KR20230071005A - 스토리지 장치 - Google Patents

Abstract

스토리지 장치는, 호스트에서 사용되는 논리 섹터들의 무효 여부를 나타내는 하위 레벨 비트맵과, 각각이 연속하는 논리 섹터들을 포함하는 논리 그룹들의 무효 여부를 나타내는 상위 레벨 비트맵을 저장하는 메모리 장치; 및 상기 메모리 장치를 제어하고, 로그 버퍼를 포함하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 호스트로부터 하나 이상의 타겟 논리 섹터들에 대한 트림 커맨드를 수신하고, 상기 메모리 장치로부터 로드된 상위 레벨 비트맵을 참조하여 상기 타겟 논리 섹터들을 포함하는 하나 이상의 타겟 논리 그룹이 무효인지 여부를 판단하고, 무효가 아닌 타겟 논리 그룹에 포함된 타겟 논리 섹터들의 주소 정보를 포함하는 트림 로그를 상기 로그 버퍼에 저장하고, 무효인 타겟 논리 그룹에 포함된 타겟 논리 섹터들에 대한 트림 로그는 저장하지 않으며, 상기 타겟 논리 섹터들을 무효화하고, 상기 호스트로 상기 트림 커맨드에 대한 완료 응답을 제공하며, 상기 로그 버퍼에 저장되는 트림 로그들을 상기 메모리 장치에 저장한다.

Description

스토리지 장치 {STORAGE DEVICE}

본 발명은 비휘발성 메모리 장치를 포함하는 스토리지 장치에 관한 것이다.

메모리 장치를 이용한 스토리지 장치는 기계적인 구동부가 없어서 안정성 및 내구성이 뛰어나며, 또한 정보의 액세스 속도가 매우 빠르고 전력 소모가 적다는 장점이 있다. 이러한 장점을 갖는 스토리지 장치는, USB(Universal Serial Bus) 메모리 장치, 다양한 인터페이스를 갖는 메모리 카드, 솔리드 스테이트 드라이브(SSD: Solid State Drive) 등을 포함한다.

호스트에서 어떤 파일이 삭제된 경우, 파일 시스템에 의해서 그 파일은 삭제된 파일로 처리될 것이다. 파일이 삭제되었다는 것은 삭제된 파일의 메타 데이터가 변경되었음을 의미한다. 호스트에서 파일이 삭제되더라도, 즉 삭제된 파일의 메타 데이터가 파일 시스템에 의해서 변경되더라도, 스토리지 장치는 내부에 저장된 데이터가 무효한 파일의 데이터인지 여부를 판단할 수 없다.

이러한 이유로, 저장 장치 내에서 무효한 파일의 데이터에 대한 머지 동작(merge operation)이나 가비지 콜렉션 동작(garbage collection operation) 등이 수행될 수 있다. 이러한 동작은 저장 장치의 동작 성능을 저해할 것이다. 또한, 무효한 파일이 마치 유효한 데이터처럼 저장되어 있으므로, 저장 장치의 유효한 저장 공간이 감소될 것이다. 따라서, 호스트는 필요에 따라 파일들의 무효화를 알리기 위해 트림(TRIM) 커맨드를 스토리지 장치로 제공할 수 있다

본 발명은 트림 동작의 레이턴시(latency)를 감소시킬 수 있는 스토리지 장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 트림 동작에 수반되는 메모리 장치의 수명 저하 및 스토리지 장치의 입출력 성능 감소를 완화할 수 있는 스토리지 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 스토리지 장치는, 호스트에서 사용되는 논리 섹터들의 무효 여부를 나타내는 하위 레벨 비트맵과, 각각이 연속하는 논리 섹터들을 포함하는 논리 그룹들의 무효 여부를 나타내는 상위 레벨 비트맵을 저장하는 메모리 장치; 및 상기 메모리 장치를 제어하고, 로그 버퍼를 포함하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 호스트로부터 하나 이상의 타겟 논리 섹터들에 대한 트림 커맨드를 수신하고, 상기 메모리 장치로부터 로드된 상위 레벨 비트맵을 참조하여 상기 타겟 논리 섹터들을 포함하는 하나 이상의 타겟 논리 그룹이 무효인지 여부를 판단하고, 무효가 아닌 타겟 논리 그룹에 포함된 타겟 논리 섹터들의 주소 정보를 포함하는 트림 로그를 상기 로그 버퍼에 저장하고, 무효인 타겟 논리 그룹에 포함된 타겟 논리 섹터들에 대한 트림 로그는 저장하지 않으며, 상기 타겟 논리 섹터들을 무효화하고, 상기 호스트로 상기 트림 커맨드에 대한 완료 응답을 제공하며, 상기 로그 버퍼에 저장되는 트림 로그들을 상기 메모리 장치에 저장한다.

본 발명의 실시 예에 따른 스토리지 장치는, 데이터를 저장하는 메모리 장치; 및 상기 메모리 장치를 제어하고, 호스트에서 사용되는 논리 주소 공간을 상위 영역들과 하위 영역들로 계층화하고, 상위 영역에 포함되는 하위 영역들 전부가 무효인지 여부를 나타내는 상위 영역별 무효 정보를 저장하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 상위 영역별 무효 정보를 참조하여, 트림 동작을 수행하고자 하는 타겟 논리 주소 영역을 포함하는 상위 영역들 중 무효인 상위 영역을 결정하고, 상기 타겟 논리 주소 영역 중 상기 무효인 상위 영역을 제외한 논리 주소 영역의 주소 정보를 포함하는 트림 로그를 상기 메모리 장치에 저장하고, 상기 타겟 논리 주소 영역을 무효화함으로써 상기 트림 동작을 수행한다.

본 발명의 실시 예에 따른 스토리지 장치는, 호스트에서 사용되는 논리 섹터들의 무효 여부를 나타내는 하위 레벨 비트맵과, 각각이 연속하는 논리 섹터들을 포함하는 논리 그룹들의 무효 여부를 나타내는 상위 레벨 비트맵을 저장하는 메모리 장치; 및 상기 메모리 장치를 제어하고, 로그 버퍼를 포함하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 호스트로부터 상기 메모리 장치의 사용자 영역 전체에 대한 완전삭제 커맨드를 수신하고, 상기 사용자 영역 전체에 대한 삭제 동작을 수행하며, 상기 메모리 장치로부터 로드된 상위 레벨 비트맵을 스캔하여 무효가 아닌 하나 이상의 논리 그룹들을 찾고, 상기 하나 이상의 논리 그룹들에 대한 트림 로그들을 생성하며, 상기 논리 섹터들 전부를 무효화하고, 상기 호스트로 상기 완전삭제 커맨드에 대한 완료 응답을 제공하며, 상기 생성된 트림 로그들을 상기 메모리 장치에 저장한다.

본 발명은 트림 커맨드에 응하여 복수의 논리 섹터들을 포괄하는 논리 영역별 무효화 여부를 나타내는 무효 영역 비트맵을 참조하여 무효 섹터 비트맵의 업데이트를 선택적으로 수행함으로써 트림 동작의 레이턴시를 감소시킬 수 있는 스토리지 장치를 제공할 수 있다.

본 발명은 트림 커맨드에 응하여 무효 영역 비트맵을 참조하여 트림 커맨드에 대한 정보를 포함하는 트림 로그를 선택적으로 저장함으로써 메모리 장치에 프로그램되어야 하는 메타 데이터의 양을 줄이고, 메모리 장치의 수명 저하 및 스토리지 장치의 입출력 성능 감소를 완화할 수 있는 스토리지 장치를 제공할 수 있다.

본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 사용자 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 호스트로부터의 트림 커맨드에 응하여 무효화 동작을 수행하는 스토리지 장치를 예시적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 상위 레벨 비트맵 및 하위 레벨 비트맵을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 컨트롤러의 트림 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시 예에 따른 컨트롤러의 트림 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 컨트롤러의 라이트 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 컨트롤러의 트림 로그 저장 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 컨트롤러와 메모리 장치에 저장되는 로그 데이터를 자세히 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 컨트롤러가 하위 레벨 비트맵 및 상위 레벨 비트맵을 복구하는 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 컨트롤러가 트림 로그들을 참조하여 하위 레벨 비트맵과 상위 레벨 비트맵을 복구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따라 컨트롤러가 완전삭제 커맨드를 수행하는 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따라 컨트롤러가 완전삭제 커맨드를 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13 내지 도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 스토리지 장치가 적용된 시스템을 설명하기 위한 도면들이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 사용자 장치를 나타내는 블록도이다. 도 1에 도시된 사용자 장치(100)는 호스트(110)와 스토리지 장치(120)를 포함할 수 있다.

호스트(110)는 스토리지 장치(120)를 제어할 수 있다. 호스트(210)는 컴퓨터, PDA, PMP, MP3 플레이어, 카메라, 캠코더, 모바일 폰 등과 같은 휴대용 전자 장치를 포함할 수 있다. 호스트(110)는 필요에 따라 파일들의 무효화를 스토리지 장치(120)로 통보할 수 있다. 이는 호스트(110)가 특정 커맨드를 스토리지 장치(120)로 전송함으로써 달성될 수 있다. 이러한 특정 커맨드를 트림 커맨드(TRIM command)이라고 한다. 트림 커맨드에는 삭제될 영역을 지정하기 위한 주소 정보가 포함될 수 있다.

삭제될 파일에 대한 메타 데이터의 처리는 호스트(110)의 파일 시스템(도시되지 않음)에 의해서 행해질 것이다. 파일 시스템은 빠른 동작을 위해서, 파일의 내용을 삭제하는 것이 아니라, 파일의 메타 데이터만을 변경할 수 있다. 삭제된 파일의 메타 데이터가 변경되는 경우, 호스트(110)의 파일 시스템에서는 삭제된 파일의 내용이 무효 데이터로 처리되는 반면에, 스토리지 장치(120)에서는 유효 데이터로 남아있게 된다.

이러한 이유로, 스토리지 장치(120)는 삭제된 파일의 데이터를 포함한 메모리 블록을 유효한 블록으로 인식할 것이다. 따라서, 삭제된 데이터에 대한 머지 동작이나 가비지 컬렉션 동작 등과 같은 불필요한 작업이 스토리지 장치(120)에서 수행될 수 있다. 이를 방지하기 위해서, 호스트(110)는 삭제된 파일의 내용이 무효화되도록 스토리지 장치(120)로 트림 커맨드를 제공할 것이다.

계속해서 도 1을 참조하면, 스토리지 장치(120)는 전원이 차단되더라도 저장된 데이터를 유지할 수 있는 메모리 장치(122)를 포함할 수 있다. 스토리지 장치(120)의 예로는 솔리드 스테이트 드라이브(Solid-State Drive: SSD)나 메모리 카드 일 수 있다. 하지만, 스토리지 장치(120)가 SSD나 메모리 카드에 국한되지는 않는다.

메모리 장치(122)는 복수의 플래시 메모리로 구성될 수 있다. 메모리 장치(122)는 플래시 메모리 대신에 다른 비휘발성 메모리(예를 들면, PRAM, FRAM, MRAM 등)로 구성될 수 있다. 메모리 장치(122)를 구성하는 비휘발성 메모리는 메모리 셀 당 1비트 데이터 또는 2비트 이상의 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 저장 매체(121)를 구성하는 비휘발성 메모리는 3차원 구조의 메모리 셀 어레이를 가질 수도 있다.

컨트롤러(121)는 호스트(110)로부터의 요청에 응답하여 메모리 장치(122)를 제어할 수 있다. 컨트롤러(121)는 복수의 채널들(CH1~CHm)을 통해 메모리 장치(122)와 신호들을 송수신할 수 있다.

컨트롤러(121)는 중앙 처리장치 및 메모리와 같은 하드웨어 장치(도시되지 않음), 그리고 호스트(110)의 트림 커맨드에 응답하여 무효화 동작을 수행하기 위한 하드웨어 또는 소프트웨어 장치(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.

호스트(110)의 파일 시스템에서 사용되는 논리 주소 공간은 복수의 논리 섹터들을 포함할 수 있다. 컨트롤러(121)는 상기 복수의 논리 섹터들의 무효 여부를 나타내는 무효 섹터 비트맵을 관리할 수 있다. 호스트(110)로부터 어떤 논리 주소 범위를 갖는 논리 섹터들에 대한 트림 커맨드가 수신되면, 컨트롤러(121)는 무효 섹터 비트맵에서 상기 논리 섹터들에 해당하는 비트들을 세팅(set)함으로써 상기 논리 섹터들이 무효화되었다는 것을 표시할 수 있다.

스토리지 장치(120)의 전원 종료 시에도 어떤 논리 섹터들이 무효 섹터인지를 나타내는 정보는 보존되어야 한다. 따라서, 컨트롤러(121)는 무효 섹터 비트맵을 메모리 장치(122)에 저장함으로써 스토리지 장치(120)의 전원 종료 시에도 무효 섹터 비트맵을 메모리 장치(122)에 보존할 수 있다. 그리고, 컨트롤러(121)는 스토리지 장치(120)의 부팅 시 상기 무효 섹터 비트맵을 컨트롤러(121)로 로드할 수 있다.

한편, 스토리지 장치(120)는 호스트(110)의 커맨드에 대한 무결성(integrity)을 보장해야 한다. 예를 들어, 호스트(110)로부터 어떤 논리 섹터들에 대한 트림 커맨드가 일단 수신되면, 메모리 장치(122)의 트림 섹터 비트맵이 미처 업데이트되지 못한 상태에서 스토리지 장치(120)가 비정상적으로 종료되더라도 상기 논리 섹터들이 무효화될 것이 보장되어야 한다.

컨트롤러(121)는 스토리지 장치(120)의 무결성을 보장하기 위해, 무효 섹터 비트맵의 변경 사항을 주기적으로 메모리 장치(122)에 로깅할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(121)는 트림 커맨드가 수신되면 상기 논리 섹터들의 주소 정보를 포함하는 트림 로그를 생성하고, 트림 로그를 메모리 장치(122)에 저장할 수 있다. 스토리지 장치(120)가 비정상적으로 종료된 후 전원 공급이 재개되면, 컨트롤러(121)는 메모리 장치(122)에 저장된 무효 섹터 비트맵과 트림 로그를 이용하여 최신 상태의 무효 섹터 비트맵을 복구할 수 있다.

호스트(110)의 요청에 따라 컨트롤러(121)가 논리 주소 공간 전체에 대한 트림 동작을 수행해야 하는 경우가 있다. 만약 컨트롤러(120)가 논리 주소 공간 전체에 대한 트림 로그를 생성해야 한다면, 메모리 장치(122)에 저장해야 하는 트림 로그의 양이 증가할 수 있다. 트림 로그의 양이 증가하면 메모리 장치(122)에 트림 로그를 저장하기 위해 소요되는 시간이 증가하고, 결과적으로 트림 동작의 레이턴시(latency)가 증가할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 컨트롤러(121)는 논리 주소 공간의 무효 여부를 나타내는 비트맵을 하위 레벨 비트맵과 상위 레벨 비트맵으로 계층화하여 관리할 수 있다. 어떤 타겟 논리 섹터들에 대한 트림 동작을 수행할 때, 컨트롤러(121)는 상위 레벨 비트맵을 참조하여 상기 타겟 논리 섹터들의 무효 여부를 결정할 수 있다. 컨트롤러(121)는 트림되어야 할 논리 섹터들이 이미 무효화된 섹터인 경우, 상기 논리 섹터들에 대한 트림 로그를 저장하지 않고 트림 동작을 완료할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 트림 동작을 수행할 때 메모리 장치(122)에 저장되어야 하는 트림 로그의 양이 감소할 수 있다. 따라서, 트림 동작의 레이턴시가 감소할 수 있으며, 메모리 장치(122)의 수명이 개선될 수 있다.

도 2는 호스트로부터의 트림 커맨드에 응하여 무효화 동작을 수행하는 스토리지 장치를 예시적으로 나타내는 블록도이다. 도 2에 도시된 스토리지 장치(1200)는 앞에서 설명된 것과 같이 논리 주소 공간의 무효화 여부를 상위 레벨 비트맵 및 하위 레벨 비트맵을 이용하여 나타낼 수 있다.

도 2를 참조하면, 스토리지 장치(1200)는 컨트롤러(1210) 및 메모리 장치(1220)를 포함할 수 있다. 메모리 장치(1220)는 플래시 메모리 장치일 수 있다. 스토리지 장치(1200)는 메모리 카드 장치, SSD 장치, ATA 버스 장치, SATA 버스 장치, 멀티미디어 카드 장치, SD 장치, 메모리 스틱 장치, 하이브리드 드라이브 장치, 또는 범용 직렬 버스 플래시 장치일 수 있다.

메모리 장치(1220)는 주소/데이터 버스를 통해 컨트롤러(1210)와 연결될 수 있다. 메모리 장치(1220)는 메모리 블록 단위로 소거 동작이 수행되고, 페이지 단위로 읽기 또는 쓰기 동작이 이루어진다. 메모리 장치(1220)는 쓰기 동작 전에 소거 동작이 수행된다. 메모리 장치(1220)에 저장된 데이터는 호스트상에서 무효화되더라도, 덮어쓰기를 지원하지 않는 메모리 장치(1220)의 특성으로 인해 실질적으로 그대로 유지될 수 있다. 이는 호스트에서 메모리 장치(1220)의 물리적인 영역이 관리되는 것이 아니라, 플래시 변환 계층 (FTL)을 통해 맵핑 정보만이 관리되기 때문이다.

메모리 장치(1220)는 사용자 영역(1221)과 메타 영역(1222)으로 구분될 수 있다. 사용자 영역(1221)에는 호스트 데이터와 같은 일반적인 사용자 데이터가 저장될 수 있으며, 메타 영역(1222)에는 사용자 데이터 외에 메모리 장치(1220) 또는 스토리지 장치(1200)의 구동에 필요한 메타 데이터가 저장될 수 있다. 예를 들어, 메타 영역(1222)에는 FTL에 의한 맵 데이터가 저장될 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 하위 레벨 비트맵(1223), 상위 레벨 비트맵(1224), 로그 데이터(1225) 등이 더 저장될 수 있다.

컨트롤러(1210)는 주소/데이터 버스를 통해 메모리 장치(1220)와 데이터를 주고받을 수 있다. 컨트롤러(1210)는 CPU(1211), 동작 메모리(1212) 및 버퍼 메모리(1213)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(1210)는 호스트로부터 어떤 타겟 논리 섹터들에 대한 트림 커맨드를 수신하면, 상기 타겟 논리 주소들에 대한 트림 로그를 선택적으로 저장할 수 있다.

CPU(1211)는 상업적으로 이용 가능한, 또는 맞춤형 마이크로프로세서일 수 있다. 동작 메모리(1212)는 캐시, ROM, PROM, EPROM, EEPROM, 플래시, SRAM, 또는 DRAM을 포함할 수 있다. 동작 메모리(1212)는 CPU(1211)에서 구동되는 플래시 변환 계층(1121)을 저장할 수 있으며, 메모리 장치(1220)으로부터 로드된 하위 레벨 비트맵(1225) 및 상위 레벨 비트맵(1226)을 저장할 수 있다.

플래시 변환 계층(FTL; Flash Transition Layer, 1214)은 메모리 장치(1220)를 효율적으로 사용하도록 한다. FTL(1214)은 호스트로부터 제공된 논리적 주소(logical address)를 메모리 장치(1220)에서 사용 가능한 물리적 주소(Physical address)로 변환하는 역할을 한다. FTL(1214)은 이러한 주소 변환을 맵핑 테이블을 통해 관리한다.

또한, 메모리 장치(1220)의 허용 가능한 이레이즈 횟수(예를 들면, 약 100,000번)는 미리 정해져 있다. 메모리 장치(1220)는 특정 메모리 블록이 다른 메모리 블록들보다 빠르게 마모되는 것을 방지하기 위해, 소거 동작을 전체 메모리 블록에 분산한다. 이는 마모도 관리라고 불린다. FTL(1224)은 메모리 장치(1220)의 마모도를 관리하는 데 사용될 수 있다.

하위 레벨 비트맵(1215) 및 상위 레벨 비트맵(1216)은 FTL(1211)에 의해 관리될 수 있다. 하위 레벨 비트맵(1215) 및 상위 레벨 비트맵(1216)은 논리 주소 공간의 무효 여부를 나타내는 정보를을 계층화하여 관리할 수 있다. 예를 들어, 논리 주소 공간은 복수의 논리 주소들에 매핑될 수 있다. 하나의 논리 주소에 매핑되는 논리 영역은 논리 섹터로 지칭될 수 있다. 하위 레벨 비트맵(1215)은 논리 섹터별 무효 여부를 나타내는 비트들을 포함할 수 있다. 논리 주소가 연속하는 복수의 논리 섹터들은 논리 그룹을 구성할 수 있다. 상위 레벨 비트맵(1216)은 논리 그룹별 무효 여부를 나타내는 비트들을 포함할 수 있다. 논리 그룹이 무효라는 것은, 논리 그룹을 구성하는 구성 논리 섹터들이 모두 무효라는 것을 가리킬 수 있다.

버퍼 메모리(1213)는 메모리 장치(1220)에 저장될 데이터, 또는 메모리 장치(1220)로부터 리드된 데이터를 버퍼링할 수 있다. 버퍼 메모리(1213)는 앞서 설명된 트림 로그들을 비롯하여, FTL(1211)에서 생성된 로그 데이터를 버퍼링하는 로그 버퍼(1217)를 포함할 수 있다. CPU(1211)는 로그 버퍼(1217)가 로그 데이터로 꽉 차면, 로그 버퍼(1217)에 저장된 로그 데이터를 메모리 장치(1220)에 저장할 수 있다. 도 2는 메모리 장치(1220)에 저장된 로그 데이터(1225)를 도시한다.

FTL(1211)이 논리 주소 공간의 무효 여부를 나타내는 정보를 계층화하여 관리하면, 타겟 논리 섹터들 대한 트림 커맨드가 수신되었을 때, 상위 레벨 비트맵(1226)을 참조함으로써 상기 타겟 논리 섹터들이 이미 무효화되었는지 여부를 신속하게 확인할 수 있다. 상기 타겟 논리 섹터들이 이미 무효화된 경우, FTL(1211)은 상기 타겟 논리 섹터들에 대한 트림 로그를 저장하는 동작을 생략할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 트림 동작에 의해 생성되는 로그 데이터의 양이 감소하기 때문에, 메모리 장치(1220)에 저장되는 로그 데이터의 양이 감소할 수 있다. 따라서, 메모리 장치(1220)의 수명이 개선되고, 트림 레이턴시가 단축될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 상위 레벨 비트맵 및 하위 레벨 비트맵을 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 호스트의 파일 시스템에서 사용되는 논리 주소 공간은 복수의 논리 섹터들을 포함할 수 있으며, 상기 논리 주소 공간은 복수의 논리 그룹들로 구분될 수 있다. 예를 들어, 도 3은 제1 논리 그룹 내지 제3 논리 그룹(Group1 - Group3)을 예시한다.

각 논리 그룹은 논리 주소가 연속하는 복수의 논리 섹터들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 논리 그룹(Group1)은 LBA(Logical Block Address) 1-10인 10개의 논리 섹터들을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 제2 논리 그룹(Group2)은 LBA 11-20인 갖는 논리 섹터들을 포함하며, 제3 논리 그룹(Group3)은 LBA 21-30인 논리 섹터들을 포함할 수 있다. 논리 그룹에 포함된 논리 섹터들의 수가 10개인 것은 하나의 예시에 불과하며, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 하나의 논리 섹터가 4KB의 데이터에 매핑되고, 하나의 논리 그룹은 512개의 연속하는 논리 섹터를 포함하는 2GB의 논리 영역에 해당할 수도 있다.

하위 레벨 비트맵의 비트들은 논리 섹터들 각각이 무효인지 여부를 나타낼 수 있다. 논리 섹터가 유효하다는 것은 상기 논리 섹터가 호스트의 파일 시스템에서 유효한 파일 데이터를 저장하고 있다는 것을 나타낼 수 있다. 그리고, 논리 섹터가 무효라는 것은 상기 논리 섹터가 데이터를 저장하지 않거나, 현재는 무효한 파일의 데이터를 저장하고 있다는 것을 나타낼 수 있다.

하위 레벨 비트맵의 어떤 비트가 '1' 값을 갖는 경우 상기 비트에 대응하는 논리 섹터가 무효라는 것을 나타낼 수 있으며, 비트가 '0' 값을 갖는 경우 상기 비트에 대응하는 논리 섹터가 유효라는 것을 나타낼 수 있다. 한편, 이는 하나의 예시에 불과하며, 구현에 따라 비트의 '0' 값이 무효 섹터를 나타내고, '1' 값이 유효 섹터를 나타낼 수도 있다.

상위 레벨 비트맵의 비트들은 논리 그룹들 각각이 무효인지 여부를 나타낼 수 있다. 상위 레벨 비트맵의 비트 값 '1'은, 상기 비트에 대응하는 논리 그룹이 무효라는 것을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 하위 레벨 비트맵에서 LBA 1-10의 논리 섹터들에 해당하는 비트 값들이 모두 '1'인 경우, 제1 논리 그룹(Group1)은 무효일 수 있으며, 제1 논리 그룹(Group1)에 해당하는 비트 값이 '1'로 세팅(set)될 수 있다. 만약 논리 그룹에 포함된 논리 섹터들 중 하나라도 유효 섹터인 경우, 상기 논리 그룹은 유효일 수 있으며, 상위 레벨 비트맵에서 상기 논리 그룹의 비트 값은 '0'으로 클리어(clear)될 수 있다. 예를 들어, 하위 레벨 비트맵에서 제2 논리 그룹 및 제3 논리 그룹(Group2, Group3)의 구성 논리 섹터들 중 적어도 하나의 비트는 '0' 값을 가질 수 있다. 이 경우, 상위 레벨 비트맵에서 제2 및 제3 논리 그룹(Group2, Group3)의 비트 값은 '0'으로 클리어될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 컨트롤러는 타겟 논리 섹터들에 대한 트림 동작을 수행하기 전에 상위 레벨 비트맵을 확인함으로써 타겟 논리 섹터들이 이미 무효화되었는지 여부를 판단할 수 있다. 그리고, 컨트롤러는 상기 판단 결과에 따라 상기 타겟 논리 섹터들에 대한 트림 로그를 저장하는 동작을 생략할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 컨트롤러의 트림 동작을 나타내는 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 단계 S101에서 컨트롤러는 호스트로부터 하나 이상의 타겟 논리 섹터들에 대한 트림 커맨드를 수신할 수 있다. 예를 들어, 호스트는 트림 커맨드와 함께, 무효화하려는 타겟 논리 섹터들을 나타내는 논리 주소 범위에 대한 정보를 스토리지 장치로 제공할 수 있다. 구현에 따라, 상기 논리 주소 범위에 대한 정보는 상기 타겟 논리 섹터들의 논리 주소들 중 시작 LBA와 끝 LBA를 포함할 수 있다. 상기 논리 주소 범위는 하나 이상의 논리 그룹에 연관될 수 있다.

단계 S102에서, 컨트롤러는 상위 레벨 비트맵에서 상기 타겟 논리 섹터들을 포함하는 하나 이상의 타겟 논리 그룹에 속하는 비트들을 참조할 수 있다. 그리고, 단계 S103에서 컨트롤러는 상기 하나 이상의 타겟 논리 그룹이 무효인지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 동작 메모리에 저장된 상위 레벨 비트맵에서, 상기 타겟 논리 그룹에 해당하는 비트 값이 '1'로 세팅되었는지 여부에 따라 타겟 논리 그룹이 무효인지 여부를 판단할 수 있다.

컨트롤러는 무효가 아닌 타겟 논리 그룹에 대해서는(단계 S103에서, "아니오"), 단계 S104에서 상기 타겟 논리 섹터들에 대한 정보를 포함하는 트림 로그를 컨트롤러에 포함된 로그 버퍼에 저장할 수 있다. 트림 로그는 상기 타겟 논리 섹터들의 논리 주소 범위를 가리키는 정보를 포함할 수 있으며, 상기 논리 주소 범위는 하나의 논리 그룹의 논리 주소 범위에 포함될 수 있다. 그러나, 트림 로그에 저장될 수 있는 논리 주소 범위의 크기는 이에 제한되지 않는다.

로그 버퍼에 저장된 트림 로그들은 주기적으로, 혹은 어떤 조건 하에서 비휘발성 메모리 장치에 저장될 수 있다. 메모리 장치에 저장된 트림 로그들은, 비정상적으로 종료된 스토리지 장치를 복구하는 과정에서 하위 레벨 비트맵 및 상위 레벨 비트맵을 최신 상태로 복구하기 위해 사용될 수 있다.

반면에, 컨트롤러는 무효인 타겟 논리 그룹에 대해서는(단계 S103에서, "예"), 단계 S105에서 트림 로그 저장을 생략할 수 있다. 컨트롤러가 트림 로그 저장을 생략하는 경우, 비휘발성 메모리 장치에 저장되어야 하는 트림 로그의 양이 감소하기 때문에 트림 레이턴시가 감소하고 메모리 장치의 수명이 개선될 수 있다. 그리고, 트림 로그들을 이용하여 상위 레벨 비트맵과 하위 레벨 비트맵을 복구할 때 컨트롤러가 불필요한 트림 로그를 참조해야 하는 시간이 감소할 수 있다. 따라서, 컨트롤러는 스토리지 장치를 신속하게 복구할 수 있다.

단계 S106에서, 컨트롤러는 동작 메모리에 저장된 하위 레벨 비트맵을 업데이트할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 하위 레벨 비트맵에서 상기 타겟 논리 섹터들에 해당하는 비트들 중 '0'값을 갖는 비트를 '1'값으로 세팅함으로써 상기 타겟 논리 섹터들이 무효화되었다는 것을 표시할 수 있다.

단계 S107에서, 컨트롤러는 필요한 경우 상위 레벨 비트맵을 업데이트할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러가 하위 레벨 비트맵을 업데이트한 결과 어떤 논리 그룹에 포함된 논리 섹터들의 비트 값이 모두 '1'로 세팅된 경우, 상위 레벨 비트맵에서 상기 논리 그룹에 대응하는 비트 값을 '0'에서 '1'로 세팅할 수 있다.

단계 S108에서, 컨트롤러는 트림 커맨드 완료 응답을 호스트로 제공할 수 있다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시 예에 따른 컨트롤러의 트림 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 5a는 무효인 논리 그룹에 포함되는 타겟 논리 섹터들에 대한 트림 커맨드가 수신된 경우를 예로 들어서 컨트롤러의 트림 동작을 설명하기 위한 도면이다.

예를 들어, 호스트로부터 LBA1 - LBA5의 논리 주소 범위를 갖는 타겟 논리 섹터들에 대한 트림 커맨드가 수신될 수 있다.

컨트롤러는 상위 레벨 비트맵에서, LBA1 - LBA5의 논리 섹터들을 포함하는 타겟 논리 그룹인 제1 논리 그룹(Group1)의 비트 값을 참조하여, 타겟 논리 그룹이 무효인지 여부를 판단할 수 있다. 도 5a의 예에서, 타겟 논리 그룹이 무효이며, 타겟 논리 섹터들이 전부 무효일 수 있다. 따라서, 컨트롤러는 상기 타겟 논리 섹터들에 대한 트림 로그를 저장하는 동작을 생략할 수 있다.

도 5b 및 도 5c는 무효가 아닌 논리 그룹에 포함되는 타겟 논리 섹터들에 대한 트림 커맨드가 수신된 경우를 예로 들어서 컨트롤러의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 5b를 참조하면, 호스트로부터 LBA16 - LBA20의 논리 주소 범위를 갖는 타겟 논리 섹터들에 대한 트림 커맨드가 수신될 수 있다.

컨트롤러는 상위 레벨 비트맵에서, LBA16 - LBA20의 논리 섹터들을 포함하는 타겟 논리 그룹인 제2 논리 그룹(Group2)의 비트 값을 참조하여, 타겟 논리 그룹이 무효인지 여부를 판단할 수 있다. 도 5b의 예예서 타겟 논리 그룹은 무효가 아니므로, 타겟 논리 섹터들 중 적어도 일부가 무효가 아닐 수 있다. 따라서, 컨트롤러는 하위 레벨 비트맵에서 타겟 논리 섹터들에 해당하는 비트 값들을 모두 '1'로 세팅함으로써 타겟 논리 섹터들을 무효화할 수 있다. 그리고, 컨트롤러는 상기 타겟 논리 섹터들에 대한 정보를 포함하는 트림 로그를 저장할 수 있다.

도 5c를 참조하면, 호스트로부터 LBA21 - LBA30의 논리 주소 범위를 갖는 타겟 논리 섹터들에 대한 트림 커맨드가 수신될 수 있다.

컨트롤러는 상위 레벨 비트맵에서, LBA21 - LBA30의 논리 섹터들을 포함하는 타겟 논리 그룹인 제3 논리 그룹(Group3)의 비트 값을 참조하여, 타겟 논리 그룹이 무효인지 여부를 판단할 수 있다. 도 5c의 예에서, 타겟 논리 그룹은 무효가 아닐 수 있다. 컨트롤러는 하위 레벨 비트맵에서 타겟 논리 섹터들에 해당하는 비트 값들을 모두 '1'로 세팅함으로써 타겟 논리 섹터들을 무효화할 수 있다. 한편, 타겟 논리 섹터들을 무효화한 결과 제3 그룹(Group3)의 모든 타겟 논리 섹터들이 무효화될 수 있다. 컨트롤러는, 상위 레벨 비트맵에서 제3 논리 그룹(Group3)의 무효 여부를 나타내는 비트 값을 '1'로 세팅할 수 있다. 그리고, 컨트롤러는 상기 타겟 논리 섹터들에 대한 정보를 포함하는 트림 로그를 저장할 수 있다.

한편, 호스트는 무효화된 논리 섹터에 새로운 파일의 데이터를 저장할 수 있다. 호스트는 라이트 커맨드 및 라이트하려는 데이터와 함께, 데이터가 라이트될 논리 섹터들을 나타내는 논리 주소 범위에 대한 정보를 스토리지 장치로 제공할 수 있다. 스토리지 장치는 호스트로부터의 라이트 커맨드에 응하여, 무효화된 논리 섹터를 유효 섹터로 표시하기 위해 하위 레벨 비트맵 및 상위 레벨 비트맵을 업데이트할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 컨트롤러의 라이트 동작을 나타내는 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 단계 S201에서 컨트롤러는 호스트로부터 하나 이상의 논리 섹터들에 대한 라이트 커맨드를 수신할 수 있다.

단계 S202에서, 컨트롤러는 상위 레벨 비트맵에서 상기 하나 이상의 논리 섹터들을 포함하는 논리 그룹이 무효인지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 상기 논리 그룹에 해당하는 비트 값이 '1'인지 여부를 판단할 수 있다.

논리 그룹이 무효인 경우(단계 S202에서, "예"), 컨트롤러는 단계 S203에서 상위 레벨 비트맵에서 상기 논리 그룹에 해당하는 비트 값을 '0'으로 클리어할 수 있다. 상기 하나 이상의 논리 섹터들에 대한 데이터가 라이트되면, 상기 논리 그룹은 더 이상 무효가 아니게 되기 때문이다.

단계 S204에서, 컨트롤러는 하위 레벨 비트맵에서 상기 하나 이상의 논리 섹터들에 해당하는 비트들을 '0'으로 클리어함으로써 하위 레벨 비트맵을 업데이트할 수 있다.

한편, 논리 그룹이 무효가 아닌 경우(단계 S202에서, "아니오"), 컨트롤러는 단계 S203을 생략하고 단계 S204를 수행할 수 있다.

단계 S205에서, 컨트롤러는 상기 하나 이상의 논리 섹터들에 대한 라이트 동작을 완료한 후, 라이트 커맨드 완료 응답을 호스트로 제공할 수 있다.

앞에서 설명된 바와 같이, 스토리지 장치는 갑작스러운 전원 중단에 의해 비정상 종료될 수 있다. 스토리지 장치가 비정상 종료되더라도 컨트롤러가 하위 레벨 비트맵과 상위 레벨 비트맵을 최신 상태로 복구할 수 있도록, 컨트롤러는 주기적으로 하위 레벨 비트맵, 상위 레벨 비트맵 및 트림 로그를 메모리 장치에 저장할 수 있다. 이하에서, 도 7 내지 도 10을 참조하여 컨트롤러가 메모리 장치에 트림 로그를 저장하는 방법 및 트림 로그를 이용하여 비트맵들을 복구하는 방법이 자세히 설명된다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 컨트롤러의 트림 로그 저장 동작을 나타내는 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 단계 S301에서 컨트롤러는 스토리지 장치의 전원 공급 중단 여부를 감지할 수 있다.

전원 공급이 중단되지 않는 경우(단계 S301에서, "아니오"), 컨트롤러는 정상 동작을 수행하면서 필요한 경우 트림 로그들을 생성하고, 생성된 트림 로그들을 로그 버퍼에 저장할 수 있다.

단계 S302에서, 컨트롤러는 로그 버퍼가 트림 로그들을 비롯한 로그 데이터로 꽉 찼는지 여부를 감지할 수 있다.

로그 버퍼가 꽉 차지 않은 경우(단계 S302에서, "아니오"), 컨트롤러는 단계 S301로 돌아갈 수 있다.

로그 버퍼가 꽉 찬 경우(단계 S302에서, "예"), 컨트롤러는 단계 S303에서 로그 버퍼에 저장된 로그 데이터를 비휘발성 메모리 장치에 저장하고, 단계 S301로 돌아갈 수 있다.

한편, 전원 공급이 중단된 경우(단계 S301에서, "예"), 컨트롤러의 정상 동작이 중단되고, 스토리지 장치가 비정상 종료될 수 있다.

구현에 따라, 스토리지 장치가 비상 전력 제공을 위한 하드웨어 장치를 포함하는 경우가 있다. 이 경우, 컨트롤러는 단계 S304에서 상기 하드웨어 장치로부터 제공되는 비상 전력을 이용하여 로그 버퍼에 저장된 데이터를 비휘발성 메모리 장치에 저장하고, 스토리지 장치를 종료할 수 있다. 이 경우, 스토리지 장치가 비정상 종료되는 경우에도 최신 트림 로그들이 메모리 장치에 보존될 수 있다.

도 8은 컨트롤러와 메모리 장치에 저장되는 로그 데이터를 자세히 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 컨트롤러(1210) 및 메모리 장치(1220)를 도시한다. 컨트롤러(1210) 및 메모리 장치(1220)는 도 2를 참조하여 설명된 컨트롤러(1210) 및 메모리 장치(1220)에 대응할 수 있다. 도 2를 참조하여 설명된 것과 마찬가지로, 컨트롤러(1210)는 로그 데이터를 저장하기 위한 로그 버퍼(1217)를 포함할 수 있다. 그리고, 메모리 장치(1220)는 메타 데이터를 저장하기 위한 메타 영역(1222)을 포함할 수 있다.

스토리지 장치가 비정상 종료되는 경우에도 호스트의 커맨드에 대한 스토리지 장치의 무결성이 유지되는 것이 바람직하다. 무결성을 유지하기 위해서, 스토리지 장치는 호스트의 커맨드에 따라 스토리지 장치 내부에서 변경되는 사항들을 로그 데이터로서 로그 버퍼(1217)에 저장할 수 있다.

도 8은 로그 버퍼(1217)에 저장되는 복수의 단위 로그 데이터들을 예시한다. 단위 로그 데이터 각각은 호스트 커맨드에 따른 변경 사항들을 포함할 수 있다. 단위 로그 데이터는 일부는 트림 로그일 수 있다. 도 8은 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명된 트림 커맨드들이 수신되었을 때 로그 버퍼(1217)에 저장될 수 있는 로그 데이터를 예시한다. 이미 무효화된 논리 섹터인 LBA1 - LBA5에 해당하는 타겟 논리 섹터들에 대한 트림 로그 저장은 생략될 수 있다. 반면에, LBA16-LBA20, LBA21-LBA30에 해당하는 트림 로그는 로그 버퍼(1217)에 저장될 수 있다.

로그 버퍼(1217)에 저장된 로그 데이터는, 주기적으로 메타 영역(1222)에 저장될 수 있다. 구현에 따라, 스토리지 장치의 전원 중단 시에도 로그 버퍼(1217)에 저장된 로그 데이터가 메타 영역(1222)에 옮겨질 수 있다. 도 8은 로그 버퍼(1217)에 저장되는 데이터가 로그 데이터(1225)로서 메타 영역(1222)에 저장되는 경우를 예시한다. 메모리 장치(1220)는 비휘발성 메모리 장치이므로, 로그 데이터(1225)는 스토리지 장치의 전원 종료 시에도 보존될 수 있다. 스토리지 장치의 비정상 종료 후에 스토리지 장치를 복구하기 위해, 컨트롤러는 로그 데이터(1225)를 이용할 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 컨트롤러가 하위 레벨 비트맵 및 상위 레벨 비트맵을 복구하는 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

스토리지 장치에 전원이 공급되면, 컨트롤러는 단계 S401에서 메모리 장치로부터 하위 레벨 비트맵 및 상위 레벨 비트맵을 로드할 수 있다. 이전에 스토리지 장치가 비정상 종료된 경우, 메모리 장치에 저장된 상위 레벨 비트맵 및 상위 레벨 비트맵은 미처 업데이트되지 못했을 수 있으며, 상기 비트맵들은 최신 상태가 아닐 수 있다.

단계 S402에서, 컨트롤러는 상기 메모리 장치로부터 트림 로그들을 로드할 수 있다. 트림 로그들은 메모리 장치의 메타 영역에 다른 종류의 로그 데이터와 함께 저장되어 있을 수 있다.

단계 S403에서, 컨트롤러는 로드된 하위 레벨 비트맵을 트림 로그들을 참조하여 업데이트할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 트림 로그들에 포함된 논리 주소 범위를 참조하여, 하위 레벨 비트맵에서 타겟 논리 섹터들에 해당하는 비트 값을 '1'로 세팅할 수 있다.

단계 S404에서, 컨트롤러는 필요한 경우에 상위 레벨 비트맵을 업데이트할 수 있다. 예를 들어, 하위 레벨 비트맵을 업데이트한 결과 어떤 논리 그룹에 해당하는 비트들이 전부 '1'로 세팅된 경우, 컨트롤러는 상위 레벨 비트맵에서 상기 논리 그룹에 대응하는 비트를 '1'로 세팅할 수 있다.

단계 S403 및 단계 S404의 동작을 통해 컨트롤러는 하위 레벨 비트맵과 상위 레벨 비트맵을 복구할 수 있다.

예를 들어, 컨트롤러는 스토리지 장치의 비정상 종료 시에도 비상 전력을 이용하여 최신 트림 로그들을 메모리 장치에 보존할 수 있다. 이 경우, 컨트롤러는 메모리 장치에 저장된 트림 로그들을 이용하여 하위 레벨 비트맵과 상위 레벨 비트맵을 최신 상태로 복구할 수 있다.

다른 예로, 스토리지 장치가 비상 전력 제공을 위한 하드웨어 장치를 포함하지 않는 경우에는 스토리지 장치의 비정상 종료 시에 최신 트림 로그들이 유실될 수도 있다. 이 경우, 컨트롤러는 메모리 장치에 저장된 트림 로그들을 이용하여 하위 레벨 비트맵과 상위 레벨 비트맵을 최선의(best effort) 상태로 복구할 수 있다. 유실된 트림 로그들에 포함된 정보가 하위 레벨 비트맵과 상위 레벨 비트맵에 반영되지 않는 경우, 호스트의 무효한 파일의 데이터의 일부가 스토리지 장치에서 유효한 데이터처럼 저장될 수 있다. 무효한 파일의 데이터의 일부가 유효한 데이터처럼 저장되는 경우, 스토리지 장치의 유효한 저장 공간이 다소 줄어들 수는 있으나, 스토리지 장치는 정상적으로 동작할 수 있다.

단계 S405에서, 컨트롤러는 복구된 하위 레벨 비트맵과 상위 레벨 비트맵을 메모리 장치에 저장할 수 있다.

도 10은 컨트롤러가 트림 로그들을 참조하여 하위 레벨 비트맵과 상위 레벨 비트맵을 복구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

컨트롤러는 메모리 장치로부터 로드된 로그 데이터(1218)를 순차적으로 스캔하여 비정상 종료된 스토리지 장치를 정상 상태로 복구할 수 있다. 도 10에 도시된 로그 데이터(1218)는 하나의 예로서, 도 8에 도시된 로그 데이터(1225)와 동일할 수 있다.

각 트림 로그를 이용하여 하위 레벨 비트맵과 상위 레벨 비트맵을 복구하는 방법은, 트림 커맨드에 응하여 하위 레벨 비트맵과 상위 레벨 비트맵을 업데이트하는 방법과 유사할 수 있다.

예를 들어, 논리 주소 범위 LBA16 - LBA20가 포함된 트림 로그를 참조하여, 하위 레벨 비트맵에서 LBA16 - LBA20의 주소를 갖는 논리 섹터들에 해당하는 비트 값을 '1'로 세팅할 수 있다. 그리고, 논리 주소 범위 LBA21 - LBA30이 포함된 트림 로그를 참조하여, 하위 레벨 비트맵에서 LBA21 - LBA30의 주소를 갖는 논리 섹터들에 해당하는 비트 값을 '1'로 세팅할 수 있다. 하위 레벨 비트맵에서 제3 논리 그룹(Group3)에 해당하는 비트 값들이 모두 '1'로 세팅되었으므로, 상위 레벨 비트맵에서 제3 논리 그룹(Group3)에 해당하는 비트 값을 '1'로 세팅할 수 있다.

한편, 컨트롤러가 복수의 논리 그룹들에 걸친 넓은 범위의 논리 영역에 대한 트림 동작을 수행하는 경우가 있다. 예를 들어, 호스트는 스토리지 장치의 사용자 영역 전체의 데이터를 삭제하도록 하는 완전삭제(sanitize) 커맨드를 스토리지 장치로 제공할 수 있다. 컨트롤러가 상기 완전삭제 커맨드를 수행할 때, 논리 주소 영역 전체를 무효화하기 위해 논리 주소 영역 전체에 대한 트림 동작을 수행할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 복수의 타겟 논리 그룹들에 걸친 논리 영역에 대한 트림 동작을 수행하는 경우에, 컨트롤러는 상위 레벨 비트맵을 참조하여 상기 타겟 논리 그룹들 각각의 무효 여부를 확인할 수 있다. 그리고, 컨트롤러는 상기 무효 여부 확인 결과에 따라, 이미 무효인 타겟 논리 그룹에 대한 트림 로그 저장은 생략할 수 있다.

컨트롤러가 이미 무효인 논리 그룹에 대한 트림 로그 저장을 생략하는 경우, 상기 논리 영역에 대한 트림 동작을 수행하면서 메모리 장치에 저장되어야 하는 트림 로그의 양이 감소할 수 있다. 따라서, 트림 로그를 저장하는 데 소요되는 시간이 줄어들며, 트림 레이턴시가 감소할 수 있다. 도 11 및 도 12를 참조하면, 컨트롤러가 완전삭제 커맨드를 수행하는 경우를 예로 들어 본 발명의 실시 예가 설명된다.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따라 컨트롤러가 완전삭제 커맨드를 수행하는 동작을 나타내는 흐름도이다.

단계 S501에서, 컨트롤러는 호스트로부터 완전삭제 커맨드를 수신할 수 있다. 예를 들어, 상기 완전삭제 커맨드는 보안삭제(secure erase) 커맨드, 암호화 삭제(crypto erase) 커맨드 등을 포함할 수 있다.

단계 S502에서, 컨트롤러는 완전삭제 커맨드에 응하여 메모리 장치의 사용자 영역 전체에 대한 삭제 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 보안삭제 커맨드에 응하여 상기 메모리 장치에서 사용자 데이터를 저장하기 위해 할당된 메모리 블록들 각각에 대해 이레이즈 동작을 수행할 수 있다. 다른 예로, 컨트롤러는 암호화 삭제 커맨드에 응하여, 메모리 장치에 저장될 사용자 데이터를 암호화할 때 사용된 암호화 키를 변경 또는 삭제함으로써 사용자 데이터를 복구할 수 없도록 할 수 있다.

단계 S503 및 단계 S504에서, 컨트롤러는 호스트에서 사용되는 논리 주소 영역 전체를 무효화할 수 있다. 구체적으로, 컨트롤러는 단계 S503에서 상위 레벨 비트맵을 스캔하여 무효가 아닌 논리 그룹들을 찾을 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 상위 레벨 비트맵에서 비트 값이 '0'인 논리 그룹들을 찾을 수 있다.

단계 S504에서, 컨트롤러는 하위 레벨 비트맵에서 무효가 아닌 논리 그룹들에 포함된 논리 섹터들의 비트 값을 '1'로 세팅함으로써 무효화되지 않은 논리 섹터들을 무효화할 수 있다. 그리고, 상위 레벨 비트맵에서 비트 값 '0'을 갖는 비트들의 비트 값을 '1'로 세팅할 수 있다.

단계 S505에서, 컨트롤러는 무효가 아닌 논리 그룹들의 트림 로그들을 생성하고, 생성된 트림 로그들을 메모리 장치에 저장할 수 있다. 한편, 컨트롤러는 무효인 논리 그룹들에 대한 트림 로그의 생성 및 저장은 생략할 수 있다.

단계 S506에서, 컨트롤러는 호스트로 완전삭제 커맨드에 대한 완료 응답을 제공할 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따라 컨트롤러가 완전삭제 커맨드를 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

앞서 설명된 것과 같이, 완전삭제 커맨드에는 호스트에서 사용되는 논리 주소 공간 전체에 대한 트림 동작이 수반될 수 있다. 도 12를 참조하면, 컨트롤러는 논리 주소 공간 전체에 대한 트림 동작을, 논리 그룹별 트림 동작으로 나누어서 수행할 수 있다.

컨트롤러는 상위 레벨 비트맵을 스캔하여 무효가 아닌 논리 그룹들을 찾고, 하위 레벨 비트맵에서 상기 논리 그룹들에 포함된 논리 섹터들에 대한 비트들을 세팅할 수 있다. 그리고, 상위 레벨 비트맵을 업데이트할 수 있다.

컨트롤러는 논리 그룹별 트림 동작들을 수행하고, 무효가 아닌 논리 그룹에 대한 트림 로그를 저장하되, 무효인 논리 그룹에 대한 트림 로그 저장은 생략할 수 있다. 도 12는 컨트롤러에 저장될 수 있는 로그 데이터(1219)를 예시한다. 로그 데이터(1219)에서 제2 및 제3 논리 그룹(Group2, Group3)에 대한 데이터가 포함될 수 있으나, 제1 논리 그룹(Group1)에 대한 트림 로그는 생략될 수 있다.

한편, 하나의 트림 로그에 포함될 수 있는 논리 주소의 범위는 제한될 수 있다. 로그 데이터를 참조하여 스토리지 장치를 복구할 때, 하나의 트림 로그에 포함된 논리 주소 범위에 너무 많은 타겟 논리 섹터들이 포함되어 있다면, 하위 레벨 비트맵의 비트들을 세팅하는 데 오랜 시간이 걸릴 수 있다. 하나의 트림 로그를 처리하는 데 오랜 시간이 걸리는 경우, 스토리지 장치를 정해진 제한시간 내에 복구하기 어려워질 수 있다. 따라서, 트림되어야 하는 타겟 논리 섹터들이 많은 경우, 타겟 논리 섹터들을 복수의 논리 주소 범위들로 나눈 다음, 복수의 트림 로그들을 생성하여 로그 버퍼에 저장할 수 있다.

도 12의 예에서 트림 로그는 논리 그룹 단위로 생성될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 트림 로그에 포함되는 논리 주소는 둘 이상의 논리 그룹 범위를 가질 수도 있다. 예를 들어, 하나의 트림 로그에 제2 논리 그룹 및 제3 논리 그룹(Group2, Group3)의 주소 범위가 포함될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따라 무효가 아닌 논리 그룹에 대한 트림 로그들만을 메모리 장치에 저장하는 경우, 하나의 트림 로그에 포함될 수 있는 논리 주소의 범위가 커질 수 있다. 컨트롤러가 무효화되지 않은 논리 그룹에 대한 트림 로그들만을 생성하는 경우, 로그 버퍼에 포함되는 로그 데이터 중 트림 로그들의 비중이 적어질 수 있다. 따라서, 하나의 트림 로그에 포함되는 논리 주소 범위를 크게 하더라도, 스토리지 장치를 정해진 제한시간 내에 복구할 수 있게 된다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 컨트롤러가 논리 주소 영역 전체에 대한 트림 동작을 수행할 때 모든 논리 그룹들에 대한 트림 로그들을 생성하는 대신, 무효화되지 않은 논리 그룹에 대한 트림 로그들만을 생성하고, 메모리 장치에 저장할 수 있다. 트림 동작을 수행하기 위해 메모리 장치에 저장되는 로그 데이터의 양이 감소할 수 있으므로, 로그 데이터를 프로그램하기 위해 소요되는 시간이 줄어들고, 결과적으로 트림 레이턴시가 감소할 수 있다.

이하에서, 본 발명의 실시 예에 따른 스토리지 장치가 적용된 시스템이 도 13 내지 도 17을 참조하여 설명된다.

도 13은 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 호스트-스토리지 시스템을 나타내는 블록도이다.

호스트-스토리지 시스템(200)은 호스트(210) 및 스토리지 장치(220)를 포함할 수 있다. 또한, 스토리지 장치(220)는 스토리지 컨트롤러(221) 및 비휘발성 메모리(NVM)(230)를 포함할 수 있다.

호스트(210)는 전자 장치, 예를 들어 휴대폰, MP3 플레이어, 랩탑 컴퓨터 등과 같은 휴대용 전자 장치들, 또는 데스크탑 컴퓨터, 게임기, TV, 프로젝터 등과 같은 전자 장치들을 포함할 수 있다. 호스트(210)는 적어도 하나의 운영 체제(OS: operating system)를 포함할 수 있다. 운영 체제는 호스트(210)의 기능 및 동작을 전반적으로 관리 및 제어할 수 있다.

스토리지 장치(220)는 호스트(210)로부터의 요청에 따라 데이터를 저장하기 위한 저장 매체들을 포함할 수 있다. 일 예로서, 스토리지 장치(220)는 SSD(Solid State Drive), 임베디드(embedded) 메모리 및 착탈 가능한 외장(external) 메모리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 스토리지 장치(220)가 SSD인 경우, 스토리지 장치(220)는 NVMe(non-volatile memory express) 표준을 따르는 장치일 수 있다. 스토리지 장치(220)가 임베디드 메모리 혹은 외장(external) 메모리인 경우, 스토리지 장치(220)는 UFS(universal flash storage) 혹은 eMMC(embedded multi-media card) 표준을 따르는 장치일 수 있다. 호스트(210)와 스토리지 장치(220)는 각각 채용된 표준 프로토콜에 따른 패킷을 생성하고 이를 전송할 수 있다.

비휘발성 메모리(230)는 전원이 공급되지 않아도 저장된 데이터를 유지할 수 있다. 비휘발성 메모리(230)는 프로그램 동작을 통해 호스트(210)로부터 제공된 데이터를 저장할 수 있고, 리드 동작을 통해 저장된 데이터를 출력할 수 있다.

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(220)는 다른 다양한 종류의 비휘발성 메모리들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 스토리지 장치(220)에는 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.

스토리지 컨트롤러(221)는 호스트(210)로부터의 요청에 응답하여 비휘발성 메모리(230)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 스토리지 컨트롤러(221)는 비휘발성 메모리(230)로부터 리드된 데이터를 호스트(210)로 제공하고, 호스트(210)로부터 제공된 데이터를 비휘발성 메모리(230)에 저장할 수 있다. 이러한 동작을 위해, 스토리지 컨트롤러(221)는 비휘발성 메모리(230)의 리드(read), 프로그램(program), 이레이즈(erase) 등의 동작을 지원할 수 있다.

스토리지 컨트롤러(221)는 호스트 인터페이스(222), 메모리 인터페이스(223) 및 CPU(central processing unit)(224)를 포함할 수 있다. 또한, 스토리지 컨트롤러(221)는 동작 메모리(225), 패킷 매니저(226), 버퍼 메모리(227), ECC(error correction code)(228) 엔진 및 AES(advanced encryption standard) 엔진(229)을 더 포함할 수 있다. 동작 메모리(225)에는 FTL(도시하지 않음)이 로드될 수 있으며, CPU(224)가 FTL을 실행하는 것에 의해 비휘발성 메모리(230)에 대한 데이터 저장 및 독출 동작이 제어될 수 있다.

호스트 인터페이스(222)는 호스트(210)와 패킷(packet)을 송수신할 수 있다. 호스트(210)로부터 호스트 인터페이스(222)로 전송되는 패킷은 커맨드(command) 혹은 비휘발성 메모리(230)에 저장될 데이터 등을 포함할 수 있으며, 호스트 인터페이스(222)로부터 호스트(210)로 전송되는 패킷은 커맨드에 대한 응답(response) 혹은 비휘발성 메모리(230)로부터 독출된 데이터 등을 포함할 수 있다.

메모리 인터페이스(223)는 비휘발성 메모리(230)에 저장될 데이터를 비휘발성 메모리(230)로 송신하거나, 비휘발성 메모리(230)로부터 독출된 데이터를 수신할 수 있다. 이러한 메모리 인터페이스(223)는 토글(Toggle) 혹은 온파이(Open NAND Flash Interface; ONFI)와 같은 표준 규약을 준수하도록 구현될 수 있다.

FTL은 주소 매핑(address mapping), 웨어-레벨링(wear-leveling), 가비지 콜렉션(garbage collection)과 같은 여러 기능을 수행할 수 있다. 주소 매핑 동작은 호스트(210)로부터 수신한 논리 주소(logical address)를, 비휘발성 메모리(230) 내에 데이터를 실제로 저장하는 데 사용되는 물리 주소(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.

패킷 매니저(227)는 호스트(210)와 협의된 인터페이스의 프로토콜에 따른 패킷(Packet)을 생성하거나, 호스트(210)로부터 수신된 패킷(Packet)으로부터 각종 정보를 파싱할 수 있다. 또한, 버퍼 메모리(227)는 비휘발성 메모리(230)에 저장될 데이터 혹은 비휘발성 메모리(230)로부터 독출될 데이터를 임시로 저장할 수 있다. 버퍼 메모리(227)는 스토리지 컨트롤러(221) 내에 구비되는 구성일 수 있으나, 스토리지 컨트롤러(221)의 외부에 배치되어도 무방하다.

ECC 엔진(228)은 비휘발성 메모리(230)로부터 독출되는 독출 데이터에 대한 오류 검출 및 정정 기능을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, ECC 엔진(228)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(228)은 독출 데이터와 함께 비휘발성 메모리(230)로부터 독출되는 패리티 비트들을 이용하여 독출 데이터의 에러를 정정하고, 에러가 정정된 독출 데이터를 출력할 수 있다.

AES 엔진(229)은, 스토리지 컨트롤러(221)로 입력되는 데이터에 대한 암호화(encryption) 동작과 복호화(decryption) 동작 중 적어도 하나를, 대칭 키 알고리즘(symmetric-key algorithm)를 이용하여 수행할 수 있다.

도 14는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 메모리 시스템을 나타내는 블록도이다. 도 14를 참조하면, 메모리 시스템(220)은 메모리 장치(230) 및 메모리 컨트롤러(221)를 포함할 수 있다. 메모리 시스템(220)은 복수의 채널들(CH1~CHm)을 지원할 수 있고, 메모리 장치(230)와 메모리 컨트롤러(221)는 복수의 채널들(CH1~CHm)을 통해 연결될 수 있다. 예를 들어, 메모리 시스템(220)은 SSD(Solid State Drive)와 같은 스토리지 장치로 구현될 수 있다.

메모리 장치(230)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(221)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 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

메모리 컨트롤러(221)는 복수의 채널들(CH1~CHm)을 통해 메모리 장치(230)와 신호들을 송수신할 수 있다. 예를 들어, 메모리 컨트롤러(221)는 채널들(CH1~CHm)을 통해 메모리 장치(230)로 커맨드들(CMDa~CMDm), 주소들(ADDRa~ADDRm), 및 데이터(DATAa~DATAm)를 메모리 장치(230)로 전송하거나, 메모리 장치(230)로부터 데이터(DATAa~DATAm)를 수신할 수 있다.

메모리 컨트롤러(221)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(221)는 제1 채널(CH1)에 연결된 비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVM1n) 중 비휘발성 메모리 장치(NVM11)를 선택할 수 있다. 메모리 컨트롤러(221)는 선택된 비휘발성 메모리 장치(NVM11)로 제1 채널(CH1)을 통해 커맨드(CMDa), 주소(ADDRa), 및 데이터(DATAa)를 전송하거나, 선택된 비휘발성 메모리 장치(NVM11)로부터 데이터(DATAa)를 수신할 수 있다.

메모리 컨트롤러(221)는 서로 다른 채널들을 통해 메모리 장치(230)와 신호들을 병렬적으로 송수신할 수 있다. 예를 들어, 메모리 컨트롤러(221)는 제1 채널(CH1)을 통해 메모리 장치(230)로 커맨드(CMDa)를 전송하는 동안 제2 채널(CH2)을 통해 메모리 장치(230)로 커맨드(CMDb)를 전송할 수 있다. 예를 들어, 메모리 컨트롤러(221)는 제1 채널(CH1)을 통해 메모리 장치(230)로부터 데이터(DATAa)를 수신하는 동안 제2 채널(CH2)을 통해 메모리 장치(230)로부터 데이터(DATAb)를 수신할 수 있다.

메모리 컨트롤러(221)는 메모리 장치(230)의 병렬 동작을 제어하기 위해 커맨드(CMDa), 커맨드(CMDb)와 같은 복수의 내부 커맨드들을 생성하여 비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVMmn)로 제공할 수 있다. 내부 커맨드들 각각은, 상기 내부 커맨드가 수행될 비휘발성 메모리 장치의 주소 정보 등을 포함할 수 있다. 메모리 컨트롤러(221)는 내부 커맨드를 큐잉하기 위한 저장공간들을 포함하는 커맨드 풀을 포함할 수 있다. 커맨드 풀에 큐잉될 수 있는 커맨드의 개수는 제한될 수 있다.

메모리 컨트롤러(221)는 로그 데이터를 프로그램할 때 다수의 비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVMmn)에 병렬로 프로그램되도록 제어할 수 있다. 즉, 메모리 컨트롤러(221)는 로그 데이터를 프로그램하기 위해서 다수의 내부 커맨드들을 생성할 수 있으며, 커맨드 풀에서 다수의 저장공간들을 할당받아야 한다. 커맨드 풀에서 내부 커맨드들을 큐잉할 수 있는 저장공간의 개수는 제한되어 있으므로, 메모리 컨트롤러(221)는 다수의 저장공간이 마련될 때까지 커맨드 풀을 지속적으로 폴링(polling)해야 할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 스토리지 컨트롤러(221)는 트림 동작을 수행할 때 논리 그룹이 무효인지 여부를 나타내는 상위 레벨 비트맵을 확인하고, 논리 그룹이 무효인 경우에는 트림 로그 저장을 생략할 수 있다. 트림 로그의 생성량이 줄어들면 스토리지 컨트롤러(221)가 로그 데이터를 프로그램하는 주기가 길어질 수 있다. 따라서, 스토리지 컨트롤러(221)에서 로그 데이터를 프로그램하기 위해 커맨드 풀을 할당받기 위한 오버헤드(overhead)가 감소하고, 스토리지 컨트롤러(221)의 성능이 개선될 수 있다.

메모리 컨트롤러(221)는 메모리 장치(230)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 메모리 컨트롤러(221)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(221)는 제1 채널(CH1)로 커맨드(CMDa) 및 주소(ADDRa)를 전송하여 비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVM1n) 중 선택된 하나를 제어할 수 있다.

비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVMmn) 각각은 메모리 컨트롤러(221)의 제어에 따라 동작할 수 있다. 예를 들어, 비휘발성 메모리 장치(NVM11)는 제1 채널(CH1)로 제공되는 커맨드(CMDa), 주소(ADDRa)에 따라, 데이터(DATAa)를 프로그램할 수 있다. 예를 들어, 비휘발성 메모리 장치(NVM21)는 제2 채널(CH2)로 제공되는 커맨드(CMDb) 및 주소(ADDRb)에 따라 데이터(DATAb)를 독출하고, 독출된 데이터(DATAb)를 메모리 컨트롤러(221)로 전송할 수 있다.

도 3에는 메모리 장치(230)가 m개의 채널을 통해 메모리 컨트롤러(221)와 통신하고, 메모리 장치(230)가 각각의 채널에 대응하여 n개의 비휘발성 메모리 장치를 포함하는 것으로 도시되나, 채널들의 개수와 하나의 채널에 연결된 비휘발성 메모리 장치의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.

도 15는 메모리 장치를 나타내는 예시적인 블록도이다. 도 15를 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 4에는 도시되지 않았으나, 메모리 장치(300)는 도 4에 도시된 메모리 인터페이스 회로(310)를 더 포함할 수 있고, 또한 컬럼 로직, 프리-디코더, 온도 센서, 커맨드 디코더, 주소 디코더 등을 더 포함할 수 있다.

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 주소(ADDR)에 응답하여 각종 제어 신호들을 출력할 수 있다. 예를 들어, 제어 로직 회로(320)는 전압 제어 신호(CTRL_vol), 로우 주소(X-ADDR), 및 컬럼 주소(Y-ADDR)를 출력할 수 있다.

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 버퍼부(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.

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.

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 주소(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.

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.

로우 디코더(360)는 로우 주소(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.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 UFS 장치에 적용될 수 있는 3D V-NAND 구조에 대해 설명하기 위한 도면이다. UFS 장치의 스토리지 모듈이 3D V-NAND 타입의 플래시 메모리로 구현될 경우, 스토리지 모듈을 구성하는 복수의 메모리 블록 각각은 도 16에 도시된 바와 같은 등가 회로로 표현될 수 있다.

도 16에 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.

도 16을 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 8에는 복수의 메모리 낸드 스트링들(NS11~NS33) 각각이 8개의 메모리 셀들(MC1, MC2, ..., MC8)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

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.

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 8에는 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.

도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 스토리지(storage) 장치가 적용된 시스템(3000)을 도시한 도면이다. 도 17의 시스템(3000)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 17의 시스템(3000)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.

도 17을 참조하면, 시스템(3000)은 메인 프로세서(main processor)(3100), 메모리(3200a, 3200b) 및 스토리지 장치(3300a, 3300b)를 포함할 수 있으며, 추가로 촬영 장치(image capturing device)(3410), 사용자 입력 장치(user input device)(3420), 센서(3430), 통신 장치(3440), 디스플레이(3450), 스피커(3460), 전력 공급 장치(power supplying device)(3470) 및 연결 인터페이스(connecting interface)(3480) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

메인 프로세서(3100)는 시스템(3000)의 전반적인 동작, 보다 구체적으로는 시스템(3000)을 이루는 다른 구성 요소들의 동작을 제어할 수 있다. 이와 같은 메인 프로세서(3100)는 범용 프로세서, 전용 프로세서 또는 애플리케이션 프로세서(application processor) 등으로 구현될 수 있다.

메인 프로세서(3100)는 하나 이상의 CPU 코어(3110)를 포함할 수 있으며, 메모리(3200a, 3200b) 및/또는 스토리지 장치(3300a, 3300b)를 제어하기 위한 컨트롤러(3120)를 더 포함할 수 있다. 실시 예에 따라서는, 메인 프로세서(3100)는 AI(artificial intelligence) 데이터 연산 등 고속 데이터 연산을 위한 전용 회로인 가속기(accelerator)(3130)를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 가속기(3130)는 GPU(Graphics Processing Unit), NPU(Neural Processing Unit) 및/또는 DPU(Data Processing Unit) 등을 포함할 수 있으며, 메인 프로세서(3100)의 다른 구성 요소와는 물리적으로 독립된 별개의 칩(chip)으로 구현될 수도 있다.

메모리(3200a, 3200b)는 시스템(3000)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(3200a, 3200b)는 메인 프로세서(3100)와 동일한 패키지 내에 구현되는 것도 가능하다.

스토리지 장치(3300a, 3300b)는 전원 공급 여부와 관계 없이 데이터를 저장하는 비휘발성 저장 장치로서 기능할 수 있으며, 메모리(3200a, 3200b)에 비해 상대적으로 큰 저장 용량을 가질 수 있다. 스토리지 장치(3300a, 3300b)는 스토리지 컨트롤러(3310a, 3310b)와, 스토리지 컨트롤러(3310a, 3310b)의 제어 하에 데이터를 저장하는 비휘발성 메모리(non-volatile memory, NVM)(3320a, 3320b)를 포함할 수 있다. 비휘발성 메모리(3320a, 3320b)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.

스토리지 장치(3300a, 3300b)는 메인 프로세서(3100)와는 물리적으로 분리된 상태로 시스템(3000)에 포함될 수도 있고, 메인 프로세서(3100)와 동일한 패키지 내에 구현될 수도 있다. 또한, 스토리지 장치(3300a, 3300b)는 SSD(solid state device) 혹은 메모리 카드(memory card)와 같은 형태를 가짐으로써, 후술할 연결 인터페이스(3480)와 같은 인터페이스를 통해 시스템(3000)의 다른 구성 요소들과 탈부착 가능하도록 결합될 수도 있다. 이와 같은 스토리지 장치(3300a, 3300b)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.

본 발명의 실시 예에 따르면, 스토리지 장치(3300a, 3300b)는 메인 프로세서(3100)의 요청에 따른 트림 동작을 지원할 수 있다. 스토리지 장치(3300a, 3300b)는 메인 프로세서(3100)에서 사용되는 논리 주소 공간을 계층화하고, 논리 주소 공간의 무효 여부를 하위 레벨 비트맵과 상위 레벨 비트맵을 사용하여 관리할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 스토리지 장치(3300a, 3300b)는 타겟 논리 섹터들에 대한 트림 동작 수행 시 상기 타겟 논리 섹터들이 포함된 상위 레벨 비트맵을 참조하여 상기 타겟 논리 섹터들이 이미 무효인 것으로 판단되면, 트림 로그 저장을 생략할 수 있다. 스토리지 장치(3300a, 3300b)에 보존되어야 하는 로그 데이터의 양이 감소할 수 있다. 따라서, 스토리지 장치(3300a, 3300b)의 트림 레이턴시가 단축되고, 성능이 개선되며, 내부 비휘발성 메모리 장치의 수명이 개선될 수 있다.

촬영 장치(3410)는 정지 영상 또는 동영상을 촬영할 수 있으며, 카메라(camera), 캠코더(camcorder) 및/또는 웹캠(webcam) 등일 수 있다.

사용자 입력 장치(3420)는 시스템(3000)의 사용자로부터 입력된 다양한 유형의 데이터를 수신할 수 있으며, 터치 패드(touch pad), 키패드(keyboard), 키보드(keyboard), 마우스(mouse) 및/또는 마이크(microphone) 등일 수 있다.

센서(3430)는 시스템(3000)의 외부로부터 획득될 수 있는 다양한 유형의 물리량을 감지하고, 감지된 물리량을 전기 신호로 변환할 수 있다. 이와 같은 센서(3430)는 온도 센서, 압력 센서, 조도 센서, 위치 센서, 가속도 센서, 바이오 센서(biosensor) 및/또는 자이로스코프(gyroscope) 센서 등일 수 있다.

통신 장치(3440)는 다양한 통신 규약에 따라 시스템(3000) 외부의 다른 장치들과의 사이에서 신호의 송신 및 수신을 수행할 수 있다. 이와 같은 통신 장치(3440)는 안테나, 트랜시버(transceiver) 및/또는 모뎀(MODEM) 등을 포함하여 구현될 수 있다.

디스플레이(3450) 및 스피커(3460)는 시스템(3000)의 사용자에게 각각 시각적 정보와 청각적 정보를 출력하는 출력 장치로 기능할 수 있다.

전력 공급 장치(3470)는 시스템(3000)에 내장된 배터리(도시하지 않음) 및/또는 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 적절히 변환하여 시스템(3000)의 각 구성 요소들에게 공급할 수 있다.

연결 인터페이스(3480)는 시스템(3000)과, 시스템(3000)에 연결되어 시스템(3000)과 데이터를 주고받을 수 있는 외부 장치 사이의 연결을 제공할 수 있다. 연결 인터페이스(3480)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.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

100, 200: 호스트-스토리지 시스템
110, 210: 호스트
120, 220: 스토리지 장치
121, 221, 1210: 스토리지 컨트롤러
122, 230, 1220: 메모리 장치

Claims (10)

1. 호스트에서 사용되는 논리 섹터들의 무효 여부를 나타내는 하위 레벨 비트맵과, 각각이 연속하는 논리 섹터들을 포함하는 논리 그룹들의 무효 여부를 나타내는 상위 레벨 비트맵을 저장하는 메모리 장치; 및
   상기 메모리 장치를 제어하고, 로그 버퍼를 포함하는 컨트롤러를 포함하고,
   상기 컨트롤러는
   상기 호스트로부터 하나 이상의 타겟 논리 섹터들에 대한 트림 커맨드를 수신하고, 상기 메모리 장치로부터 로드된 상위 레벨 비트맵을 참조하여 상기 타겟 논리 섹터들을 포함하는 하나 이상의 타겟 논리 그룹이 무효인지 여부를 판단하고,
   무효가 아닌 타겟 논리 그룹에 포함된 타겟 논리 섹터들의 주소 정보를 포함하는 트림 로그를 상기 로그 버퍼에 저장하고, 무효인 타겟 논리 그룹에 포함된 타겟 논리 섹터들에 대한 트림 로그는 저장하지 않으며,
   상기 타겟 논리 섹터들을 무효화하고, 상기 호스트로 상기 트림 커맨드에 대한 완료 응답을 제공하며,
   상기 로그 버퍼에 저장되는 트림 로그들을 상기 메모리 장치에 저장하는
   스토리지 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 컨트롤러는
   상기 논리 그룹들 중 하나의 논리 그룹에 포함된 구성 논리 섹터들이 전부 무효인 경우 상기 상위 레벨 비트맵에서 상기 하나의 논리 그룹에 대응하는 비트를 세팅(set)하고, 상기 구성 논리 섹터들 중 하나라도 유효인 경우 상기 비트를 클리어(clear)하는
   스토리지 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 논리 그룹들 중 하나의 논리 그룹에 포함된 구성 논리 섹터들이 전부 무효인 경우 상기 하나의 논리 그룹은 무효인
   스토리지 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 컨트롤러는
   상기 메모리 장치로부터 로드된 하위 레벨 비트맵에서 상기 타겟 논리 섹터들에 대응하는 비트들을 세팅함으로써, 상기 타겟 논리 섹터들을 무효화하는
   스토리지 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 컨트롤러는
   상기 타겟 논리 섹터들을 무효화한 결과 어떤 논리 그룹에 포함된 논리 섹터들이 모두 무효화된 경우, 상기 메모리 장치로부터 로드된 상위 레벨 비트맵에서 상기 논리 그룹에 대응하는 비트를 세팅하는
   스토리지 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 컨트롤러는
   상기 로그 버퍼가 데이터로 꽉 차면 상기 로그 버퍼에 저장된 데이터를 상기 메모리 장치에 저장함으로써, 상기 트림 로그들을 상기 메모리 장치에 저장하는
   스토리지 장치.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 컨트롤러는
   상기 스토리지 장치의 전원 공급이 중단되면 상기 로그 버퍼에 저장된 데이터를 상기 메모리 장치에 저장함으로써, 상기 트림 로그들을 상기 메모리 장치에 저장하는
   스토리지 장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 컨트롤러는
   상기 전원 공급 중단 이후 상기 스토리지 장치에 전원 공급이 재개되면, 상기 메모리 장치로부터 하위 레벨 비트맵, 상위 레벨 비트맵, 및 트림 로그들을 로드하고, 상기 트림 로그들에 포함된 상기 타겟 논리 섹터들의 주소 정보를 이용하여 상기 하위 레벨 비트맵을 최신 상태로 업데이트하고, 상기 하위 레벨 비트맵에 기초하여 상기 상위 레벨 비트맵을 최신 상태로 업데이트하는
   스토리지 장치.
   
9. 데이터를 저장하는 메모리 장치; 및
   상기 메모리 장치를 제어하고, 호스트에서 사용되는 논리 주소 공간을 상위 영역들과 하위 영역들로 계층화하고, 상위 영역에 포함되는 하위 영역들 전부가 무효인지 여부를 나타내는 상위 영역별 무효 정보를 저장하는 컨트롤러를 포함하고,
   상기 컨트롤러는
   상기 상위 영역별 무효 정보를 참조하여, 트림 동작을 수행하고자 하는 타겟 논리 주소 영역을 포함하는 상위 영역들 중 무효인 상위 영역을 결정하고,
   상기 타겟 논리 주소 영역 중 상기 무효인 상위 영역을 제외한 논리 주소 영역의 주소 정보를 포함하는 트림 로그를 상기 메모리 장치에 저장하고, 상기 타겟 논리 주소 영역을 무효화함으로써 상기 트림 동작을 수행하는
   스토리지 장치.
   
10. 호스트에서 사용되는 논리 섹터들의 무효 여부를 나타내는 하위 레벨 비트맵과, 각각이 연속하는 논리 섹터들을 포함하는 논리 그룹들의 무효 여부를 나타내는 상위 레벨 비트맵을 저장하는 메모리 장치; 및
    상기 메모리 장치를 제어하고, 로그 버퍼를 포함하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 컨트롤러는
    상기 호스트로부터 상기 메모리 장치의 사용자 영역 전체에 대한 완전삭제 커맨드를 수신하고, 상기 사용자 영역 전체에 대한 삭제 동작을 수행하며,
    상기 메모리 장치로부터 로드된 상위 레벨 비트맵을 스캔하여 무효가 아닌 하나 이상의 논리 그룹들을 찾고, 상기 하나 이상의 논리 그룹들에 대한 트림 로그들을 생성하며,
    상기 논리 섹터들 전부를 무효화하고, 상기 호스트로 상기 완전삭제 커맨드에 대한 완료 응답을 제공하며, 상기 생성된 트림 로그들을 상기 메모리 장치에 저장하는
    스토리지 장치.
    
    

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