RRAM) cell, a ferroelectric random access memory (FRAM) cell, a phase change random access memory (PRAM) cell, a thyristor random access memory (TRAM) cell, They may be Magnetic Random Access Memory (MRAM) cells. Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described focusing on an embodiment in which the memory cells are NAND flash memory cells.

메모리 컨트롤러(400)는 제1 내지 제8 핀들(P21~P28), 및 컨트롤러 인터페이스 회로(410)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제8 핀들(P21~P28)은 메모리 장치(300)의 제1 내지 제8 핀들(P11~P18)에 대응할 수 있다.The memory controller 400 may include first to eighth pins P21 to P28 and a controller interface circuit 410 . The first to eighth pins P21 to P28 may correspond to the first to eighth pins P11 to P18 of the memory device 300 .

컨트롤러 인터페이스 회로(410)는 제1 핀(P21)을 통해 메모리 장치(300)로 칩 인에이블 신호(nCE)를 전송할 수 있다. 컨트롤러 인터페이스 회로(410)는 칩 인에이블 신호(nCE)를 통해 선택한 메모리 장치(300)와 제2 내지 제8 핀들(P22~P28)을 통해 신호들을 송수신할 수 있다.The controller interface circuit 410 may transmit the chip enable signal nCE to the memory device 300 through the first pin P21 . The controller interface circuit 410 may transmit/receive signals to and from the memory device 300 selected through the chip enable signal nCE and the second to eighth pins P22 to P28.

컨트롤러 인터페이스 회로(410)는 제2 내지 제4 핀들(P22~P24)을 통해 커맨드 래치 인에이블 신호(CLE), 어드레스 래치 인에이블 신호(ALE), 및 기입 인에이블 신호(nWE)를 메모리 장치(300)로 전송할 수 있다. 컨트롤러 인터페이스 회로(410)는 제7 핀(P27)을 통해 메모리 장치(300)로 데이터 신호(DQ)를 전송하거나, 메모리 장치(300)로부터 데이터 신호(DQ)를 수신할 수 있다.The controller interface circuit 410 transmits the command latch enable signal CLE, the address latch enable signal ALE, and the write enable signal nWE to the memory device through the second to fourth pins P22 to P24. 300) can be transmitted. The controller interface circuit 410 may transmit the data signal DQ to the memory device 300 or receive the data signal DQ from the memory device 300 through the seventh pin P27 .

컨트롤러 인터페이스 회로(410)는 토글하는 기입 인에이블 신호(nWE)와 함께 커맨드(CMD) 또는 어드레스(ADDR)를 포함하는 데이터 신호(DQ)를 메모리 장치(300)로 전송할 수 있다. 컨트롤러 인터페이스 회로(410)는 인에이블 상태를 가지는 커맨드 래치 인에이블 신호(CLE)를 전송함에 따라 커맨드(CMD)를 포함하는 데이터 신호(DQ)를 메모리 장치(300)로 전송하고, 인에이블 상태를 가지는 어드레스 래치 인에이블 신호(ALE)를 전송함에 따라 어드레스(ADDR)를 포함하는 데이터 신호(DQ)를 메모리 장치(300)로 전송할 수 있다.The controller interface circuit 410 may transmit the data signal DQ including the command CMD or the address ADDR together with the toggling write enable signal nWE to the memory device 300 . The controller interface circuit 410 transmits the data signal DQ including the command CMD to the memory device 300 as the command latch enable signal CLE having an enable state is transmitted, and sets the enable state to the memory device 300 . As the branch transmits the address latch enable signal ALE, the data signal DQ including the address ADDR may be transmitted to the memory device 300 .

컨트롤러 인터페이스 회로(410)는 제5 핀(P25)을 통해 메모리 장치(300)로 독출 인에이블 신호(nRE)를 전송할 수 있다. 컨트롤러 인터페이스 회로(410)는 제6 핀(P26)을 통해 메모리 장치(300)로부터 데이터 스트로브 신호(DQS)를 수신하거나, 메모리 장치(300)로 데이터 스트로브 신호(DQS)를 전송할 수 있다.The controller interface circuit 410 may transmit the read enable signal nRE to the memory device 300 through the fifth pin P25 . The controller interface circuit 410 may receive the data strobe signal DQS from the memory device 300 through the sixth pin P26 or transmit the data strobe signal DQS to the memory device 300 .

메모리 장치(300)의 데이터(DATA) 출력 동작에서, 컨트롤러 인터페이스 회로(410)는 토글하는 독출 인에이블 신호(nRE)를 생성하고, 독출 인에이블 신호(nRE)를 메모리 장치(300)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러 인터페이스 회로(410)는 데이터(DATA)가 출력되기 전에 고정된 상태(예를 들어, 하이 레벨 또는 로우 레벨)에서 토글 상태로 변경되는 독출 인에이블 신호(nRE)를 생성할 수 있다. 이에 따라, 메모리 장치(300)에서 독출 인에이블 신호(nRE)에 기초하여 토글하는 데이터 스트로브 신호(DQS)가 생성될 수 있다. 컨트롤러 인터페이스 회로(410)는 메모리 장치(300)로부터 토글하는 데이터 스트로브 신호(DQS)와 함께 데이터(DATA)를 포함하는 데이터 신호(DQ)를 수신할 수 있다. 컨트롤러 인터페이스 회로(410)는 데이터 스트로브 신호(DQS)의 토글 타이밍에 기초하여 데이터 신호(DQ)로부터 데이터(DATA)를 획득할 수 있다.In the data output operation of the memory device 300 , the controller interface circuit 410 may generate a toggling read enable signal nRE and transmit the read enable signal nRE to the memory device 300 . have. For example, the controller interface circuit 410 may generate a read enable signal nRE that is changed from a fixed state (eg, a high level or a low level) to a toggle state before the data DATA is output. have. Accordingly, the data strobe signal DQS toggling based on the read enable signal nRE in the memory device 300 may be generated. The controller interface circuit 410 may receive the data signal DQ including the data DATA together with the toggling data strobe signal DQS from the memory device 300 . The controller interface circuit 410 may acquire the data DATA from the data signal DQ based on the toggle timing of the data strobe signal DQS.

메모리 장치(300)의 데이터(DATA) 입력 동작에서, 컨트롤러 인터페이스 회로(410)는 토글하는 데이터 스트로브 신호(DQS)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러 인터페이스 회로(410)는 데이터(DATA)를 전송하기 전에 고정된 상태(예를 들어, 하이 레벨 또는 로우 레벨)에서 토글 상태로 변경되는 데이터 스트로브 신호(DQS)를 생성할 수 있다. 컨트롤러 인터페이스 회로(410)는 데이터 스트로브 신호(DQS)의 토글 타이밍들에 기초하여 데이터(DATA)를 포함하는 데이터 신호(DQ)를 메모리 장치(300)로 전송할 수 있다.In a data input operation of the memory device 300 , the controller interface circuit 410 may generate a toggle data strobe signal DQS. For example, the controller interface circuit 410 may generate a data strobe signal DQS that is changed from a fixed state (eg, a high level or a low level) to a toggle state before transmitting the data DATA. . The controller interface circuit 410 may transmit the data signal DQ including the data DATA to the memory device 300 based on the toggle timings of the data strobe signal DQS.

컨트롤러 인터페이스 회로(410)는 제8 핀(P28)을 통해 메모리 장치(300)로부터 레디/비지 출력 신호(nR/B)를 수신할 수 있다. 컨트롤러 인터페이스 회로(410)는 레디/비지 출력 신호(nR/B)에 기초하여 메모리 장치(300)의 상태 정보를 판별할 수 있다.The controller interface circuit 410 may receive the ready/busy output signal nR/B from the memory device 300 through the eighth pin P28 . The controller interface circuit 410 may determine the state information of the memory device 300 based on the ready/busy output signal nR/B.

도 21은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 메모리 장치(300)를 나타내는 블록도이다. 21 is a block diagram illustrating a memory device 300 according to an exemplary embodiment of the present disclosure.

도 21를 참조하면, 메모리 장치(300)는 제어 로직 회로(320), 메모리 셀 어레이(330), 페이지 버퍼(340), 전압 생성기(350), 및 로우 디코더(360)를 포함할 수 있다. 도 21에는 도시되지 않았으나, 메모리 장치(300)는 도 21에 도시된 메모리 인터페이스 회로(310)를 더 포함할 수 있고, 또한 컬럼 로직, 프리-디코더, 온도 센서, 커맨드 디코더, 어드레스 디코더 등을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 21 , the memory device 300 may include a control logic circuit 320 , a memory cell array 330 , a page buffer 340 , a voltage generator 350 , and a row decoder 360 . Although not shown in FIG. 21 , the memory device 300 may further include the memory interface circuit 310 shown in FIG. 21 , and further include column logic, a pre-decoder, a temperature sensor, a command decoder, an address decoder, and the like. may include

제어 로직 회로(320)는 메모리 장치(300) 내의 각종 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 제어 로직 회로(320)는 메모리 인터페이스 회로(310)로부터의 커맨드(CMD) 및/또는 어드레스(ADDR)에 응답하여 각종 제어 신호들을 출력할 수 있다. 예를 들어, 제어 로직 회로(320)는 전압 제어 신호(CTRL_vol), 로우 어드레스(X-ADDR), 및 컬럼 어드레스(Y-ADDR)를 출력할 수 있다.The control logic circuit 320 may generally control various operations in the memory device 300 . The control logic circuit 320 may output various control signals in response to a command CMD and/or an address ADDR from the memory interface circuit 310 . For example, the control logic circuit 320 may output a voltage control signal CTRL_vol, a row address X-ADDR, and a column address Y-ADDR.

메모리 셀 어레이(330)는 복수의 메모리 블록들(BLK1 내지 BLKz)을 포함할 수 있고(z는 양의 정수), 복수의 메모리 블록들(BLK1 내지 BLKz) 각각은 복수의 메모리 셀들을 포함할 수 있다. 메모리 셀 어레이(330)는 비트 라인들(BL)을 통해 페이지 버퍼(340)에 연결될 수 있고, 워드 라인들(WL), 스트링 선택 라인들(SSL), 및 그라운드 선택 라인들(GSL)을 통해 로우 디코더(360)에 연결될 수 있다.The memory cell array 330 may include a plurality of memory blocks BLK1 to BLKz (z is a positive integer), and each of the plurality of memory blocks BLK1 to BLKz may include a plurality of memory cells. have. The memory cell array 330 may be connected to the page buffer 340 through bit lines BL, and through word lines WL, string select lines SSL, and ground select lines GSL. It may be connected to the row decoder 360 .

예시적인 실시 예에서, 메모리 셀 어레이(330)는 3차원 메모리 셀 어레이를 포함할 수 있고, 3차원 메모리 셀 어레이는 복수의 낸드 스트링들을 포함할 수 있다. 각 낸드 스트링은 기판 위에 수직으로 적층된 워드 라인들에 각각 연결된 메모리 셀들을 포함할 수 있다. 미국 특허공개공보 제7,679,133호, 미국 특허공개공보 제8,553,466호, 미국 특허공개공보 제8,654,587호, 미국 특허공개공보 제8,559,235호, 및 미국 특허출원공개공보 제2011/0233648호는 본 명세서에 인용 형식으로 결합된다. 예시적인 실시 예에서, 메모리 셀 어레이(330)는 2차원 메모리 셀 어레이를 포함할 수 있고, 2차원 메모리 셀 어레이는 행 및 열 방향을 따라 배치된 복수의 낸드 스트링들을 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the memory cell array 330 may include a 3D memory cell array, and the 3D memory cell array may include a plurality of NAND strings. Each NAND string may include memory cells respectively connected to word lines stacked vertically on the substrate. U.S. Patent Publication No. 7,679,133, U.S. Patent Publication No. 8,553,466, U.S. Patent Publication No. 8,654,587, U.S. Patent Publication No. 8,559,235, and U.S. Patent Application Publication No. 2011/0233648 are incorporated herein by reference in their entirety. are combined In an exemplary embodiment, the memory cell array 330 may include a two-dimensional memory cell array, and the two-dimensional memory cell array may include a plurality of NAND strings arranged along row and column directions.

페이지 버퍼(340)는 복수의 페이지 버퍼들(PB1 내지 PBn)을 포함할 수 있고(n은 3 이상의 정수), 복수의 페이지 버퍼들(PB1 내지 PBn)은 복수의 비트 라인들(BL)을 통해 메모리 셀들과 각각 연결될 수 있다. 페이지 버퍼(340)는 컬럼 어드레스(Y-ADDR)에 응답하여 비트 라인들(BL) 중 적어도 하나의 비트 라인을 선택할 수 있다. 페이지 버퍼(340)는 동작 모드에 따라 기입 드라이버 또는 감지 증폭기로서 동작할 수 있다. 예를 들어, 프로그램 동작 시, 페이지 버퍼(340)는 선택된 비트 라인으로 프로그램될 데이터에 대응하는 비트 라인 전압을 인가할 수 있다. 독출 동작 시, 페이지 버퍼(340)는 선택된 비트 라인의 전류 또는 전압을 감지하여 메모리 셀에 저장된 데이터를 감지할 수 있다. The page buffer 340 may include a plurality of page buffers PB1 to PBn (n is an integer greater than or equal to 3), and the plurality of page buffers PB1 to PBn are connected through a plurality of bit lines BL. Each of the memory cells may be connected. The page buffer 340 may select at least one bit line among the bit lines BL in response to the column address Y-ADDR. The page buffer 340 may operate as a write driver or a sense amplifier according to an operation mode. For example, during a program operation, the page buffer 340 may apply a bit line voltage corresponding to data to be programmed to a selected bit line. During a read operation, the page buffer 340 may sense data stored in the memory cell by sensing the current or voltage of the selected bit line.

전압 생성기(350)는 전압 제어 신호(CTRL_vol)를 기반으로 프로그램, 독출, 및 소거 동작들을 수행하기 위한 다양한 종류의 전압들을 생성할 수 있다. 예를 들어, 전압 생성기(350)는 워드 라인 전압(VWL)으로서 프로그램 전압, 독출 전압, 프로그램 검증 전압, 소거 전압 등을 생성할 수 있다.The voltage generator 350 may generate various types of voltages for performing program, read, and erase operations based on the voltage control signal CTRL_vol. For example, the voltage generator 350 may generate a program voltage, a read voltage, a program verify voltage, an erase voltage, etc. as the word line voltage VWL.

로우 디코더(360)는 로우 어드레스(X-ADDR)에 응답하여 복수의 워드 라인들(WL) 중 하나를 선택할 수 있고, 복수의 스트링 선택 라인들(SSL) 중 하나를 선택할 수 있다. 예를 들어, 프로그램 동작 시, 로우 디코더(360)는 선택된 워드 라인으로 프로그램 전압 및 프로그램 검증 전압을 인가하고, 독출 동작 시, 선택된 워드 라인으로 독출 전압을 인가할 수 있다.The row decoder 360 may select one of the plurality of word lines WL in response to the row address X-ADDR and may select one of the plurality of string selection lines SSL. For example, during a program operation, the row decoder 360 may apply a program voltage and a program verify voltage to a selected word line, and during a read operation, apply a read voltage to the selected word line.

도 22는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 UFS 장치에 적용될 수 있는 3D V-NAND 구조에 대해 설명하기 위한 도면이다. 22 is a diagram for explaining a 3D V-NAND structure applicable to a UFS device according to an exemplary embodiment of the present disclosure.

UFS 장치의 스토리지 모듈이 3D V-NAND 타입의 플래시 메모리로 구현될 경우, 스토리지 모듈을 구성하는 복수의 메모리 블록 각각은 도 22에 도시된 바와 같은 등가 회로로 표현될 수 있다.When the storage module of the UFS device is implemented as a 3D V-NAND type flash memory, each of a plurality of memory blocks constituting the storage module may be represented by an equivalent circuit as shown in FIG. 22 .

도 22에 도시된 메모리 블록(BLKi)은 기판 상에 삼차원 구조로 형성되는 삼차원 메모리 블록을 나타낸다. 예를 들어, 메모리 블록(BLKi)에 포함되는 복수의 메모리 낸드 스트링들은 상기 기판과 수직한 방향으로 형성될 수 있다.The memory block BLKi illustrated in FIG. 22 represents a three-dimensional memory block formed on a substrate in a three-dimensional structure. For example, a plurality of memory NAND strings included in the memory block BLKi may be formed in a direction perpendicular to the substrate.

도 22를 참조하면, 메모리 블록(BLKi)은 비트 라인들(BL1, BL2, BL3)과 공통 소스 라인(CSL) 사이에 연결되는 복수의 메모리 낸드 스트링들(NS11~NS33)을 포함할 수 있다. 복수의 메모리 낸드 스트링들(NS11~NS33) 각각은 스트링 선택 트랜지스터(SST), 복수의 메모리 셀들(MC1, MC2, ..., MC8) 및 접지 선택 트랜지스터(GST)를 포함할 수 있다. 도 22에는 복수의 메모리 낸드 스트링들(NS11~NS33) 각각이 8개의 메모리 셀들(MC1, MC2, ..., MC8)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 22 , the memory block BLKi may include a plurality of memory NAND strings NS11 to NS33 connected between the bit lines BL1 , BL2 , and BL3 and the common source line CSL. Each of the plurality of memory NAND strings NS11 to NS33 may include a string select transistor SST, a plurality of memory cells MC1 , MC2 , ..., MC8 , and a ground select transistor GST. 22 , each of the plurality of memory NAND strings NS11 to NS33 includes eight memory cells MC1 , MC2 , ..., MC8 , but is not limited thereto.

스트링 선택 트랜지스터(SST)는 상응하는 스트링 선택 라인(SSL1, SSL2, SSL3)에 연결될 수 있다. 복수의 메모리 셀들(MC1, MC2, ..., MC8)은 각각 상응하는 게이트 라인(GTL1, GTL2, ..., GTL8)에 연결될 수 있다. 게이트 라인(GTL1, GTL2, ..., GTL8)은 워드 라인들에 해당할 수 있으며, 게이트 라인(GTL1, GTL2, ..., GTL8)의 일부는 더미 워드 라인에 해당할 수 있다. 접지 선택 트랜지스터(GST)는 상응하는 접지 선택 라인(GSL1, GSL2, GSL3)에 연결될 수 있다. 스트링 선택 트랜지스터(SST)는 상응하는 비트 라인들(BL1, BL2, BL3)에 연결되고, 접지 선택 트랜지스터(GST)는 공통 소스 라인(CSL)에 연결될 수 있다. The string select transistor SST may be connected to the corresponding string select lines SSL1 , SSL2 , and SSL3 . The plurality of memory cells MC1 , MC2 , ..., MC8 may be respectively connected to corresponding gate lines GTL1 , GTL2 , ..., GTL8 . The gate lines GTL1, GTL2, ..., GTL8 may correspond to word lines, and some of the gate lines GTL1, GTL2, ..., GTL8 may correspond to dummy word lines. The ground select transistor GST may be connected to the corresponding ground select lines GSL1 , GSL2 , and GSL3 . The string select transistor SST may be connected to the corresponding bit lines BL1 , BL2 , and BL3 , and the ground select transistor GST may be connected to the common source line CSL.

동일 높이의 워드 라인(예를 들면, WL1)은 공통으로 연결되고, 접지 선택 라인(GSL1, GSL2, GSL3) 및 스트링 선택 라인(SSL1, SSL2, SSL3)은 각각 분리될 수 있다. 도 22에는 메모리 블록(BLK)이 여덟 개의 게이트 라인(GTL1, GTL2, ..., GTL8) 및 세 개의 비트 라인들(BL1, BL2, BL3)에 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Word lines of the same height (eg, WL1 ) may be commonly connected, and the ground selection lines GSL1 , GSL2 , and GSL3 and the string selection lines SSL1 , SSL2 , and SSL3 may be separated from each other. 22 shows that the memory block BLK is connected to eight gate lines GTL1, GTL2, ..., GTL8 and three bit lines BL1, BL2, BL3, but is not necessarily limited thereto. no.

도 23은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 메모리 장치(600)를 나타내는 단면도이다. 도 23의 메모리 장치(600)에는 도 1의 비휘발성 메모리(230)가 적용될 수 있다.23 is a cross-sectional view illustrating a memory device 600 according to an exemplary embodiment of the present disclosure. The nonvolatile memory 230 of FIG. 1 may be applied to the memory device 600 of FIG. 23 .

도 23를 참조하면, 메모리 장치(600)는 C2C(chip to chip) 구조일 수 있다. C2C 구조는 제1 웨이퍼 상에 셀 영역(CELL)을 포함하는 상부 칩을 제작하고, 제1 웨이퍼와 다른 제2 웨이퍼 상에 주변 회로 영역(PERI)을 포함하는 하부 칩을 제작한 후, 상기 상부 칩과 상기 하부 칩을 본딩(bonidng) 방식에 의해 서로 연결하는 것을 의미할 수 있다. 일례로, 상기 본딩 방식은 상부 칩의 최상부 메탈층에 형성된 본딩 메탈과 하부 칩의 최상부 메탈층에 형성된 본딩 메탈을 서로 전기적으로 연결하는 방식을 의미할 수 있다. 예컨대, 상기 본딩 메탈이 구리(Cu)로 형성된 경우, 상기 본딩 방식은 Cu-Cu 본딩 방식일 수 있으며, 상기 본딩 메탈은 알루미늄 혹은 텅스텐으로도 형성될 수 있다.Referring to FIG. 23 , the memory device 600 may have a chip to chip (C2C) structure. In the C2C structure, an upper chip including a cell region CELL is fabricated on a first wafer, a lower chip including a peripheral circuit region PERI is fabricated on a second wafer different from the first wafer, and then the upper chip It may mean connecting the chip and the lower chip to each other by a bonding method. For example, the bonding method may refer to a method of electrically connecting the bonding metal formed in the uppermost metal layer of the upper chip and the bonding metal formed in the uppermost metal layer of the lower chip to each other. For example, when the bonding metal is formed of copper (Cu), the bonding method may be a Cu-Cu bonding method, and the bonding metal may be formed of aluminum or tungsten.

메모리 장치(600)의 주변 회로 영역(PERI)과 셀 영역(CELL) 각각은 외부 패드 본딩 영역(PA), 워드라인 본딩 영역(WLBA), 및 비트라인 본딩 영역(BLBA)을 포함할 수 있다. 주변 회로 영역(PERI)은 제1 기판(710), 층간 절연층(715), 제1 기판(710)에 형성되는 복수의 회로 소자들(720a, 720b, 720c), 복수의 회로 소자들(720a, 720b, 720c) 각각과 연결되는 제1 메탈층(730a, 730b, 730c), 제1 메탈층(730a, 730b, 730c) 상에 형성되는 제2 메탈층(740a, 740b, 740c)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 메탈층(730a, 730b, 730c)은 상대적으로 저항이 높은 텅스텐으로 형성될 수 있고, 제2 메탈층(740a, 740b, 740c)은 상대적으로 저항이 낮은 구리로 형성될 수 있다.Each of the peripheral circuit area PERI and the cell area CELL of the memory device 600 may include an external pad bonding area PA, a word line bonding area WLBA, and a bit line bonding area BLBA. The peripheral circuit region PERI includes a first substrate 710 , an interlayer insulating layer 715 , a plurality of circuit elements 720a , 720b , and 720c formed on the first substrate 710 , and a plurality of circuit elements 720a . , 720b, 720c) connected to each of the first metal layers 730a, 730b, 730c, and the second metal layers 740a, 740b, 740c formed on the first metal layers 730a, 730b, 730c. can In an embodiment, the first metal layers 730a, 730b, and 730c may be formed of tungsten having a relatively high resistance, and the second metal layers 740a, 740b, and 740c may be formed of copper having a relatively low resistance. can

본 명세서에서는 제1 메탈층(730a, 730b, 730c)과 제2 메탈층(740a, 740b, 740c)만 도시되고 설명되나, 이에 한정되는 것은 아니고, 제2 메탈층(740a, 740b, 740c) 상에 적어도 하나 이상의 메탈층이 더 형성될 수도 있다. 제2 메탈층(740a, 740b, 740c)의 상부에 형성되는 하나 이상의 메탈층 중 적어도 일부는, 제2 메탈층(740a, 740b, 740c)을 형성하는 구리보다 더 낮은 저항을 갖는 알루미늄 등으로 형성될 수 있다. In the present specification, only the first metal layers 730a, 730b, 730c and the second metal layers 740a, 740b, and 740c are shown and described, but the present invention is not limited thereto. At least one or more metal layers may be further formed. At least some of the one or more metal layers formed on the second metal layers 740a, 740b, and 740c are formed of aluminum having a lower resistance than copper forming the second metal layers 740a, 740b, and 740c. can be

층간 절연층(715)은 복수의 회로 소자들(720a, 720b, 720c), 제1 메탈층(730a, 730b, 730c), 및 제2 메탈층(740a, 740b, 740c)을 커버하도록 제1 기판(710) 상에 배치되며, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등과 같은 절연 물질을 포함할 수 있다.The interlayer insulating layer 715 is a first substrate to cover the plurality of circuit elements 720a, 720b, and 720c, the first metal layers 730a, 730b, and 730c, and the second metal layers 740a, 740b, and 740c. It is disposed on the 710 and may include an insulating material such as silicon oxide, silicon nitride, or the like.

워드라인 본딩 영역(WLBA)의 제2 메탈층(740b) 상에 하부 본딩 메탈(771b, 772b)이 형성될 수 있다. 워드라인 본딩 영역(WLBA)에서, 주변 회로 영역(PERI)의 하부 본딩 메탈(771b, 772b)은 셀 영역(CELL)의 상부 본딩 메탈(871b, 872b)과 본딩 방식에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 하부 본딩 메탈(771b, 772b)과 상부 본딩 메탈(871b, 872b)은 알루미늄, 구리, 혹은 텅스텐 등으로 형성될 수 있다. 셀 영역(CELL)의 상부 본딩 메탈(871b, 872b)은 제1 메탈 패드들이라고 지칭될 수 있고, 주변 회로 영역(PERI)의 하부 본딩 메탈(771b, 772b)은 제2 메탈 패드들이라고 지칭할 수 있다.Lower bonding metals 771b and 772b may be formed on the second metal layer 740b of the word line bonding area WLBA. In the word line bonding area WLBA, the lower bonding metals 771b and 772b of the peripheral circuit area PERI may be electrically connected to the upper bonding metals 871b and 872b of the cell area CELL by a bonding method. , the lower bonding metals 771b and 772b and the upper bonding metals 871b and 872b may be formed of aluminum, copper, tungsten, or the like. The upper bonding metals 871b and 872b of the cell region CELL may be referred to as first metal pads, and the lower bonding metals 771b and 772b of the peripheral circuit area PERI may be referred to as second metal pads. can

셀 영역(CELL)은 적어도 하나의 메모리 블록을 제공할 수 있다. 셀 영역(CELL)은 제2 기판(810)과 공통 소스 라인(820)을 포함할 수 있다. 제2 기판(810) 상에는, 제2 기판(810)의 상면에 수직하는 방향(Z축 방향)을 따라 복수의 워드라인들(831-838; 830)이 적층될 수 있다. 워드라인들(830)의 상부 및 하부 각각에는 스트링 선택 라인들과 접지 선택 라인이 배치될 수 있으며, 스트링 선택 라인들과 접지 선택 라인 사이에 복수의 워드라인들(830)이 배치될 수 있다.The cell region CELL may provide at least one memory block. The cell region CELL may include a second substrate 810 and a common source line 820 . A plurality of word lines 831 - 838 ( 830 ) may be stacked on the second substrate 810 in a direction (Z-axis direction) perpendicular to the top surface of the second substrate 810 . String select lines and ground select lines may be disposed above and below the word lines 830 , respectively, and a plurality of word lines 830 may be disposed between the string select lines and the ground select line.

비트라인 본딩 영역(BLBA)에서, 채널 구조체(CH)는 제2 기판(810)의 상면에 수직하는 방향으로 연장되어 워드라인들(830), 스트링 선택 라인들, 및 접지 선택 라인을 관통할 수 있다. 채널 구조체(CH)는 데이터 저장층, 채널층, 및 매립 절연층 등을 포함할 수 있으며, 채널층은 제1 메탈층(850c) 및 제2 메탈층(860c)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 제1 메탈층(850c)은 비트라인 컨택일 수 있고, 제2 메탈층(860c)은 비트라인일 수 있다. 일 실시예에서, 비트라인은 제2 기판(810)의 상면에 평행한 제1 방향(Y축 방향)을 따라 연장될 수 있다. In the bit line bonding area BLBA, the channel structure CH may extend in a direction perpendicular to the top surface of the second substrate 810 to pass through the word lines 830 , the string selection lines, and the ground selection line. have. The channel structure CH may include a data storage layer, a channel layer, and a buried insulating layer, and the channel layer may be electrically connected to the first metal layer 850c and the second metal layer 860c. For example, the first metal layer 850c may be a bit line contact, and the second metal layer 860c may be a bit line. In an embodiment, the bit line may extend in a first direction (Y-axis direction) parallel to the top surface of the second substrate 810 .

도 23에 도시한 일 실시예에서, 채널 구조체(CH)와 비트라인 등이 배치되는 영역이 비트라인 본딩 영역(BLBA)으로 정의될 수 있다. 비트라인은 비트라인 본딩 영역(BLBA)에서 주변 회로 영역(PERI)에서 페이지 버퍼(893)를 제공하는 회로 소자들(720c)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일 예로서, 비트라인은 주변 회로 영역(PERI)에서 상부 본딩 메탈(871c, 872c)과 연결되며, 상부 본딩 메탈(871c, 872c)은 페이지 버퍼(893)의 회로 소자들(720c)에 연결되는 하부 본딩 메탈(771c, 772c)과 연결될 수 있다. 23 , an area in which the channel structure CH and the bit line are disposed may be defined as the bit line bonding area BLBA. The bit line may be electrically connected to the circuit elements 720c providing the page buffer 893 in the peripheral circuit area PERI in the bit line bonding area BLBA. As an example, the bit line is connected to the upper bonding metals 871c and 872c in the peripheral circuit region PERI, and the upper bonding metals 871c and 872c are connected to the circuit elements 720c of the page buffer 893. It may be connected to the lower bonding metals 771c and 772c.

워드라인 본딩 영역(WLBA)에서, 워드라인들(830)은 제2 기판(810)의 상면에 평행한 제2 방향(X축 방향)을 따라 연장될 수 있으며, 복수의 셀 컨택 플러그들(841-847; 840)와 연결될 수 있다. 워드라인들(830)과 셀 컨택 플러그들(840)은, 제2 방향(X축 방향)을 따라 워드라인들(830) 중 적어도 일부가 서로 다른 길이로 연장되어 제공하는 패드들에서 서로 연결될 수 있다. 워드라인들(830)에 연결되는 셀 컨택 플러그들(840)의 상부에는 제1 메탈층(850b)과 제2 메탈층(860b)이 차례로 연결될 수 있다. 셀 컨택 플러그들(840)은 워드라인 본딩 영역(WLBA)에서 셀 영역(CELL)의 상부 본딩 메탈(871b, 872b)과 주변 회로 영역(PERI)의 하부 본딩 메탈(771b, 772b)을 통해 주변 회로 영역(PERI)과 연결될 수 있다. In the word line bonding area WLBA, the word lines 830 may extend in a second direction (X-axis direction) parallel to the top surface of the second substrate 810 , and include a plurality of cell contact plugs 841 . -847; 840). The word lines 830 and the cell contact plugs 840 may be connected to each other through pads provided by at least some of the word lines 830 extending to different lengths along the second direction (X-axis direction). have. A first metal layer 850b and a second metal layer 860b may be sequentially connected to the upper portions of the cell contact plugs 840 connected to the word lines 830 . The cell contact plugs 840 are formed in the word line bonding area WLBA through the upper bonding metals 871b and 872b of the cell area CELL and the lower bonding metals 771b and 772b of the peripheral circuit area PERI through a peripheral circuit. It may be connected to the region PERI.

셀 컨택 플러그들(840)은 주변 회로 영역(PERI)에서 로우 디코더(894)를 제공하는 회로 소자들(720b)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 로우 디코더(894)를 제공하는 회로 소자들(720b)의 동작 전압은, 페이지 버퍼(893)를 제공하는 회로 소자들(720c)의 동작 전압과 다를 수 있다. 일례로, 페이지 버퍼(893)를 제공하는 회로 소자들(720c)의 동작 전압이 로우 디코더(894)를 제공하는 회로 소자들(720b)의 동작 전압보다 클 수 있다.The cell contact plugs 840 may be electrically connected to circuit elements 720b providing the row decoder 894 in the peripheral circuit region PERI. In an embodiment, the operating voltages of the circuit elements 720b providing the row decoder 894 may be different from the operating voltages of the circuit elements 720c providing the page buffer 893 . For example, the operating voltages of the circuit elements 720c providing the page buffer 893 may be greater than the operating voltages of the circuit elements 720b providing the row decoder 894 .

외부 패드 본딩 영역(PA)에는 공통 소스 라인 컨택 플러그(880)가 배치될 수 있다. 공통 소스 라인 컨택 플러그(880)는 금속, 금속 화합물, 또는 폴리실리콘 등의 도전성 물질로 형성되며, 공통 소스 라인(820)과 전기적으로 연결될 수 있다. 공통 소스 라인 컨택 플러그(880) 상부에는 제1 메탈층(850a)과 제2 메탈층(860a)이 차례로 적층될 수 있다. 일례로, 공통 소스 라인 컨택 플러그(880), 제1 메탈층(850a), 및 제2 메탈층(860a)이 배치되는 영역은 외부 패드 본딩 영역(PA)으로 정의될 수 있다.A common source line contact plug 880 may be disposed in the external pad bonding area PA. The common source line contact plug 880 may be formed of a metal, a metal compound, or a conductive material such as polysilicon, and may be electrically connected to the common source line 820 . A first metal layer 850a and a second metal layer 860a may be sequentially stacked on the common source line contact plug 880 . For example, an area in which the common source line contact plug 880 , the first metal layer 850a , and the second metal layer 860a are disposed may be defined as an external pad bonding area PA.

한편 외부 패드 본딩 영역(PA)에는 입출력 패드들(705, 805)이 배치될 수 있다. 도 23를 참조하면, 제1 기판(710)의 하부에는 제1 기판(710)의 하면을 덮는 하부 절연막(701) 이 형성될 수 있으며, 하부 절연막(701) 상에 제1 입출력 패드(705)가 형성될 수 있다. 제1 입출력 패드(705)는 제1 입출력 컨택 플러그(703)를 통해 주변 회로 영역(PERI)에 배치되는 복수의 회로 소자들(720a, 720b, 720c) 중 적어도 하나와 연결되며, 하부 절연막(701)에 의해 제1 기판(710)과 분리될 수 있다. 또한, 제1 입출력 컨택 플러그(703)와 제1 기판(710) 사이에는 측면 절연막이 배치되어 제1 입출력 컨택 플러그(703)와 제1 기판(710)을 전기적으로 분리할 수 있다.Meanwhile, input/output pads 705 and 805 may be disposed in the external pad bonding area PA. Referring to FIG. 23 , a lower insulating film 701 covering the lower surface of the first substrate 710 may be formed under the first substrate 710 , and first input/output pads 705 on the lower insulating film 701 . can be formed. The first input/output pad 705 is connected to at least one of the plurality of circuit elements 720a, 720b, and 720c disposed in the peripheral circuit region PERI through the first input/output contact plug 703 and the lower insulating layer 701 ) may be separated from the first substrate 710 by the In addition, a side insulating layer may be disposed between the first input/output contact plug 703 and the first substrate 710 to electrically separate the first input/output contact plug 703 from the first substrate 710 .

도 23를 참조하면, 제2 기판(810)의 상부에는 제2 기판(810)의 상면을 덮는 상부 절연막(801)이 형성될 수 있으며, 상부 절연막(801) 상에 제2 입출력 패드(805)가 배치될 수 있다. 제2 입출력 패드(805)는 제2 입출력 컨택 플러그(803)를 통해 주변 회로 영역(PERI)에 배치되는 복수의 회로 소자들(720a, 720b, 720c) 중 적어도 하나와 연결될 수 있다. Referring to FIG. 23 , an upper insulating layer 801 covering the upper surface of the second substrate 810 may be formed on the second substrate 810 , and second input/output pads 805 on the upper insulating layer 801 . can be placed. The second input/output pad 805 may be connected to at least one of the plurality of circuit elements 720a , 720b , and 720c disposed in the peripheral circuit area PERI through the second input/output contact plug 803 .

실시예들에 따라, 제2 입출력 컨택 플러그(803)가 배치되는 영역에는 제2 기판(810) 및 공통 소스 라인(820) 등이 배치되지 않을 수 있다. 또한, 제2 입출력 패드(805)는 제3 방향(Z축 방향)에서 워드라인들(830)과 오버랩되지 않을 수 있다. 도 23를 참조하면, 제2 입출력 컨택 플러그(803)는 제2 기판(810)의 상면에 평행한 방향에서 제2 기판(810)과 분리되며, 셀 영역(CELL)의 층간 절연층(815)을 관통하여 제2 입출력 패드(805)에 연결될 수 있다. In some embodiments, the second substrate 810 and the common source line 820 may not be disposed in the region where the second input/output contact plug 803 is disposed. Also, the second input/output pad 805 may not overlap the word lines 830 in the third direction (Z-axis direction). Referring to FIG. 23 , the second input/output contact plug 803 is separated from the second substrate 810 in a direction parallel to the top surface of the second substrate 810 , and an interlayer insulating layer 815 of the cell region CELL. may pass through and be connected to the second input/output pad 805 .

실시예들에 따라, 제1 입출력 패드(705)와 제2 입출력 패드(805)는 선택적으로 형성될 수 있다. 일례로, 메모리 장치(600)는 제1 기판(710)의 상부에 배치되는 제1 입출력 패드(705)만을 포함하거나, 또는 제2 기판(810)의 상부에 배치되는 제2 입출력 패드(805)만을 포함할 수 있다. 또는, 메모리 장치(600)가 제1 입출력 패드(705)와 제2 입출력 패드(805)를 모두 포함할 수도 있다.In some embodiments, the first input/output pad 705 and the second input/output pad 805 may be selectively formed. For example, the memory device 600 includes only the first input/output pad 705 disposed on the first substrate 710 , or the second input/output pad 805 disposed on the second substrate 810 . can contain only Alternatively, the memory device 600 may include both the first input/output pad 705 and the second input/output pad 805 .

셀 영역(CELL)과 주변 회로 영역(PERI) 각각에 포함되는 외부 패드 본딩 영역(PA)과 비트라인 본딩 영역(BLBA) 각각에는 최상부 메탈층의 메탈 패턴이 더미 패턴(dummy pattern)으로 존재하거나, 최상부 메탈층이 비어있을 수 있다.In each of the external pad bonding area PA and the bit line bonding area BLBA included in each of the cell area CELL and the peripheral circuit area PERI, the metal pattern of the uppermost metal layer exists as a dummy pattern, or The uppermost metal layer may be empty.

메모리 장치(600)는 외부 패드 본딩 영역(PA)에서, 셀 영역(CELL)의 최상부 메탈층에 형성된 상부 메탈 패턴(872a)에 대응하여 주변 회로 영역(PERI)의 최상부 메탈층에 셀 영역(CELL)의 상부 메탈 패턴(872a)과 동일한 형태의 하부 메탈 패턴(773a)을 형성할 수 있다. 주변 회로 영역(PERI)의 최상부 메탈층에 형성된 하부 메탈 패턴(773a)은 주변 회로 영역(PERI)에서 별도의 콘택과 연결되지 않을 수 있다. 이와 유사하게, 외부 패드 본딩 영역(PA)에서 주변 회로 영역(PERI)의 최상부 메탈층에 형성된 하부 메탈 패턴에 대응하여 셀 영역(CELL)의 상부 메탈층에 주변 회로 영역(PERI)의 하부 메탈 패턴과 동일한 형태의 상부 메탈 패턴을 형성할 수도 있다. In the external pad bonding area PA, the memory device 600 corresponds to the upper metal pattern 872a formed on the uppermost metal layer of the cell area CELL in the uppermost metal layer of the peripheral circuit area PERI. ), a lower metal pattern 773a having the same shape as the upper metal pattern 872a may be formed. The lower metal pattern 773a formed on the uppermost metal layer of the peripheral circuit region PERI may not be connected to a separate contact in the peripheral circuit region PERI. Similarly, in the external pad bonding area PA, the lower metal pattern of the peripheral circuit area PERI corresponds to the lower metal pattern formed on the uppermost metal layer of the peripheral circuit area PERI on the upper metal layer of the cell area CELL. An upper metal pattern having the same shape as the above may be formed.

워드라인 본딩 영역(WLBA)의 제2 메탈층(740b) 상에는 하부 본딩 메탈(771b, 772b)이 형성될 수 있다. 워드라인 본딩 영역(WLBA)에서, 주변 회로 영역(PERI)의 하부 본딩 메탈(771b, 772b)은 셀 영역(CELL)의 상부 본딩 메탈(871b, 872b)과 본딩 방식에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. Lower bonding metals 771b and 772b may be formed on the second metal layer 740b of the word line bonding area WLBA. In the word line bonding area WLBA, the lower bonding metals 771b and 772b of the peripheral circuit area PERI may be electrically connected to the upper bonding metals 871b and 872b of the cell area CELL by a bonding method. .

또한, 비트라인 본딩 영역(BLBA)에서, 주변 회로 영역(PERI)의 최상부 메탈층에 형성된 하부 메탈 패턴(752)에 대응하여 셀 영역(CELL)의 최상부 메탈층에 주변 회로 영역(PERI)의 하부 메탈 패턴(752)과 동일한 형태의 상부 메탈 패턴(892)을 형성할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 셀 영역(CELL)의 최상부 메탈층에 형성된 상부 메탈 패턴(892) 상에는 콘택을 형성하지 않을 수 있다. In addition, in the bit line bonding area BLBA, the lower part of the peripheral circuit area PERI is located on the uppermost metal layer of the cell area CELL corresponding to the lower metal pattern 752 formed on the uppermost metal layer of the peripheral circuit area PERI. An upper metal pattern 892 having the same shape as the metal pattern 752 may be formed. In an exemplary embodiment, a contact may not be formed on the upper metal pattern 892 formed on the uppermost metal layer of the cell region CELL.

예시적 실시예에서, 셀 영역(CELL) 및 주변 회로 영역(PERI) 중 하나의 최상부 금속층에 형성된 금속 패턴에 대응하여, 셀 영역(CELL) 및 주변 회로 영역(PERI) 중 다른 하나의 최상층 금속층에 상기 형성된 금속 패턴과 동일한 단면 형상을 갖는 강화 금속 패턴이 형성될 수 있다. 강화 금속 패턴에는 콘택이 형성되지 않을 수 있다..In the exemplary embodiment, corresponding to the metal pattern formed on the uppermost metal layer of one of the cell region CELL and the peripheral circuit region PERI, the uppermost metal layer of the other one of the cell region CELL and the peripheral circuit region PERI A reinforced metal pattern having the same cross-sectional shape as the formed metal pattern may be formed. Contacts may not be formed in the reinforced metal pattern.

도 24는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 호스트 스토리지 시스템(도 1, 10)이 적용된 데이터 센터를 나타낸 도면이다.24 is a diagram illustrating a data center to which the host storage system ( FIGS. 1 and 10 ) according to an exemplary embodiment of the present disclosure is applied.

도 24를 참조하면, 데이터 센터(3000)는 각종 데이터를 모아두고 서비스를 제공하는 시설로서, 데이터 스토리지 센터라고 지칭될 수도 있다. 데이터 센터(3000)는 검색 엔진 및 데이터 베이스 운용을 위한 시스템일 수 있으며, 은행 등의 기업 또는 정부기관에서 사용되는 컴퓨팅 시스템일 수 있다. 데이터 센터(3000)는 애플리케이션 서버들(3100 내지 3100n) 및 스토리지 서버들(3200 내지 3200m)을 포함할 수 있다. 애플리케이션 서버들(3100 내지 3100n)의 개수 및 스토리지 서버들(3200 내지 3200m)의 개수는 실시예에 따라 다양하게 선택될 수 있고, 애플리케이션 서버들(3100 내지 3100n)의 개수 및 스토리지 서버들(3200 내지 3200m)의 개수는 서로 다를 수 있다.Referring to FIG. 24 , a data center 3000 is a facility that collects various types of data and provides services, and may also be referred to as a data storage center. The data center 3000 may be a system for operating a search engine and a database, and may be a computing system used in a business such as a bank or a government institution. The data center 3000 may include application servers 3100 to 3100n and storage servers 3200 to 3200m. The number of application servers 3100 to 3100n and the number of storage servers 3200 to 3200m may be variously selected according to an embodiment, and the number of application servers 3100 to 3100n and the number of storage servers 3200 to 3200m 3200m) may be different.

애플리케이션 서버(3100) 또는 스토리지 서버(3200)는 프로세서(3110, 3210) 및 메모리(3120, 3220) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 스토리지 서버(3200)를 예시로 설명하면, 프로세서(3210)는 스토리지 서버(3200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있고, 메모리(3220)에 액세스하여 메모리(3220)에 로딩된 명령어 및/또는 데이터를 실행할 수 있다. 메모리(3220)는 DDR SDRAM(Double Data Rate Synchronous DRAM), HBM(High Bandwidth Memory), HMC(Hybrid Memory Cube), DIMM(Dual In-line Memory Module), Optane DIMM 및/또는 NVMDIMM(Non-Volatile DIMM)일 수 있다. 실시예에 따라, 스토리지 서버(3200)에 포함되는 프로세서(3210)의 개수 및 메모리(3220)의 개수는 다양하게 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서(3210)와 메모리(3220)는 프로세서-메모리 페어를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서(3210)와 메모리(3220)의 개수는 서로 다를 수도 있다. 프로세서(3210)는 단일 코어 프로세서 또는 다중 코어 프로세서를 포함할 수 있다. 스토리지 서버(3200)에 대한 상기 설명은, 애플리케이션 서버(3100)에도 유사하게 적용될 수 있다. 실시예에 따라, 애플리케이션 서버(3100)는 스토리지 장치(3150)를 포함하지 않을 수도 있다. 스토리지 서버(3200)는 적어도 하나 이상의 스토리지 장치(3250)를 포함할 수 있다. 스토리지 서버(3200)에 포함되는 스토리지 장치(3250)의 개수는 실시예에 따라 다양하게 선택될 수 있다. The application server 3100 or the storage server 3200 may include at least one of processors 3110 and 3210 and memories 3120 and 3220 . If the storage server 3200 is described as an example, the processor 3210 may control the overall operation of the storage server 3200 , and access the memory 3220 to execute instructions and/or data loaded into the memory 3220 . can run Memory 3220 may include DDR Double Data Rate Synchronous DRAM (SDRAM), High Bandwidth Memory (HBM), Hybrid Memory Cube (HMC), Dual In-line Memory Module (DIMM), Optane DIMM, and/or Non-Volatile DIMM (NVMDIMM). ) can be According to an embodiment, the number of processors 3210 and the number of memories 3220 included in the storage server 3200 may be variously selected. In one embodiment, processor 3210 and memory 3220 may provide a processor-memory pair. In one embodiment, the number of processors 3210 and the number of memories 3220 may be different from each other. The processor 3210 may include a single-core processor or a multi-core processor. The above description of the storage server 3200 may be similarly applied to the application server 3100 . According to an embodiment, the application server 3100 may not include the storage device 3150 . The storage server 3200 may include at least one or more storage devices 3250 . The number of storage devices 3250 included in the storage server 3200 may be variously selected according to embodiments.

애플리케이션 서버들(3100 내지 3100n) 및 스토리지 서버들(3200 내지 3200m)은 네트워크(3300)를 통해 서로 통신할 수 있다. 네트워크(3300)는 FC(Fibre Channel) 또는 이더넷(Ethernet) 등을 이용하여 구현될 수 있다. 이 때, FC는 상대적으로 고속의 데이터 전송에 사용되는 매체이며, 고성능/고가용성을 제공하는 광 스위치를 사용할 수 있다. 네트워크(3300)의 액세스 방식에 따라 스토리지 서버들(3200 내지 3200m)은 파일 스토리지, 블록 스토리지, 또는 오브젝트 스토리지로서 제공될 수 있다.The application servers 3100 to 3100n and the storage servers 3200 to 3200m may communicate with each other through the network 3300 . The network 3300 may be implemented using Fiber Channel (FC) or Ethernet. In this case, FC is a medium used for relatively high-speed data transmission, and an optical switch providing high performance/high availability may be used. Depending on the access method of the network 3300 , the storage servers 3200 to 3200m may be provided as file storage, block storage, or object storage.

일 실시예에서, 네트워크(3300)는 SAN(Storage Area Network)와 같은 스토리지 전용 네트워크일 수 있다. 예를 들어, SAN은 FC 네트워크를 이용하고 FCP(FC Protocol)에 따라 구현된 FC-SAN일 수 있다. 다른 예를 들어, SAN은 TCP/IP 네트워크를 이용하고 iSCSI(SCSI over TCP/IP 또는 Internet SCSI) 프로토콜에 따라 구현된 IP-SAN일 수 있다. 다른 실시예에서, 네트워크(3300)는 TCP/IP 네트워크와 같은 일반 네트워크일 수 있다. 예를 들어, 네트워크(3300)는 FCoE(FC over Ethernet), NAS(Network Attached Storage), NVMe-oF(NVMe over Fabrics) 등의 프로토콜에 따라 구현될 수 있다.In one embodiment, network 3300 may be a storage-only network, such as a storage area network (SAN). For example, the SAN may be an FC-SAN that uses an FC network and is implemented according to FC Protocol (FCP). As another example, the SAN may be an IP-SAN that uses a TCP/IP network and is implemented according to the iSCSI (SCSI over TCP/IP or Internet SCSI) protocol. In other embodiments, network 3300 may be a generic network, such as a TCP/IP network. For example, the network 3300 may be implemented according to protocols such as FC over Ethernet (FCoE), Network Attached Storage (NAS), and NVMe over Fabrics (NVMe-oF).

이하에서는, 애플리케이션 서버(3100) 및 스토리지 서버(3200)를 중심으로 설명하기로 한다. 애플리케이션 서버(3100)에 대한 설명은 다른 애플리케이션 서버(3100n)에도 적용될 수 있고, 스토리지 서버(3200)에 대한 설명은 다른 스토리지 서버(3200m)에도 적용될 수 있다.Hereinafter, the application server 3100 and the storage server 3200 will be mainly described. A description of the application server 3100 may be applied to other application servers 3100n, and a description of the storage server 3200 may also be applied to other storage servers 3200m.

애플리케이션 서버(3100)는 사용자 또는 클라이언트가 저장 요청한 데이터를 네트워크(3300)를 통해 스토리지 서버들(3200 내지 3200m) 중 하나에 저장할 수 있다. 또한, 애플리케이션 서버(3100)는 사용자 또는 클라이언트가 독출 요청한 데이터를 스토리지 서버들(3200 내지 3200m) 중 하나로부터 네트워크(3300)를 통해 획득할 수 있다. 예를 들어, 애플리케이션 서버(3100)는 웹 서버 또는 DBMS(Database Management System) 등으로 구현될 수 있다.The application server 3100 may store data requested to be stored by a user or a client in one of the storage servers 3200 to 3200m through the network 3300 . Also, the application server 3100 may obtain data read requested by the user or the client from one of the storage servers 3200 to 3200m through the network 3300 . For example, the application server 3100 may be implemented as a web server or DBMS (Database Management System).

애플리케이션 서버(3100)는 네트워크(3300)를 통해 다른 애플리케이션 서버(3100n)에 포함된 메모리(3120n) 또는 스토리지 장치(3150n)에 액세스할 수 있고, 또는 네트워크(3300)를 통해 스토리지 서버들(3200-3200m)에 포함된 메모리들(3220-3220m) 또는 스토리지 장치(3250-3250m)에 액세스할 수 있다. 이로써, 애플리케이션 서버(3100)는 애플리케이션 서버들(3100-3100n) 및/또는 스토리지 서버들(3200-3200m)에 저장된 데이터에 대해 다양한 동작들을 수행할 수 있다. 예를 들어, 애플리케이션 서버(3100)는 애플리케이션 서버들(3100-3100n) 및/또는 스토리지 서버들(3200-3200m) 사이에서 데이터를 이동 또는 카피(copy)하기 위한 명령어를 실행할 수 있다. 이 때 데이터는 스토리지 서버들(3200-3200m)의 스토리지 장치(3250-3250m)로부터 스토리지 서버들(3200-3200m)의 메모리들(3220-3220m)을 거쳐서, 또는 바로 애플리케이션 서버들(3100-3100n)의 메모리(3120-3120n)로 이동될 수 있다. 네트워크(3300)를 통해 이동하는 데이터는 보안 또는 프라이버시를 위해 암호화된 데이터일 수 있다.The application server 3100 may access the memory 3120n or the storage device 3150n included in another application server 3100n through the network 3300, or the storage servers 3200- through the network 3300 3200m) may access the memories 3220-3220m or the storage device 3250-3250m. Accordingly, the application server 3100 may perform various operations on data stored in the application servers 3100-3100n and/or the storage servers 3200-3200m. For example, the application server 3100 may execute a command for moving or copying data between the application servers 3100-3100n and/or the storage servers 3200-3200m. At this time, data is transferred from the storage device 3250-3250m of the storage servers 3200-3200m via the memories 3220-3220m of the storage servers 3200-3200m, or directly to the application servers 3100-3100n. may be moved to the memory 3120-3120n of Data moving through the network 3300 may be encrypted data for security or privacy.

스토리지 서버(3200)를 예시로 설명하면, 인터페이스(3254)는 프로세서(3210)와 컨트롤러(3251)의 물리적 연결 및 NIC(Network InterConnect)(3240)와 컨트롤러(3251)의 물리적 연결을 제공할 수 있다. 예를 들어, 인터페이스(3254)는 스토리지 장치(3250)를 전용 케이블로 직접 접속하는 DAS(Direct Attached Storage) 방식으로 구현될 수 있다. 또한, 예를 들어, 인터페이스(3254)는 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), NVMe(NVM express), IEEE 1394, USB(universal serial bus), SD(secure digital) 카드, MMC(multi-media card), eMMC(embedded multi-media card), UFS(Universal Flash Storage), eUFS(embedded Universal Flash Storage), 및/또는 CF(compact flash) 카드 인터페이스 등과 같은 다양한 인터페이스 방식으로 구현될 수 있다.Taking the storage server 3200 as an example, the interface 3254 may provide a physical connection between the processor 3210 and the controller 3251 and a physical connection between the Network InterConnect (NIC) 3240 and the controller 3251 . . For example, the interface 3254 may be implemented in a DAS (Direct Attached Storage) method for directly connecting the storage device 3250 with a dedicated cable. Also, for example, the interface 3254 may be an Advanced Technology Attachment (ATA), Serial ATA (SATA), external SATA (e-SATA), Small Computer Small Interface (SCSI), Serial Attached SCSI (SAS), Peripheral (PCI) Component Interconnection), PCIe (PCI express), NVMe (NVM express), IEEE 1394, USB (universal serial bus), SD (secure digital) card, MMC (multi-media card), eMMC (embedded multi-media card), It may be implemented in various interface methods, such as a universal flash storage (UFS), an embedded universal flash storage (eUFS), and/or a compact flash (CF) card interface.

스토리지 서버(3200)는 스위치(3230) 및 NIC(3240)을 더 포함할 수 있다. 스위치(3230)는 프로세서(3210)의 제어에 따라 프로세서(3210)와 스토리지 장치(3250)를 선택적으로 연결시키거나, NIC(3240)와 스토리지 장치(3250)를 선택적으로 연결시킬 수 있다.The storage server 3200 may further include a switch 3230 and a NIC 3240 . The switch 3230 may selectively connect the processor 3210 and the storage device 3250 or the NIC 3240 and the storage device 3250 under the control of the processor 3210 .

일 실시예에서 NIC(3240)는 네트워크 인터페이스 카드, 네트워크 어댑터 등을 포함할 수 있다. NIC(3240)는 유선 인터페이스, 무선 인터페이스, 블루투스 인터페이스, 광학 인터페이스 등에 의해 네트워크(3300)에 연결될 수 있다. NIC(3240)는 내부 메모리, DSP(Digital Signal Processor), 호스트 버스 인터페이스 등을 포함할 수 있으며, 호스트 버스 인터페이스를 통해 프로세서(3210) 및/또는 스위치(3230) 등과 연결될 수 있다. 호스트 버스 인터페이스는, 앞서 설명한 인터페이스(3254)의 예시들 중 하나로 구현될 수도 있다. 일 실시예에서, NIC(3240)는 프로세서(3210), 스위치(3230), 스토리지 장치(3250) 중 적어도 하나와 통합될 수도 있다.In one embodiment, the NIC 3240 may include a network interface card, a network adapter, and the like. The NIC 3240 may be connected to the network 3300 by a wired interface, a wireless interface, a Bluetooth interface, an optical interface, or the like. The NIC 3240 may include an internal memory, a digital signal processor (DSP), a host bus interface, and the like, and may be connected to the processor 3210 and/or the switch 3230 through the host bus interface. The host bus interface may be implemented as one of the examples of interface 3254 described above. In an embodiment, the NIC 3240 may be integrated with at least one of the processor 3210 , the switch 3230 , and the storage device 3250 .

스토리지 서버들(3200-3200m) 또는 애플리케이션 서버들(3100-3100n)에서 프로세서는 스토리지 장치(3150-3150n, 3250-3250m) 또는 메모리(3120-3120n, 3220-3220m)로 커맨드를 전송하여 데이터를 프로그램하거나 리드할 수 있다. 이 때 데이터는 ECC(Error Correction Code) 엔진을 통해 에러 정정된 데이터일 수 있다. 데이터는 데이터 버스 변환(Data Bus Inversion: DBI) 또는 데이터 마스킹(Data Masking: DM) 처리된 데이터로서, CRC(Cyclic Redundancy Code) 정보를 포함할 수 있다. 데이터는 보안 또는 프라이버시를 위해 암호화된 데이터일 수 있다.In the storage servers 3200-3200m or the application servers 3100-3100n, the processor sends a command to the storage devices 3150-3150n and 3250-3250m or the memory 3120-3120n, 3220-3220m to program the data. or lead. In this case, the data may be error-corrected data through an ECC (Error Correction Code) engine. The data is data processed by Data Bus Inversion (DBI) or Data Masking (DM), and may include Cyclic Redundancy Code (CRC) information. The data may be encrypted data for security or privacy.

스토리지 장치(3150-3150n, 3250-3250m)는 프로세서로부터 수신된 리드 커맨드에 응답하여, 제어 신호 및 커맨드/어드레스 신호를 NAND 플래시 메모리 장치(3252-3252m)로 전송할 수 있다. 이에 따라 NAND 플래시 메모리 장치(3252-3252m)로부터 데이터를 독출하는 경우, RE(Read Enable) 신호는 데이터 출력 제어 신호로 입력되어, 데이터를 DQ 버스로 출력하는 역할을 할 수 있다. RE 신호를 이용하여 DQS(Data Strobe)가 생성될 수 있다. 커맨드와 어드레스 신호는 WE(Write Enable) 신호의 상승 엣지 또는 하강 엣지에 따라 페이지 버퍼에 래치될 수 있다.The storage devices 3150-3150n and 3250-3250m may transmit a control signal and a command/address signal to the NAND flash memory devices 3252-3252m in response to a read command received from the processor. Accordingly, when data is read from the NAND flash memory device 3252-3252m, a read enable (RE) signal may be input as a data output control signal to output data to the DQ bus. A data strobe (DQS) may be generated using the RE signal. The command and address signals may be latched in the page buffer according to a rising edge or a falling edge of a write enable (WE) signal.

컨트롤러(3251)는 스토리지 장치(3250)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 컨트롤러(3251)는 SRAM(Static Random Access Memory)을 포함할 수 있다. 컨트롤러(3251)는 기입 커맨드에 응답하여 낸드 플래시(3252)에 데이터를 기입할 수 있고, 또는 독출 커맨드에 응답하여 낸드 플래시(3252)로부터 데이터를 독출할 수 있다. 예를 들어, 기입 커맨드 및/또는 독출 커맨드는 스토리지 서버(3200) 내의 프로세서(3210), 다른 스토리지 서버(3200m) 내의 프로세서(3210m) 또는 애플리케이션 서버(3100, 3100n) 내의 프로세서(3110, 3110n)로부터 제공될 수 있다. DRAM(3253)은 낸드 플래시(3252)에 기입될 데이터 또는 낸드 플래시(3252)로부터 독출된 데이터를 임시 저장(버퍼링)할 수 있다. 또한, DRAM(3253)은 메타 데이터를 저장할 수 있다. 여기서, 메타 데이터는 사용자 데이터 또는 낸드 플래시(3252)를 관리하기 위해 컨트롤러(3251)에서 생성된 데이터이다. 스토리지 장치(3250)는 보안 또는 프라이버시를 위해 SE(Secure Element)를 포함할 수 있다.The controller 3251 may control overall operations of the storage device 3250 . In one embodiment, the controller 3251 may include static random access memory (SRAM). The controller 3251 may write data to the NAND flash 3252 in response to a write command, or may read data from the NAND flash 3252 in response to a read command. For example, write commands and/or read commands may be from processor 3210 in storage server 3200, processor 3210m in another storage server 3200m, or processors 3110, 3110n in application servers 3100, 3100n. can be provided. The DRAM 3253 may temporarily store (buffer) data to be written to the NAND flash 3252 or data read from the NAND flash 3252 . Also, the DRAM 3253 may store metadata. Here, the metadata is user data or data generated by the controller 3251 to manage the NAND flash 3252 . The storage device 3250 may include a Secure Element (SE) for security or privacy.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Exemplary embodiments have been disclosed in the drawings and specification as described above. Although the embodiments have been described using specific terms in the present specification, these are used only for the purpose of explaining the technical spirit of the present disclosure, and not used to limit the meaning or the scope of the present disclosure described in the claims. Therefore, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present disclosure should be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (20)

 호스트 장치와 스토리지 장치 간 인터페이싱을 제공하도록 구성된 호스트 컨트롤러 인터페이스에 있어서,
적어도 하나의 큐의 헤드 포인터 및 테일 포인터를 저장하도록 구성된 도어벨 레지스터;
상기 적어도 하나의 큐에 포함된 제1 커맨드 또는 제1 리스폰스를 저장하도록 구성된 엔트리 버퍼;
상기 적어도 하나의 큐의 순서를 중재하도록 구성된 중재기;
순서에 따라 상기 제1 커맨드가 상기 엔트리 버퍼에 저장될 수 있게 경로화하도록 구성된 제1 라우터; 및
상기 제1 리스폰스가 상기 도어벨 레지스터에 저장될 수 있게 경로화하도록 구성된 제2 라우터를 포함하는, 호스트 컨트롤러 인터페이스.
A host controller interface configured to provide interfacing between a host device and a storage device, the host controller interface comprising:
a doorbell register configured to store a head pointer and a tail pointer of at least one cue;
an entry buffer configured to store a first command or a first response included in the at least one queue;
an arbiter configured to arbitrate the order of the at least one queue;
a first router configured to route the first command to be stored in the entry buffer in order; and
and a second router configured to route the first response to be stored in the doorbell register.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 큐는,
복수의 원형 큐인 것을 특징으로 하는 호스트 컨트롤러 인터페이스.
According to claim 1,
the at least one queue,
A host controller interface characterized in that it is a plurality of circular queues.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 큐는,
서브미션 큐 및 컴플리션 큐를 포함하고,
상기 도어벨 레지스터는,
상기 서브미션 큐에 대한 제1 헤드 포인터 및 제1 테일 포인터, 및
상기 컴플리션 큐에 대한 제2 헤드 포인터 및 제2 테일 포인터를 저장하는 것을 특징으로 하는 호스트 컨트롤러 인터페이스.
According to claim 1,
the at least one queue,
including a submission queue and a completion queue;
The doorbell register is
a first head pointer and a first tail pointer to the submission queue, and
and storing a second head pointer and a second tail pointer for the completion queue.
제3항에 있어서,
상기 제1 헤드 포인터는,
상기 제1 커맨드가 상기 엔트리 버퍼에 저장됨에 따라 갱신되는 것을 특징으로 하는 호스트 컨트롤러 인터페이스.
4. The method of claim 3,
The first head pointer is
The host controller interface of claim 1, wherein the first command is updated as it is stored in the entry buffer.
제3항에 있어서,
상기 제2 테일 포인터는,
상기 제1 리스폰스가 상기 컴플리션 큐에 저장됨에 따라 갱신되는 것을 특징으로 하는 호스트 컨트롤러 인터페이스.
4. The method of claim 3,
The second tail pointer is
and the first response is updated as the first response is stored in the completion queue.
제1항에 있어서,
상기 엔트리 버퍼의 저장 가능 여부를 비트맵을 이용해 나타내도록 구성된 비트맵 도어벨 레지스터를 더 포함하는 호스트 컨트롤러 인터페이스.
According to claim 1,
The host controller interface further comprising a bitmap doorbell register configured to indicate whether the entry buffer can be stored using a bitmap.
제6항에 있어서,
상기 비트맵 도어벨 레지스터는,
상기 엔트리 버퍼에 상기 제1 커맨드 또는 상기 제1 리스폰스가 저장됨에 기초하여, 상기 제1 커맨드 또는 상기 제1 리스폰스가 저장된 데이터 영역에 상응하는 비트 정보를 비트 0에서 비트 1로 변경하는 것을 특징으로 하는 호스트 컨트롤러 인터페이스.
7. The method of claim 6,
The bitmap doorbell register,
Based on the storage of the first command or the first response in the entry buffer, bit information corresponding to a data area in which the first command or the first response is stored is changed from bit 0 to bit 1. Host controller interface.
제1항에 있어서,
상기 호스트 장치는,
제1 서브미션 큐 및 제1 컴플리션 큐를 처리하는 제1 코어, 및
제2 서브미션 큐 및 제2 컴플리션 큐를 처리하는 제2 코어를 포함하고,
상기 중재기는,
상기 제1 서브미션 큐 및 상기 제2 서브미션 큐 중 우선 순위가 높은 큐를 먼저 처리하는 것을 특징으로 하는 호스트 컨트롤러 인터페이스.
According to claim 1,
The host device,
a first core for processing the first submission queue and the first completion queue; and
a second core for processing a second submission queue and a second completion queue;
The mediator is
The host controller interface of claim 1, wherein a queue having a higher priority among the first submission queue and the second submission queue is processed first.
제8항에 있어서,
상기 우선 순위는,
상기 제1 서브미션 큐 또는 상기 제2 서브미션 큐 중, 우선 처리 플래그의 부착 여부, 먼저 입력되었는지 여부, 빈 공간이 부족한지 여부, 가중치가 높은지 여부, 또는 높은 우선 순위로 미리 결정되었는지 여부에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 호스트 컨트롤러 인터페이스.
9. The method of claim 8,
The priority is
In the first submission queue or the second submission queue, according to whether a priority flag is attached, whether it is input first, whether there is insufficient empty space, whether the weight is high, or whether it is predetermined with high priority A host controller interface, characterized in that determined.
호스트 장치 및 스토리지 장치를 포함하는 스토리지 시스템에 있어서,
상기 스토리지 장치에 커맨드를 전송하는 상기 호스트 장치는,
적어도 하나의 큐를 저장하는 호스트 메모리; 및
상기 적어도 하나의 큐를 처리하도록 구성된 적어도 하나의 코어, 및 상기 호스트 메모리와의 인터페이싱을 제공하도록 구성된 호스트 컨트롤러 인터페이스를 포함하는 호스트 컨트롤러를 포함하고,
상기 스토리지 장치는,
상기 커맨드에 기초하여 메모리 동작을 수행한 결과인 리스폰스를 상기 호스트 장치에 제공하고,
상기 호스트 컨트롤러 인터페이스는,
상기 적어도 하나의 큐에 대한 헤드 포인터 및 테일 포인터를 저장하는 도어벨 레지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 스토리지 시스템.
A storage system comprising a host device and a storage device, the storage system comprising:
The host device transmitting a command to the storage device,
a host memory for storing at least one queue; and
a host controller comprising at least one core configured to process the at least one queue, and a host controller interface configured to provide interfacing with the host memory;
The storage device is
providing a response that is a result of performing a memory operation based on the command to the host device;
The host controller interface comprises:
and a doorbell register configured to store a head pointer and a tail pointer for the at least one queue.
제10항에 있어서,
상기 적어도 하나의 큐는,
서브미션 큐 및 컴플리션 큐를 포함하고,
상기 도어벨 레지스터는,
상기 서브미션 큐에 대한 제1 헤드 포인터 및 제1 테일 포인터, 및
상기 컴플리션 큐에 대한 제2 헤드 포인터 및 제2 테일 포인터를 저장하는 것을 특징으로 하는 스토리지 시스템.
11. The method of claim 10,
the at least one queue,
including a submission queue and a completion queue;
The doorbell register is
a first head pointer and a first tail pointer to the submission queue, and
and storing a second head pointer and a second tail pointer for the completion queue.
제11항에 있어서,
상기 제1 헤드 포인터는,
상기 커맨드가 상기 호스트 컨트롤러에 포함된 엔트리 버퍼에 저장됨에 따라 갱신되는 것을 특징으로 하는 스토리지 시스템.
12. The method of claim 11,
The first head pointer is
The storage system is updated as the command is stored in an entry buffer included in the host controller.
제11항에 있어서,
상기 제2 테일 포인터는,
상기 리스폰스가 상기 컴플리션 큐에 저장됨에 따라 갱신되는 것을 특징으로 하는 스토리지 시스템.
12. The method of claim 11,
The second tail pointer is
The storage system of claim 1, wherein the response is updated as the response is stored in the completion queue.
제10항에 있어서,
상기 호스트 컨트롤러 인터페이스는,
상기 커맨드 또는 상기 리스폰스를 저장하도록 구성된 엔트리 버퍼;
상기 적어도 하나의 큐의 순서를 중재하도록 구성된 중재기;
순서에 따라 상기 커맨드가 상기 엔트리 버퍼에 저장될 수 있게 경로화하도록 구성된 제1 라우터; 및
상기 리스폰스가 상기 도어벨 레지스터에 저장될 수 있게 경로화하도록 구성된 제2 라우터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스토리지 시스템.
11. The method of claim 10,
The host controller interface comprises:
an entry buffer configured to store the command or the response;
an arbiter configured to arbitrate the order of the at least one queue;
a first router configured to route the commands such that they can be stored in the entry buffer in an orderly manner; and
and a second router configured to route the response to be stored in the doorbell register.
제14항에 있어서,
상기 적어도 하나의 코어는,
제1 서브미션 큐 및 제1 컴플리션 큐를 처리하는 제1 코어, 및
제2 서브미션 큐 및 제2 컴플리션 큐를 처리하는 제2 코어를 포함하고,
상기 중재기는,
상기 제1 서브미션 큐 및 상기 제2 서브미션 큐 중 우선 순위가 높은 큐를 먼저 처리하는 것을 특징으로 하는 스토리지 시스템.
15. The method of claim 14,
the at least one core,
a first core for processing the first submission queue and the first completion queue; and
a second core for processing a second submission queue and a second completion queue;
The mediator is
The storage system of claim 1 , wherein a queue having a higher priority among the first submission queue and the second submission queue is processed first.
적어도 하나의 커맨드를 포함하는 적어도 하나의 큐를 이용하는 호스트 장치와 스토리지 장치 간 인터페이싱을 제공하도록 구성된 호스트 컨트롤러 인터페이스의 동작 방법에 있어서,
제1 큐에 포함된 제1 커맨드를 포함하는 복수의 커맨드들의 순서를 중재하는 단계;
상기 제1 커맨드를 엔트리 버퍼에 저장하는 단계;
상기 제1 큐의 제1 헤드 포인터를 갱신하는 단계;
제2 커맨드를 상기 엔트리 버퍼에 저장하는 단계;
상기 제2 커맨드를 포함하는 제2 큐의 제2 헤드 포인터를 갱신하는 단계; 및
상기 제1 커맨드 및 상기 제2 커맨드를 순차적으로 상기 스토리지 장치에 제공하는 단계를 포함하는 호스트 컨트롤러 인터페이스의 동작 방법.
A method of operating a host controller interface configured to provide interfacing between a host device and a storage device using at least one queue comprising at least one command, the method comprising:
arbitrating an order of a plurality of commands including a first command included in the first queue;
storing the first command in an entry buffer;
updating a first head pointer of the first queue;
storing a second command in the entry buffer;
updating a second head pointer of a second queue including the second command; and
and sequentially providing the first command and the second command to the storage device.
제16항에 있어서,
복수의 커맨드들의 순서를 중재하는 단계는,
상기 제1 큐 및 상기 제2 큐 중 우선 순위가 높은 큐를 먼저 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 호스트 컨트롤러 인터페이스의 동작 방법.
17. The method of claim 16,
Arbitrating the order of the plurality of commands comprises:
and processing a queue having a higher priority among the first queue and the second queue first.
제17항에 있어서,
우선 순위가 높은 큐를 먼저 처리하는 단계는,
상기 제1 큐 및 상기 제2 큐 중 우선 처리 플래그의 부착 여부를 판단하는 단계;
상기 제1 큐 및 상기 제2 큐 중 먼저 입력된 큐를 판단하는 단계; 및
상기 제1 큐 및 상기 제2 큐 중 빈 공간이 부족한 큐를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 호스트 컨트롤러 인터페이스의 동작 방법.
18. The method of claim 17,
The step of processing the high-priority queue first is,
determining whether a priority flag is attached among the first queue and the second queue;
determining a first input queue among the first queue and the second queue; and
and determining a queue having insufficient empty space among the first queue and the second queue.
제17항에 있어서,
우선 순위가 높은 큐를 먼저 처리하는 단계는,
입력된 순서대로 순차적으로 균일한 시간동안 큐를 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 호스트 컨트롤러 인터페이스의 동작 방법.
18. The method of claim 17,
The step of processing the high-priority queue first is,
and processing the queues for a uniform time sequentially in an input order.
제17항에 있어서,
우선 순위가 높은 큐를 먼저 처리하는 단계는,
중요도에 따라 부여된 큐 당 가중치를 확인하는 단계; 및
상기 가중치가 큰 순서대로 큐를 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 호스트 컨트롤러 인터페이스의 동작 방법.
18. The method of claim 17,
The step of processing the high-priority queue first is,
checking a weight per queue given according to importance; and
and processing the queues in order of increasing the weight.
KR1020210008898A 2020-06-01 2021-01-21 Host controller interface using multiple circular queue, and operating method thereof KR20210148852A (en)

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EP21175677.0A EP3920036A1 (en) 2020-06-01 2021-05-25 Host controller interface using multiple circular queue, and operating method thereof
CN202110598848.9A CN113760789A (en) 2020-06-01 2021-05-31 Host controller interface using multi-cycle queues and method of operating the same
US18/064,062 US11914531B2 (en) 2020-06-01 2022-12-09 Host controller interface using multiple circular queue, and operating method thereof

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20230116341A (en) * 2022-01-28 2023-08-04 삼성전자주식회사 Storage device and operating method of storage device

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