TW201133500A - Semiconductor memory system having ECC circuit and method of controlling thereof - Google Patents

Description

201133500 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明之多種具體實施例係關於半導體儲存系統及其 控制方法，尤指一種具有錯誤檢查修正電路之半導體儲存 系統及其控制方法。 【先前技術】 非揮發性記憶體常做為許多攜帶式資訊裝置之儲存記 憶體。近年來’個人電腦（PC，personal computer)裝設有使 用NAND快閃記憶體之固態硬碟（SSD，s〇nd state drive)來 取代硬碟機（HDD, hard disk drive)已引進到市場，而固態 硬碟（SSD)將於;ί；久的將來會超越儲存器市場中的硬碟機 (HDD)。 當在像是固態硬碟（SSD)的半導體儲存系統中的資料 被更新時’由於該快閃記憶體之特性，在執行—寫入作業 之前，在-選擇的資料儲存區域中必須進行—刪除作業。 因此’由於經常性酬除與“作業而造成經常性的更新 —記憶胞，其可能造成該記憶胞的快速老化。因此，如果 資料大小增加時，老化的區域亦增加。此外，如果資料大 小增加’在該快閃記憶體區域中該資料的一寫入佔用時間 將增加，因此亦會增加資料傳遞時間。再者，當半導體儲 存系統㈣NAND㈣記憶體將資料寫人該記憶胞中時， 由於-錯誤作業或相鄰記憶胞之寫人作#，先前已經儲存 有資料之另-記憶胞的臨界值位準會改變。因此，如果臨 201133500 界值位準改變，資料讀取作業之準確度將會降低。 因此，非常需要一種資料傳遞方法，其能夠在有限的 記憶體區域中準確地儲存更多的資料，並可使用該記憶胞 一段更長的時間。 【發明内容】 本發明之具體實施例包括可修正資料錯誤的半導體儲 存系統。 本發明之具體實施例包括一種控制可修正資料錯誤的 半導體儲存系統之方法。 在本發明一具體實施例中，一種半導體儲存系統包 括：一記憶體區域，具有複數記憶胞；及一記憶體控制 器，具有一資料控制單元。該資料控制單元包括一寫入控 制單元，其配置成於一寫入作業期間對一輸入資料執行第 一錯誤檢查修正（ECC，error check correction)編碼，以產生 一第一編碼輸入資料，壓縮該第一編碼輸入資料以產生一 壓縮輸入資料，對該壓縮輸入資料執行第二ECC編碼，以 產生一第二編碼輸入資料，並將該第二編碼輸入資料寫入 該記憶體區域中做為一寫入資料。 在本發明另一具體實施例中，一種控制半導體儲存系 統的方法包括：（a)接收一輸入資料；（b)對該輸入資料執行 第一錯誤檢查修正（ECC)編碼以產生一第一編碼輸入資 料；（c)壓縮該第一編碼輸入資料以產生一壓縮輸入資料； (d)對該壓縮輸入資料執行第二ECC編碼以產生一第二編 201133500 碼輸入身料；及(e)寫入該第二編碼輸入資料到該半 存系統中一記憶體區域。 在本發明又另一具體實施例中，一種半導體記憶體裝 置包括：一主機介面；一微控制單元，其配置成經由該主 機介面接收一輸入資料；一記憶體控制器，具有一資料控 $單元；及一記憶體區域’具有複數記憶胞。該資料控制 單疋包括-寫人控制單元，其配置成對該輸人資料執行第 錯誤修正編碼以產生一第一編碼輸入資料與一第一冗餘 #料，並壓縮該第一編碼輸入資料與該第一冗餘資料以 生一壓縮輸入資料。 ' 【實施方式】 苴以下根據本發明之具有ECC電路的半導體儲存系統與 ^控制方法，將透過較佳具體實施例參照該等附屬圖式來 另外 該專方塊圖中每一方塊可以代表一模組、區段 部份，其中包含用於實施該等指“輯功能 中或夕個可執打指令。亦必須注意到在一些其它實施 如在5亥等方塊中標註的該等功能可依不同順序發生。例 等方事實上連續顯示之兩個方塊為實質上同步執行，或該 塊有時候根據所牽涉的功能性而以相反順序來執行 接下來，根據本發明-具體實施例之半儲 統’現在將參照第W說明。 存糸 第1圖為根據本發明之具體實施例的半導體儲存系統 201133500 100之配置的方塊圖。在此處，半導體儲存系統100例示 為使用NAND快閃記憶體之系統。 請參照第1圖，半導體儲存系統100包括一主機介面 110、一緩衝器單元120、一微控制器單元（MCU，micro control unit)130、一記憶體控制器140及一記憶體區域 150 ° 主機介面110耦合至緩衝器單元120。主機介面110 接收/傳遞一控制命令、一位址信號與一資料信號於一外 ‘ 部主機（未示出）與緩衝器單元120之間。該外部主機（未 示出）與主機介面110之間的介面方法可為下列中的一項： 序列先進技術附件（SATA, Serial Advanced Technology Attachment)、並列先進技術附件（PATA，Parallel Advanced Technology Attachment)、SCSI、Express Card 與 PCI—Express，但該具體實施例並不限於此。 緩衝器單元120緩衝來自主機介面110之一輸出信 號，或暫時地儲存一邏輯位址與一實體位址之間的映射資 訊、該記憶體區域的區塊分配資訊、該區塊之刪除次數， 與自外部接收的資料。緩衝器單元120可以為使用靜態隨 機存取記憶體（SRAM，static random access memory)或動態 隨機存取記憶體（DRAM, dynamic random access memory)的 緩衝器。 微控制器單元(MCU) 130自主機介面110接收該控制 命令、該位址信號、該資料信號等，或將該控制命令、該 位址信號、該資料信號等傳遞至該主控主機介面110,並 201133500 控制該記憶體控制器丨4〇以回應於那些信號。 同時，§己憶體控制器140包括一資料控制單元145。 類似S知的控制器’記憶體控制器⑽控制半導體儲存系 統100 ’使得當記憶體控制器140自主機介自11〇接收一輪 入資料與-寫入命令，半導體儲存系統100將該輸入資料 寫入記憶體區域150。同樣地，記憶體控制器刚控制半 導體儲存系統100,使得當記憶體控制器刚自主機介面 no接收-讀取命令，半導贿存系統〗⑼讀取自記 區域150的資料，並輸出該資料到外部。 心_ 在一寫入作業期間，資料控制單元145產生一第一同 位位元，即-或多個第一同位位元，其用於驗證自主機介 面110接收的該資料中的一錯誤。然後資料控制單元⑷ 壓縮該驗證結果’例如該等第—同位位元與自主機介面 11〇接收的該資料，並產生—第二同位位元，即—或多個 第二同位位元，用於重新驗證在該壓縮資料中的一錯誤。 然後資料控制單元145寫人該壓縮資料連同該等—或多個 第二同位位元在記憶體區域15G t。相反地H取作 業期間，資料控制單元145使用該等—或多個第二同位位 疋驗證來自記憶體區域150之該壓縮資料中的一錯誤，並 解壓縮該驗證結果’並重新驗證一資料錯誤，且^提供 該輸出至主機介面110。該等一或多個第一與第二同位位 元較佳地是單一位元資料資訊。 —詳細而言’在-寫入作業期間’資料控制單元⑷執 行第- ECC (錯誤檢查修正）編碼，然後壓_資料連同 201133500 自該第一 ECC編碼產生的該等第一同位位元，然後對該壓 縮資料執行第二ECC編碼。 如上所述，該讀取作業可解釋成該寫入作業的相反順 序。例如，在該讀取作業期間，資料控制單元145執行第 一 ECC解碼來使用儲存在記憶體區域150中的該壓縮資料 與一或多個第二同位位元驗證一錯誤，並解壓縮該驗證結 果，例如該壓縮資料與該等第一同位位元，以在該寫入作 業期間該壓縮之前恢復該資料結構。然後，半導體儲存系 統100對該解壓縮資料執行第二ECC解碼，以重新驗證一 錯誤，並提供該結果至主機介面110,而可便利於具有一 增加可靠度的資料讀取。 因此，根據該具體實施例，資料的錯誤修正比率可藉 由執行ECC編碼與ECC解碼兩次來加強。再者，半導體 儲存系統1〇〇提供該壓縮資料至記憶體區域150，以減少 一寫入佔用時間，並儲存更多的資料在有限的記憶體區域 150 中。 記憶體控制器140控制記憶體區域150，使得記憶體 區域150能夠執行該寫入、删除與讀取作業。在此，記憶 體區域150可為NAND快閃記憶體。在該具體實施例中， 該NAND快閃記憶體的一記憶胞可為一單一位準記憶胞 (SLC, single level cell)或一多重位準記憶胞（MLC， Multi-level cell)。 第2圖所示為第1圖之資料控制單元145的配置之方 塊圖，而第3圖所示為記憶體區域150與第2圖之資料控 201133500 制單元145之間一資料結構關係的配置之方塊圖。 請參照第2圖及第3圖，資料控制單元145包括一寫 入控制單元I454與一讀取控制旱元Μ%。 首先’寫入控制單元1454包括一第—ECC編碼器 1451、一壓縮單元1452與一第二ECC編碼器Μ”。 如第2圖及第3圖所示，第一 ECC編石馬器1451編碼 一輸入資料「DIN」以產生一記憶胞資料rdata」與一第一 同：位元「P1」。概言之’ ECC編碼為_種技術，用於編 碼=貝料藉以驗證與修正可能發生在一資料傳輸作業中的錯 誤即疋，该ECC編碼基本上可被執行來加入同位位元資 汛（即用於驗證的資訊）至一原始資料，使得一半導體儲 存系統能夠偵測與修正當一信號被弱化時的一錯誤，或由 於外部電波透過通信線傳輸資料時很難接收完整的信號。 在此例示使用李得所羅門（Reed Solomon)碼做為一第一 ECC編碼演算法，但該具體實施例不限於此，且另可使用 其匕的錯誤偵測/修正編碼方式，例如使用漢明（Hamming) 馬及—模組化冗餘（Triple Modular Redundancy)其中之一 種。 壓縮單元1452同時壓縮該記憶胞資料「data」與該第 同位位元「P1」，其為第一 ECC編碼器1451之編碼結 果藉以h供一壓縮資料「comp」。例如做為一種壓縮演 算法，有一種演算法可記憶一重複字母之重複次數，或降 低重複字元的長度，或減少資料之間的空間，以做為一 寺疋· 4發的編碼技術。因此，所有可降低一資料大小之多 201133500 種廣可包括該壓縮演算法。使用這種演算法，資料可 被壓縮i為该資料編碼之結果的該第一同位位元「 亦可被壓縮。 如第2圖所示，第二ECC編碼器1453對該壓縮資料 c〇mP」執行第—ECC編碼，以產生一最終資料「DATA」 與一第二同位位元「p2」。在此，例示使用

Bose-Chaudhuri-Hocquenghem (BCH)演算法做為該第二 ECC編碼演算法。同時，此處例示自第二編碼器 1453產生的第二同位位元「p2」儲存為資料控制單元⑷ 之一儲存區域（未示出）的一部份當中。 =因此，在該寫入作業期間，半導體儲存系統100執行 該ECC編碼兩次，藉此加強資料傳輸的可靠度，且半導體 儲存系統100可以藉由提供該壓縮資料而有效率地使用該 有限的記憶體區域（參照第1圖中的1 )。 同時’讀取控制單元1458包括一第一 ECC解碼器 1457、一解壓縮單元1456與一第二Ecc解碼器Μ”。 在戎讀取作業期間，第一 ECC解碼器1457藉由使用 該壓縮資料（例如「comp」）及該第二同位位元rp2」來 驗證一資料錯誤，並基於該驗證結果修正該資料，然後提 供一修正的資料「cor_data」。第一 ECC解碼器Η57被包 括來解碼資料，其做為第二ECC編碼器1453的一對應、= 件，且其例示為第一 ECC解碼器1457使用該BCH演算去 做為一解碼技術。 解壓細早元1456解壓縮該第一 ECC解碼之結果來產 201133500 生一解壓縮的資料「decomp」做為第一 ECC編碼器i45i 之結果，使得半導體儲存系統100可以在該資料結構於被 壓縮單元1452壓縮之前將其恢復。在此，解壓縮單元 H56之原理可以相反於壓縮單元1452的原理，且本技術 專業人士可立即地實施解壓縮單元1456，因此將省略其細 節。 …田 接著’如第2圖及第3圖所示，第二ecc解碼器1455 對該解壓縮結果執行第二ECC解碼。即是，藉由使用該記 憶胞資料「data」與該第一同位位元「P1」，第二Ecc解 螞器1455驗證一資料錯誤，並基於該驗證結果修正該資 科，然後提供一輸出資料「DOUT」。第二ECC解碼器1455 被包括來解碼資料，做為第一 ECC編碼器1451的—對應 零件，而李得所羅門（Reed Solomon)可以做為第二Ecc解 瑪器1455之解碼技術。 第4圖與第5圖所示為根據該具體實施例中一種控制 +導體儲存系統1〇〇之方法的流程圖，其用於該寫入作業 與該讀取作業。 明參照第1圖到第4圖，於該寫入作業期間，該半導 體儲存系統對該輸入資料「DIN」執行該第一 ECC編 (Slo)。 特定而言，該半導體儲存系統執行該第一 ECC編碼， 乂產生6亥§己憶胞資料「data」與該第一同位位元「pi」。 °玄半導體儲存系統壓縮該第一 ECC編碼之結果 (S20) 〇 ° 12 201133500 因此，該資料可被壓縮，且做為誃次 第-同位位元「P1」亦可被壓縮。/貝，斗之編碼結果的 (s^半導體儲存純對縮結果執㈣第二ECC編碼 壓缩:mEcc編碼被執行，以驗證可能發生在該 誤，並可增進將會被寫人在該記憶 =圖中的i5G)中的資料之-錯誤修正比 寫入做為-最終結果的資_)。 举二π體^ 將說明於該讀取作

菜期間丰導體儲存系統100之一作業。 F 於該讀取作業期間，該半導體 胞區域（參照第i圖中的15(υ t對來自該記憶 碼(S50)。 制單元（參照第！針的14”中_使用館存在該資料控 驗證一資料錯誤， 的該第二同位位元「P2」 J二 果有錯誤時修正該資料。 錯存系統解壓縮該第一 HCC解碼之結果 二資π體儲存系_做為該第-咖㈣ 該半導體儲存系崎 〜1恢復。 碼(S70)。 /解㈣結果執行該第二咖解 13 201133500 该半導體儲存系統驗輯解壓縮資㈣—錯誤，並 如果有錯誤時修正該資料。 ' 該半導體儲存系統提供修正的資料或未修正的資料至 該第丄圖中的15。)做為該輸_ 」並疋成°亥貝料讀取作業（s8〇)。 執：，根據該具體實施例’該半導體亀統對資料

EcT編編碼’並壓縮該結果本身來執行該第二 2編碼，藉此能夠加強資料的錯誤修正比率，並對該麼 該第二ECC編碼，藉此能夠降低錯誤修正的負 有效率地使用料’藉此能夠 : 的裝置及方法並不受限於所述的該等具體實施例= ===等裝置必須僅受限於配合以上說明及附屬圖 式所依據的該等申請專利範圍。 【圖式簡單說明】 統的=之圖方為ΓΓ本發明一具體實施例之一半導體儲存系 第2圖為第1圖之資料控制單元的配 第3圖為第2圖 之方鬼圖’ 第4圖與第5圖為根 半導體儲存系統之方法的流程圖。八體實施例中，控制 14 201133500 【主要元件符號說明】 100 半導體儲存糸統 110 主機介面 120 緩衝器單元 130 微控制器單元 140 記憶體控制器 145 資料控制單元 150 記憶體區域 1451 第一錯誤檢查修正編碼器 1452 壓縮單元 1453 第二錯誤檢查修正編碼器 1454 寫入控制單元 1455 第二錯誤檢查修正解碼器 1456 解壓縮單元 1457 第一錯誤檢查修正解碼器 1458 讀取控制單元 Comp 壓縮 Cordata 修正資料 DIN 輸入資料 DOUT 輸出資料 Data 資料 Data’ 壓縮資料 Decomp 解壓縮 S10 〜S80 步驟 15 201133500 PI ΡΓ P2 第一同位 壓縮第一同位 第二同位 16

Claims (1)

1. 201133500 七、申請專利範圍： 1. 一種半導體儲存系統，其係包含： 一記憶體區域，具有複數記憶胞；及 一記憶體控制器，具有一資料控制單元； 其中，該資料控制單元包括一寫入控制單元，其配置 成在一寫入作業期間對一輸入資料執行第一錯誤檢查修 正(ECC)編碼，以產生一第一編碼輸入資料，壓縮該第一 編碼輸入資料以產生一壓縮輸入資料，對該壓縮輸入資料 執行第二ECC編碼，以產生一第二編碼輸入資料，並將 該第二編碼輸入資料寫入該記憶體區域中做為一寫入資 料。 2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體儲存系統，其中，該 資料控制單元更包括一讀取控制單元，其配置成在一讀取 作業期間，從該記憶體區域讀取一輸出資料，對該輸出資 料執行第一 ECC解碼以產生一第一解碼輸出資料，解壓 縮該第一解碼的輸出資料以產生一解壓縮輸出資料，對該 解壓縮輸出資料執行第二ECC解碼以產生一第二解碼輸 出資料，並輸出該第二解碼輸出資料做為一讀取資料。 3. 如申請專利範圍第2項所述之半導體儲存系統，其中，該 寫入控制單元包括： 一第一編碼’配置成編碼該輸入資料以提供一或多 個第一同位位元； 一壓縮單元，配置成壓縮該第一編碼器的結果；及 一第二編碼，配置成編碼該壓縮单元的結果以提供 17 201133500 -或多個第二同位位元。 4·如中請專利_第2項之半導體料 控制單元包括·· 统其_，該讀取 同位位 -第-解碼器’配置成使用該等一或 70解碼在該記憶體區域中的資料； 及 解壓縮單元，配置成解壓縮該第— 解碼器的結果； 一第一解碼器，配置成使 __. 元解碼該解I缩單元的結果。β s夕個第—同位位 其中’該 專利範圍第2項所述之半導體儲存系統 導體儲存系統包含一驗肋快閃記憶體。 6:申=利範圍第3項所述之半導體儲存系統，兮 等-或多個第一同位位元由一單一位元構成。 其中，該 W申請專利範圍第3項所述之半導體儲存系統 等-或多個第二同位位元由—單一位元構成。 8·—種控制"'半導體儲存⑽的方法，其係包含： 接收一輸入資料； =該輸人資料執行第—錯誤檢查修正(ecc)編碼以產 生一第一編碼輸入資料； 壓縮該第-編碼輸人資料以產生—壓縮輸入資料· 對該壓縮輸人資料執行第二Ε(χ編碼以產生 編碼輸入資料；及 將該第二編碼輪人資料寫人該半導體儲存系統中的 —記憶體區域。 18 201133500 .如申叫專利範圍第、 從該半導體儲之方法，更包含以下步驟： 資料； 子系統中的該記憶體區域讀取—輪出 對該輸出資料勃并笛 ^ 輸出資料； —Ecc解碼以產生-第-解馬 解壓縮該第一觫踩趴山欠 料； 解馬輪出資料以產生-解壓縮輸出資 對該解壓縮輪出資粗 二解碼輸出資料;：4執仃第二咖解碼以產生-第 10如由輸出°亥第一解碼輸出資料做為-讀取資料。 10.如申請專利範圍第8項 貝料 ECC編碼包含％ '，、，執仃該第一 位元；及資料以提供一或多個第一同位 亥第一 ECC編碼包含編碼該壓縮輸入資料以 供一或多個第二同位位元。 U.如申請專利範圍第10項所述之方法，其 咖解碼包含對該輸出資料使用該等—或多個第二同位 元執行4第-ECC解碼；且執行該第二Ε(χ解碼包含 對該解壓縮輸出資料使用該等—或多個第—同位位元執 行該第二ECC解碼。 12.如申請專利範圍第8項所述之方法，其中，該第一 ecc 編碼包含李得所羅門（Reed sGlQmGn)編令演算法。 13‘如申請專利範圍第8項所述之方法，其中，該半導體儲 存系統包含一 NAND快閃記憶體。 19 201133500 14.如申請專利範圍第1〇項所述之方法，其中，該等一或多 個第一同位位元由一單一位元構成。 15·如申請專利範圍第10項所述之方法，其中，該等一或多 個第二同位位元由一單一位元構成。 16. —種半導體記憶體裝置，其係包含： 一主機介面； 微控制器單元，配置成經由該主機介面接收一料 入資料； μ 一記憶體控制器，具有一資料控制單元； 一記憶體區域，具有複數記憶胞； 其中，該資料控制單元包括一寫入控制單元，其配 置成對該輸入資料執行第一錯誤修正編碼以產生一第一 編碼輸入資料與—第—冗餘資料，並壓縮該第-編碼輪 入資料與該第—冗餘資料以產生-Μ縮輸入資料。 7’如申凊專利|(1圍帛16項所述之半導體記憶體裝置，其 中’該寫人控制單元更配置成對該壓縮輸人資料執行第 -錯誤修正編碼以產生—第二編碼輸人資料肖—第二冗 餘貝料，並將該第二編碼輸人資料與該第二冗餘資料寫 入部份的該等記憶胞。 18.如申凊專利範圍第17項所述之半導體記憶體裝置，其 中’ §亥#料控制單元更包括-讀取控制單元，其配置成 從該記憶體區域讀取一輸出資料，對該輸出資料使用該 第二冗餘資料執行第—錯歸正解碼以產生—第一解碼 輸出資料’解壓縮該第一解碼輸出資料以產生一解壓縮 20 201133500 輸出資料與該第-冗餘資料’並對該解 用該第-冗餘資料執行第二錯誤修正解碼以產 解碼輸出資料。 19. 如申請專利範圍帛16項所述之半導體記憶體裝置，其 中δ 亥第一冗餘資料包含一單一同位位元。 20. 如申請專利範圍第16項所述之半導體記憶體裝置，其 中’該第二冗餘資料包含一單一同位位元。 21