KR20230041570A

KR20230041570A - 메모리 컨트롤러, 스토리지 장치 및 호스트 장치

Info

Publication number: KR20230041570A
Application number: KR1020220035381A
Authority: KR
Inventors: 김병준
Original assignee: 에스케이하이닉스 주식회사
Priority date: 2021-09-17
Filing date: 2022-03-22
Publication date: 2023-03-24

Abstract

본 기술의 일 실시 예에 따른 스토리지 장치는, 메인 메모리 장치; 복수의 영역들을 포함하고 상기 메인 메모리 장치의 버퍼로 동작하는 버퍼 메모리 장치; 및 외부 호스트로부터 수신된 상기 메인 메모리 장치에 저장된 데이터를 요청하는 리드 커맨드가 제공될 예정임을 나타내는 커맨드에 응답하여, 상기 복수의 영역들의 용도를 변경하는 메모리 컨트롤러;를 포함하는 스토리지 장치;를 포함할 수 있다.

Description

메모리 컨트롤러, 스토리지 장치 및 호스트 장치{MEMORY CONTROLLER, STORAGE DEVICE AND HOST DEVICE}

본 발명은 전자 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 본 발명은 메모리 컨트롤러, 스토리지 장치 및 호스트 장치에 관한 것이다.

스토리지 장치는 컴퓨터나 스마트폰 등과 같은 호스트 장치의 제어에 따라 데이터를 저장하는 장치이다. 스토리지 장치는 데이터를 저장하는 메모리 장치와 메모리 장치를 제어하는 메모리 컨트롤러를 포함할 수 있다. 메모리 장치는 휘발성 메모리 장치 (Volatile Memory)와 불휘발성 메모리 장치 (Non Volatile Memory)로 구분될 수 있다.

휘발성 메모리 장치는 전원이 공급되는 동안에만 데이터를 저장하고, 전원 공급이 차단되면 저장된 데이터가 소멸되는 메모리 장치일 수 있다. 휘발성 메모리 장치에는 정적 랜덤 액세스 메모리 (Static Random Access Memory; SRAM), 동적 랜덤 액세스 메모리 (Dynamic Random Access Memory; DRAM) 등이 포함될 수 있다.

불휘발성 메모리 장치는 전원이 차단되어도 데이터가 소멸되지 않는 메모리 장치로서, 롬(Read Only Memory; ROM), PROM (Programmable ROM), EPROM (Electrically Programmable ROM), EEPROM (Electrically Erasable and Programmable ROM) 및 플래시 메모리(Flash Memory) 등이 있다.

방대한 자료 사용이 필요한 전자 장치들이 개발됨에 따라, 이에 사용되는 스토리지 장치 역시 높은 수준의 성능이 요구된다. 특히 리드 동작에 대한 성능은 사용자에게 보여지는 성능이기 때문에 더욱 중요할 수 있다.

본 발명의 실시 예는, 향상된 리드 동작 수행이 가능한 메모리 컨트롤러, 스토리지 장치 및 호스트 장치를 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 스토리지 장치는, 메인 메모리 장치; 복수의 영역들을 포함하고 상기 메인 메모리 장치의 버퍼로 동작하는 버퍼 메모리 장치; 및 외부 호스트로부터 수신된 상기 메인 메모리 장치에 저장된 데이터를 요청하는 리드 커맨드가 제공될 예정임을 나타내는 커맨드에 응답하여, 상기 복수의 영역들의 용도를 변경하는 메모리 컨트롤러;를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 메모리 컨트롤러는, 메인 메모리 장치 및 상기 메인 메모리 장치의 버퍼로 동작하고 복수의 영역들을 포함하는 버퍼 메모리 장치를 제어하는 메모리 컨트롤러로, 외부 호스트로부터 상기 메인 메모리 장치에 저장된 데이터를 요청하는 리드 커맨드가 제공될 예정임을 나타내는 커맨드를 수신하는 호스트 인터페이스; 및 상기 커맨드에 응답하여, 상기 복수의 영역들의 용도를 변경하는 버퍼 메모리 장치 인터페이스;를 포함하는 메모리 컨트롤러를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 호스트 장치는, 사용자의 요청에 따라 생성된 커맨드들을 저장하는 호스트 메모리; 및 상기 호스트 메모리에 저장된 커맨드들을 기초로, 스토리지 장치에 리드 커맨드가 제공될 예정임을 나타내는 커맨드를 상기 스토리지 장치에 제공하는 호스트 컨트롤러;를 포함하고, 상기 리드 커맨드가 제공될 예정임을 나타내는 커맨드는, 상기 커맨드가 상기 스토리지 장치의 동작 모드를 설정하는 쿼리 요청임을 나타내는 정보 및 상기 동작 모드와 연관된 쿼리 함수의 종류를 나타내는 정보를 포함하는 베이직 헤더 세그먼트; 및 인텐시브 리드 모드의 활성화 여부를 나타내는 플래그에 관한 정보를 포함하는 트랜잭션 특정 필드;를 포함할 수 있다.

본 기술은 향상된 리드 동작 수행이 가능한 메모리 컨트롤러, 스토리지 장치 및 호스트 장치를 제공한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 호스트 장치 및 스토리지 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 메모리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 메모리 블록들 중 어느 하나의 메모리 블록의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 버퍼 메모리 장치에 대한 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 쿼리 요청 프로토콜 유닛의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 쿼리 함수의 종류 및 그에 따른 필드 값을 나타낸 도면이다.
도 7은 쿼리 요청의 쿼리 함수가 표준 쓰기 요청(Standard Write Request)인 경우, 트랜잭션 특정 필드의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 쿼리 함수의 동작 코드(opcode)의 종류를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 플래그 설정 쿼리 요청의 트랜잭션 특정 필드의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 플래그 클리어 쿼리 요청의 트랜잭션 특정 필드의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 스토리지 장치의 동작을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 호스트 장치의 플래그 설정 쿼리 요청 제공을 설명하기 위한 순서도이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 호스트 장치의 판단 과정을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 호스트 장치의 플래그 클리어 쿼리 요청 제공을 설명하기 위한 순서도이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 스토리지 장치의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 스토리지 장치의 쿼리 요청 수신에 따른 버퍼 메모리 장치 내의 영역 할당을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 도 1의 메모리 컨트롤러의 다른 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 스토리지 장치가 적용된 메모리 카드 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 스토리지 장치가 적용된 SSD(Solid State Drive) 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 스토리지 장치가 적용된 사용자 시스템을 보여주는 블록도이다.

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 호스트 장치 및 스토리지 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 스토리지 장치(50)는 메모리 장치(100), 메모리 컨트롤러(200) 및 버퍼 메모리 장치(300)를 포함할 수 있다. 스토리지 장치(50)는 휴대폰, 스마트폰, MP3 플레이어, 랩탑 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 게임기, TV, 테블릿 PC 또는 차량용 인포테인먼트(in-vehicle infotainment) 시스템 등과 같은 호스트(400)의 제어에 따라 데이터를 저장하는 장치일 수 있다. 또는 스토리지 장치(50)는 서버, 데이터 센터 등과 같이 한 곳에 고용량의 데이터를 저장하는 호스트(400)의 제어에 따라 데이터를 저장하는 장치일 수 있다.

스토리지 장치(50)는 호스트(400)와의 통신 방식인 호스트 인터페이스에 따라서 다양한 종류의 스토리지 장치들 중 어느 하나로 제조될 수 있다. 예를 들면, 스토리지 장치(50)는 SSD, MMC, eMMC, RS-MMC, micro-MMC 형태의 멀티 미디어 카드(multimedia card), SD, mini-SD, micro-SD 형태의 시큐어 디지털(secure digital) 카드, USB(universal serial bus) 저장 장치, UFS(universal flash storage) 장치, PCMCIA(personal computer memory card international association) 카드 형태의 저장 장치, PCI(peripheral component interconnection) 카드 형태의 저장 장치, PCI-E(PCI express) 카드 형태의 저장 장치, CF(compact flash) 카드, 스마트 미디어(smart media) 카드, 메모리 스틱(memory stick) 등과 같은 다양한 종류의 저장 장치들 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

스토리지 장치(50)는 다양한 종류의 패키지(package) 형태들 중 어느 하나로 제조될 수 있다. 예를 들면, 스토리지 장치(50)는 POP(package on package), SIP(system in package), SOC(system on chip), MCP(multi-chip package), COB(chip on board), WFP(wafer-level fabricated package), WSP(wafer-level stack package) 등과 같은 다양한 종류의 패키지 형태들 중 어느 하나로 제조될 수 있다.

메모리 장치(100)는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리 장치(100)는 메모리 컨트롤러(200)의 제어에 응답하여 동작한다. 이 때 메모리 장치(100)는 버퍼 메모리 장치(300)와 구별을 위해서 메인 메모리 장치로 칭할 수 있다. 메모리 장치(100)는 데이터를 저장하는 복수의 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 어레이(미도시)를 포함할 수 있다.

메모리 셀들은 각각 하나의 데이터 비트를 저장하는 싱글 레벨 셀(Single Level Cell; SLC), 두 개의 데이터 비트들을 저장하는 멀티 레벨 셀(Multi Level Cell; MLC), 세 개의 데이터 비트들을 저장하는 트리플 레벨 셀(Triple Level Cell; TLC) 또는 네 개의 데이터 비트를 저장할 수 있는 쿼드 레벨 셀(Quad Level Cell; QLC)로 구성될 수 있다.

메모리 셀 어레이(미도시)는 복수의 메모리 블록들을 포함할 수 있다. 각 메모리 블록은 복수의 메모리 셀들을 포함할 수 있다. 각 메모리 블록은 복수의 페이지들을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 페이지는 메모리 장치(100)에 데이터를 저장하거나, 메모리 장치(100)에 저장된 데이터를 리드하는 단위일 수 있다. 메모리 블록은 데이터를 지우는 단위일 수 있다.

실시 예에서, 메모리 장치(100)는 DDR SDRAM(Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory), LPDDR4(Low Power Double Data Rate4) SDRAM, GDDR(Graphics Double Data Rate) SDRAM, LPDDR(Low Power DDR), RDRAM(Rambus Dynamic Random Access Memory), 낸드 플래시 메모리(NAND flash memory), 수직형 낸드 플래시 메모리(Vertical NAND), 노아 플래시 메모리(NOR flash memory), 저항성 램(resistive random access memory: RRAM), 상변화 메모리(phase-change memory: PRAM), 자기저항 메모리(magnetoresistive random access memory: MRAM), 강유전체 메모리(ferroelectric random access memory: FRAM), 스핀주입 자화반전 메모리(spin transfer torque random access memory: STT-RAM) 등이 될 수 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해, 메모리 장치(100)가 낸드 플래시 메모리인 경우를 가정하여 설명한다.

메모리 장치(100)는 메모리 컨트롤러(200)로부터 커맨드 및 어드레스를 수신하고, 메모리 셀 어레이 중 어드레스에 의해 선택된 영역을 액세스하도록 구성된다. 메모리 장치(100)는 어드레스에 의해 선택된 영역에 대해 커맨드가 지시하는 동작을 수행할 수 있다. 예를 들면, 메모리 장치(100)는 쓰기 동작 (프로그램 동작), 리드 동작 및 소거 동작을 수행할 수 있다. 프로그램 동작 시에, 메모리 장치(100)는 어드레스에 의해 선택된 영역에 데이터를 프로그램 할 것이다. 리드 동작 시에, 메모리 장치(100)는 어드레스에 의해 선택된 영역으로부터 데이터를 읽을 것이다. 소거 동작 시에, 메모리 장치(100)는 어드레스에 의해 선택된 영역에 저장된 데이터를 소거할 것이다.

메모리 컨트롤러(200)는 스토리지 장치(50)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.

스토리지 장치(50)에 전원이 인가되면, 메모리 컨트롤러(200)는 펌웨어(firmware, FW)를 실행할 수 있다. 메모리 장치(100)가 플래시 메모리 장치인 경우, 메모리 컨트롤러(200)는 호스트(400)와 메모리 장치(100) 간의 통신을 제어하기 위한 플래시 변환 레이어(Flash Translation Layer, FTL)와 같은 펌웨어를 실행할 수 있다.

실시 예에서, 메모리 컨트롤러(200)는 호스트(400)로부터 데이터와 논리 블록 어드레스(Logical Block Address, LBA)를 입력 받고, 논리 블록 어드레스를 메모리 장치(100)에 포함된 데이터가 저장될 메모리 셀들의 주소를 나타내는 물리 블록 어드레스(Physical Block Address, PBA)로 변환할 수 있다.

메모리 컨트롤러(200)는 호스트(400)의 요청(request)에 따라 프로그램 동작, 리드 동작 또는 소거 동작 등을 수행하도록 메모리 장치(100)를 제어할 수 있다. 프로그램 동작 시, 메모리 컨트롤러(200)는 프로그램 커맨드, 물리 블록 어드레스 및 데이터를 메모리 장치(100)에 제공할 수 있다. 리드 동작 시, 메모리 컨트롤러(200)는 리드 커맨드 및 물리 블록 어드레스를 메모리 장치(100)에 제공할 수 있다. 소거 동작 시, 메모리 컨트롤러(200)는 소거 커맨드 및 물리 블록 어드레스를 메모리 장치(100)에 제공할 수 있다.

실시 예에서, 메모리 컨트롤러(200)는 호스트(400)로부터의 요청과 무관하게 자체적으로 커맨드, 어드레스 및 데이터를 생성하고, 메모리 장치(100)에 전송할 수 있다. 예를 들면, 메모리 컨트롤러(200)는 웨어 레벨링(wear leveling), 리드 리클레임(read reclaim), 가비지 컬렉션(garbage collection) 등을 수행하는데 수반되는 프로그램 동작, 리드 동작 및 소거 동작들을 수행하기 위한 커맨드, 어드레스 및 데이터를 메모리 장치(100)로 제공할 수 있다.

실시 예에서, 메모리 컨트롤러(200)가 적어도 둘 이상의 메모리 장치(100)들을 제어할 수 있다. 이 경우, 메모리 컨트롤러(200)는 동작 성능의 향상을 위해 메모리 장치(100)들을 인터리빙 방식에 따라 제어할 수 있다. 인터리빙 방식은 적어도 둘 이상의 메모리 장치(100)들에 대한 동작이 중첩되도록 제어하는 방식일 수 있다.

버퍼 메모리 장치(300)는 호스트(400)와 메모리 장치(100) 간에 전송되는 데이터를 임시 저장할 수 있다. 즉, 버퍼 메모리 장치(300)는 메모리 장치(100)의 버퍼로 동작할 수 있다. 버퍼 메모리 장치(300)는 데이터가 실질적으로 저장되는 복수의 영역들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 버퍼 메모리 장치(300)는 메모리 장치(100)에 데이터를 저장하는 쓰기 동작을 위하여, 호스트(400)로부터 메모리 장치(100)로 전송되는 데이터를 임시 저장할 수 있다. 또는, 버퍼 메모리 장치(300)는 메모리 장치(100)로부터 데이터를 리드하는 리드 동작을 위하여, 메모리 장치(100)로부터 호스트(400)로 전송되는 데이터를 임시 저장할 수 있다. 그 외에도 버퍼 메모리 장치(300)는 맵 데이터를 임시 저장하거나, 백그라운드 동작을 위한 데이터를 임시 저장할 수 있으며, 이에 제한되지 않고 다양한 동작 수행 시 데이터를 임시 저장하는 버퍼로서 활용될 수 있다.

메모리 컨트롤러(200)는 버퍼 메모리 장치(300)에 포함된 복수의 영역들을 특정 용도를 위한 영역으로 할당할 수 있다. 예를 들어, 메모리 컨트롤러(200)는 버퍼 메모리 장치(300) 내 복수의 영역들을 각각 쓰기 동작을 위한 버퍼, 리드 동작을 위한 버퍼, 맵 데이터 저장을 위한 버퍼, 백그라운드 동작을 위한 버퍼를 포함한 다양한 용도의 버퍼로 할당할 수 있다. 또한, 메모리 컨트롤러는 특정 동작을 위한 버퍼로 할당된 버퍼 메모리 장치(300) 내 영역을 다른 동작을 위한 버퍼로 활용될 수 있는 영역으로 그 용도를 변경할 수 있다.

호스트(400)는 USB (Universal Serial Bus), SATA (Serial AT Attachment), SAS (Serial Attached SCSI), HSIC (High Speed Interchip), SCSI (Small Computer System Interface), PCI (Peripheral Component Interconnection), PCIe (PCI express), NVMe (NonVolatile Memory express), UFS (Universal Flash Storage), SD (Secure Digital), MMC (MultiMedia Card), eMMC (embedded MMC), DIMM (Dual In-line Memory Module), RDIMM (Registered DIMM), LRDIMM (Load Reduced DIMM) 등과 같은 다양한 통신 방식들 중 적어도 하나를 이용하여 스토리지 장치(50)와 통신할 수 있다.

호스트(400)는 호스트 메모리(410) 및 호스트 컨트롤러(420)를 포함할 수 있다. 호스트 (400)에 수행될 프로세스에 대한 정보가 입력될 수 있으며, 이러한 정보는 사용자에 의해 입력된 것일 수 있다. 프로세스에 대한 정보에 의해 프로세스 동작을 위해 수행되어야 할 커맨드들이 생성되어 호스트 메모리(410)에 저장될 수 있다. 즉 커맨드들은 사용자의 요청에 의해 생성된 것일 수 있다. 호스트 컨트롤러(420)는 호스트 메모리(410)에 저장된 정보를 기초로 특정 동작을 수행할 것을 요청하는 커맨드를 스토리지 장치(50)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 호스트 컨트롤러(420)는 입력된 프로세스를 수행할 것을 요청하는 커맨드를 스토리지 장치에 제공할 수 있다. 다른 예에서, 호스트 컨트롤러(420)는 입력된 프로세스에 대비하여, 프로세스 수행 전에 미리 스토리지 장치(50)의 설정을 변경할 것을 요청하는 커맨드를 스토리지 장치(50)에 제공할 수 있다. 일 실시 예에서, 호스트 메모리(410)에 저장된 커맨드들을 통하여, 호스트 컨트롤러(420)는 리드 커맨드가 제공될 예정임을 나타내는 커맨드를 스토리지 장치(50)에 제공할 수 있다. 일 실시 예에서, 호스트 메모리(410)에 저장된 커맨드들을 기초로, 호스트 컨트롤러(420)가 앞으로 수행될 프로세스가 비교적 많은 리드 커맨드를 요청하는 프로세스라고 판단하는 경우, 호스트 컨트롤러(420)는 이에 대비하여, 비교적 많은 리드 커맨드를 보다 원활히 처리할 수 있는 설정으로 변경할 것을 리드 커맨드 제공 전에 스토리지 장치(50)에 미리 요청할 수 있다.

도 2는 도 1의 메모리 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 메모리 장치(100)는 메모리 셀 어레이(110), 전압 생성부(120), 어드레스 디코더(130), 입출력 회로(140) 및 제어 로직(150)을 포함할 수 있다.

메모리 셀 어레이(110)는 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKi)을 포함한다. 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKi)은 행 라인들(RL)을 통해 어드레스 디코더(130)에 연결된다. 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKi)은 열 라인들(CL)을 통해 입출력 회로(140)에 연결될 수 있다. 실시 예에서, 행 라인들(RL)은 워드라인들, 소스 선택 라인들, 드레인 선택 라인들을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 열 라인들(CL)은 비트라인들을 포함할 수 있다.

복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKi) 각각은 복수의 메모리 셀들을 포함한다. 실시 예에서, 복수의 메모리 셀들은 불휘발성 메모리 셀들일 수 있다. 복수의 메모리 셀들 중 동일 워드라인에 연결된 메모리 셀들은 하나의 물리 페이지로 정의될 수 있다. 즉 메모리 셀 어레이(110)는 복수의 물리 페이지들을 포함할 수 있다. 메모리 장치(100)의 메모리 셀들은 각각 하나의 데이터 비트를 저장하는 싱글 레벨 셀(Single Level Cell; SLC), 두 개의 데이터 비트들을 저장하는 멀티 레벨 셀(Multi Level Cell; MLC), 세 개의 데이터 비트들을 저장하는 트리플 레벨 셀(Triple Level Cell; TLC) 또는 네 개의 데이터 비트를 저장할 수 있는 쿼드 레벨 셀(Quad Level Cell; QLC)로 구성될 수 있다.

실시 예에서, 전압 생성부(120), 어드레스 디코더(130) 및 입출력 회로(140)는 주변 회로(peripheral circuit)로 통칭될 수 있다. 주변 회로는 제어 로직(150)의 제어에 따라 메모리 셀 어레이(110)를 구동할 수 있다. 주변 회로는 프로그램 동작, 리드 동작 및 소거 동작을 수행하도록 메모리 셀 어레이(110)를 구동할 수 있다.

전압 생성부(120)는 메모리 장치(100)에 공급되는 외부 전원 전압을 이용하여 복수의 동작 전압들을 발생하도록 구성된다. 전압 생성부(120)는 제어 로직(150)의 제어에 응답하여 동작한다.

실시 예로서, 전압 생성부(120)는 외부 전원 전압을 레귤레이팅하여 내부 전원 전압을 생성할 수 있다. 전압 생성부(120)에서 생성된 내부 전원 전압은 메모리 장치(100)의 동작 전압으로서 사용된다.

실시 예로서, 전압 생성부(120)는 외부 전원 전압 또는 내부 전원 전압을 이용하여 복수의 동작 전압들을 생성할 수 있다. 전압 생성부(120)는 메모리 장치(100)에서 요구되는 다양한 전압들을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전압 생성부(120)는 복수의 소거 전압들, 복수의 프로그램 전압들, 복수의 패스 전압들, 복수의 선택 읽기 전압들, 복수의 비선택 읽기 전압들을 생성할 수 있다.

전압 생성부(120)는 다양한 전압 레벨들을 갖는 복수의 동작 전압들을 생성하기 위해서, 내부 전원 전압을 수신하는 복수의 펌핑 커패시터들을 포함하고, 제어 로직(150)의 제어에 응답하여 복수의 펌핑 커패시터들을 선택적으로 활성화하여 복수의 동작 전압들을 생성할 것이다.

생성된 복수의 동작 전압들은 어드레스 디코더(130)에 의해 메모리 셀 어레이(110)에 공급될 수 있다.

어드레스 디코더(130)는 행 라인들(RL)을 통해 메모리 셀 어레이(110)에 연결된다. 어드레스 디코더(130)는 제어 로직(150)의 제어에 응답하여 동작하도록 구성된다. 어드레스 디코더(130)는 제어 로직(150)으로부터 어드레스(ADDR)를 수신할 수 있다. 어드레스 디코더(130)는 수신된 어드레스(ADDR) 중 블록 어드레스를 디코딩할 수 있다. 어드레스 디코더(130)는 디코딩된 블록 어드레스에 따라 메모리 블록들(BLK1~BLKi) 중 적어도 하나의 메모리 블록을 선택한다. 어드레스 디코더(130)는 수신된 어드레스(ADDR) 중 로우 어드레스를 디코딩할 수 있다. 어드레스 디코더(130)는 디코딩된 로우 어드레스에 따라 선택된 메모리 블록의 워드라인들 중 적어도 하나의 워드라인을 선택할 수 있다. 실시 예에서, 어드레스 디코더(130)는 수신된 어드레스(ADDR) 중 컬럼 어드레스를 디코딩할 수 있다. 어드레스 디코더(130)는 디코딩된 컬럼 어드레스에 따라 입출력 회로(140)와 메모리 셀 어레이(110)를 연결할 수 있다.

예시적으로, 어드레스 디코더(130)는 로우 디코더, 컬럼 디코더, 어드레스 버퍼 등과 같은 구성 요소들을 포함할 수 있다.

입출력 회로(140)는 복수의 페이지 버퍼들을 포함할 수 있다. 복수의 페이지 버퍼들은 비트 라인들을 통해 메모리 셀 어레이(110)에 연결될 수 있다. 프로그램 동작 시, 복수의 페이지 버퍼들에 저장된 데이터에 따라 선택된 메모리 셀들에 데이터가 저장될 수 있다. 리드 동작 시, 선택된 메모리 셀들에 저장된 데이터가 비트라인들을 통해서 센싱되고, 센싱된 데이터는 페이지 버퍼들에 저장될 수 있다.

제어 로직(150)은 어드레스 디코더(130), 전압 생성부(120) 및 입출력 회로(140)를 제어할 수 있다. 제어 로직(150)은 외부 장치로부터 전달되는 커맨드(CMD)에 응답하여 동작할 수 있다. 제어 로직(150)은 커맨드(CMD) 및 어드레스(ADDR)에 응답하여 제어 신호들을 생성하여 주변 회로들을 제어할 수 있다.

도 3은 도 2의 메모리 블록들 중 어느 하나의 메모리 블록의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

메모리 블록(BLKi)은 도 2의 메모리 블록들(BLK1~BLKi)중 어느 하나의 메모리 블록(BLKi)을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 제1 셀렉트 라인과 제2 셀렉트 라인 사이에 서로 평행하게 배열된 복수의 워드 라인들이 연결될 수 있다. 여기서, 제1 셀렉트 라인은 소스 셀렉트 라인(SSL)일 수 있고, 제2 셀렉트 라인은 드레인 셀렉트 라인(DSL)일 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 메모리 블록(BLKi)은 비트 라인들(BL1~BLn)과 소스 라인(SL) 사이에 연결된 복수의 스트링(string; ST)들을 포함할 수 있다. 비트 라인들(BL1~BLn)은 스트링(ST)들에 각각 연결될 수 있고, 소스 라인(SL)은 스트링(ST)들에 공통으로 연결될 수 있다. 스트링(ST)들은 서로 동일하게 구성될 수 있으므로, 제1 비트 라인(BL1)에 연결된 스트링(ST)을 예를 들어 구체적으로 설명하도록 한다.

스트링(ST)은 소스 라인(SL)과 제1 비트 라인(BL1) 사이에서 서로 직렬로 연결된 소스 셀렉트 트랜지스터(SST), 복수의 메모리 셀들(MC1~MC16) 및 드레인 셀렉트 트랜지스터(DST)를 포함할 수 있다. 하나의 스트링(ST)에는 소스 셀렉트 트랜지스터(SST)와 드레인 셀렉트 트랜지스터(DST)가 적어도 하나 이상씩 포함될 수 있으며, 메모리 셀들(MC1~MC16) 또한 도면에 도시된 개수보다 더 많이 포함될 수 있다.

소스 셀렉트 트랜지스터(SST)의 소스(source)는 소스 라인(SL)에 연결될 수 있고, 드레인 셀렉트 트랜지스터(DST)의 드레인(drain)은 제1 비트 라인(BL1)에 연결될 수 있다. 메모리 셀들(MC1~MC16)은 소스 셀렉트 트랜지스터(SST)와 드레인 셀렉트 트랜지스터(DST) 사이에서 직렬로 연결될 수 있다. 서로 다른 스트링(ST)들에 포함된 소스 셀렉트 트랜지스터(SST)들의 게이트들은 소스 셀렉트 라인(SSL)에 연결될 수 있고, 드레인 셀렉트 트랜지스터(DST)들의 게이트들은 드레인 셀렉트 라인(DSL)에 연결될 수 있고, 메모리 셀들(MC1~MC16)의 게이트들은 복수의 워드 라인들(WL1~WL16)에 연결될 수 있다. 서로 다른 스트링(ST)들에 포함된 메모리 셀들 중에서 동일한 워드 라인에 연결된 메모리 셀들의 그룹을 물리 페이지(physical page; PG)라 할 수 있다. 따라서, 메모리 블록(BLKi)에는 워드 라인들(WL1~WL16)의 개수만큼의 물리 페이지(PG)들이 포함될 수 있다.

하나의 메모리 셀은 1비트의 데이터를 저장할 수 있다. 이를 통상적으로 싱글 레벨 셀(single level cell; SLC)라고 부른다. 이 경우 하나의 물리 페이지(PG)는 하나의 논리 페이지(logical page; LPG) 데이터를 저장할 수 있다. 하나의 논리 페이지(LPG) 데이터는 하나의 물리 페이지(PG)에 포함된 셀 개수만큼의 데이터 비트들을 포함할 수 있다.

하나의 메모리 셀은 2비트 이상의 데이터를 저장할 수 있다. 이 경우 하나의 물리 페이지(PG)는 2 이상의 논리 페이지(logical page; LPG) 데이터를 저장할 수 있다.

리드 동작은 물리 페이지(PG) 단위로 수행될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 버퍼 메모리 장치에 대한 제어를 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 스토리지 장치(50)는 메모리 장치(100) 및 버퍼 메모리 장치(300)를 포함할 수 있으며, 이들을 제어하는 메모리 컨트롤러(200)를 포함할 수 있다. 버퍼 메모리 장치(300)는 리드 버퍼 영역(310), 라이트 버퍼 영역(320) 및 맵 버퍼 영역(330)을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니고, 백그라운드 동작 버퍼 영역(미도시) 등 다양한 동작을 위한 기타 버퍼 영역을 포함할 수 있다.

메모리 컨트롤러(200)는 버퍼 메모리 장치(300)에 포함된 복수의 영역의 용도를 할당할 수 있다. 예를 들어, 복수의 영역들 중 일부를 리드 버퍼 영역(310)으로, 다른 일부를 라이트 버퍼 영역(320)으로, 또 다른 일부를 맵 버퍼 영역(330)으로 할당할 수 있다. 리드 버퍼 영역(310)은 메모리 장치(100)로부터 데이터를 리드하는 리드 동작을 위하여, 메모리 장치(100)로부터 호스트(400)로 전송되는 데이터를 임시 저장할 수 있으며, 라이트 버퍼 영역(320)은 메모리 장치(100)에 데이터를 저장하는 쓰기 동작을 위하여, 호스트(400)로부터 메모리 장치(100)로 전송되는 데이터를 임시 저장할 수 있고, 맵 버퍼 영역(330)은 논리 어드레스와 물리 어드레스 간의 맵핑(mapping) 관계를 구성하는 논리-물리 어드레스 맵핑 테이블(logical-to-physical address mapping table) 등과 같은 맵 데이터를 저장할 수 있다.

메모리 컨트롤러(200)는 버퍼 메모리 장치(300) 내 할당된 영역들의 용도를 변경하도록 버퍼 메모리 장치(300)를 제어할 수 있다. 일 실시 예에서, 메모리 컨트롤러(200)는 호스트의 요청에 따라 버퍼 메모리 장치(300) 내 할당된 영역들의 용도를 변경할 수 있다.

호스트 내의 호스트 컨트롤러(420)는 메모리 컨트롤러(200)에 버퍼 메모리 장치(300)의 복수의 영역들의 용도를 변경할 것을 요청할 수 있다. 일 실시 예에서, 호스트 컨트롤러(420)는 비교적 많은 양의 리드 커맨드를 요청하는 프로세스가 후속될 것이라고 판단하여, 이를 대비하도록 버퍼 메모리 장치(300)의 복수의 영역들의 용도를 변경할 것을 요청할 수 있다. 즉, 호스트 컨트롤러(420)는 많은 양의 리드 커맨드를 수행할 수 있는 인텐시브 리드 모드를 활성화시킬 것을 요청할 수 있다.

호스트 컨트롤러(420)는 호스트 메모리(410)에 저장된 후속 프로세스 수행을 위한 커맨드들을 기초로 스토리지 장치(50)의 인텐시브 리드 모드 활성화가 필요한지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 일련의 후속 프로세스에 대하여, 리드 커맨드에 따라 메모리 장치(100)로부터 리드할 데이터의 크기가 미리 설정된 크기 이상인 경우 호스트 컨트롤러(420)는 인텐시브 리드 모드가 활성화되어야 한다고 판단할 수 있다. 다른 예에서, 일련의 후속 프로세스 내에서 호스트가 상기 스토리지 장치(50)로 제공하여야 하는 커맨드들 중 리드 커맨드의 비율이 미리 정해진 비율 이상인 경우, 호스트 컨트롤러(420)는 인텐시브 리드 모드가 활성화되어야 한다고 판단할 수 있다. 또 다른 예에서, 일련의 후속 프로세스 내에서 호스트가 상기 스토리지 장치로 리드 커맨드를 미리 설정된 횟수 이상 연속적으로 제공하여야 하는 경우, 호스트 컨트롤러(420)는 인텐시브 리드 모드가 활성화되어야 한다고 판단할 수 있다. 인텐시브 리드 모드가 활성화되어야 하는 경우가 상술한 예들에 제한되는 것은 아니며, 비교적 많은 리드 동작이 필요한 다양한 예들이 모두 적용될 수 있다.

이와 같이, 호스트 컨트롤러(420)가 인텐시브 리드 모드가 활성화되어야 한다고 판단한 경우, 호스트 컨트롤러(420)는 스토리지 장치(50)에 리드 커맨드가 제공될 예정임을 나타내는 커맨드를 제공할 수 있다. 이러한 커맨드 내에는 인텐시브 리드 모드의 활성화 여부와 관련된 정보가 포함될 수 있다. 일 실시 예에서 이러한 커맨드는 쿼리 요청(Query Request)의 형태로 제공될 수 있다. 일 실시 예에서 이러한 쿼리 요청은 스토리지 장치(50)의 동작 모드를 설정하는 플래그 설정 쿼리 요청(Set Flag Query Request)일 수 있으며, 이는 스토리지 장치의 동작 모드를 설정하는 쿼리 요청임을 나타내는 정보, 동작 모드와 연관된 쿼리 함수의 종류를 나타내는 정보 및 인텐시브 리드 모드의 활성화 여부를 나타내는 플래그에 관한 정보를 포함할 수 있다. 인텐시브 리드 모드 활성화 여부를 나타내는 플래그에 관한 정보를 기초로 메모리 컨트롤러(200)는 버퍼 메모리 장치(300) 내 복수의 영역들의 용도를 변경할 수 있다. 이러한 용도 변경은 사전에 미리 정해진 설정에 따라 변경되는 것일 수 있다. 인텐시브 리드 모드가 활성화되는 경우, 메모리 컨트롤러(200)는 이에 따라 버퍼 메모리 장치(300) 내 복수의 영역들 중 적어도 일부의 용도를 호스트로부터 제공될 리드 커맨드와 관련된 용도로 변경할 수 있다. 일 실시 예에서, 메모리 컨트롤러(200)는 호스트 컨트롤러(420)로부터 수신한 쿼리 요청에 응답하여, 복수의 영역들 중 리드 버퍼 영역(310) 및 맵 버퍼 영역(330)을 제외한 영역 중 적어도 일부를 리드 버퍼 영역(310)으로 변경할 수 있다. 다른 실시 예에서, 메모리 컨트롤러(200)는 호스트 컨트롤러(420)로부터 수신한 쿼리 요청에 응답하여, 복수의 영역들 중 리드 버퍼 영역(310) 및 맵 버퍼 영역(330)을 제외한 영역 중 적어도 일부를 맵 버퍼 영역(330)으로 변경할 수 있다. 이와 같이 복수의 영역들 중 적어도 일부의 용도가 변경된 버퍼 메모리 장치(300)를 이용하여, 스토리지 장치(50)는 비교적 많은 리드 동작을 포함하는 후속 프로세스를 수행할 수 있다.

실시 예에서, 호스트 컨트롤러(420)는 더 이상 인텐시브 리드 모드가 활성화될 필요가 없다고 판단할 수 있다. 이에 따라, 호스트 컨트롤러(420)는 인텐시브 리드 모드를 비활성화시킬 것을 스토리지 장치(50)에 요청할 수 있으며, 일 실시 예에서, 이러한 요청은 쿼리 요청(Query Request) 형태의 커맨드로 제공될 수 있다. 이와 같이 인텐시브 리드 모드를 비활성화시킬 것을 요청하는 쿼리 요청은 스토리지 장치(50)의 설정된 모드를 해제하는 플래그 클리어 쿼리 요청(Clear Flag Query Request)일 수 있다. 이에 응답하여, 메모리 컨트롤러(200)는 인텐시브 리드 모드 활성화 설정을 해제하게 되며, 이에 따라 버퍼 메모리 장치(300) 내 복수의 영역들의 용도를 다시 변경할 수 있다. 이러한 용도 변경은 인텐시브 리드 모드 활성화 전의 용도로 돌아가는 것이거나, 최초 설정된 대로 복수의 영역들의 용도를 초기화하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 사전에 미리 정해진 설정에 따라 새로운 용도로 변경되는 것일 수도 있다. 인텐시브 리드 모드가 비활성화되는 경우, 메모리 컨트롤러(200)는 이에 따라 버퍼 메모리 장치(300) 내 복수의 영역들 중 리드 동작과 관련된 용도로 할당된 영역 중 적어도 일부를 리드 동작과는 관련이 없는 용도로 변경할 수 있다.

도 5는 쿼리 요청 프로토콜 유닛의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

쿼리 요청 프로토콜 유닛은 호스트와 스토리지 장치 간의 데이터를 전송하기 위하여 사용될 수 있으며, 이 때 데이터는 일반적인 디바이스의 리드 또는 쓰기 동작 데이터와는 다른 것으로, 시스템 데이터, 구성 데이터, 상품 정보, 디스크립터, 특별한 매개변수, 플래그 등일 수 있다. 예를 들어, 쿼리 요청 프로토콜 유닛은 매개변수 데이터를 리드하기 위하여 또는 쓰기 위하여 사용될 수 있다. 구성 또는 열거에 대한 정보를 가져오거나, 버스 또는 전체 장치 조건을 설정 또는 클리어하거나, 전원, 버스 또는 네트워크 정보를 설정 또는 가져오거나, 일련 번호 또는 전역 고유 식별자(globally unique identifiers, GUID'S)를 가져오기 위해 사용될 수 있다. 스토리지 장치는 쿼리 요청 프로토콜 유닛에 대한 응답으로 쿼리 응답(Query Response) 프로토콜 유닛을 내보낼 수 있다. 호스트는 쿼리 요청 PIU를 내보낸 후, 스토리지 장치로부터 쿼리 응답 PIU를 수신하기 전까지는 새로운 쿼리 요청 PIU를 보내지 않을 수 있다. 스토리지 장치가 이전의 쿼리 요청 PIU를 처리하는 동안 새로운 쿼리 요청 PIU를 수신한다면, 새로 수신한 쿼리 요청 PIU는 무시할 수 있다. 쿼리 요청 PIU는 쿼리 함수(Query Function)에 대해 정의된 필드를 포함하며, 이 외에는 일반적인 PIU 포맷을 따르게 된다.

쿼리 함수는 일반적으로 디스크립터(Descriptor), 어트리뷰트(Attribute) 및 플래그(Flag)를 읽거나 쓰기 위하여 사용될 수 있다. 이들은 쿼리 함수를 사용하여 전송되는 일반적인 데이터 구조로서, 스토리지 장치를 제어하거나 동작을 정의하기 위하여 사용될 수 있다. 디스크립터는 스토리지 장치에 대해 무언가를 설명하는 매개변수의 블록 또는 페이지일 수 있으며, 예를 들어, 디바이스 디스크립터(Device Descriptor), 구성 디스크립터(Configuration Descriptor), 유닛 디스크립터(Unit Descriptor) 등이 있다. 어트리뷰트는 설정되거나 읽을 수 있는 숫자 값의 특정 범위를 나타내는 단일의 매개변수로, 이 값은 바이트, 워드 또는 부동소수점 숫자일 수 있다. 예를 들어, 전송 속도 또는 블록 사이즈 등을 나타낼 수 있으며, 어트리뷰트의 사이즈는 1 bit 내지 32 bit일 수 있다. 같은 유형의 어트리뷰트는 어레이로 구성될 수 있으며, 어레이로 구성된 복수의 어트리뷰트 각각은 인덱스를 통하여 식별될 수 있다. 플래그는 TRUE 또는 FALSE, 0 또는 1, ON 또는 OFF 등의 값을 나타내는 단일 부울(Boolean) 값일 수 잇다. 플래그는 클리어되거나, 재설정, 설정, 토글 또는 리드될 수 있다. 플래그는 장치 내의 특정 기능이나 모드 또는 상태를 활성화 또는 비활성화하기 위해 사용될 수 있다.

도 5를 참조하면, 쿼리 요청(Query Request)은 프로토콜 유닛(Protocol Information Unit, PIU)은 베이직 헤더 세그먼트, 트랜잭션 특정 필드 및 데이터 세그먼트를 포함할 수 있다.

베이직 헤더 세그먼트는 12 바이트의 크기를 가질 수 있다. 베이직 헤더 세그먼트는 모든 프로토콜 유닛(PIU)에 공통으로 포함될 수 있다.

트랜잭션 특정 필드는 프로토콜 유닛(PIU)의 바이트 어드레스 12에서부터 바이트 어드레스 31에 포함될 수 있다. 트랜잭션 특정 필드는 프로토콜 유닛(PIU)의 종류에 따라 전용 트랜잭션 코드가 포함될 수 있다.

데이터 세그먼트는 데이터 아웃 프로토콜 유닛(Data Out PIU) 또는 데이터 인 프로토콜 유닛(Data In PIU)에 포함될 수 있고, 그 이외의 프로토콜 유닛(PIU)에는 포함되지 않을 수 있다.

베이직 헤더 세그먼트는 트랜잭션 타입(Transaction Type), 플래그(Flags), 테스크 태그(Task Tag), 쿼리 함수(Query Function), 총 추가 헤더 세그먼트 길이(Total EHS Length), 장치 정보(Device Information) 및 데이터 세그먼트 길이(Data Segment Length)를 포함할 수 있다.

트랜잭션 타입(Transaction Type)은 프로토콜 유닛(PIU)의 종류에 따라 고유의 값을 가질 수 있다. 프로토콜 유닛(PIU)의 종류에 따른 트랜잭션 타입(Transaction Type)의 예시는 다음의 표 1과 같다.

호스트가 스토리지 장치에 제공하는 경우	트랜잭션 타입	스토리지 장치가 호스트에 제공하는 경우	트랜잭션 타입
커맨드 프로토콜 유닛	00 0001b	응답 프로토콜 유닛	10 0001b
데이터 아웃 프로토콜 유닛	00 0010b	데이터 인 프로토콜 유닛	10 0010b
쿼리 요청 프로토콜 유닛	01 0110b	쿼리 응답 프로토콜 유닛	11 0110b

일 실시 예에서 호스트가 스토리지 장치에 쿼리 요청을 제공하는 경우, 호스트가 위의 표 1에서 확인할 수 있듯이, 트랜잭션 타입은 01 0110b로 표시될 수 있다. 즉, 스토리지 장치는 수신한 커맨드가 쿼리 요청이라는 것을 베이직 헤더 세그먼트의 트랜잭션 타입을 참고하여 알 수 있다. 쿼리 요청의 경우, 스토리지 장치의 동작 모드를 설정하기 위한 요청일 수 있다. 플래그(Flags)는, 트랜잭션 타입(Transaction Type)에 따라 서로 다른 값을 갖는 필드일 수 있다.

태스크 태그(Task Tag)는 트랜잭션 타입(Transaction Type)에 따라 서로 다른 값을 갖는 필드일 수 있다.

쿼리 함수(Query Function)는 쿼리 요청이나 쿼리 응답의 프로토콜 유닛에 입력되는 필드일 수 있다. 쿼리 함수는 쿼리 요청이 설정하고자 하는 동작 모드와 연관된 것일 수 있다. 이에 대해서는 아래의 도 6에서 보다 상세히 설명한다.

총 추가 헤더 세그먼트 길이(Total EHS Length)는 32비트 단위로 추가 헤더 세그먼트의 크기를 나타낸 필드일 수 있다. 추가 헤더 세그먼트는 베이직 헤더 세그먼트에 충분한 정보가 포함되지 못할 때, 추가적으로 데이터를 저장할 수 있는 영역으로, 프로토콜 유닛에 선택적으로 포함될 수 있다. 총 추가 헤더 세그먼트 길이(Total EHS Length)는 프로토콜 유닛(PIU)이 추가 헤더 세그먼트를 포함하는 경우에 사용될 수 있다. 추가 헤더 세그먼트의 길이는 4바이트 단위일 수 있다. 총 추가 헤더 세그먼트 길이(Total EHS Length)의 값은 추가 헤더 세그먼트의 총 바이트 수를 4로 나눈 값일 수 있다. 추가 헤더 세그먼트의 최대 크기는 1024바이트일 수 있다. 추가 헤더 세그먼트가 사용되지 않는 경우, 총 추가 헤더 세그먼트 길이(Total EHS Length)는 0일 수 있다.

데이터 세그먼트 길이(Data Segment Length)는 프로토콜 유닛의 데이터 세그먼트의 길이를 나타내는 필드일 수 있다. 프로토콜 유닛이 데이터 세그먼트를 포함하지 않는 경우, 데이터 세그먼트 길이(Data Segment Length)는 0일 수 있다.

쿼리 요청 PIU의 트랜잭션 특정 필드는 각 작업 유형 별로 구체적으로 정의된다. 실시 예에서, 트랜잭션 특정 필드는 인텐시브 리드 모드의 활성화 여부를 나타내는 플래그에 관한 정보를 포함할 수 있다. 스토리지 장치는 트랜잭션 특정 필드에 포함한 플래그에 관한 정보를 기초로 인텐시브 리드 모드의 상태를 결정하고, 이에 따라 스토리지 장치의 설정을 변경할 수 있다. 이에 대해서는 도 7 내지 도 10에서 보다 상세히 설명한다.

쿼리 요청 PIU의 데이터 세그먼트는 쿼리 함수 값에 따라 선택적으로 존재할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 데이터 세그먼트가 없는 경우, 베이직 헤더 세그먼트 내의 데이터 세그먼트 길이 필드는 0으로 설정될 수 있다.

도 6은 쿼리 함수의 종류 및 그에 따른 필드 값을 나타낸 도면이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 쿼리 요청 PIU의 베이직 헤더 세그먼트에는 수행할 쿼리 함수를 설명하는 쿼리 유형이 표현되는 쿼리 함수 필드가 존재할 수 있다. 도 6을 참조하면, 쿼리 함수의 종류에는 표준 읽기 요청(STANDARD READ REQUEST), 벤더 특정 읽기 함수(Vendor Specific Read Function), 표준 쓰기 요청(STANDARD WRITE REQUEST), 벤더 특정 쓰기 함수(Vendor Specific Write Function) 등이 있을 수 있다. 표준 읽기 요청 함수는 스토리지 장치로부터 요청되는 정보를 리드하기 위하여 사용될 수 있다. 스토리지 장치는 요청된 정보를 쿼리 응답 PIU를 통해 호스트에 전달할 수 있다. 표준 쓰기 요청 함수는 스토리지 장치에 정보 및 데이터를 저장하기 위하여 사용될 수 있다. 스토리지 장치에 저장될 정보 및 데이터는 쿼리 요청 PIU의 데이터 세그먼트에 포함되어 호스트로부터 스토리지 장치에 전달될 수 있다. 일 실시 예에서, 인텐시브 리드 모드의 활성화 또는 인텐시브 리드 모드의 비활성화 시 사용되는 쿼리 요청의 쿼리 함수는 표준 쓰기 요청일 수 있다. 이와 관련하여, 이하의 도 7 내지 도 10에서 보다 상세히 설명한다.

도 7은 쿼리 요청의 쿼리 함수가 표준 쓰기 요청(Standard Write Request)인 경우, 트랜잭션 특정 필드의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 쿼리 함수가 표준 쓰기 요청인 쿼리 요청의 트랜잭션 특정 필드는 동작 코드(Opcode) 필드 및 동작 코드 특정 필드(Opcode Specific Field, OSF)를 포함할 수 있다. 동작 코드 필드는 수행할 동작을 나타내며, 이와 관련된 OPCODE 값은 이하의 도 8에서 보다 상세히 설명한다. OSF 필드는 각각의 특정 동작 코드를 정의할 수 있다. 일 실시 예에서, 메모리 컨트롤러가 수신한 커맨드가 쿼리 요청의 형태이고, 이에 따른 쿼리 함수가 표준 쓰기 요청인 경우, 메모리 컨트롤러는 트랜잭션 특정 필드에 포함된 플래그에 관한 정보를 기초로 인텐시브 리드 모드의 상태를 결정할 수 있다. 또한, 결정된 인텐시브 리드 모드의 상태에 따라 상기 버퍼 메모리 장치 내 복수의 영역들의 용도를 변경할 수 있다.

도 8은 쿼리 함수의 동작 코드(opcode)의 종류를 나타낸 도면이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 쿼리 요청 PIU의 트랜잭션 특정 필드는 동작 코드 필드를 포함할 수 있으며, 동작의 종류에 따라 각기 다른 동작 코드 값을 가질 수 있다. 일 실시 예에서, 동작 코드는 인텐시브 리드 모드의 활성화 여부를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 인텐시브 리드 모드의 활성화를 위해 사용되는 플래그 설정(SET FLAG) 동작의 경우, 대응되는 동작 코드는 06h이며, 해당되는 쿼리 함수는 표준 쓰기 요청임을 도 8을 통하여 확인할 수 있다. 또한, 인텐시브 리드 모드의 비활성화를 위해 사용되는 플래그 클리어(CLEAR FLAG) 동작의 경우, 대응되는 동작 코드는 07h이며, 해당되는 쿼리 함수는 표준 쓰기 요청임을 도 8을 통하여 확인할 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 플래그 설정 쿼리 요청의 트랜잭션 특정 필드의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 5 내지 도 9를 참조하면, 플래그 설정 쿼리 요청의 경우, 베이직 헤더 세그먼트의 쿼리 함수 필드는 표준 쓰기 요청을 나타내는 81h일 수 있으며, 트랜잭션 특정 필드의 OPCODE값은 플래그 설정을 나타내는 06h일 수 있다. 또한, 트랜잭션 특정 필드는 플래그 식별(FLAG IDN) 필드를 포함할 수 있으며, 이는 스토리지 장치 내에 설정될 특정 플래그를 식별하는 값을 포함할 수 있다. 또한, 트랜잭션 특정 필드는 인덱스 필드를 포함할 수 있으며, 이는 플래그의 특정 요소를 식별하기 위하여 사용될 수 있다. 또한, 트랜잭션 특정 필드는 셀렉터 필드를 포함할 수 있으며, 이는 플래그의 특정 요소를 더 식별하기 위하여 사용될 수 있다. 이에 따른 특정 주소의 플래그 값은 TRUE 또는 1로 설정될 수 있다. 또한, 플래그 설정 쿼리 요청의 경우 데이터 세그먼트를 포함하지 않을 수 있으며, 이에 따라 베이직 헤더 세그먼트 내의 데이터 세그먼트 길이 필드의 값은 0일 수 있다. 일 실시 예에서, 플래그 설정 쿼리 요청은 인텐시브 리드 모드 활성화를 위해 호스트로부터 스토리지 장치에 제공될 수 있으며, 이 때 트랜잭션 특정 필드에는 인텐시브 리드 모드의 활성화를 나타내는 플래그에 관한 정보를 포함할 수 있다. 예를 들면, OPCODE 필드는 플래그 설정을 나타내는 값을 가지며, 플래그 식별 필드는 인텐시브 리드 모드에 대한 플래그임을 나타내는 플래그 식별 값을 가질 수 있다. 따라서, 메모리 컨트롤러가 이러한 쿼리 요청을 수신하는 경우, 인텐시브 리드 모드를 활성화하여야 한다고 결정할 수 있으며, 이에 따라 버퍼 메모리 장치 내 복수의 영역들의 용도를 변경할 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 플래그 클리어 쿼리 요청의 트랜잭션 특정 필드의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 5 내지 도 8 및 도 10을 참조하면, 플래그 클리어 쿼리 요청의 경우, 베이직 헤더 세그먼트의 쿼리 함수 필드는 표준 쓰기 요청을 나타내는 81h일 수 있으며, 트랜잭션 특정 필드의 OPCODE값은 플래그 클리어를 나타내는 07h일 수 있다. 또한, 트랜잭션 특정 필드는 플래그 식별(FLAG IDN) 필드를 포함할 수 있으며, 이는 스토리지 장치 내에 설정될 특정 플래그를 식별하는 값을 포함할 수 있다. 또한, 트랜잭션 특정 필드는 인덱스 필드를 포함할 수 있으며, 이는 플래그의 특정 요소를 식별하기 위하여 사용될 수 있다. 또한, 트랜잭션 특정 필드는 셀렉터 필드를 포함할 수 있으며, 이는 플래그의 특정 요소를 더 식별하기 위하여 사용될 수 있다. 이에 따라 특정 주소의 플래그 값은 FALSE 또는 0으로 설정될 수 있다. 또한, 플래그 클리어 쿼리 요청의 경우 데이터 세그먼트를 포함하지 않을 수 있으며, 이에 따라 베이직 헤더 세그먼트 내의 데이터 세그먼트 길이 필드의 값은 0일 수 있다. 일 실시 예에서, 플래그 클리어 쿼리 요청은 인텐시브 리드 모드 비활성화를 위해 호스트로부터 스토리지 장치에 제공될 수 있으며, 이 때 트랜잭션 특정 필드에는 인텐시브 리드 모드 비활성화를 위한 정보들, 즉 활성화된 인텐시브 리드 모드를 위해 설정된 플래그를 클리어하는 것과 관련된 정보들이 포함될 수 있다. 예를 들면, OPCODE 필드는 플래그 클리어를 나타내는 값을 가지며, 플래그 식별 필드는 인텐시브 리드 모드에 대한 플래그임을 나타내는 플래그 식별 값을 가질 수 있다. 따라서, 메모리 컨트롤러가 이러한 쿼리 요청을 수신하는 경우, 인텐시브 리드 모드를 비활성화하여야 한다고 결정할 수 있으며, 이에 따라 버퍼 메모리 장치 내 복수의 영역들의 용도를 변경 또는 초기화할 수 있다.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 스토리지 장치의 동작을 예시적으로 보여주는 순서도이다.

도 11을 참조하면, S10 단계에서 스토리지 장치(50)는 일반적인 노멀 리드 동작을 수행할 수 있다. 보다 상세하게는 S11 단계에서 스토리지 장치(50)는 호스트(400)로부터 리드 커맨드를 수신하며, 이에 따라 S12 단계에서 리드한 데이터를 호스트(400)에 전달하며, S13 단계에서 리드 커맨드에 대한 응답을 회신하게 된다.

호스트(400)가 인텐시브 리드 모드가 활성화되어야 한다고 판단한 경우, 호스트(400)는 S21 단계에서와 같이 인텐시브 리드 모드 활성화를 위한 플래그 설정을 요청하는 쿼리 요청을 스토리지 장치(50)에 제공할 수 있다. 이러한 쿼리 요청에 따라 스토리지 장치(50)는 인텐시브 리드 모드를 활성화할 수 있으며, 인텐시브 리드 모드 활성화가 완료된 경우, S22 단계에서와 같이 쿼리 응답을 호스트(400)에게 회신할 수 있다.

S30 단계에서 활성화된 인텐시브 리드 모드에 따라 인텐시브 리드 동작이 수행될 수 있다. 스토리지 장치(50)는 S31 단계에서 호스트(400)로부터 리드 커맨드를 수신하며, 인텐시브 리드 모드 활성화에 따라 변경된 설정을 이용하여 리드 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 인텐시브 리드 모드가 활성화된 경우, 버퍼 메모리 장치 내의 복수의 영역들 중 적어도 일부의 용도가 리드 동작과 관련된 용도로 변경될 수 있으며, 이와 같이 용도가 변경된 버퍼 메모리 장치 내 영역을 이용하여 리드 동작을 수행할 수 있다. S32 단계에서 스토리지 장치(50)는 저장된 데이터를 호스트(400)에 전달하며, S33 단계에서 리드 커맨드에 대한 응답을 회신하게 된다.

호스트(400)가 인텐시브 리드 모드가 더 이상 필요하지 않다고, 즉 인텐시브 리드 모드가 비활성화되어야 한다고 판단한 경우, 호스트(400)는 S41 단계에서와 같이 인텐시브 리드 모드 비활성화를 위한 플래그 클리어를 요청하는 쿼리 요청을 스토리지 장치(50)에 제공할 수 있다. 이러한 쿼리 요청에 따라 스토리지 장치(50)는 인텐시브 리드 모드를 비활성화할 수 있으며, 인텐시브 리드 모드 비활성화가 완료된 경우, S42 단계에서와 같이 쿼리 응답을 호스트(400)에게 회신할 수 있다.

인텐시브 리드 모드가 비활성화됨에 따라, S50 단계에서 스토리지 장치(50)는 다시 일반적인 노멀 리드 동작을 수행할 수 있다. 보다 상세하게는 S51 단계에서 스토리지 장치(50)는 호스트(400)로부터 리드 커맨드를 수신하며, 이에 따라 S52 단계에서 리드한 데이터를 호스트(400)에 전달하며, S53 단계에서 리드 커맨드에 대한 응답을 회신하게 된다.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 호스트 장치의 플래그 설정 쿼리 요청 제공을 설명하기 위한 순서도이다.

도 1 및 도 12를 참조하면, S1201 단계에서 호스트 컨트롤러(420)는 후속 프로세스에 관하여 호스트 메모리(410)에 저장된 커맨드들을 확인할 수 있다. 저장된 커맨드들을 확인한 호스트 컨트롤러(420)는 S1203 단계에서 스토리지 장치(50)의 인텐시브 리드 모드를 설정하여야 하는지 판단할 수 있다. 호스트 컨트롤러(420)가 스토리지 장치(50)의 인텐시브 리드 모드를 활성화하여야 한다고 판단하는 경우, S1205 단계에서 호스트 컨트롤러(420)는 스토리지 장치(50)에 플래그 설정 쿼리 요청을 제공할 수 있다. 이에 따라, 스토리지 장치(50)는 인텐시브 리드 모드에 따른 설정으로 변경할 수 있으며, 후속하는 리드 커맨드에 대하여 스토리지 장치(50)는 인텐시브 리드 모드 활성화에 따른 변경된 설정에 기초하여 리드 동작을 수행할 수 있다. S1203 단계에서 호스트 컨트롤러(420)가 스토리지 장치(50)의 인텐시브 리드 모드 활성화가 필요하지 않다고 판단하는 경우, 스토리지 장치(50)로 리드 커맨드가 제공될 예정임을 나타내는 별도의 커맨드를 제공하지 않을 수 있고, 반복하여 호스트 메모리(410)에 저장된 커맨드들을 확인할 수 있다.

도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 호스트 장치의 판단 과정을 예시적으로 보여주는 순서도이다.

도 1 및 도 13을 참조하면, S1301 단계에서 호스트 컨트롤러(420)는 호스트 메모리(410)에 저장된 일련의 후속 프로세스에 대한 커맨드들 중 리드 커맨드에 의해 스토리지 장치(50) 내 메모리 장치(100)로부터 리드할 데이터의 크기가 임계값으로 미리 설정된 값을 초과하는지 여부를 판단할 수 있다. 리드할 데이터의 크기가 임계값을 초과하는 경우, 호스트 컨트롤러(420)는 S1307 단계에서 스토리지 장치(50)에 리드 커맨드가 제공될 예정임을 미리 알리고, 인텐시브 리드 모드를 활성화시킬 것을 요청하는 쿼리 요청을 제공할 수 있다. 리드할 데이터의 크기가 임계값을 초과하지 않는 경우, 호스트 메모리(410)에 저장된 커맨드들의 다른 특성을 추가로 확인하여 인텐시브 리드 모드가 필요한지 여부를 판단할 수 있다.

S1303 단계에서, 호스트 컨트롤러(420)는 호스트 메모리(410)에 저장된 일련의 후속 프로세스에 대한 커맨드들 중 리드 커맨드의 비율이 임계값으로 미리 정해진 비율을 초과하는지 여부를 판단할 수 있다. 리드 커맨드의 비율이 임계값을 초과하는 경우, 호스트 컨트롤러(420)는 S1307 단계에서 스토리지 장치(50)에 리드 커맨드가 제공될 예정임을 미리 알리고, 인텐시브 리드 모드를 활성화시킬 것을 요청하는 쿼리 요청을 제공할 수 있다. 리드 커맨드의 비율이 임계값을 초과하지 않는 경우, 호스트 메모리(410)에 저장된 커맨드들의 다른 특성을 추가로 확인하여 인텐시브 리드 모드가 필요한지 여부를 판단할 수 있다.

S1305 단계에서, 호스트 컨트롤러(420)는 호스트 메모리(410)에 저장된 일련의 후속 프로세스에 대한 커맨드들 중 리드 커맨드가 미리 설정된 횟수 이상 연속적으로 저장되어 있는지 여부를 판단할 수 있다. 즉, 스토리지 장치에 리드 커맨드를 미리 설정된 횟수 이상 연속적으로 제공하여야 하는지 여부를 판단할 수 있다. 리드 커맨드가 임계값을 초과하여 연속적으로 저장되어 있는 경우, 호스트 컨트롤러(420)는 S1307 단계에서 스토리지 장치(50)에 리드 커맨드가 제공될 예정임을 미리 알리고, 인텐시브 리드 모드를 활성화시킬 것을 요청하는 쿼리 요청을 제공할 수 있다. 리드 커맨드가 연속적으로 저장된 횟수가 임계값 이내인 경우, 호스트 컨트롤러(420)는 인텐시브 리드 동작이 필요하지 않다고 판단하여, 리드 커맨드에 선행하는 별도의 커맨드를 스토리지 장치(50)에 제공하지 않을 수 있으며, 이에 따라 스토리지 장치(50)는 일반적인 동작을 수행하게 된다.

도 13에서 호스트가 인텐시브 리드 모드가 필요한지 판단하는 과정을 예시적으로 설명하였으나, 판단하는 항목이나 순서가 도 13에 개시된 것으로 제한되는 것은 아니고, 이 외에도 다양한 판단 기준 및 다양한 판단 순서를 통하여 인텐시브 리드 모드가 필요한지 판단할 수 있다.

도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 호스트 장치의 플래그 클리어 쿼리 요청 제공을 설명하기 위한 순서도이다.

도 1, 도 12 및 도 14를 참조하면, S1401 단계에서 호스트 컨트롤러(420)는 후속 프로세스에 관하여 호스트 메모리(410)에 저장된 커맨드들을 확인할 수 있다. 이 때, 스토리지 장치(50)는 도 12에서와 같이 인텐시브 리드 모드 활성화를 위한 플래그 설정 쿼리 요청을 수신하여, 인텐시브 리드 모드가 활성화된 상태일 수 있다. 저장된 커맨드들을 확인한 호스트 컨트롤러(420)는 S1403 단계에서, 인텐시브 리드 모드가 활성화된 스토리지 장치(50)에서 인텐시브 리드 모드를 해제하여야 하는지 판단할 수 있다. 호스트 컨트롤러(420)가 스토리지 장치(50)의 인텐시브 리드 모드를 해제하여야 한다고 판단하는 경우, S1405 단계에서 호스트 컨트롤러(420) 스토리지 장치(50)에 플래그 클리어 쿼리 요청을 제공할 수 있다. 이에 따라, 스토리지 장치(50)는 인텐시브 리드 모드에 따른 설정에서 원래의 설정으로 변경할 수 있으며, 후속하는 리드 커맨드에 대하여 스토리지 장치(50)는 인텐시브 리드 모드 비활성화에 따른 일반적인 원래의 설정에 기초하여 리드 동작을 수행할 수 있다. S1403 단계에서 호스트 컨트롤러(420)가 스토리지 장치(50)의 인텐시브 리드 모드가 계속 필요하다고 판단하는 경우, 스토리지 장치(50)로 별도의 추가 커맨드를 제공하지 않을 수 있고, 이에 따라 스토리지 장치(50)는 인텐시브 리드 모드를 계속하여 유지할 수 있다. 또한, 호스트 컨트롤러(420)는 반복하여 호스트 메모리(410)에 저장된 커맨드들을 확인할 수 있다.

도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 스토리지 장치의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.

도 1 및 도 15를 참조하면, S1501 단계에서 스토리지 장치(50)는 쿼리 요청을 수신할 수 있으며, S1503 단계에서 스토리지 장치(50)는 쿼리 요청이 플래그 설정 쿼리 요청인지 확인할 수 있다. 플래그 설정 쿼리 요청인 경우, S1505 단계에서 인텐시브 리드 모드를 위한 버퍼 메모리 장치(300)를 할당할 수 있으며, 보다 상세하게는 버퍼 메모리 장치(300) 내 복수의 영역들 중 일부를 후속하여 제공될 리드 커맨드와 관련된 용도로 변경할 수 있다. 플래그 설정 쿼리 요청이 아닌 경우, 예를 들어, 플래그 클리어 쿼리 요청인 경우, S1507 단계에서 인텐시브 리드 모드가 아닌 일반적인 노멀 리드 모드를 위한 버퍼 메모리 장치(300)를 할당할 수 있다. 보다 상세하게는 인텐시브 리드 모드에 따라 변경된 버퍼 메모리 장치(300) 내 복수의 영역들의 용도를 원래의 용도로 되돌릴 수 있다. S1509 단계에서 스토리지 장치(50)는 S1505 단계 및 S1507 단계에서 할당된 버퍼 메모리 장치를 이용하여 리드 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, S1505와 같이 인텐시브 리드 동작을 위한 버퍼 메모리 장치(300)의 할당이 이루어진 경우, 보다 우수한 리드 동작 성능을 가질 수 있다. 반면, S1507과 같이, 노멀 리드 동작을 위한 버퍼 메모리 장치(300)의 할당이 이루어진 경우, 리드 동작의 성능은 인텐시브 리드 동작의 경우에 비하여 저조할 수 있으나, 리드 동작이 아닌 다른 동작을 수행하기에는 더욱 바람직하다.

도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 스토리지 장치의 쿼리 요청 수신에 따른 버퍼 메모리 장치 내의 영역 할당을 설명하기 위한 도면이다.

도 1, 도 4 및 도 16을 참조하면, 버퍼 메모리 장치는 복수의 영역들을 포함할 수 있으며, 이러한 복수의 영역들은 리드 버퍼 영역(310), 라이트 버퍼 영역(320) 및 맵 버퍼 영역(330)을 포함할 수 있다. 이 외에도 백그라운드 동작 버퍼 영역(미도시) 등과 같은 기타 버퍼 영역을 더 포함할 수 있다.

버퍼 메모리 장치 내 다양한 용도를 가지는 복수의 영역들의 할당은 메모리 컨트롤러(200)에 의해 수행될 수 있다. 메모리 컨트롤러(200)가 호스트(400)로부터 인텐시브 리드 모드를 활성화시킬 것을 요청하는 쿼리 요청을 수신한 경우, 메모리 컨트롤러는 인텐시브 리드 모드 설정에 따라 버퍼 메모리 장치(300) 내 복수의 영역들의 용도를 변경할 수 있다. 이러한 용도 변경은 사전에 미리 정해진 설정에 따라 변경되는 것일 수 있다. 인텐시브 리드 모드가 활성화되는 경우, 메모리 컨트롤러(200)는 이에 따라 버퍼 메모리 장치(300) 내 복수의 영역들 중 적어도 일부의 용도를 호스트(400)로부터 제공될 리드 커맨드와 관련된 용도로 변경할 수 있다. 일 실시 예에서, 메모리 컨트롤러(200)는 호스트(400)로부터 수신한 쿼리 요청에 응답하여, 복수의 영역들 중 리드 버퍼 영역(310) 및 맵 버퍼 영역(330)을 제외한 영역 중 적어도 일부를 리드 버퍼 영역(310)으로 변경할 수 있다. 다른 실시 예에서, 메모리 컨트롤러는 호스트로부터 수신한 쿼리 요청에 응답하여, 복수의 영역들 중 리드 버퍼 영역(310) 및 맵 버퍼 영역(330)을 제외한 영역 중 적어도 일부를 맵 버퍼 영역(330)으로 변경할 수 있다. 예를 들어, 도 16에서 확인할 수 있는 것과 같이, 라이트 버퍼 영역(320) 중 일부는 리드 버퍼 영역(310)으로, 다른 일부는 맵 버퍼 영역(330)으로 변경될 수 있다. 이와 같이 복수의 영역들 중 적어도 일부의 용도가 변경된 버퍼 메모리 장치를 이용하여, 스토리지 장치(50)는 비교적 많은 리드 동작을 포함하는 후속 프로세스를 수행할 수 있다.

도 17은 도 1의 메모리 컨트롤러의 다른 실시 예를 나타낸 도면이다.

도 17을 참조하면, 메모리 컨트롤러(1000)는 프로세서(Processor; 1010), 내부 메모리(Internal Memory; 1020), 에러 정정 코드 회로(Error Correction Code Circuit; 1030), 호스트 인터페이스(Host Interface; 1040), 버퍼 메모리 인터페이스(Buffer Memory Interface; 1050) 및 메모리 인터페이스(Memory Interface; 1060)를 포함할 수 있다.

프로세서(1010)는 메모리 장치(100)를 제어하기 위한 각종 연산을 수행하거나, 다양한 커맨드들(commands)을 생성할 수 있다. 프로세서(1010)는 호스트(400)로부터 요청(request)을 수신하면, 수신된 요청에 따라 커맨드를 생성하고, 생성된 커맨드를 큐 컨트롤러(미도시)로 전송할 수 있다.

내부 메모리(1020)는 메모리 컨트롤러(1000)의 동작에 필요한 다양한 정보들을 저장할 수 있다. 예를 들면, 내부 메모리(1020)는 논리적, 물리적(logical, physical) 어드레스 맵 테이블들(address map tables)을 포함할 수 있다. 내부 메모리(1020)는 RAM(random access memory), DRAM(dynamic RAM), SRAM(static RAM), 캐시(cache) 및 강하게 결합된 메모리(tightly coupled memory; TCM) 중 적어도 하나 이상으로 구성될 수 있다.

에러 정정 코드 회로(1030)는 에러 정정 코드(ECC, Error Correcting Code)를 이용하여 메모리 장치(100)로부터 수신된 데이터의 에러를 검출하고, 정정하도록 구성된다. 프로세서(1010)는 에러 정정 코드 회로(1030)의 에러 검출 결과에 따라 읽기 전압을 조절하고, 재 읽기를 수행하도록 메모리 장치(100)를 제어할 수 있다. 예시적인 실시 예로서, 에러 정정 블록은 메모리 컨트롤러(1000)의 구성 요소로서 제공될 수 있다.

호스트 인터페이스(1040)는 메모리 컨트롤러(1000)와 호스트(400) 사이에서 커맨드, 어드레스 및 데이터 등을 주고받을 수 있다. 예를 들면, 호스트 인터페이스(1040)는 호스트(400)로부터 요청(request), 어드레스 및 데이터 등을 수신할 수 있고, 메모리 장치(100)로부터 리드된 데이터를 호스트(400)로 출력할 수 있다. 호스트 인터페이스(1040)는 USB (Universal Serial Bus), SATA (Serial AT Attachment), SAS (Serial Attached SCSI), HSIC (High Speed Interchip), SCSI (Small Computer System Interface), PCI (Peripheral Component Interconnection), PCIe (PCI express), NVMe (NonVolatile Memory express), UFS (Universal Flash Storage), SD (Secure Digital), MMC (MultiMedia Card), eMMC (embedded MMC), DIMM (Dual In-line Memory Module), RDIMM (Registered DIMM), LRDIMM (Load Reduced DIMM), ESDI(Enhanced Small Disk Interface), 또는 IDE(Integrated Drive Electronics) 등과 같은 프로토콜을 사용하여 호스트(400)와 통신할 수 있다. 호스트 인터페이스(1040)는 호스트(400)로부터 메모리 장치에 저장된 데이터를 요청하는 리드 커맨드가 제공될 예정임을 나타내는 커맨드를 수신할 수 있다. 이러한 커맨드는 쿼리 요청의 형태로 수신될 수 있다.

버퍼 메모리 인터페이스(1050)는 프로세서(1010)와 버퍼 메모리 장치(300) 사이에서 데이터를 전송할 수 있다. 버퍼 메모리 장치(300)는 메모리 컨트롤러(1000)의 동작 메모리 또는 캐시 메모리로 사용될 수 있으며, 스토리지 장치(50) 내에서 사용되는 데이터를 저장할 수 있다. 프로세서(1010)에 의해 버퍼 메모리 인터페이스(1050)는 버퍼 메모리 장치(300)를 리드 버퍼, 라이트 버퍼, 맵 버퍼, 백그라운드 동작 버퍼 등으로 사용할 수 있다. 또한, 버퍼 메모리 인터페이스(1050)는 프로세서(1010)의 요청에 따라 버퍼 메모리 장치의 용도를 변경할 수 있다. 예를 들어, 호스트 인터페이스(1040)가 호스트(400)로부터 메모리 장치에 저장된 데이터를 요청하는 리드 커맨드가 제공될 예정임을 나타내는 커맨드를 수신하는 경우, 버퍼 메모리 인터페이스(1050)는 프로세서(1010)의 요청에 따라, 버퍼 메모리 장치(300) 내의 복수의 영역들 중 적어도 일부의 용도를 제공될 리드 커맨드와 관련된 용도로 변경할 수 있다. 예를 들어, 버퍼 메모리 장치가 리드 버퍼 영역, 라이트 버퍼 영역, 백그라운드 동작 버퍼 영역 및 맵 버퍼 영역 등을 포함한다면, 버퍼 메모리 장치 인터페이스는 이 중 리드 버퍼 영역 및 맵 버퍼 영역을 제외한 영역 중 적어도 일부를 리드 버퍼 영역 또는 맵 버퍼 영역으로 변경할 수 있다.

실시 예에 따라, 버퍼 메모리 장치(300)는 DDR SDRAM(Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory), DDR4 SDRAM, LPDDR4(Low Power Double Data Rate4) SDRAM, GDDR(Graphics Double Data Rate) SDRAM, LPDDR(Low Power DDR) 또는 RDRAM(Rambus Dynamic Random Access Memory)을 포함할 수 있다. 버퍼 메모리가 메모리 컨트롤러(1000) 내부에 포함되는 경우에는 버퍼 메모리 인터페이스(1050)는 생략될 수 있다.

메모리 인터페이스(1060)는 메모리 컨트롤러(1000)와 메모리 장치(100) 사이에서 커맨드, 어드레스 및 데이터 등을 주고받을 수 있다. 예를 들면, 메모리 인터페이스(1060)는 채널(channel)을 통해 메모리 장치(100)에 커맨드, 어드레스 및 데이터 등을 전송할 수 있고, 메모리 장치(100)로부터 데이터 등을 수신할 수 있다.

도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 스토리지 장치가 적용된 메모리 카드 시스템을 보여주는 블록도이다.

도 18을 참조하면, 메모리 카드 시스템(2000)은 메모리 컨트롤러(2100), 메모리 장치(2200), 및 커넥터(2300)를 포함한다.

메모리 컨트롤러(2100)는 메모리 장치(2200)와 연결된다. 메모리 컨트롤러(2100)는 메모리 장치(2200)를 액세스하도록 구성된다. 예를 들어, 메모리 컨트롤러(2100)는 메모리 장치(2200)의 리드, 프로그램, 소거, 그리고 배경(background) 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 메모리 컨트롤러(2100)는 메모리 장치(2200) 및 호스트(Host) 사이에 인터페이스를 제공하도록 구성된다. 메모리 컨트롤러(2100)는 메모리 장치(2200)를 제어하기 위한 펌웨어(firmware)를 구동하도록 구성된다. 메모리 컨트롤러(2100)는 도 1을 참조하여 설명된 메모리 컨트롤러(200)와 동일하게 구현될 수 있다. 메모리 컨트롤러(2100)는 호스트로부터 수신하는 커맨드에 따라 메모리 장치(2200)를 제어할 수 있다. 실시 예에서, 메모리 컨트롤러(2100)는 호스트로부터 리드 커맨드가 제공될 예정임을 수신할 수 있으며, 이에 따라 인텐시브 리드 모드에 맞게 메모리 컨트롤러(2100), 메모리 장치(2200) 또는 버퍼 메모리 장치(미도시)의 설정을 변경할 수 있다. 또한, 실시 예에서, 메모리 컨트롤러(2100)는 호스트로부터 리드 커맨드를 수신할 수 있으며, 이에 따라 메모리 장치(2200)로부터 데이터를 리드하여 호스트에 제공할 수 있다.

예시적으로, 메모리 컨트롤러(2100)는 램(RAM, Random Access Memory), 프로세싱 유닛(processing unit), 호스트 인터페이스(host interface), 메모리 인터페이스(memory interface), 에러 정정부와 같은 구성 요소들을 포함할 수 있다.

메모리 컨트롤러(2100)는 커넥터(2300)를 통해 외부 장치와 통신할 수 있다. 메모리 컨트롤러(2100)는 특정한 통신 규격에 따라 외부 장치(예를 들어, 호스트)와 통신할 수 있다. 예시적으로, 메모리 컨트롤러(2100)는 USB (Universal Serial Bus), MMC (multimedia card), eMMC (embedded MMC), PCI (peripheral component interconnection), PCI-E (PCI-express), ATA (Advanced Technology Attachment), Serial-ATA, Parallel-ATA, SCSI (small computer system interface), ESDI (enhanced small disk interface), IDE (Integrated Drive Electronics), 파이어와이어 (Firewire), UFS(Universal Flash Storage), WIFI, Bluetooth, NVMe 등과 같은 다양한 통신 규격들 중 적어도 하나를 통해 외부 장치와 통신하도록 구성된다. 예시적으로, 커넥터(2300)는 상술된 다양한 통신 규격들 중 적어도 하나에 의해 정의될 수 있다.

예시적으로, 메모리 장치(2200)는 EEPROM (Electrically Erasable and Programmable ROM), 낸드 플래시 메모리, 노어 플래시 메모리, PRAM (Phase-change RAM), ReRAM (Resistive RAM), FRAM (Ferroelectric RAM), STT-MRAM(Spin Transfer Torque Magnetic RAM) 등과 같은 다양한 불휘발성 메모리 소자들로 구성될 수 있다.

메모리 컨트롤러(2100) 및 메모리 장치(2200)는 하나의 반도체 장치로 집적되어, 메모리 카드를 구성할 수 있다. 예를 들면, 메모리 컨트롤러(2100) 및 메모리 장치(2200)는 하나의 반도체 장치로 집적되어 PC 카드(PCMCIA, personal computer memory card international association), 컴팩트 플래시 카드(CF), 스마트 미디어 카드(SM, SMC), 메모리 스틱, 멀티미디어 카드(MMC, RS-MMC, MMCmicro, eMMC), SD 카드(SD, miniSD, microSD, SDHC), 범용 플래시 기억장치(UFS) 등과 같은 메모리 카드를 구성할 수 있다.

도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 스토리지 장치가 적용된 SSD(Solid State Drive) 시스템을 보여주는 블록도이다.

도 19를 참조하면, SSD 시스템(3000)은 호스트(3100) 및 SSD(3200)를 포함한다. SSD(3200)는 신호 커넥터(3001)를 통해 호스트(3100)와 신호를 주고 받고, 전원 커넥터(3002)를 통해 전원을 입력 받는다. SSD(3200)는 SSD 컨트롤러(3210), 복수의 플래시 메모리들(3221~322n), 보조 전원 장치(3230), 및 버퍼 메모리(3240)를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, SSD 컨트롤러(3210)는 도 1을 참조하여 설명된 메모리 컨트롤러(200)의 기능을 수행할 수 있다.

SSD 컨트롤러(3210)는 호스트(3100)로부터 수신된 신호에 응답하여 복수의 플래시 메모리들(3221~322n)을 제어할 수 있다. 예시적으로, 신호는 호스트(3100) 및 SSD(3200)의 인터페이스에 기반된 신호들일 수 있다. 예를 들어, 신호는 USB (Universal Serial Bus), MMC (multimedia card), eMMC (embedded MMC), PCI (peripheral component interconnection), PCI-E (PCI-express), ATA (Advanced Technology Attachment), Serial-ATA, Parallel-ATA, SCSI (small computer system interface), ESDI (enhanced small disk interface), IDE (Integrated Drive Electronics), 파이어와이어 (Firewire), UFS(Universal Flash Storage), WIFI, Bluetooth, NVMe 등과 같은 인터페이스들 중 적어도 하나에 의해 정의된 신호일 수 있다.

보조 전원 장치(3230)는 전원 커넥터(3002)를 통해 호스트(3100)와 연결된다. 보조 전원 장치(3230)는 호스트(3100)로부터 전원을 입력 받고, 충전할 수 있다. 보조 전원 장치(3230)는 호스트(3100)로부터의 전원 공급이 원활하지 않을 경우, SSD(3200)의 전원을 제공할 수 있다. 예시적으로, 보조 전원 장치(3230)는 SSD(3200) 내에 위치할 수도 있고, SSD(3200) 밖에 위치할 수도 있다. 예를 들면, 보조 전원 장치(3230)는 메인 보드에 위치하며, SSD(3200)에 보조 전원을 제공할 수도 있다.

버퍼 메모리(3240)는 SSD(3200)의 버퍼 메모리로 동작한다. 예를 들어, 버퍼 메모리(3240)는 호스트(3100)로부터 수신된 데이터 또는 복수의 플래시 메모리들(3221~322n)로부터 수신된 데이터를 임시 저장하거나, 플래시 메모리들(3221~322n)의 메타 데이터(예를 들어, 매핑 테이블)를 임시 저장할 수 있다. 버퍼 메모리(3240)는 DRAM, SDRAM, DDR SDRAM, LPDDR SDRAM, GRAM 등과 같은 휘발성 메모리 또는 FRAM, ReRAM, STT-MRAM, PRAM 등과 같은 불휘발성 메모리들을 포함할 수 있다. 버퍼 메모리(3240)는 SSD 컨트롤러(3210)의 제어에 따라 용도가 변경될 수 있다. 실시 예에서, SSD 컨트롤러(3210)는 리드 동작을 수행하기에 보다 적합하도록 버퍼 메모리(3240)의 용도를 변경할 수 있다.

도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 스토리지 장치가 적용된 사용자 시스템을 보여주는 블록도이다.

도 20을 참조하면, 사용자 시스템(4000)은 애플리케이션 프로세서(4100), 메모리 모듈(4200), 네트워크 모듈(4300), 스토리지 모듈(4400), 및 사용자 인터페이스(4500)를 포함한다.

애플리케이션 프로세서(4100)는 사용자 시스템(4000)에 포함된 구성 요소들, 운영체제(OS; Operating System), 또는 사용자 프로그램 등을 구동시킬 수 있다. 예시적으로, 애플리케이션 프로세서(4100)는 사용자 시스템(4000)에 포함된 구성 요소들을 제어하는 컨트롤러들, 인터페이스들, 그래픽 엔진 등을 포함할 수 있다. 애플리케이션 프로세서(4100)는 시스템-온-칩(SoC; System-on-Chip)으로 제공될 수 있다. 애플리케이션 프로세서(4100)는 앞으로 스토리지 모듈(4400)에 제공할 커맨드들을 먼저 판단하여, 리드 커맨드가 제공될 예정임을 나타내는 커맨드를 스토리지 모듈(4400)에 리드 커맨드 제공 전에 미리 제공할 수 있다.

메모리 모듈(4200)은 사용자 시스템(4000)의 주 메모리, 동작 메모리, 버퍼 메모리, 또는 캐쉬 메모리로 동작할 수 있다. 메모리 모듈(4200)은 DRAM, SDRAM, DDR SDRAM, DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM, LPDDR SDARM, LPDDR2 SDRAM, LPDDR3 SDRAM 등과 같은 휘발성 랜덤 액세스 메모리 또는 PRAM, ReRAM, MRAM, FRAM 등과 같은 불휘발성 랜덤 액세스 메모리를 포함할 수 있다. 예시적으로 애플리케이션 프로세서(4100) 및 메모리 모듈(4200)은 POP(Package on Package)를 기반으로 패키지화되어 하나의 반도체 패키지로 제공될 수 있다.

네트워크 모듈(4300)은 외부 장치들과 통신을 수행할 수 있다. 예시적으로, 네트워크 모듈(4300)은 CDMA(Code Division Multiple Access), GSM(Global System for Mobile communication), WCDMA(wideband CDMA), CDMA-2000, TDMA(Time Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution), Wimax, WLAN, UWB, 블루투스, Wi-Fi 등과 같은 무선 통신을 지원할 수 있다. 예시적으로, 네트워크 모듈(4300)은 애플리케이션 프로세서(4100)에 포함될 수 있다.

스토리지 모듈(4400)은 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 스토리지 모듈(4400)은 애플리케이션 프로세서(4100)로부터 수신한 데이터를 저장할 수 있다. 또는 스토리지 모듈(4400)은 스토리지 모듈(4400)에 저장된 데이터를 애플리케이션 프로세서(4100)로 전송할 수 있다. 예시적으로, 스토리지 모듈(4400)은 PRAM(Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM), RRAM(Resistive RAM), NAND flash, NOR flash, 3차원 구조의 NAND 플래시 등과 같은 불휘발성 반도체 메모리 소자로 구현될 수 있다. 예시적으로, 스토리지 모듈(4400)은 사용자 시스템(4000)의 메모리 카드, 외장형 드라이브 등과 같은 탈착식 저장 매체(removable drive)로 제공될 수 있다.

예시적으로, 스토리지 모듈(4400)은 복수의 불휘발성 메모리 장치들을 포함할 수 있고, 복수의 불휘발성 메모리 장치들은 도 1을 참조하여 설명된 메모리 장치(100)와 동일하게 동작할 수 있다. 스토리지 모듈(4400)은 도 1을 참조하여 설명된 스토리지 장치(50)와 동일하게 동작할 수 있다.

사용자 인터페이스(4500)는 애플리케이션 프로세서(4100)에 데이터 또는 명령어를 입력하거나 또는 외부 장치로 데이터를 출력하는 인터페이스들을 포함할 수 있다. 예시적으로, 사용자 인터페이스(4500)는 키보드, 키패드, 버튼, 터치 패널, 터치 스크린, 터치 패드, 터치 볼, 카메라, 마이크, 자이로스코프 센서, 진동 센서, 압전 소자 등과 같은 사용자 입력 인터페이스들을 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스(4500)는 LCD (Liquid Crystal Display), OLED (Organic Light Emitting Diode) 표시 장치, AMOLED (Active Matrix OLED) 표시 장치, LED, 스피커, 모니터 등과 같은 사용자 출력 인터페이스들을 포함할 수 있다.

50: 스토리지 장치
100: 메모리 장치
200: 메모리 컨트롤러
300: 버퍼 메모리 장치
310: 리드 버퍼 영역
320: 라이트 버퍼 영역
330: 맵 버퍼 영역
400: 호스트
410: 호스트 메모리
420: 호스트 컨트롤러

Claims

메인 메모리 장치;
복수의 영역들을 포함하고 상기 메인 메모리 장치의 버퍼로 동작하는 버퍼 메모리 장치; 및
외부 호스트로부터 수신된 상기 메인 메모리 장치에 저장된 데이터를 요청하는 리드 커맨드가 제공될 예정임을 나타내는 커맨드에 응답하여, 상기 복수의 영역들의 용도를 변경하는 메모리 컨트롤러;를 포함하는 스토리지 장치.
제 1항에 있어서, 상기 커맨드는,
상기 커맨드가 상기 스토리지 장치의 동작 모드를 설정하는 쿼리 요청임을 나타내는 정보 및 상기 동작 모드와 연관된 쿼리 함수의 종류를 나타내는 정보를 포함하는 베이직 헤더 세그먼트; 및
인텐시브 리드 모드의 활성화 여부를 나타내는 플래그에 관한 정보를 포함하는 트랜잭션 특정 필드;를 포함하는 스토리지 장치.
제 2항에 있어서, 메모리 컨트롤러는,
상기 쿼리 함수가 표준 쓰기 요청(STANDARD WRITE REQUEST)인 경우, 상기 플래그에 관한 정보를 기초로 상기 인텐시브 리드 모드의 상태를 결정하고, 상기 인텐시브 리드 모드의 상태에 따라 상기 복수의 영역들의 용도를 변경하는 스토리지 장치.
제 3항에 있어서, 상기 플래그에 관한 정보는,
상기 인텐시브 리드 모드의 활성화 여부를 나타내는 동작 코드(opcode) 및 상기 인텐시브 리드 모드에 대한 플래그임을 나타내는 플래그 식별 값(FLAG IDN)을 포함하는 스토리지 장치.
제 4항에 있어서, 상기 메모리 컨트롤러는,
상기 동작 코드가 플래그 설정(SET FLAG)임을 나타내는 정보를 포함하면, 상기 인텐시브 리드 모드를 활성화시키는 스토리지 장치.
제 5항에 있어서, 상기 버퍼 메모리 장치는,
리드 버퍼 영역, 라이트 버퍼 영역, 백그라운드 동작 버퍼 영역 및 맵 버퍼 영역을 포함하는 스토리지 장치.
제 6항에 있어서, 상기 메모리 컨트롤러는,
상기 인텐시브 리드 모드의 활성화에 따라, 상기 복수의 영역들 중 상기 리드 버퍼 영역 및 상기 맵 버퍼 영역을 제외한 영역 중 적어도 일부를 상기 리드 버퍼 영역으로 변경하도록 상기 버퍼 메모리 장치를 제어하는 스토리지 장치.
제 6항에 있어서, 상기 메모리 컨트롤러는,
상기 인텐시브 리드 모드의 활성화에 따라, 상기 복수의 영역들 중 상기 리드 버퍼 영역 및 상기 맵 버퍼 영역을 제외한 영역 중 적어도 일부를 상기 맵 버퍼 영역으로 변경하도록 상기 버퍼 메모리 장치를 제어하는 스토리지 장치.
제 4항에 있어서, 상기 메모리 컨트롤러는,
상기 동작 코드가 플래그 클리어(CLEAR FLAG)임을 나타내는 정보를 포함하면, 상기 인텐시브 리드 모드를 비활성화시키는 스토리지 장치.
제 9항에 있어서, 상기 메모리 컨트롤러는,
상기 인텐시브 리드 모드의 비활성화에 따라, 상기 복수의 영역들의 용도를 미리 설정된 대로 초기화하도록 상기 버퍼 메모리 장치를 제어하는 스토리지 장치.
메인 메모리 장치 및 상기 메인 메모리 장치의 버퍼로 동작하고 복수의 영역들을 포함하는 버퍼 메모리 장치를 제어하는 메모리 컨트롤러에 있어서,
외부 호스트로부터 상기 메인 메모리 장치에 저장된 데이터를 요청하는 리드 커맨드가 제공될 예정임을 나타내는 커맨드를 수신하는 호스트 인터페이스; 및
상기 커맨드에 응답하여, 상기 복수의 영역들의 용도를 변경하는 버퍼 메모리 장치 인터페이스;를 포함하는 메모리 컨트롤러.
제 11항에 있어서, 상기 버퍼 메모리 장치 인터페이스는,
상기 복수의 영역들의 용도를 상기 리드 커맨드와 관련된 용도로 변경하는 메모리 컨트롤러.
제 12항에 있어서, 상기 버퍼 메모리 장치는,
리드 버퍼 영역, 라이트 버퍼 영역, 백그라운드 동작 버퍼 영역 및 맵 버퍼 영역을 포함하는 메모리 컨트롤러.
제 13항에 있어서, 상기 버퍼 메모리 장치 인터페이스는,
상기 복수의 영역들 중 상기 리드 버퍼 영역 및 상기 맵 버퍼 영역을 제외한 영역 중 적어도 일부를 상기 리드 버퍼 영역 또는 상기 맵 버퍼 영역으로 변경하도록 상기 버퍼 메모리 장치를 제어하는 메모리 컨트롤러.
사용자의 요청에 따라 생성된 커맨드들을 저장하는 호스트 메모리; 및
상기 호스트 메모리에 저장된 커맨드들을 기초로, 스토리지 장치에 리드 커맨드가 제공될 예정임을 나타내는 커맨드를 상기 스토리지 장치에 제공하는 호스트 컨트롤러;를 포함하고,
상기 리드 커맨드가 제공될 예정임을 나타내는 커맨드는,
상기 커맨드가 상기 스토리지 장치의 동작 모드를 설정하는 쿼리 요청임을 나타내는 정보 및 상기 동작 모드와 연관된 쿼리 함수의 종류를 나타내는 정보를 포함하는 베이직 헤더 세그먼트; 및
인텐시브 리드 모드의 활성화 여부를 나타내는 플래그에 관한 정보를 포함하는 트랜잭션 특정 필드;를 포함하는 호스트 장치.
제 15항에 있어서, 상기 호스트 컨트롤러는,
상기 호스트 메모리에 저장된 커맨드들 중 리드 커맨드에 따라 상기 스토리지 장치로부터 리드할 데이터의 크기가 미리 설정된 크기 이상이면, 상기 리드 커맨드가 제공될 예정임을 나타내는 커맨드를 상기 스토리지 장치에 제공하는 호스트 장치.
제 15항에 있어서, 상기 호스트 컨트롤러는,
상기 호스트 메모리에 저장된 커맨드들 중 리드 커맨드의 비율이 미리 정해진 비율 이상이면, 상기 리드 커맨드가 제공될 예정임을 나타내는 커맨드를 상기 스토리지 장치에 제공하는 호스트 장치.
제 15항에 있어서, 상기 호스트 컨트롤러는,
상기 호스트 메모리에 저장된 커맨드들 중 연속적으로 리드 커맨드가 미리 정해진 횟수 이상 저장되어 있으면, 상기 리드 커맨드가 제공될 예정임을 나타내는 커맨드를 상기 스토리지 장치에 제공하는 호스트 장치.
제 15항에 있어서, 상기 리드 커맨드가 제공될 예정임을 나타내는 커맨드는,
상기 스토리지 장치 내의 버퍼 메모리 장치의 용도 변경과 관련된 정보를 포함하는 호스트 장치.
제 19항에 있어서, 상기 호스트 컨트롤러는,
상기 호스트 메모리에 저장된 커맨드들을 기초로, 변경된 상기 버퍼 메모리 장치의 용도를 미리 설정된 대로 초기화하는 것과 관련된 정보를 포함하는 커맨드를 상기 스토리지 장치에 제공하는 호스트 장치.