TW201021045A - Reliability test method for solid storage medium - Google Patents

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201021045 • ^ly/uinTW 29227twf.doc/n 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種測試方法’且特別是有關於一種 儲存裝置的測試方法^ 【先前技術】 固態硬碟，例如由快岗記憶體構成，其產業市場正處 ❿ ❹ 於起飛階段。快閃記憶體為一種非揮發性可程式可抹除的 吕己憶儲存襄置。但是，快閃記憶體的生命週期受限於抹除 次數之限制。因此’使用快閃記憶體構成的固態硬碟時， 其糸統的可靠度便顯得十分重要。但是’可靠度的驗證又 需要依靠固態硬碟的使用者(client)端的測試工具來進行測 試。 ’、 目前固態硬碟的可靠度測試並沒有標準方法，而各薇 商所使用的方法又無法全面性地測試出固態硬碟的可靠 度。目前固態硬碟測試的技術中’例如利用抹除位元組與 寫入位元組之比值㈣咖㈣以/研肋㈣以加叫以表示耗 損平均(wear leveling)的負擔(〇verhead)，或者使用快取與 熱資料(hGtdata)時節省抹_比例等。 ς (;r=r計算固態硬碟之抹除次數，也可= 另二抹除數標準差與平均值的應用也 整體二;度其可以表示耗損平均的水平，亦即 此外’目_測試方式大部分是以整個儲存媒體為單 3 結果產生誤差 ❿ 鲁 201021045 * 29227twf.d〇c/n 位’因此其測試報告的解析度不高。若是能以區塊為單位， 則測試結果則更能具有可信賴性。另外，f知技術大部分 僅以抹除為基準，並未考慮其侧素，故難免會使測試 【發明内容】 、基於上，題，本發明提出—種固態儲存媒體的 方法，以提高測試的可靠性與實用性。 ^此，依據本發明一實施範例，提出—種固態儲 體可罪度的測試方法，固態儲存媒體包含多數個區塊。首 先，取得固態儲存媒體的各區塊的生命週期。測試上 塊的抹除數，並且判斷該區塊的抹除數是否大於一 除數。將上述各區塊中，抹除數大於預定抹除數的區塊數 加以累加，以產生問題區塊數，並輸出測試報告。 、另和本發明更提出-種固態儲存媒體可^度 方法，固態儲存媒體包含多數個區塊。首先， ㈣ 程。通過-介面命令，由關儲存媒體向傳測:^ 目的數據。比侧試項目在測試前後的差異值1 =項 =效=項目可為各區塊的袜除數、錯誤更‘ 综上，本實施範例可以透過主機系統與 之間的介面命令，主動地從固態儲存媒體子 目的數據，以作成測試報告。各_項目是^ 項 所以更能有效地顯示出該固態儲存媒體之測乂^^早^ ’ 4 201021045 . rais-zuniTW 29227twf.doc/n 性與信賴性。 ，下文特 為讓本發明之上述特徵和優點能更明噸 舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如;。’ 【實施方式】 本實施範例在進行測試時，測試的目標為得到測試報 告⑽t report)，測試報告是利用市場上及工業上常使用的 ❹技純準語言，例如失效間平㈣間（mean time between fail麵，MTBF)、長期資料耐度值(1〇ngtem _ ， LDE)等。 圖/1A繪不本實施範例的基本流程示意圖，圖1B為其 應用的系統架構不意圖。首先，在步驟sl〇，測試工具會 選定各種測試流程（或測試圖案），以對儲存媒體進行測 ，。在本範例中，將以由快閃記憶體夠成的固態硬碟做為 说明例。例如，由圖1B所示，使用者由電腦（系統端）1〇 經由介面Η送出各種測試流程給固態硬碟12。此介面例 ® 如疋ATA、SATA等任何可以運用的介面規格。固態硬碟 12在本實施範例中是由快閃記憶體所構成’而快閃記憶體 可以包含多數個區塊(BL0〜BLn) 16。 接著，在步驟S12，透過介面12，在進行測試前，取 付固態硬碟對應於要進行測試項目的測試前的資料數據 =。此步驟亦可以在選定侧視圖案之前為之。接著，在步 私S14 ’利用步驟sl〇所選定的測試流程(圖案)對固態硬 碟12進行讀寫動作等。 5 201021045 * P51970111TW 29227twf.doc/n 接者，於步驟S16 ’在測試—段時間之後，經由自定 ^面命令’冑取出所需要的測試項目，即本實施範例的 ，方法所職出的數據值。接著，在倾⑽，將測試 則後的資·行比較，取得差異值。最後，在步驟s2〇， 如果有需要’制試結果經由公歧算成測試報告。 上述步驟S10所提到的測試流程(測試圖案）可以由如

::幾種類型來進行。首先’例如利用實際使用的動作或 二買寫迪動作.，其可以根據不同的作業環境(如Wlnd_、 =X/L贿、Mac^)、制者特性與平台（如筆記型電腦、 PC、伺服器等）差異、應用的差異（如資料庫、監控系統等）， 做出不同的測試流程。 其次，測試流程也可以特殊圖案進行測試。此方式是 針對各種較可能使固態補降低效能的動作進行攻擊性的 測試，如姻大量小難的寫人、在碟機容量快滿的時 候進仃寫入動作、或者循序/隨機地讀寫等。此外，也可以 利用針對各種U態硬術所造成的副效應，進行攻擊測 試，例如針對多通道架構做大量小檔案以及 雜寫入等。 〗里八如系奶 另外，測試項目也可以是壓力（stress)測試，亦即利用 長時間大量讀寫的方式來進行顺。以上僅列舉出數種可 行的方案，其他方式在不失本實施範例的範嘴下，也可以 加以應用，在此不--列舉。 本實施範例重點在於測試所使用的方法，以下將針對 本只施範例的測g式方法做進一步的說明。在測試方法中，' 6 201021045

Wiy/UiiiTW 29227twf.doc/n

例如可以針對如固態硬碟中之快閃奇 測試錯誤、隱含錯誤、ECC耐度值、 ❿跑^^崎^，首先在倾祕'％統透過介面(如 人、；丨、、）’取得固態儲存媒體之快閃記憶體的區塊生 〒週期’並且⑤定-個gj定的百分比，例如冒。。區塊生 :週期例如疋可執行抹除的總數，而上述固定百分比即表 示該區塊是否已經被抹除到一預定抹除數以上。當超過該 抹除數(及固定百分比），該區塊在可靠度上將會變得極 低’而系統也會避免將資料寫入該區塊。 之後在步驟S102，測試該區塊的抹除數，亦即取得該 區塊已經進行抹除的次數。接著在步驟S104，判斷該抹除 次數是否大於對應該固定百分比的預訂抹除數。若未達到 該預定抹除數，則表示該區塊之可靠度高。此時，便經由 步驟S112，進行下一個區塊的測試。 反之’若該抹除次數大於對應該固定百分比的預訂抹 除數’則表示該區塊已經讀寫到可靠度低的狀態’此時便 將該區塊加入問題區塊數的累加數(步驟S106)。 之後，在步驟S108，判斷是否所有區塊都測試完畢。 如果尚未測試完畢，則經由步驟S112再進行下一個區塊 7 201021045 ^iy/uinTW 29227twf.doc/n 的測試；若所有區塊均測試完畢，則執行步驟su〇，計算 出問題區塊數與整個總區塊數的比例。之後可將此比例作 為測試結果輸出，使用者便可以知道該固態儲存媒體的目 前可靠度為何。 在上述範例中，是假設每個區塊的生命週期都可能不 同的極端其況，所以步驟SU2會回到步驟sl〇〇，以重新 取得各區塊的區塊生命週期。假如記憶體製程條件控制得 ❹ ^好，各區塊之生命週期應該可達到幾乎相同的狀況，此 時步驟S112則可以直接到步驟sl〇2，即區塊生命週期的 取得只要執行一次即可、 另外，關於區塊生命週期的取得，可以透過自訂的碟 機命令(本例為ΑΤΑ命令）’使碟機自動回報記憶體之生命 週期，或者是也可以透過使用者輸入的方式來進行。另外， 關於區塊抹除數大於預訂抹除數（固定百分比之數目）也可 透過介面命令來取得。 經由圖2的測試方法，可以更正確地取得每個區塊的 ® 受命指數。比起習知僅測試整體的抹除數要來得更為精 準，且更具以可信度。 圖3繪示本實施範例的一種測試方法的流程示意圖。 圖3所示的方法主要是利用錯誤更正碼(err〇r c〇rrecti〇n code，ECC)的測試來做為固態儲存媒體之可靠度測試。圖 3所不之測試方法主要是取的記憶體各區塊之Ecc；耐度值 (endurance)來進行測試的方式，關於Ecc耐度值會在下文 做詳細解釋。基本上，ECC耐度值是表示記憶體區塊可能 8 201021045 F5iy7011lTW 29227twf.doc/n 發生錯誤的隱含錯誤機率。經由隱含錯誤區塊的辅助測言式 項目，可以讓測試報告的可靠度更為提高，也更具實益。 如圖3所示，在步驟S200 ’系統經由介面命令，取得 各區塊的ECC耐度值錯誤總數。接著，在步驟S2〇2，取 得隱含錯誤的數目，即ECC耐度值得變化。 之後，在步驟S204，判斷是否所有的區塊均測試完 畢’右尚未測έ式完畢’則經由步驟S210，繼續下一個區塊 φ 的ECC耐度值測試。反之若所有區塊均測試完畢，則在 步驟S206，計算隱含錯誤的總數。 另外，圖3所示的方法也可以更配合圖丨所示的方法， 即配合抹除數’而能夠更精準地判斷每個區塊的壽命指數。 圖4繪不本實施範例的一種測試方法的流程示意圖。 圖3所示的方法主要是利用無效頁數做為測試項目，此方 式了以避免垃圾回收(garbage c〇uecti〇n，一種記憶體管理 方式）先做與後做時所產生之抹除數的差異。無效頁的存在 t影響咖態儲存雜的可靠度，@此在計算抹除數時， 響也必須將其計算在内，以提高測試結果的可靠性。 甘例如，假如一個區塊的無效頁數多了 256頁，而一區 塊疋包含128胃，所以抹除總數便必須要加人256/128， 即2。 叙六如圖4所示，在步驟S300，經由介面命令取得區塊的 ^ j頁數，並计算出對應的抹除數。接著，在步驟S302， ^抹除數超過預定抹除數的區塊(例如圖2所示測試流 王。在步驟S304,判斷是否所有區塊均做完測試，若否， 9 201021045 fMV /υ u 1TW 29227twf.doc/n 則經由步驟S310，進行下一個區塊的測試流程。反之，當 所有區塊均做完測試，則執行步驟S306，即計算問題區塊 數。此問題區塊數除了依據圖2所示流程所計算出的區塊 數外，更加上因無效頁產生之對應的區塊數。 加上無效頁的考量後，可以讓固態儲存媒體的可靠度 測试更為精確且有實益。 以上圖2製圖4所示之流程，在進行測試時可以—併 • 執行·，或在抹除數的基礎上加上ECC耐度值或無效頁妁測 D式另外’此二種測试方式可以利用自定碟機（固態儲存媒 體)的介面命令’使碟機回報快閃記憶體的生命週期、大於 某一固定百分比之抹除數的區塊數、區塊總數、抹除數的 最大值等。 接著’對上述實施範例所提到的ECC耐度值做說明。 圖5繪示包含ECC單元的資料區塊的結構示意圖。以下的 實施例將以快閃記憶體做為說明例。在快閃記憶體中，以 圖5的資料區塊20做為最小的讀寫單位。資料區塊2〇 — ® 般可包含一或多數個ECC資料區塊22。做為最小讀寫單 位的資料區塊20的大小例如可以是512B或2KB等，其 可以具設計需求做適當的調整。而各ECC資料區塊22則 包含可修正位元數的資料，例如16位元。藉由Ecc資料 區塊22可以對讀取或寫入的資料進行錯誤更正的處理程 序。 母個ECC資料區塊具有它可以檢查出的錯誤位元數 及其可以更正的錯誤位元數。另外，每個資料區塊2〇也有 201021045 ^iy/wnlTW 29227twf.doc/n 查出的錯誤位元數及其可以更正的錯誤位元數， :Ρ其有ECC資料區塊22中可檢查出的錯誤位元泰 的、心和及其可以更正的錯誤位元數的總和。 圖6緣示本實施例的耐度區塊的架構示意圖。如圖^ 不=據本實施例，快閃記憶體中的耐度區塊㈣ •V 〇|1㈣可以包含整數個圖5所㈣資料區塊2 G。在快閃 記錄與計算快閃記憶體的損壞程度時，以对 ❿ ’將儲存在快閃記憶體中的資料或槽案 分類’而將耐度區塊3G職予不同的參數耐度 本换Y卿對5&憶體_存區域的損壞程度附上-個參 考^戴，使系統可以預測該區塊的耐用 將錯誤的程度給予細值為等。㈣ =越小，衫_魏_可靠度越高，越適合儲存重 要性局的檔案或資料。透過這種方式，可以預估記憶體中 ，r率‘二:將下重6== 太要性分類是可赠“本身依據觀或資料 :獻等等來進行區分分類’或者是也可以 ^ 〃做疋義與分類。經過分類分層後，Endu的 品免便可依重要性，對應到不同層重躲的標案。 行定義為例，可以將系統檔和隱藏檔等與系 、=”相關的檔案與資料儲存在如制㈣的區域， 貝仙可存放在End㈣的區域，影音播可存放在腕㈣ 201021045 x. w, ., 1TW 29227twf.doc/n 的區域，而備份檔或資料則存放在Endu=i的區域。 吹、另外若疋使用者本身自己定義的話，可以將重要的 貝料或影音鮮存放在Endu=〇的區域。—般資料與影音 槽可以存放在例如Endu=1的區域，而不 音樓可以存放在例如End㈣的區域。當然，以上僅是說 明之用’何種資料要存放在Η—值多少的區域端視系 統或使用者的定義方式。 φ 圖7繪示本實施例的記憶體中的儲存區域的示意圖。 如圖7所示，其為記憶體的邏輯儲存區域的配置示意範 例。例如，可以將儲存區域4〇分成管理區域(映射表)42、 使用資料區域44、備份區域46與缺陷區域48。其中，在 此圖例中，使用資料區域44更可以依據Endu值區分為區 域1〜區域4 ’藉以依據構案或資料的重要性來分配儲存的 區域。 在管理區域42中可以存放一個記錄表，即耐度表 (endurancetable)。此記錄表記錄有耐度區塊的位置、區塊 • 的寫入次數(cycles)、ECC錯誤更正位元數(ECC)和耐度值 Endu (即將錯誤的程度）。圖8繪示本實施例的管理區域中 的耐度記錄表示意圖。如圖8所示，Endu值可以是次數與 ECC的函式或判斷式。一般快閃記憶體在出廠後會有E/w 參考值(抹除/寫入參考值，即可以執行幾次)以及分佈（即寫 入幾次後會開始產生缺陷）。而利用E/W參考值、ECC的 錯誤更正以及前述分部等等，定義一個對應函式或判斷 式’由次數與ECC計算Endu值。此對應函數或判斯式可 12 201021045 29227twf.doc/n

*·*^·*〆 ’V/·*·.ITT 次加料⑽m朗當時的 使用狀況與毀損狀況做修正。 ^體 上述的記錄表，便可依不同的此如值，將使用 3，:子區分成數個區域(嶋），即上述耐度區塊。例如 θ ，又不同的Endu值0-3’分成了區域！到區域4〇 另外’Endu值的對應函式或判斷式也可依各層檔

調整。此外，f理區域42因為重要性高，實作時可 便用較局可靠度的儲存體，例如MRAM。 綜上，本實施範例可以透過主機系統與固態儲存媒體 之間的介面命令，主動地從固態儲存媒體取得各種測試項 的數據，以作成測试報告。各測試項目是以區塊為單位: 所以更能有效地顯示出該固態儲存媒體之測試報告 性與信賴性。 胃π 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定 本1明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離 本發明之精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，故本 發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖％示本實施範例的基本流程示意圖，圖1Β為其 應用的系統架構示意圖。 圖2繪示本實施範例的一種測試方法的流程示意圖。 圖3繪示本實施範例的另一種測試方法的流程示意 13 201021045 jl ~j y y / w jl x

1TW 29227twf.doc/n 圖4繪示本實施範例的另一種測試方法的流程示意 圖。 圖5繪示包含ECC單元的資料區塊的架構示意圖。 圖6繪示本實施例的耐度區塊的架構示意圖。 圖7繪示本實施例的記憶體中的儲存區域的示意圖。 圖8繪示本實施例的管理區域中的耐度記錄表示意 圖。 【主要元件符號說明】 10 :電腦（系統端） 12 :固態儲存媒體 14 :介面 20 :資料區塊 22:ECC資料單元 3 0 .对度區塊 40 :儲存區域 42 :管理區域(映射表） 44 :使用資料區域 46 :備份區域 48 :缺陷區域 14

Claims (1)

1. 2〇1〇21〇45tw 29M〇c/n 七、申請專利範圍: 1. 一種固態儲存媒體可靠度的測試方法，其中該固態 儲存媒體包含多數個區塊，該固態儲存媒體可靠度的測試 方法包括： 取得該固態儲存媒體的各該區塊的一生命週期； 測試該區塊的·抹除數， 判斷該區塊的該抹除數是否大於一預定抹除數；以及 將該些區塊中，該抹除數大於該預定抹除數的區塊數 加以累加，以產生一問題區塊數，並輸出一測試報告。 2. 如申請專利範圍第1項所述之固態儲存媒體可靠度 的測試方法，其中該生命週期為該區塊的總抹除數。 3. 如申請專利範圍第1項所述之固態儲存媒體可靠度 的測試方法，其中該預定抹除數為該生命週期的一固定百 分比。 4. 如申請專利範圍第1項所述之固態儲存媒體可靠度 的測試方法，其中該生命週期由一使用者輸入一主機系統。 5. 如申請專利範圍第1項所述之固態儲存媒體可靠度 的測試方法，其中該生命週期由一主機系統，透過該主機 系統與該固態儲存媒體之間的一介面命令所取得。 6. 如申請專利範圍第1項所述之固態儲存媒體可靠度 的測試方法，更包括： 計算該問題區塊數與該固態儲存媒體之總區塊數的比 例，做為該測試報告。 7. 如申請專利範圍第1項所述之固態儲存媒體可靠度 15 201021045 -iTW 29227twf.doc/n 的測試方法，更包括-: 取得各該區塊的一錯誤更正碼对度值； 依據該錯誤更正碼耐度值，獲得—隱含錯誤，·以及 將各該些區塊的各親含錯誤併人糾題區塊數，以 做為該測試報告。 8.如甲請專職㈣7項所述 的測試方法，其中該錯誤更正碼耐度值由Ϊ ，機系統與該固態儲存媒體之間的一介：:所; 的二:請S圍第1項所述之固態儲存媒體可靠度 算：==效頁數，並依據該無效頁數計 丨，題區槐數，以做為該測試報告。 川.如曱晴專利範圍篦Q 度的測試方法，其t該無效儲存媒體可靠 機系統與該_儲存媒體之統’透過該主 η.-種介面命令所取得。 儲存媒體包人减的測試方法，其中該固態 =媒體包3多數_塊，_態儲存雜_試方法包 決定一測試流程； 主機傳送 通過-介面命令，由該固態 測試項目的數據； 卄琛骽向 差異值，以輸出一測試 比較該測試項目在測試前後的 16 201021045 J· J ……1TW 29227twf.doc/n 報告。 12. 如申請專利範圍第11項所述之固態儲存媒體可靠 度的測試方法，其中該測試項目為各該區塊之抹除數是否 大於一預定抹除數，該傳送該測試項目的數據更包括： 將該些區塊中，該抹除數大於該預定抹除數的區塊數 加以累加，以產生一問題區塊數，並輸出該測試報告。 13. 如申請專利範圍第12項所述之固態儲存媒體可靠 鲁 度的測試方法，其中該預定抹除數是由各該區塊一生命週 期的一固定百分比所決定。 14. 如申請專利範圍第12項所述之固態儲存媒體可靠 度的測試方法，其中該測試項目更包括一無效頁，其中傳 送該測試項目的數據更包括： 取得各該些區塊之一無效頁數，並依據該無效頁數計 鼻出對應的一區塊數；以及 將該區塊數併入該問題區塊數，以做為該測試報告。 鲁 15.如申請專利範圍第u項所述之固態儲存媒體可靠 度的測試方法，其中該測試項目為各該區塊的—錯誤更正 瑪耐度值。 16.如申請專利範圍第15項所述之固態儲存媒體可靠 度的測試方法，其中傳送該測試項目的數據更包括： 取得各該區塊的該錯誤更正碼耐度值； 依據該錯誤更正碼耐度值，獲得一隱含錯誤；以及 將各該些區塊的各該隱含錯誤，做為該測試報告。 17