KR20240082580A - 라이트 스루풋을 기초로 데이터가 라이트될 메모리 영역을 결정하는 스토리지 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

라이트 스루풋을 기초로 데이터가 라이트될 메모리 영역을 결정하는 스토리지 장치 및 그 동작 방법 Download PDF

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Abstract

스토리지 장치는 외부로부터 수신한 복수의 라이트 커맨드들을 기초로 라이트 스루풋을 결정하고, 라이트 스루풋이 임계 스루풋 이상인지 여부에 따라, 외부로부터 라이트 요청된 타깃 데이터를 제1 타입 메모리 블록들 중 하나 이상을 포함하는 제1 메모리 영역 또는 제2 타입 메모리 블록들 중 하나 이상을 포함하는 제2 메모리 영역에 라이트할 수 있다. 이때, 제1 타입 메모리 블록들은 제2 타입 메모리 블록들보다 고속으로 동작한다.

Description

라이트 스루풋을 기초로 데이터가 라이트될 메모리 영역을 결정하는 스토리지 장치 및 그 동작 방법{STORAGE DEVICE AND OPERATING METHOD THEREOF FOR DETERMINING MEMORY AREA TO WHICH DATA IS TO BE WRITTEN BASED ON WRITE THROUGHPUT}
본 발명의 실시예들은 라이트 스루풋을 기초로 데이터가 라이트될 메모리 영역을 결정하는 스토리지 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
스토리지 장치는 컴퓨터와, 스마트폰, 태블릿 등의 모바일 단말, 또는 각종 전자 기기와 같은 외부 장치의 요청을 기초로 데이터를 저장하는 장치이다.
스토리지 장치는 메모리(e.g. 휘발성 메모리/비휘발성 메모리)를 제어하기 위한 컨트롤러를 더 포함할 수 있으며, 이러한 컨트롤러는 외부 장치로부터 커맨드(Command)를 입력 받아, 입력 받은 커맨드에 기초하여 스토리지 장치에 포함된 메모리에 데이터를 리드(Read), 라이트(Write), 또는 소거(Erase) 하기 위한 동작들을 실행하거나 제어할 수 있다.
한편, 외부 장치는 스토리지 장치에 데이터를 보다 빠르게 라이트할 것을 요청할 수 있다. 이때, 스토리지 장치는 외부 장치가 라이트 요청한 데이터를 보다 빠르게 라이트하기 위해서, 메모리에 포함된 메모리 블록들 중에서 보다 고속으로 동작하는 메모리 블록에 데이터를 라이트할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 불필요한 가비지 컬렉션으로 인한 성능 저하 및 수명 감소를 방지할 수 있는 스토리지 장치 및 그 동작 방법을 제공할 수 있다.
일 측면에서, 본 발명의 실시예들은 i) 복수의 제1 타입 메모리 블록들 및 복수의 제2 타입 메모리 블록들을 포함하는 메모리 및 ii) 외부로부터 수신한 복수의 라이트 커맨드들을 기초로 라이트 스루풋을 결정하고, 라이트 스루풋이 설정된 임계 스루풋 이상일 때, 외부로부터 라이트 요청된 타깃 데이터를 제1 타입 메모리 블록들 중 하나 이상을 포함하는 제1 메모리 영역에 라이트하고, 라이트 스루풋이 임계 스루풋 미만일 때, 타깃 데이터를 제2 타입 메모리 블록들 중 하나 이상을 포함하는 제2 메모리 영역에 라이트하는 컨트롤러를 포함하는 스토리지 장치를 제공할 수 있다. 이때, 제1 타입 메모리 블록들은 제2 타입 메모리 블록들보다 고속으로 동작한다.
다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은 i) 외부로부터 수신한 복수의 라이트 커맨드들을 기초로 라이트 스루풋을 결정하는 단계, ii) 라이트 스루풋이 설정된 임계 스루풋 이상인지 여부를 판단하는 단계 및 iii) 라이트 스루풋이 임계 스루풋 이상인지 여부에 따라, 외부로부터 라이트 요청된 타깃 데이터를, 복수의 제1 타입 메모리 블록들 중 하나 이상을 포함하는 제1 메모리 영역 또는 복수의 제2 타입 메모리 블록들 중 하나 이상을 포함하는 제2 메모리 영역에 라이트하는 단계를 포함하는 스토리지 장치의 동작 방법을 제공할 수 있다. 이때, 제1 타입 메모리 블록들은 제2 타입 메모리 블록들보다 고속으로 동작한다.
또 다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은 i) 복수의 SLC 메모리 블록들 및 복수의 TLC 메모리 블록들을 포함하는 메모리와 통신 가능한 메모리 인터페이스 및 ii) 호스트로부터 수신한 복수의 라이트 커맨드들 중 전체 또는 일부를 기초로 라이트 스루풋을 결정하고, 라이트 스루풋이 설정된 임계 스루풋 이상일 때 호스트로부터 라이트 요청된 데이터를 SLC 메모리 블록들 중 하나 이상에 라이트하고, 라이트 스루풋이 임계 스루풋 미만일 때 상기 호스트로부터 라이트 요청된 데이터를 TLC 메모리 블록들 중 하나 이상에 라이트하는 제어 회로를 포함하는 컨트롤러를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 불필요한 가비지 컬렉션으로 인한 성능 저하 및 수명 감소를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 스토리지 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 메모리를 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 스토리지 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 스토리지 장치의 동작의 일 예를 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 스토리지 장치가 라이트 스루풋을 결정하는 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에서 설명한 타깃 라이트 커맨드들이 라이트 요청하는 데이터 크기의 총합의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 스토리지 장치가 타깃 라이트 커맨드들 중 제1 타깃 라이트 커맨드의 라이트 성능 값을 결정하는 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 스토리지 장치가 평균 라이트 성능 값을 기초로 라이트 스루풋을 결정하는 동작의 일 예를 나타낸 순서도이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 스토리지 장치가 평균 라이트 성능 값을 결정하는 동작의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 스토리지 장치가 라이트 스루풋을 결정하는 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 스토리지 장치의 동작 방법을 나타낸 도면이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 스토리지 장치(100)의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 스토리지 장치(100)는 데이터를 저장하는 메모리(110)와, 메모리(110)를 제어하는 컨트롤러(120) 등을 포함할 수 있다.
메모리(110)는 다수의 메모리 블록(Memory Block)을 포함하며, 컨트롤러(120)의 제어에 응답하여 동작한다. 여기서, 메모리(110)의 동작은 일 예로, 리드 동작(Read Operation), 프로그램 동작(Program Operation; "Write Operation" 이라고도 함) 및 소거 동작(Erasure Operation) 등을 포함할 수 있다.
메모리(110)는 데이터를 저장하는 복수의 메모리 셀(Memory Cell; 간단히 줄여서 "셀" 이라고도 함)을 포함하는 메모리 셀 어레이(Memory Cell Array)를 포함할 수 있다. 이러한 메모리 셀 어레이는 메모리 블록 내에 존재할 수 있다.
예를 들어, 메모리(110)는 낸드 플래시 메모리(NAND Flash Memory), 3차원 낸드 플래시 메모리(3D NAND Flash Memory), 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), 또는 스핀주입 자화반전 메모리(Spin Transfer Torque Random Access Memory: STT-RAM) 등으로 다양한 타입으로 구현될 수 있다.
한편, 메모리(110)는 3차원 어레이 구조(three-Dimensional Array structure)로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 전하 저장층이 전도성 부유 게이트(Floating Gate)로 구성된 플래시 메모리는 물론, 전하 저장층이 절연막으로 구성된 차지 트랩형 플래시(Charge Trap Flash; CTF)에도 적용될 수 있다.
메모리(110)는 컨트롤러(120)로부터 커맨드 및 어드레스 등을 수신하고, 메모리 셀 어레이 중 어드레스에 의해 선택된 영역을 액세스할 수 있다. 즉, 메모리(110)는 어드레스에 의해 선택된 영역에 대해 커맨드가 지시하는 동작을 수행할 수 있다.
예를 들면, 메모리(110)는 프로그램 동작, 리드 동작 및 소거 동작 등을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 프로그램 동작을 수행할 때, 메모리(110)는 어드레스에 의해 선택된 영역에 데이터를 프로그램 할 수 있다. 리드 동작을 수행할 때, 메모리(110)는 어드레스에 의해 선택된 영역으로부터 데이터를 읽을 수 있다. 소거 동작 시, 메모리(110)는 어드레스에 의해 선택된 영역에 저장된 데이터를 소거할 수 있다.
컨트롤러(120)는 메모리(110)에 대한 쓰기(프로그램), 읽기, 소거 및 백그라운드(background) 동작을 제어할 수 있다. 여기서, 백그라운드 동작은 일 예로 가비지 컬렉션(GC, Garbage Collection), 웨어 레벨링(WL, Wear Leveling), 리드 리클레임(RR, Read Reclaim) 또는 배드 블록 관리(BBM, Bad Block Management) 동작 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
컨트롤러(120)는 스토리지 장치(100)의 외부에 위치하는 장치(e.g. 호스트(HOST))의 요청에 따라 메모리(110)의 동작을 제어할 수 있다. 반면, 컨트롤러(120)는 호스트(HOST)의 요청과 무관하게 메모리(110)의 동작을 제어할 수도 있다.
호스트(HOST)는 컴퓨터, UMPC(Ultra Mobile PC), 워크스테이션, PDA(Personal Digital Assistants), 타블렛(tablet), 모바일 폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), e-북(e-book), PMP(portable multimedia player), 휴대용 게임기, 네비게이션(navigation) 장치, 블랙박스(black box), 디지털 카메라(digital camera), DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 재생기, 스마트 텔레비전(smart television), 디지털 음성 녹음기(digital audio recorder), 디지털 음성 재생기(digital audio player), 디지털 영상 녹화기(digital picture recorder), 디지털 영상 재생기(digital picture player), 디지털 동영상 녹화기(digital video recorder), 디지털 동영상 재생기(digital video player), 데이터 센터를 구성하는 스토리지, 홈 네트워크를 구성하는 다양한 전자 장치들 중 하나, 컴퓨터 네트워크를 구성하는 다양한 전자 장치들 중 하나, 텔레매틱스 네트워크를 구성하는 다양한 전자 장치들 중 하나, RFID(radio frequency identification) 장치, 인간의 제어에 따라 주행하거나 또는 자율 주행이 가능한 이동 장치(e.g. 차량, 로봇, 드론) 등일 수 있다.
호스트(HOST)는 적어도 하나의 운영 시스템(OS, operating system)을 포함할 수 있다. 운영 시스템은 호스트(HOST)의 기능 및 동작을 전반적으로 관리 및 제어할 수 있고, 호스트(HOST)와 스토리지 장치(100) 간의 상호 동작을 제공할 수 있다. 운영 시스템은 호스트(HOST)의 이동성(mobility)에 따라 일반 운영 시스템과 모바일 운영 시스템으로 구분할 수 있다.
한편, 컨트롤러(120)와 호스트(HOST)는 서로 분리된 장치일 수도 있다. 경우에 따라서, 컨트롤러(120)와 호스트(HOST)는 하나의 장치로 통합되어 구현될 수도 있다. 아래에서는, 설명의 편의를 위하여, 컨트롤러(120)와 호스트(HOST)가 서로 분리된 장치인 것을 예로 들어 설명한다.
도 1을 참조하면, 컨트롤러(120)는 메모리 인터페이스(122) 및 제어 회로(123) 등을 포함할 수 있으며, 호스트 인터페이스(121) 등을 더 포함할 수 있다.
호스트 인터페이스(121)는 호스트(HOST)와의 통신을 위한 인터페이스를 제공한다. 예시적으로 호스트 인터페이스(121)는 USB (Universal Serial Bus) 프로토콜, MMC (multimedia card) 프로토콜, PCI (peripheral component interconnection) 프로토콜, PCI-E (PCI-express) 프로토콜, ATA (Advanced Technology Attachment) 프로토콜, Serial-ATA 프로토콜, Parallel-ATA 프로토콜, SCSI (small computer small interface) 프로토콜, ESDI (enhanced small disk interface) 프로토콜, SMBus(System Management Bus) 프로토콜, I2C(Inter-Integrated Circuit) 프로토콜, I3C(Improved Inter-Integrated Circuit) 프로토콜, 그리고 IDE (Integrated Drive Electronics) 프로토콜, 사유(private) 프로토콜 등과 같은 다양한 인터페이스 프로토콜들 중 적어도 하나를 사용하는 인터페이스를 제공한다.
제어 회로(123)는 호스트(HOST)로부터 커맨드를 수신할 때, 호스트 인터페이스(121)를 통해서 커맨드를 수신하여, 수신된 커맨드를 처리하는 동작을 수행할 수 있다.
메모리 인터페이스(122)는, 메모리(110)와 연결되어 메모리(110)와의 통신을 위한 인터페이스를 제공할 수 있다. 즉, 메모리 인터페이스(122)는 제어 회로(123)의 제어에 응답하여 메모리(110)와 컨트롤러(120) 사이의 인터페이스를 제공하도록 구성될 수 있다.
제어 회로(123)는 컨트롤러(120)의 전반적인 제어 동작을 수행하여 메모리(110)의 동작을 제어한다. 이를 위해, 일 예로, 제어 회로(123)는 프로세서(124), 워킹 메모리(125) 등 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 에러 검출 및 정정 회로(ECC Circuit, 126) 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
프로세서(124)는 컨트롤러(120)의 제반 동작을 제어하고, 논리 연산을 수행할 수 있다. 프로세서(124)는 호스트 인터페이스(121)를 통해 호스트(HOST)와 통신하고, 메모리 인터페이스(122)를 통해 메모리(110)와 통신할 수 있다.
프로세서(124)는 플래시 변환 계층(FTL: Flash Translation Layer)의 기능을 수행할 수 있다. 프로세서(124)는 플래시 변환 계층(FTL)을 통해 호스트가 제공한 논리 블록 어드레스(LBA, logical block address)를 물리 블록 어드레스(PBA, physical block address)로 변환할 수 있다. 플래시 변환 계층(FTL)은 매핑 테이블을 이용하여 논리 블록 어드레스(LBA)를 입력 받아, 물리 블록 어드레스(PBA)로 변환시킬 수 있다.
플래시 변환 계층의 주소 맵핑 방법에는 맵핑 단위에 따라 여러 가지가 있다. 대표적인 어드레스 맵핑 방법에는 페이지 맵핑 방법(Page mapping method), 블록 맵핑 방법(Block mapping method), 그리고 혼합 맵핑 방법(Hybrid mapping method)이 있다.
프로세서(124)는 호스트(HOST)로부터 수신된 데이터를 랜더마이즈할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(124)는 설정된 랜더마이징 시드(seed)를 이용하여 호스트(HOST)로부터 수신된 데이터를 랜더마이즈할 수 있다. 랜더마이즈된 데이터는 메모리(110)에 제공되고, 메모리(110)의 메모리 셀 어레이에 프로그램될 수 있다.
프로세서(124)는 리드 동작 시 메모리(110)로부터 수신된 데이터를 디랜더마이즈할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(124)는 디랜더마이징 시드를 이용하여 메모리(110)로부터 수신된 데이터를 디랜더마이즈할 수 있다. 디랜더마이즈된 데이터는 호스트(HOST)로 출력될 수 있다.
프로세서(124)는 펌웨어(FirmWare)를 실행하여 컨트롤러(120)의 동작을 제어할 수 있다. 다시 말해, 프로세서(124)는, 컨트롤러(120)의 제반 동작을 제어하고, 논리 연산을 수행하기 위하여, 부팅 시 워킹 메모리(125)에 로딩 된 펌웨어를 실행(구동)할 수 있다. 이하, 본 발명의 실시예들에서 설명하는 스토리지 장치(100)의 동작은 프로세서(124)가 해당 동작이 정의된 펌웨어를 실행하는 방식으로 구현될 수 있다.
펌웨어는 스토리지 장치(100)를 구동하기 위해서 스토리지 장치(100) 내에서 실행되는 프로그램으로서, 다양한 기능적 계층들을 포함할 수 있다. 일 예로, 펌웨어는 전술한 기능적 계층들 각각을 실행하기 위한 코드가 정의된 바이너리 데이터를 포함할 수 있다.
예를 들어, 펌웨어는, 호스트(HOST)에서 스토리지 장치(100)에 요구하는 논리 주소(Logical Address)와 메모리(110)의 물리 주소(Physical Address) 간의 변환 기능을 하는 플래시 변환 계층(FTL: Flash Translation Layer)와, 호스트(HOST)에서 저장 장치인 스토리지 장치(100)에 요구하는 커맨드를 해석하여 플래시 변환 계층(FTL)에 전달하는 역할을 하는 호스트 인터페이스 계층(HIL: Host Interface Layer)와, 플래시 변환 계층(FTL)에서 지시하는 커맨드를 메모리(110)로 전달하는 플래시 인터페이스 계층(FIL: Flash Interface Layer) 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이러한 펌웨어는, 일 예로, 메모리(110) 또는 메모리(110) 외부에 위치하는 별도의 비휘발성 메모리(e.g. ROM, NOR Flash)에서 워킹 메모리(125)로 로드될 수 있다. 프로세서(124)는 파워 온 이후 부팅 동작을 실행할 때, 먼저 펌웨어의 전체 또는 일부를 워킹 메모리(125)에 로드할 수 있다.
프로세서(124)는 컨트롤러(120)의 제반 동작을 제어하기 위해 워킹 메모리(125)에 로딩된 펌웨어에 정의된 논리 연산을 수행할 수 있다. 프로세서(124)는 펌웨어에 정의된 논리 연산을 수행한 결과를 워킹 메모리(125)에 저장할 수 있다. 프로세서(124)는 펌웨어에 정의된 논리 연산을 수행한 결과에 따라서, 컨트롤러(120)가 커맨드 또는 신호를 생성하도록 제어할 수 있다. 프로세서(124)는 수행되어야 할 논리 연산이 정의된 펌웨어의 부분이 메모리(110)에는 저장되어 있으나 워킹 메모리(125)에 로드되어 있지 않은 경우에, 펌웨어의 해당 부분을 메모리(110)로부터 워킹 메모리(125)에 로드하기 위한 이벤트(e.g. 인터럽트)를 발생시킬 수 있다.
한편, 프로세서(124)는 펌웨어를 구동하는데 필요한 메타 데이터를 메모리(110)에서 로드할 수 있다. 메타 데이터는 메모리(110)를 관리하기 위한 데이터로서, 메모리(110)에 저장되는 유저 데이터에 대한 관리 정보를 포함할 수 있다.
한편, 펌웨어는 스토리지 장치(100)가 생산되는 중 또는 스토리지 장치(100)가 실행되는 중에 업데이트될 수 있다. 컨트롤러(120)는 스토리지 장치(100)의 외부로부터 새로운 펌웨어를 다운로드하고, 기존 펌웨어를 새로운 펌웨어로 업데이트할 수 있다.
워킹 메모리(125)는 컨트롤러(120)를 구동하기 위해 필요한 펌웨어, 프로그램 코드, 커맨드 또는 데이터들을 저장할 수 있다. 이러한 워킹 메모리(125)는, 일 예로, 휘발성 메모리로서, SRAM (Static RAM), DRAM (Dynamic RAM) 및 SDRAM(Synchronous DRAM) 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
에러 검출 및 정정 회로(126)는 에러 정정 코드(Error Correction Code)를 이용하여 타겟 데이터의 에러 비트를 검출하고, 검출된 에러 비트를 정정할 수 있다. 여기서, 타겟 데이터는, 일 예로, 워킹 메모리(125)에 저장된 데이터이거나, 메모리(110)로부터 리드한 데이터 등일 수 있다.
에러 검출 및 정정 회로(126)는 에러 정정 코드로 데이터를 디코딩하도록 구현될 수 있다. 에러 검출 및 정정 회로(126)는 다양한 코드 디코더로 구현될 수 있다. 예를 들어, 비체계적 코드 디코딩을 수행하는 디코더 또는 체계적 코드 디코딩을 수행하는 디코더가 이용될 수 있다.
예를 들면, 에러 검출 및 정정 회로(126)는 리드 데이터들 각각에 대해 설정된 섹터(Sector) 단위로 에러 비트를 검출할 수 있다. 즉, 각각의 리드 데이터는 복수의 섹터(Sector)로 구성될 수 있다. 섹터(Sector)는 플래시 메모리의 읽기 단위인 페이지(Page)보다 더 작은 데이터 단위를 의미할 수 있다. 각각의 리드 데이터를 구성하는 섹터들은 어드레스를 매개로 서로 대응될 수 있다.
에러 검출 및 정정 회로(126)는 비트 에러율(Bit Error Rate, BER)을 산출하고, 섹터 단위로 정정 가능 여부를 판단할 수 있다. 에러 검출 및 정정 회로(126)는 예를 들어, 비트 에러율(BER)이 설정된 기준값(reference value)보다 높은 경우 해당 섹터를 정정 불가능(Uncorrectable or Fail)으로 판단할 수 있다. 반면에, 비트 에러율(BER)이 기준값보다 낮은 경우 해당 섹터를 정정 가능(Correctable or Pass)으로 판단할 수 있다.
에러 검출 및 정정 회로(126)는 모든 리드 데이터들에 대해 순차적으로 에러 검출 및 정정 동작을 수행할 수 있다. 에러 검출 및 정정 회로(126)는 리드 데이터에 포함된 섹터가 정정 가능한 경우 다음 리드 데이터에 대해서는 해당 섹터에 대한 에러 검출 및 정정 동작을 생략할 수 있다. 이렇게 모든 리드 데이터들에 대한 에러 검출 및 정정 동작이 종료되면, 에러 검출 및 정정 회로(126)는 마지막까지 정정 불가능으로 판단된 섹터를 검출할 수 있다. 정정 불가능한 것으로 판단된 섹터는 하나 또는 그 이상일 수 있다. 에러 검출 및 정정 회로(126)는 정정 불가능으로 판단된 섹터에 대한 정보(ex. 어드레스 정보)를 프로세서(124)로 전달할 수 있다.
버스(127)는 컨트롤러(120)의 구성 요소들(121, 122, 124, 125, 126) 사이의 채널(Channel)을 제공하도록 구성될 수 있다. 이러한 버스(127)는, 일 예로, 각종 제어 신호, 커맨드 등을 전달하기 위한 제어 버스와, 각종 데이터를 전달하기 위한 데이터 버스 등을 포함할 수 있다.
한편, 컨트롤러(120)의 전술한 구성 요소들(121, 122, 124, 125, 126) 중 일부의 구성 요소는 삭제되거나, 컨트롤러(120)의 전술한 구성 요소들 (121, 122, 124, 125, 126) 중 몇몇 구성 요소들이 하나로 통합될 수 있다. 경우에 따라, 컨트롤러(120)의 전술한 구성 요소들 이외에 하나 이상의 다른 구성 요소가 추가될 수도 있다.
아래에서는, 도 2를 참조하여 메모리(110)에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 도 1의 메모리(110)를 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 메모리(110)는, 메모리 셀 어레이(Memory Cell Array, 210), 어드레스 디코더(Address Decoder, 220), 읽기 및 쓰기 회로(Read and Write Circuit, 230), 제어 로직(Control Logic, 240) 및 전압 생성 회로(Voltage Generation Circuit, 250) 등을 포함할 수 있다.
메모리 셀 어레이(210)는 다수의 메모리 블록(BLK1~BLKz, z는 2 이상의 자연수)을 포함할 수 있다.
다수의 메모리 블록(BLK1~BLKz)에는, 다수의 워드 라인(WL)과 다수의 비트 라인(BL)이 배치되며, 다수의 메모리 셀(MC)이 배열될 수 있다.
다수의 메모리 블록(BLK1~BLKz)은 다수의 워드 라인(WL)을 통해 어드레스 디코더(220)와 연결될 수 있다. 다수의 메모리 블록(BLK1~BLKz)은 다수의 비트 라인(BL)을 통해 읽기 및 쓰기 회로(230)와 연결될 수 있다.
다수의 메모리 블록(BLK1~BLKz) 각각은 다수의 메모리 셀을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다수의 메모리 셀은 비휘발성 메모리 셀들이며, 수직 채널 구조를 갖는 비휘발성 메모리 셀들로 구성될 수 있다.
메모리 셀 어레이(210)는 2차원 구조의 메모리 셀 어레이로 구성될 수 있으며, 경우에 따라서는, 3차원 구조의 메모리 셀 어레이로 구성될 수도 있다.
한편, 메모리 셀 어레이(210)에 포함되는 복수의 메모리 셀 각각은 적어도 1비트의 데이터를 저장할 수 있다. 일 예로, 메모리 셀 어레이(210)에 포함되는 복수의 메모리 셀 각각은 1비트의 데이터를 저장하는 싱글-레벨 셀(SLC: Single-Level Cell)일 수 있다. 다른 예로, 메모리 셀 어레이(210)에 포함되는 복수의 메모리 셀 각각은 2비트의 데이터를 저장하는 멀티-레벨 셀(MLC: Multi-Level Cell)일 수 있다. 또 다른 예로, 메모리 셀 어레이(210)에 포함되는 복수의 메모리 셀 각각은 3비트의 데이터를 저장하는 트리플-레벨 셀(TLC: Triple-Level Cell)일 수 있다. 또 다른 예로, 메모리 셀 어레이(210)에 포함되는 복수의 메모리 셀 각각은 4비트의 데이터를 저장하는 쿼드-레벨 셀(QLC: Quad-Level Cell)일 수 있다. 또 다른 예로, 메모리 셀 어레이(210)는 5비트 이상의 데이터를 각각 저장하는 복수의 메모리 셀을 포함할 수도 있다.
이때, 복수의 메모리 셀 각각에 저장되는 데이터의 비트 수는 동적으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 1비트의 데이터를 저장하는 싱글-레벨 셀이 3비트의 데이터를 저장하는 트리플-레벨 셀로 변경될 수 있다.
도 2를 참조하면, 어드레스 디코더(220), 읽기 및 쓰기 회로(230), 제어 로직(240) 및 전압 생성 회로(250) 등은 메모리 셀 어레이(210)를 구동하는 주변 회로로서 동작할 수 있다.
어드레스 디코더(220)는 다수의 워드 라인(WL)을 통해 메모리 셀 어레이(210)에 연결될 수 있다.
어드레스 디코더(220)는 제어 로직(240)의 제어에 응답하여 동작하도록 구성될 수 있다.
어드레스 디코더(220)는 메모리(110) 내부의 입출력 버퍼를 통해 어드레스(Address)를 수신할 수 있다. 어드레스 디코더(220)는 수신된 어드레스 중 블록 어드레스(Block Address)를 디코딩하도록 구성될 수 있다. 어드레스 디코더(220)는 디코딩된 블록 어드레스에 따라 적어도 하나의 메모리 블록을 선택할 수 있다.
어드레스 디코더(220)는 전압 생성 회로(250)로부터 읽기 전압(Vread) 및 패스 전압(Vpass)을 입력 받을 수 있다.
어드레스 디코더(220)는 리드 동작 중 읽기 전압 인가 동작 시, 선택된 메모리 블록 내 선택된 워드 라인(WL)으로 읽기 전압(Vread)를 인가하고, 나머지 비 선택된 워드 라인들(WL)에는 패스 전압(Vpass)을 인가할 수 있다.
어드레스 디코더(220)는 프로그램 검증 동작 시, 선택된 메모리 블록 내 선택된 워드 라인(WL)에 전압 생성 회로(250)에서 발생된 검증 전압을 인가하고, 나머지 비 선택된 워드 라인들(WL)에 패스 전압(Vpass)을 인가할 수 있다.
어드레스 디코더(220)는 수신된 어드레스 중 열 어드레스를 디코딩하도록 구성될 수 있다. 어드레스 디코더(220)는 디코딩 된 열 어드레스를 읽기 및 쓰기 회로(230)에 전송할 수 있다.
메모리(110)의 리드 동작 및 프로그램 동작은 페이지 단위로 수행될 수 있다. 리드 동작 및 프로그램 동작 요청 시에 수신되는 어드레스는 블록 어드레스, 행 어드레스 및 열 어드레스 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
어드레스 디코더(220)는 블록 어드레스 및 행 어드레스에 따라 하나의 메모리 블록 및 하나의 워드 라인을 선택할 수 있다. 열 어드레스는 어드레스 디코더(220)에 의해 디코딩 되어 읽기 및 쓰기 회로(230)에 제공될 수 있다.
어드레스 디코더(220)는 블록 디코더, 행 디코더, 열 디코더 및 어드레스 버퍼 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
읽기 및 쓰기 회로(230)는 다수의 페이지 버퍼(PB)를 포함할 수 있다. 읽기 및 쓰기 회로(230)는 메모리 셀 어레이(210)의 리드 동작(Read Operation) 시에는 "읽기 회로(Read Circuit)"로 동작하고, 쓰기 동작(Write Operation) 시에는 "쓰기 회로(Write Circuit)"로 동작할 수 있다.
전술한 읽기 및 쓰기 회로(230)는 다수의 페이지 버퍼(PB)를 포함하는 페이지 버퍼 회로(Page Buffer Circuit) 또는 데이터 레지스터 회로(Data Register Circuit)라고도 한다. 여기서, 읽기 및 쓰기 회로(230)는 데이터 처리 기능을 담당하는 데이터 버퍼(Data Buffer)를 포함할 수 있고, 경우에 따라서, 캐싱 기능을 담당하는 캐쉬 버퍼(Cache Buffer)를 추가로 더 포함할 수 있다.
다수의 페이지 버퍼(PB)는 다수의 비트 라인(BL)을 통해 메모리 셀 어레이(210)에 연결될 수 있다. 다수의 페이지 버퍼(PB)는 리드 동작 및 프로그램 검증 동작 시, 메모리 셀들의 문턱전압(Vth)을 센싱하기 위하여, 메모리 셀들과 연결된 비트 라인들(BL)에 센싱 전류를 계속적으로 공급하면서, 대응하는 메모리 셀의 프로그램 상태에 따라 흐르는 전류량이 변화되는 것을 센싱 노드를 통해 감지하여 센싱 데이터로 래치할 수 있다.
읽기 및 쓰기 회로(230)는 제어 로직(240)에서 출력되는 페이지 버퍼 제어 신호들에 응답하여 동작할 수 있다.
읽기 및 쓰기 회로(230)는 리드 동작 시, 메모리 셀의 데이터를 센싱하여 독출 데이터를 임시 저장한 후, 메모리(110)의 입출력 버퍼로 데이터(DATA)를 출력한다. 예시적인 실시 예로서, 읽기 및 쓰기 회로(230)는 페이지 버퍼들(PB) 또는 페이지 레지스터들 이외에도, 열 선택 회로 등을 포함할 수 있다.
제어 로직(240)은 어드레스 디코더(220), 읽기 및 쓰기 회로(230), 및 전압 생성 회로(250) 등과 연결될 수 있다. 제어 로직(240)은 메모리(110)의 입출력 버퍼를 통해 커맨드(CMD) 및 제어 신호(CTRL)를 수신할 수 있다.
제어 로직(240)은 제어 신호(CTRL)에 응답하여 메모리(110)의 제반 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 제어 로직(240)은 다수의 페이지 버퍼(PB)의 센싱 노드의 프리 차지 전위 레벨을 조절하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다.
제어 로직(240)은 메모리 셀 어레이(210)의 리드 동작을 수행하도록 읽기 및 쓰기 회로(230)를 제어할 수 있다. 전압 생성 회로(250)는, 제어 로직(240)에서 출력되는 전압 생성 회로 제어 신호에 응답하여, 리드 동작 시, 이용되는 읽기 전압(Vread) 및 패스 전압(Vpass)을 생성할 수 있다.
한편, 전술한 메모리(110)의 메모리 블록 각각은 다수의 워드 라인(WL)과 대응되는 다수의 페이지와 다수의 비트 라인(BL)과 대응되는 다수의 스트링으로 구성될 수 있다.
메모리 블록(BLK)에는 다수의 워드 라인(WL)과 다수의 비트 라인(BL)이 교차하면서 배치될 수 있다. 예를 들어, 다수의 워드 라인(WL) 각각은 행 방향으로 배치되고, 다수의 비트 라인(BL) 각각은 열 방향으로 배치될 수 있다. 다른 예를 들어, 다수의 워드 라인(WL) 각각은 열 방향으로 배치되고, 다수의 비트 라인(BL) 각각은 행 방향으로 배치될 수 있다.
다수의 워드 라인(WL) 중 하나와 다수의 비트 라인(BL) 중 하나에 연결되는 메모리 셀이 정의될 수 있다. 각 메모리 셀에는 트랜지스터가 배치될 수 있다.
예를 들어, 메모리 셀(MC)에 배치된 트랜지스터는 드레인, 소스 및 게이트 등을 포함할 수 있다. 트랜지스터의 드레인(또는 소스)은 해당 비트 라인(BL)과 직접 또는 다른 트랜지스터를 경유하여 연결될 수 있다. 트랜지스터의 소스(또는 드레인)는 소스 라인(그라운드일 수 있음)과 직접 또는 다른 트랜지스터를 경유하여 연결될 수 있다. 트랜지스터의 게이트는 절연체에 둘러싸인 플로팅 게이트(Floating Gate)와 워드 라인(WL)으로부터 게이트 전압이 인가되는 컨트롤 게이트(Control Gate)를 포함할 수 있다.
각 메모리 블록에는, 2개의 최외곽 워드 라인 중 읽기 및 쓰기 회로(230)와 더 인접한 제1 최외곽 워드 라인의 바깥쪽에 제1 선택 라인(소스 선택 라인 또는 드레인 선택 라인이라고도 함)이 더 배치될 수 있으며, 다른 제2 최외곽 워드 라인의 바깥쪽에 제2 선택 라인(드레인 선택 라인 또는 소스 선택 라인이라고도 함)이 더 배치될 수 있다.
경우에 따라서, 제1 최외곽 워드 라인과 제1 선택 라인 사이에는 하나 이상의 더미 워드 라인이 더 배치될 수 있다. 또한, 제2 최외곽 워드 라인과 제2 선택 라인 사이에도 하나 이상의 더미 워드 라인이 더 배치될 수 있다.
전술한 메모리 블록의 리드 동작 및 프로그램 동작(쓰기 동작)은 페이지 단위로 수행될 수 있으며, 소거(Erasure) 동작은 메모리 블록 단위로 수행될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 스토리지 장치(100)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 스토리지 장치(100)는 메모리(110) 및 컨트롤러(120)를 포함할 수 있다.
메모리(110)는 복수의 제1 타입 메모리 블록들(BLK_TYPE_1) 및 복수의 제2 타입 메모리 블록들(BLK_TYPE_2)을 포함할 수 있다. 제1 타입 메모리 블록들(BLK_TYPE_1) 및 제2 타입 메모리 블록들(BLK_TYPE_2)은 도 1에서 설명한 메모리 블록들에 포함된다.
이때, 제1 타입 메모리 블록들(BLK_TYPE_1)은 제2 타입 메모리 블록들(BLK_TYPE_2)보다 고속으로 동작할 수 있다. 일 예로, 제1 타입 메모리 블록들(BLK_TYPE_1)은 SLC 메모리 셀들을 포함하는 SLC 메모리 블록들일 수 있고, 제2 타입 메모리 블록들(BLK_TYPE_2)은 MLC, TLC 또는 QLC 메모리 셀들을 포함하는 메모리 블록들일 수 있다.
컨트롤러(120)는 외부로부터 라이트 커맨드(WR_CMD)를 수신할 수 있다. 스토리지 장치(100)의 외부에서 라이트 커맨드(WR_CMD)를 컨트롤러(120)로 전송하는 외부 장치는 도 1에서 설명한 호스트(HOST)일 수 있다.
라이트 커맨드(WR_CMD)는 데이터를 라이트할 것을 요청하는 커맨드이다. 라이트 커맨드(WR_CMD)는 라이트될 데이터에 대한 논리 주소 및 데이터의 크기를 지시할 수 있다. 한편, 컨트롤러(120)는 라이트 커맨드(WR_CMD)를 수신한 이후에 라이트될 데이터를 이어서 수신할 수 있다.
컨트롤러(120)는 라이트 커맨드(WR_CMD)가 라이트 요청한 데이터를 메모리(110)의 제1 메모리 영역(MEM_AREA_1) 또는 제2 메모리 영역(MEM_AREA_2)에 라이트할 수 있다.
이때, 제1 메모리 영역(MEM_AREA_1)은 복수의 제1 타입 메모리 블록들(BLK_TYPE_1) 중 하나 이상을 포함하고, 제2 메모리 영역(MEM_AREA_2)은 복수의 제2 타입 메모리 블록들(BLK_TYPE_2) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 스토리지 장치(100)의 동작의 일 예를 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, 스토리지 장치(100)의 컨트롤러(120)는 외부로부터 수신한 복수의 라이트 커맨드들을 기초로 라이트 스루풋을 결정할 수 있다(S410). 라이트 스루풋은 스토리지 장치(100)가 데이터를 라이트하는 성능을 나타내는 지표로서, 데이터의 크기를 시간으로 나눈 값으로서 표현될 수 있다.
컨트롤러(120)는 S410 단계에서 결정된 라이트 스루풋이 설정된 임계 스루풋 이상인지 판단한다(S420).
라이트 스루풋이 임계 스루풋 이상일 때(S420-Y), 컨트롤러(120)는 외부로부터 라이트 요청된 타깃 데이터를 제1 메모리 영역(MEM_AREA_1)에 라이트할 수 있다(S430). 이때, 타깃 데이터는 S410 단계에서 설명한 복수의 라이트 커맨드들이 라이트 요청한 데이터이거나 또는 복수의 라이트 커맨드들에 포함되지 않는 별도의 라이트 커맨드가 라이트 요청한 데이터일 수 있다.
반면, 라이트 스루풋이 임계 스루풋 미만일 때(S420-N), 컨트롤러(120)는 타깃 데이터를 제2 메모리 영역(MEM_AREA_2)에 라이트할 수 있다(S440).
이는, 라이트 스루풋이 임계 스루풋보다 낮은 상태에서는, 컨트롤러(120)가 고속으로 동작하는 제1 타입 메모리 블록들(BLK_TYPE_1)에 데이터를 저장하지 않아도 외부에서 인지하는 스토리지 장치(100)의 성능에는 큰 차이가 없기 때문이다.
예를 들어, 스토리지 장치(100)에 데이터를 라이트할 것을 요청하는 외부 장치가 다른 작업을 수행하거나, 외부 장치가 리드 요청 및 라이트 요청을 번갈아가며 수행하거나 또는 제1 타입 메모리 블록들(BLK_TYPE_1)에 포함된 여유 공간(free space)이 부족하여 컨트롤러(120)가 가비지 컬렉션을 실행할 때, 라이트 스루풋은 임계 스루풋보다 낮을 수 있다.
이 경우, 컨트롤러(120)가 외부로부터 라이트 요청된 데이터를 제1 메모리 영역(MEM_AREA_1) 대신에 제2 메모리 영역(MEM_AREA_2)에 라이트하더라도, 스토리지 장치(100)에 대한 성능 요구 사항이 만족될 수 있다.
따라서, 컨트롤러(120)는 데이터를 불필요하게 제1 타입 메모리 블록들(BLK_TYPE_1)에 저장함으로써 제1 타입 메모리 블록들(BLK_TYPE_1)의 여유 공간의 크기가 줄어들어 불필요한 가비지 컬렉션이 실행되는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해, 컨트롤러(120)는 소모하는 리소스 및 메모리(110)에 기록되는 데이터의 크기를 줄임으로써, 결과적으로 스토리지 장치(100)의 성능 저하 및 수명 감소를 방지할 수 있다.
이상에서, 컨트롤러(120)가 라이트 스루풋에 따라서, 외부로부터 라이트 요청된 타깃 데이터를 제1 메모리 영역(MEM_AREA_1) 또는 제2 메모리 영역(MEM_AREA_2)에 라이트한다는 것을 설명하였다.
이하, 라이트 스루풋이 결정되는 방법에 대한 실시예들을 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 스토리지 장치(100)가 라이트 스루풋을 결정하는 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 스토리지 장치(100)의 컨트롤러(120)는 복수의 라이트 커맨드들(WR_CMD) 중에서 N개(N은 2 이상의 자연수)의 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD)을 선택할 수 있다.
컨트롤러(120)는 N개의 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD) 각각에 대한 라이트 성능 값을 결정할 수 있다. 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD) 각각에 대한 라이트 성능 값은 해당 타깃 라이트 커맨드가 요구하는 성능을 나타내는 지표로서, 라이트 스루풋과 마찬가지로 해당 타깃 라이트 커맨드가 라이트 요청하는 데이터의 크기를 특정한 시간으로 나눈 값으로 표현될 수 있다.
그리고 컨트롤러(120)는 N개의 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD) 각각에 대한 라이트 성능 값을 기초로 라이트 스루풋을 결정할 수 있다.
한편, 컨트롤러(120)는 N개의 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD)을 다양한 방법으로 선택할 수 있다.
일 예로, 도 5에서 설명된 바와 같이, 컨트롤러(120)는 복수의 라이트 커맨드들(WR_CMD) 중에서 가장 먼저 수신한 N개의 라이트 커맨드들을 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD)로 선택할 수 있다.
다른 예로, 컨트롤러(120)는 복수의 라이트 커맨드들(WR_CMD) 중에서 N개의 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD)을 랜덤하게 선택할 수 있다.
또 다른 예로, 컨트롤러(120)는 복수의 라이트 커맨드들(WR_CMD) 중에서 가장 최근에 수신한 N개의 라이트 커맨드들을 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD)로 선택할 수 있다.
이때, 컨트롤러(120)가 선택한 N개의 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD)은 특정한 조건을 만족할 수 있다. 이하, 도 6에서 이에 대해 자세히 설명한다.
도 6은 도 5에서 설명한 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD)이 라이트 요청하는 데이터 크기의 총합의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, N개의 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD)이 라이트 요청하는 데이터 크기는 각각 W1, W2, W3, ... , WN일 수 있다.
이때, N개의 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD)이 라이트 요청하는 데이터 크기의 총합 (W1 + W2 + W3 + ... + WN)은, 메모리(110)에 라이트될 데이터를 임시로 저장하는 라이트 버퍼(미도시)의 크기 미만일 수 있다.
예를 들어, 복수의 라이트 커맨드들(WR_CMD)은 4KB 데이터를 라이트 요청하는 10개의 라이트 커맨드, 64KB 데이터를 라이트 요청하는 13개의 라이트 커맨드 및 128KB 데이터를 라이트 요청하는 라이트 커맨드로 구성될 수 있다.
이때, 라이트 버퍼의 크기가 960KB라면, 데이터 크기의 총합이 960KB 이하가 되도록, 4KB 데이터를 라이트 요청하는 10개의 라이트 커맨드, 64KB 데이터를 라이트 요청하는 13개의 라이트 커맨드가 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD)로 결정될 수 있다.
반면, 128KB 데이터를 라이트 요청하는 커맨드가 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD)에 포함될 경우, 데이터 크기의 총합이 라이트 버퍼의 크기인 960KB를 초과한다. 따라서, 128KB 데이터를 라이트 요청하는 라이트 커맨드는 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD)에서 제외된다.
전술한 라이트 버퍼는, 메모리(110)에 라이트될 데이터를 임시로 저장하는 영역이다. 일 예로, 라이트 버퍼는 도 1에서 설명한 워킹 메모리(125)의 일부 영역 또는 컨트롤러(120)에 포함되는 별도의 비휘발성 메모리(e.g. SRAM)으로 설정될 수 있다.
컨트롤러(120)는 메모리(110)에 라이트될 데이터를 먼저 라이트 버퍼에 누적하여 저장한 후, 라이트 버퍼에 저장된 데이터를 메모리(110)에 라이트할 수 있다. 컨트롤러(120)는 라이트 버퍼에 저장된 데이터가 메모리(110)에 완전히 라이트되면 라이트 버퍼에 저장된 데이터를 소거할 수 있다.
즉, 컨트롤러(120)는 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD)이 라이트 요청하는 데이터 크기의 총합이 라이트 버퍼의 크기보다 작다는 조건이 만족되도록 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD)을 선택할 수 있다. 이는, 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD)이 라이트 요청하는 데이터 크기의 총합이 라이트 버퍼의 크기보다 커서 라이트 버퍼가 풀(full)이 되면 라이트 스루풋을 정확하게 계산하기 어렵기 때문이다.
이하, 컨트롤러(120)가 N개의 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD) 각각에 대한 라이트 성능 값을 결정하는 구체적인 방법에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 스토리지 장치(100)가 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD) 중 제1 타깃 라이트 커맨드(TGT_WR_CMD_1)의 라이트 성능 값을 결정하는 일 예를 나타낸 도면이다.
도 7에서, 제1 타깃 라이트 커맨드(TGT_WR_CMD_1)는 N개의 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD) 중에서 K번째(K는 2 이상 N 이하)로 수신된 타깃 라이트 커맨드이다.
이때, 스토리지 장치(100)의 컨트롤러(120)는 제1 타깃 라이트 커맨드(TGT_WR_CMD_1)에 대한 라이트 성능 값을, 제1 타깃 라이트 커맨드(TGT_WR_CMD_1)가 라이트 요청한 데이터의 크기 W1을 제2 타깃 라이트 커맨드(TGT_WR_CMD_2)가 수신된 시점 T2부터 제1 타깃 라이트 커맨드(TGT_WR_CMD_1)가 수신된 시점 T1까지의 시간 (T1 - T2)로 나눈 값으로 결정할 수 있다.
예를 들어, W1이 256KB, T2가 300us, T1이 100us일 때, 컨트롤러(120)는 제1 타깃 라이트 커맨드(TGT_WR_CMD_1)에 대한 라이트 성능 값을 (256KB)/(300-100)us 로 결정할 수 있다.
한편, N개의 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD) 중에서 첫번째로 수신된 타깃 라이트 커맨드의 라이트 성능 값은 다른 방법으로 결정될 수 있다.
일 예로, 첫번째로 수신된 타깃 라이트 커맨드의 라이트 성능 값은, 라이트 요청된 데이터의 크기를 미리 설정된 기준 시점부터 해당 타깃 라이트 커맨드가 수신된 시점까지의 시간으로 나눈 값으로 결정될 수 있다.
다른 예로, 첫번째로 수신된 라이트 커맨드의 라이트 성능 값은, 라이트 요청된 데이터의 크기를 미리 설정된 단위 시간으로 나눈 값으로 결정될 수 있다.
이하, 스토리지 장치(100)가 전술한 N개의 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD) 각각에 대한 라이트 성능 값을 기초로 라이트 스루풋을 결정하는 구체적인 방법에 대해 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 스토리지 장치(100)가 평균 라이트 성능 값을 기초로 라이트 스루풋을 결정하는 동작의 일 예를 나타낸 순서도이다.
도 8을 참조하면, 스토리지 장치(100)의 컨트롤러(120)는 N개의 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD) 중에서 M개(M은 N 이하의 자연수)를 선택할 수 있다(S810).
그리고 컨트롤러(120)는 선택된 M개의 타깃 라이트 커맨드들에 대한 평균 라이트 성능 값을 결정할 수 있다(S820).
컨트롤러(120)는 S820 단계에서 결정된 평균 라이트 성능 값이 설정된 최대 라이트 성능 값 이하인지 판단한다(S830). 최대 라이트 성능 값은 컨트롤러(120)가 메모리(110)에 데이터를 라이트하는 최대 속도를 의미한다.
만약, 평균 라이트 성능 값이 최대 라이트 성능 값 이하일 때(S830-Y), 컨트롤러(120)는 평균 라이트 성능 값을 라이트 스루풋으로 결정할 수 있다(S840).
반면, 평균 라이트 성능 값이 최대 라이트 성능 값을 초과할 때(S830-N), 컨트롤러(120)는 평균 라이트 성능 값을 폐기할 수 있다(S850). 평균 라이트 성능 값이 최대 라이트 성능 값을 초과하였다는 것은 평균 라이트 성능 값을 결정하는 과정에 오류가 발생하였다는 것을 의미하기 때문이다. 이 경우, 컨트롤러(120)는 N개의 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD) 중에서 M개를 재결정할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 스토리지 장치(100)가 평균 라이트 성능 값을 결정하는 동작의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 스토리지 장치(100)의 컨트롤러(120)는, N개의 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD) 중 가장 최근에 수신된 M개의 타깃 라이트 커맨드들을 선택하고, 선택된 M개의 타깃 라이트 커맨드들에 대한 평균 라이트 성능 값을 결정할 수 있다.
이상에서, 스토리지 장치(100)가 N개의 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD) 각각에 대한 라이트 성능 값을 기초로 라이트 스루풋을 결정하는 동작에 대해 설명하였다.
이하, 스토리지 장치(100)가 라이트 스루풋을 결정하는 다른 방법에 대해 설명한다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 스토리지 장치(100)가 라이트 스루풋을 결정하는 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 스토리지 장치(100)의 컨트롤러(120)는 설정된 기준 시구간(REF_TIME) 동안 복수의 라이트 커맨드들(WR_CMD)을 실행하여 메모리(110)에 라이트한 데이터의 크기의 총합 (W1 + W2 + ... + Wx)을 기초로 라이트 스루풋을 결정할 수 있다.
이때, 기준 시구간(REF_TIME)은, 논리 주소와 물리 주소 간의 매핑 정보를 지시하는 매핑 테이블의 업데이트 주기 또는 메모리(110)에 포함된 복수의 메모리 블록들 중 하나 이상을 포함하는 슈퍼 메모리 블록의 할당 주기일 수 있다.
컨트롤러(120)는 일정한 크기의 데이터가 메모리(110)에 라이트될 때마다 매핑 테이블을 업데이트할 수 있다. 따라서, 컨트롤러(120)는 매핑 테이블의 업데이트 주기를 기초로 라이트 스루풋을 예측할 수 있다.
마찬가지로, 컨트롤러(120)는 일정한 크기의 데이터가 메모리(110)에 라이트될 때마다 추가로 슈퍼 메모리 블록을 할당할 수 있다. 따라서, 컨트롤러(120)는 슈퍼 메모리 블록의 할당 주기를 기초로 라이트 스루풋을 예측할 수 있다.
이상에서, 스토리지 장치(100)가 라이트 스루풋에 따라 외부로부터 라이트 요청된 데이터를 제1 메모리 영역(MEM_AREA_1) 또는 제2 메모리 영역(MEM_AREA_2)에 저장하는 동작에 대해 설명하였다.
한편, 스토리지 장치(100)는 라이트 스루풋 대신 다른 기준을 사용하여 외부로부터 라이트 요청된 데이터를 제1 메모리 영역(MEM_AREA_1) 또는 제2 메모리 영역(MEM_AREA_2)에 저장할 수 있다.
예를 들어, 스토리지 장치(100)의 컨트롤러(120)는 하나 이상의 동작 파라미터들(e.g. 라이트 커맨드가 큐잉되는 큐의 깊이(depth), 라이트 버퍼의 사용량(utilization), 가비지 컬렉션 동작 시 복사된 데이터의 크기)을 머신 러닝 모델(e.g. 의사 결정 트리(decision tree), 랜덤 포레스트(random forest))에 입력하고, 머신 러닝 모델이 출력하는 값을 기초로 외부로부터 라이트 요청된 타깃 데이터를 제1 메모리 영역(MEM_AREA_1) 또는 제2 메모리 영역(MEM_AREA_2)에 저장할 수 있다.
이때, 머신 러닝 모델이 출력하는 값은 제1 메모리 영역(MEM_AREA_1)에 라이트될 데이터의 크기 대비 제2 메모리 영역(MEM_AREA_2)에 라이트될 데이터의 크기의 비율일 수 있다.
컨트롤러(120)는 머신 러닝 모델에 대한 학습을 별도로 실행할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 스토리지 장치(100)의 동작 방법을 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 스토리지 장치(100)의 동작 방법은, 외부로부터 수신한 복수의 라이트 커맨드들(WR_CMD)을 기초로 라이트 스루풋을 결정하는 단계(S1110)를 포함할 수 있다.
일 예로, S1110 단계는 복수의 라이트 커맨드들(WR_CMD) 중 N개(N은 2 이상의 자연수)의 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD)을 결정하는 단계 및 N개의 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD) 각각에 대한 라이트 성능 값을 기초로 라이트 스루풋을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일 예로, N개의 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD)이 라이트 요청하는 데이터 크기의 총합은, 메모리(110)에 라이트될 데이터를 임시로 저장하는 라이트 버퍼의 크기 미만일 수 있다.
일 예로, N개의 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD) 중 K번째(K는 2 이상이고 N 이하인 자연수)로 수신된 제1 타깃 라이트 커맨드(TGT_WR_CMD_1)에 대한 라이트 성능 값은, 제1 타깃 라이트 커맨드(TGT_WR_CMD_1)가 라이트 요청한 데이터의 크기를, 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD) 중 (K-1)번째로 수신된 제2 타깃 라이트 커맨드(TGT_WR_CMD_2)가 수신된 시점부터 제1 타깃 라이트 커맨드(TGT_WR_CMD_1)가 수신된 시점까지의 시간으로 나눈 값으로 결정될 수 있다.
일 예로, N개의 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD) 각각에 대한 라이트 성능 값을 기초로 라이트 스루풋을 결정하는 단계는, N개의 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD) 중 M개(M은 N 이하의 자연수)에 대한 평균 라이트 성능 값을 결정하는 단계 및 평균 라이트 성능 값이 설정된 최대 라이트 성능 값 이하일 때, 평균 라이트 성능 값을 라이트 스루풋으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 평균 라이트 성능 값을 결정하는 단계는, N개의 타깃 라이트 커맨드들(TGT_WR_CMD) 중 가장 최근에 수신된 M개에 대한 라이트 성능 값의 평균을 평균 라이트 성능 값으로 결정할 수 있다.
다른 예로, S1110 단계는 설정된 기준 시구간(REF_TIME) 동안 복수의 라이트 커맨드들(WR_CMD)을 실행하여 메모리(110)에 라이트된 데이터의 크기를 기초로 라이트 스루풋을 결정할 수 있다.
이때, 기준 시구간은 논리 주소와 물리 주소 간의 매핑 정보를 지시하는 매핑 테이블의 업데이트 주기 또는 메모리(110)에 포함된 복수의 메모리 블록들 중 하나 이상을 포함하는 슈퍼 메모리 블록의 할당 주기일 수 있다.
그리고, 스토리지 장치(100)의 동작 방법은, S1110 단계에서 결정된 라이트 스루풋이 설정된 임계 스루풋 이상인지 여부를 판단하는 단계(S1120)를 포함할 수 있다.
그리고, 스토리지 장치(100)의 동작 방법은, 라이트 스루풋이 임계 스루풋 이상인지 여부에 따라, 외부로부터 라이트 요청된 데이터를 제1 메모리 영역 또는 제2 메모리 영역에 라이트하는 단계(S1130)를 포함할 수 있다.
이때, 제1 메모리 영역은 복수의 제1 타입 메모리 블록들(BLK_TYPE_1) 중 하나 이상을 포함하고, 제2 메모리 영역은 복수의 제2 타입 메모리 블록들(BLK_TYPE_2) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제1 타입 메모리 블록들(BLK_TYPE_1)은 제2 타입 메모리 블록들(BLK_TYPE_2)보다 고속으로 동작한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 스토리지 장치 110: 메모리
120: 컨트롤러 121: 호스트 인터페이스
122: 메모리 인터페이스 123: 제어 회로
124: 프로세서 125: 워킹 메모리
126: 에러 검출 및 정정 회로
210: 메모리 셀 어레이 220: 어드레스 디코더
230: 리드 앤 라이트 회로 240: 제어 로직
250: 전압 생성 회로

Claims (15)

  1. 복수의 제1 타입 메모리 블록들 및 복수의 제2 타입 메모리 블록들을 포함하는 메모리; 및
    외부로부터 수신한 복수의 라이트 커맨드들을 기초로 라이트 스루풋을 결정하고,
    상기 라이트 스루풋이 설정된 임계 스루풋 이상일 때, 외부로부터 라이트 요청된 타깃 데이터를 상기 제1 타입 메모리 블록들 중 하나 이상을 포함하는 제1 메모리 영역에 라이트하고,
    상기 라이트 스루풋이 상기 임계 스루풋 미만일 때, 상기 타깃 데이터를 상기 제2 타입 메모리 블록들 중 하나 이상을 포함하는 제2 메모리 영역에 라이트하는 컨트롤러;를 포함하고,
    상기 제1 타입 메모리 블록들은 상기 제2 타입 메모리 블록들보다 고속으로 동작하는 스토리지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 복수의 라이트 커맨드들 중에서 선택된 N개의 타깃 라이트 커맨드들 각각에 대한 라이트 성능 값을 기초로, 상기 라이트 스루풋을 결정하고,
    상기 N은 2 이상의 자연수인 스토리지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 N개의 타깃 라이트 커맨드들이 라이트 요청하는 데이터 크기의 총합은, 상기 메모리에 라이트될 데이터를 임시로 저장하는 라이트 버퍼의 크기 미만인 스토리지 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 N개의 타깃 라이트 커맨드들 중 K번째로 수신된 제1 타깃 라이트 커맨드에 대한 라이트 성능 값을,
    상기 제1 타깃 라이트 커맨드가 라이트 요청한 데이터의 크기를, 상기 타깃 라이트 커맨드들 중 (K-1)번째로 수신된 제2 타깃 라이트 커맨드가 수신된 시점부터 상기 제1 타깃 라이트 커맨드가 수신된 시점까지의 시간으로 나눈 값으로 결정하고,
    상기 K는 2 이상이고 N 이하인 자연수인 스토리지 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 N개의 타깃 라이트 커맨드들 중 M개에 대한 평균 라이트 성능 값을 결정하고,
    상기 평균 라이트 성능 값이 설정된 최대 라이트 성능 값 이하일 때, 상기 평균 라이트 성능 값을 상기 라이트 스루풋으로 결정하고,
    상기 M은 상기 N 이하의 자연수인 스토리지 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 N개의 타깃 라이트 커맨드들 중 가장 최근에 수신된 M개에 대한 라이트 성능 값의 평균을 상기 평균 라이트 성능 값으로 결정하는 스토리지 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    설정된 기준 시구간 동안 상기 상기 복수의 라이트 커맨드들을 실행하여 상기 메모리에 라이트한 데이터의 크기의 총합을 기초로 상기 라이트 스루풋을 결정하고,
    상기 기준 시구간은 논리 주소와 물리 주소 간의 매핑 정보를 지시하는 매핑 테이블의 업데이트 주기 또는 상기 메모리에 포함된 복수의 메모리 블록들 중 하나 이상을 포함하는 슈퍼 메모리 블록의 할당 주기인 스토리지 장치.
  8. 외부로부터 수신한 복수의 라이트 커맨드들을 기초로 라이트 스루풋을 결정하는 단계;
    상기 라이트 스루풋이 설정된 임계 스루풋 이상인지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 라이트 스루풋이 상기 임계 스루풋 이상인지 여부에 따라, 외부로부터 라이트 요청된 타깃 데이터를, 복수의 제1 타입 메모리 블록들 중 하나 이상을 포함하는 제1 메모리 영역 또는 복수의 제2 타입 메모리 블록들 중 하나 이상을 포함하는 제2 메모리 영역에 라이트하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 타입 메모리 블록들은 상기 제2 타입 메모리 블록들보다 고속으로 동작하는 스토리지 장치의 동작 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 라이트 스루풋을 결정하는 단계는,
    상기 복수의 라이트 커맨드들 중 N개의 타깃 라이트 커맨드들을 결정하는 단계; 및
    상기 N개의 타깃 라이트 커맨드들 각각에 대한 라이트 성능 값을 기초로 상기 라이트 스루풋을 결정하는 단계;를 포함하고,
    N은 2 이상의 자연수인 스토리지 장치의 동작 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 N개의 타깃 라이트 커맨드들이 라이트 요청하는 데이터 크기의 총합은, 상기 메모리에 라이트될 데이터를 임시로 저장하는 라이트 버퍼의 크기 미만인 스토리지 장치의 동작 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 N개의 타깃 라이트 커맨드들 중 K번째로 수신된 제1 타깃 라이트 커맨드에 대한 라이트 성능 값은,
    상기 제1 타깃 라이트 커맨드가 라이트 요청한 데이터의 크기를, 상기 타깃 라이트 커맨드들 중 (K-1)번째로 수신된 제2 타깃 라이트 커맨드가 수신된 시점부터 상기 제1 타깃 라이트 커맨드가 수신된 시점까지의 시간으로 나눈 값으로 결정되고,
    상기 K는 2 이상이고 N 이하인 자연수인 스토리지 장치의 동작 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 N개의 타깃 라이트 커맨드들 각각에 대한 라이트 성능 값을 기초로 라이트 스루풋을 결정하는 단계는,
    상기 N개의 타깃 라이트 커맨드들 중 M개에 대한 평균 라이트 성능 값을 결정하는 단계; 및
    상기 평균 라이트 성능 값이 설정된 최대 라이트 성능 값 이하일 때, 상기 평균 라이트 성능 값을 상기 라이트 스루풋으로 결정하는 단계;를 포함하고,
    상기 M은 상기 N 이하의 자연수인 스토리지 장치의 동작 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 평균 라이트 성능 값을 결정하는 단계는,
    상기 N개의 타깃 라이트 커맨드들 중 가장 최근에 수신된 M개에 대한 라이트 성능 값의 평균을 상기 평균 라이트 성능 값으로 결정하는 스토리지 장치의 동작 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 라이트 스루풋을 결정하는 단계는,
    설정된 기준 시구간 동안 상기 복수의 라이트 커맨드들을 실행하여 상기 메모리에 라이트된 데이터의 크기를 기초로 상기 라이트 스루풋을 결정하고,
    상기 기준 시구간은 논리 주소와 물리 주소 간의 매핑 정보를 지시하는 매핑 테이블의 업데이트 주기 또는 상기 메모리에 포함된 복수의 메모리 블록들 중 하나 이상을 포함하는 슈퍼 메모리 블록의 할당 주기인 스토리지 장치의 동작 방법.
  15. 복수의 SLC 메모리 블록들 및 복수의 TLC 메모리 블록들을 포함하는 메모리와 통신 가능한 메모리 인터페이스; 및
    상기 호스트로부터 수신한 복수의 라이트 커맨드들 중 전체 또는 일부를 기초로 라이트 스루풋을 결정하고,
    상기 라이트 스루풋이 설정된 임계 스루풋 이상일 때, 상기 호스트로부터 라이트 요청된 데이터를 상기 SLC 메모리 블록들 중 하나 이상에 라이트하고,
    상기 라이트 스루풋이 상기 임계 스루풋 미만일 때, 상기 호스트로부터 라이트 요청된 데이터를 상기 TLC 메모리 블록들 중 하나 이상에 라이트하는 제어 회로;를 포함하는 컨트롤러.
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