TW201407357A - 包含具有至非揮發性記憶體橋接器之高速序列埠磁碟控制器之混和式儲存裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種混合式儲存裝置，其包括：至少一儲存磁碟；一磁碟控制器，其經組態以控制資料至該儲存磁碟之寫入及資料自該儲存磁碟之讀取；一非揮發性電子記憶體；及一橋接器裝置，其耦合於該磁碟控制器與該非揮發性電子記憶體之間。該磁碟控制器包括複數個高速序列介面。在一實施例中，該等高速序列介面包含：一第一高速序列介面，其經組態以將該磁碟控制器介接至一主機裝置；及一第二高速序列介面，其經組態以經由該橋接器裝置而將該磁碟控制器介接至該非揮發性記憶體。該非揮發性記憶體可包括一快閃記憶體，且該橋接器裝置可包括一快閃控制器。可以一晶片上系統單晶片(SOC)積體電路之形式實施該磁碟控制器，該SOC積體電路在包含一混合操作模式及一企業操作模式之複數個模式中操作。

Description

包含具有至非揮發性記憶體橋接器之高速序列埠磁碟控制器之混和式儲存裝置
基於磁碟之儲存裝置(諸如硬碟機(HDD))用於提供各種不同類型之資料處理系統中之非揮發性資料儲存。一典型HDD包括固持一或多個扁平圓形儲存磁碟(亦被稱為磁盤)之一轉軸。各儲存磁碟包括由諸如鋁或玻璃之一非磁性材料製成之一基板，該基板塗覆有一或多個磁性材料薄層。在操作中，經由各自讀取及寫入磁頭而自儲存磁碟之磁軌讀取資料及將資料寫入至儲存磁碟之磁軌，該等讀取及寫入磁頭在磁碟高速旋轉時藉由一定位臂而橫跨磁碟表面準確移動。HDD之儲存容量繼續增加，且當前可取得可儲存數個太位元組(TB)之資料之HDD。
HDD通常包含一系統單晶片(SOC)以將來自一電腦或其他處理裝置之資料處理成待寫入至儲存磁碟之一適合形式且將回讀自儲存磁碟之信號波形變換成待傳送至電腦之資料。該SOC具有大規模數位電路且具有常用之進階互補式金氧氧化物半導體(CMOS)技術以滿足成本及效能目標。該SOC通常包括可併入與HDD之讀取及寫入通道關聯之電路之一磁碟控制器。HDD一般亦包含可經組態以將該SOC介接至讀取及寫入磁頭(其等用作自儲存磁碟讀取資料及將資料寫入至儲存磁 碟)之一前置放大器。
眾所周知，HDD可與其他類型之非揮發性記憶體組合以形成混合式儲存裝置。例如，一給定之此混合式儲存裝置除包含一或多個HDD之外，亦可包含一快閃記憶體。
本發明之繪示性實施例提供混合式儲存裝置，其包含一HDD或其他類型之基於磁碟之儲存裝置，以及諸如一快閃記憶體之一非揮發性電子記憶體，其中一給定之此實施例中之混合式儲存裝置經組態以利用高速序列介面來(例如)與關聯於混合式儲存裝置之各自主機及橋接器裝置通信，其中該橋接器裝置提供至該非揮發性電子記憶體之存取。
在一實施例中，一種混合式儲存裝置包括：至少一儲存磁碟；一磁碟控制器，其經組態以控制資料至該儲存磁碟之寫入及資料自該儲存磁碟之讀取；一非揮發性電子記憶體；及一橋接器裝置，其耦合於該磁碟控制器與該非揮發性電子記憶體之間。該磁碟控制器包括複數個高速序列介面，該等高速序列介面包含：一第一高速序列介面，其經組態以將該磁碟控制器介接至一主機裝置；及一第二高速序列介面，其經組態以經由該橋接器裝置而將該磁碟控制器介接至該非揮發性記憶體。該磁碟控制器之其他組態係可能的，其中至少一高速序列介面經由該橋接器裝置而至該非揮發性記憶體。
非揮發性記憶體可包括一快閃記憶體，且更特定言之，可包括併入多位階記憶體胞配置之一反及快閃記憶體，且橋接器裝置可包括一快閃控制器。其他類型之非揮發性記憶體及關聯橋接器裝置可用在其他實施例中。
舉例而言，可以一SOC積體電路之形式實施磁碟控制器，該SOC積體電路在包含一混合操作模式及一企業操作模式之複數個模式中操 作。在一可能之混合操作模式中，第一高速序列介面將磁碟控制器介接至主機裝置，且第二高速序列介面經由橋接器裝置而將磁碟控制器介接至非揮發性記憶體。在一可能之企業操作模式中，第一高速序列介面及第二高速序列介面可用於與各自序列附接SCSI(SAS)儲存裝置通信，其中SCSI表示小型電腦系統介面。在一給定實施例中，可支援各種其他混合或企業模式，其包含涉及其他類型之序列附接儲存裝置(諸如單埠序列進階附接技術(SATA)HDD)之一企業模式。
應強調，SCSI及SATA儲存裝置之以上涉及內容僅為繪示性實例，且諸多其他類型之儲存裝置(其例如包含周邊組件快速互連(PCIe)儲存裝置)可用在一給定之混合或企業模式中。
本發明之實施例之一或多者提供混合式儲存裝置之顯著改良方案。例如，所揭示之配置允許相同SOC用在混合式儲存裝置以及非混合式儲存應用(諸如企業式SAS配置)兩者中。據此，SOC可在包含一混合操作模式及一企業操作模式兩者之多個模式中操作。此增加SOC之多功能性，同時亦降低與混合式儲存裝置之實施方案關聯之成本及複雜性。
100‧‧‧混合式儲存裝置
100-1至100-N‧‧‧儲存裝置
102‧‧‧系統單晶片(SOC)積體電路/SOC
104‧‧‧非揮發性記憶體
105‧‧‧橋接器裝置
106‧‧‧處理器
107‧‧‧主機裝置/主機
108‧‧‧揮發性記憶體
110‧‧‧儲存磁碟
112-1‧‧‧第一高速序列介面
112-2‧‧‧第二高速序列介面
114‧‧‧前置放大器
115‧‧‧讀取/寫入磁頭
200‧‧‧混合式儲存裝置
202‧‧‧硬磁碟控制器(HDC)
204‧‧‧多位階記憶體胞(MLC)反及快閃記憶體
205‧‧‧快閃控制器
207‧‧‧主機裝置
208‧‧‧雙倍資料速率(DDR)記憶體
212-1‧‧‧第一序列進階附接技術(SATA)序列介面
212-2‧‧‧第二SATA介面
220‧‧‧SATA介面
300‧‧‧虛擬儲存系統
302‧‧‧虛擬儲存控制器
304‧‧‧獨立磁碟冗餘陣列(RAID)系統
圖1係本發明之一繪示性實施例中之一混合式儲存裝置之一方塊圖。
圖2繪示圖1之混合式儲存裝置之一可能實施方案。
圖3展示併入圖1中所展示類型之複數個儲存裝置之一虛擬儲存系統。
本文中將結合例示性混合式儲存裝置以及關聯之控制器、SOC及其他組件而繪示本發明之實施例。然而，應瞭解，本發明之此等及其他實施例可更一般地適用於其中期望改良型組態靈活性之任何儲存裝 置或關聯之控制器或SOC。可使用除結合繪示性實施例而特定展示及描述之組件之外之組件來實施額外實施例。
圖1展示根據本發明之一繪示性實施例之一混合式儲存裝置100。儲存裝置100包括一SOC積體電路102，其經由可繪示性包括一快閃控制器積體電路之一橋接器裝置105而與諸如一反及快閃記憶體之一非揮發性電子記憶體104通信。SOC 102亦與一處理器106通信。假定處理器106係一主機裝置107(諸如一電腦或伺服器，其在一些實施例中可被視為在儲存裝置外部)之部分或否則與該主機裝置關聯。
SOC 102耦合至揮發性記憶體108，假定：在本實施例中，揮發性記憶體108包括諸如隨機存取記憶體(RAM)之電子記憶體，但亦可以任何組合併入唯讀記憶體(ROM)或其他類型之揮發性記憶體。作為一更特定實例，本實施例中之記憶體108可包括雙倍資料速率(DDR)同步動態RAM(SDRAM)，但各種其他類型之記憶體可用在其他實施例中。
記憶體108可被視為本文中被更一般地稱為一「電腦可讀儲存媒體」之記憶體的一實例。此一記憶體可例如用於儲存可執行程式碼，當在儲存裝置100內執行該可執行程式碼時，該可執行程式碼控制儲存裝置之某些功能性。
混合式儲存裝置100亦包括至少一儲存磁碟110。更具體言之，此實施例中之儲存裝置100可包括一HDD，其包含儲存磁碟110。儲存磁碟110具有塗覆有一或多種磁性材料之一儲存表面，該等磁性材料能夠儲存呈沿一共同磁化方向(例如向上或向下)定向之各自媒體顆粒群組形式之資料位元。儲存磁碟110可連接至由一轉軸馬達驅動之一轉軸，但圖中未明確展示此等兩個元件。儲存磁碟110之儲存表面可包括複數個同心磁軌，其中各磁軌被細分成複數個磁區，該等磁區之各者能夠儲存用於後續擷取之一資料區塊。亦可假定：儲存磁碟110包 含形成其儲存表面上之一時序型樣。此一時序型樣可包括以一習知方式形成於特定磁區中之一或多組之伺服位址標記(SAM)或其他類型之伺服標記。
SOC 102包括多個高速序列介面112-1及112-2，其等之各者可包括一序列進階附接技術(SATA)介面。第一高速序列介面112-1經組態以將SOC 102介接至主機裝置107之處理器106，及第二高速序列介面112-2經組態以經由橋接器裝置105而將SOC 102介接至非揮發性記憶體104。如本文中所使用，術語「高速」意欲意指超過每秒約十億位元(1Gb/sec)之資料速率。例如，在一可能實施方案中，該兩個序列SATA介面可各以約6Gb/sec之資料速率操作。
本實施例中之SOC 102經組態以充當一磁碟控制器，且因此經由一前置放大器114而耦合至一讀取/寫入磁頭115。由SOC 102繪示性實施之該磁碟控制器經組態以經由前置放大器114及讀取/寫入磁頭115而控制資料至儲存磁碟110之寫入及資料自儲存磁碟110之讀取。因此，SOC 102可被視為本文中被更一般地稱為一「磁碟控制器」之SOC的一實例。在其他實施例中，可使用多個積體電路及其他可能組件來組態此一磁碟控制器，而非如同本實施例般使用一單一SOC積體電路來組態此一磁碟控制器。
前置放大器114可例如包括用於提供寫入信號至讀取/寫入磁頭115之驅動器電路。此驅動器電路可包含多側驅動器電路，其可例如包含一X側及一Y側，該等側各包括高側驅動器及低側驅動器兩者，其中基於相反寫入循環而驅動該X側及該Y側。在其他實施例中，驅動器電路之諸多替代配置係可能的。
讀取/寫入磁頭115可安裝於一定位臂上，該定位臂結合一電磁致動器而控制讀取/寫入磁頭在儲存磁碟110之磁性表面上之位置，但圖中未展示此臂及致動器組件。
使用分離之高速序列介面來與非揮發性記憶體104及主機107通信可允許SOC 102以一具成本效益之方式組態以支援多個操作模式。例如，在圖1所繪示之配置中，SOC 102可被視為以一混合操作模式組態，其中第一高速序列介面112-1將SOC 102介接至主機裝置107且第二高速序列介面112-2經由橋接器裝置105而將SOC 102介接至非揮發性記憶體104。
SOC亦可以諸如一企業操作模式之其他操作模式組態，其中第一高速序列介面及第二高速序列介面兩者用於與各自序列附接SCSI(SAS)儲存裝置通信，其中SCSI表示小型電腦系統介面。此一操作模式通常為一企業環境，其中SOC更可能介接至多個SAS儲存裝置，而非更可能介接至一主機裝置及一快閃記憶體。其他類型及組合之操作模式可用在其他實施例中。
應注意，上文所涉及之不同操作模式可意指一單一儲存裝置之操作模式，或可替代地意指SOC 102在一儲存裝置中之操作模式之一者及另一儲存裝置中之另一操作模式中之操作。因此，例如，併入SOC 102之一給定儲存裝置之一些實施方案可經組態以僅在混合模式中操作，同時其他此等儲存裝置經組態以在諸如前述企業模式之其他模式中操作。
如圖1中所展示，SOC 102之特定混合式組態允許藉由避免需要將否則需要在一混合操作模式中與橋接器裝置105通信之一分離平行介面併入至SOC中而以一極具成本效益之方式製造SOC。儘管此一平行介面可用於將一SOC介接至一橋接器裝置，但該平行介面無法在其他模式(諸如上文所提及之企業模式)中使用，在該等模式中，需要SOC通過各自高速序列介面而與各自SAS儲存裝置通信。因此，包含僅用在一混合操作模式中之此一平行介面表示：SOC 102之成本及複雜性會非所欲地增加。與上述類型之一平行介面之使用關聯之另一缺 點在於：該平行介面僅支援諸如單位階記憶體胞(SLC)快閃記憶體之快閃記憶體之有限類型，且因此不給多位階記憶體胞(MLC)快閃記憶體提供支援。
圖1之實施例允許用在一混合操作模式中之相同SOC 102亦用在一企業操作模式中，無需重新設計SOC自身，且因此無任何額外製造成本、晶片複雜性或電力需求。此外，相較於一SATA序列介面之6之一接針計數，平行介面一般具有一高接針數，諸如18之一接針數。因此，避免需要平行介面可在前述實例中使SOC 102之接針計數顯著減少12個接針。再者，此序列介面配置可支援SLC快閃記憶體及MLC快閃記憶體兩者。
應瞭解，儘管圖1展示僅具有SOC 102、非揮發性記憶體104、橋接器裝置105、主機107、揮發性記憶體108、儲存磁碟110、前置放大器114及讀取/寫入磁頭115之各者之一個例項的本發明之一實施例，但此僅為繪示性實例，且本發明之替代實施例可包括此等或其他儲存裝置組件之一或多者之多個例項。例如，一此替代實施例可包括：多個儲存磁碟，其等附接至相同轉軸使得所有此等磁碟以相同速率旋轉；及多個讀取/寫入磁頭及關聯定位臂，其等耦合至一或多個致動器。
一給定之讀取/寫入磁頭(如該術語在本文中所廣泛使用)可實施為呈分離讀取磁頭及寫入磁頭之一組合之形式。更特定言之，如本文中所使用，術語「讀取/寫入」意欲被廣義地解釋為讀取及/或寫入，使得一讀取/寫入磁頭可包括僅一讀取磁頭、僅一寫入磁頭、用於讀取及寫入兩者之一單一磁頭或分離讀取磁頭及寫入磁頭之一組合。因此，一給定之讀取/寫入磁頭(諸如讀取/寫入磁頭115)可包含一讀取磁頭及一寫入磁頭兩者。此等磁頭可例如包括具有環繞式或側遮罩式主磁極之寫入磁頭，或適合於記錄及/或讀取一儲存磁碟上之資料之任 何其他類型磁頭。讀取/寫入磁頭115可在執行讀取操作或寫入操作時被分別僅稱為一讀取磁頭或一寫入磁頭。
此外，如圖1中所繪示，儲存裝置100可包含其他元件及特定所展示之元件或可包含其他元件以代替特定所展示之元件，該等其他元件包含此一儲存裝置之一習知實施方案中常見之一類型之一或多個元件。
例如，儲存裝置可併入一或多個介面，其等實施為(例如)以引用方式併入本文中之進階微控制器匯流排架構(AMBA)AXI v2.0規格中更詳細所描述之進階可擴展介面(AXI)結構。此一匯流排可用於支援各種系統組件之間之通信。
本文未詳細描述熟習技術者所熟知之此等或其他習知元件。因此，應瞭解，圖1中所展示元件之特定配置僅以繪示性實例方式呈現。熟習技術者將認識到：各種其他儲存裝置組態可用於實施本發明之實施例。
名稱為「Data Storage Drive with Reduced Power Consumption」之美國專利第7,872,825號中揭示可經修改以用在本發明之實施例中之一SOC積體電路之一實例，該案與本發明共同讓與且以引用方式併入本文中。
可用於實施一給定實施例之處理器、記憶體或其他儲存裝置組件之其他類型之積體電路例如包含微處理器、數位信號處理器(DSP)、特定應用積體電路(ASIC)、場可程式化閘極陣列(FPGA)或其他積體電路裝置。
在包括一積體電路實施方案之一實施例中，多個積體電路晶粒可在一晶圓之一表面上形成為呈一重複圖案。各此晶粒可包含一磁碟控制器或關聯SOC(如本文所描述)，且可包含其他結構或電路。該等晶粒切割自或劃割自該晶圓，接著被封裝為積體電路。熟習技術者將 知道如何劃割晶圓及封裝晶粒以產生封裝積體電路。所製造之積體電路被考量為本發明之實施例。
圖2展示圖1之混合式儲存裝置之一部分之一可能實施方案。在此實施例中，混合式儲存裝置200包括經由一快閃控制器205而耦合至一MLC反及快閃記憶體204之一硬磁碟控制器(HDC)202。HDC 202亦耦合至一主機裝置207及DDR記憶體208。此圖中未展示儲存裝置200之額外磁碟相關組件，諸如前置放大器、讀取/寫入磁頭及儲存磁碟。HDC 202包括一第一SATA序列介面212-1，HDC通過該第一SATA序列介面而與主機裝置207通信。更特定言之，此實施例中之SATA序列介面212-1實施為一SATA III序列介面。HDC 202進一步包括一第二SATA介面212-2，HDC通過該第二SATA介面而與快閃控制器205通信以利用快閃控制器205之SATA介面220。如同圖1之實施例，一SOC積體電路可用於實施HDC 202。該等SATA序列介面可例如各以6Gb/sec之一資料速率操作，但可使用各種其他資料速率。
儘管圖中已繪示使用一MLC反及快閃記憶體204，但其他類型之快閃記憶體(或更一般而言，非揮發性記憶體)可用以代替該MLC反及快閃記憶體。例如，如本文先前所指出，可使用SLC非揮發性記憶體。
應瞭解，圖1及圖2中所展示之特定儲存裝置配置僅以繪示性實例之方式呈現，且本發明之其他實施例可利用其他類型及配置之元件來組態一SOC或其他磁碟控制器以支援包含至少一混合操作模式之多個操作模式，如本文所揭示。
例如，本發明之一實施例中之一給定SOC可支援其他類型之企業操作模式，諸如一企業模式，其中一或多個單埠SATA HDD連接至該SOC。另外或替代地，可支援諸多其他類型之模式，其包含涉及與一或多個USB裝置之互連的模式。
另外，本文僅以繪示性實例之方式參考特定類型之儲存裝置，諸如SCSI及SATA裝置。其他實施例可利用其他類型之儲存裝置，其例如包含呈任何組合之周邊組件快速互連(PCIe)硬碟。
此外，本發明之實施例中所實施之HDD可利用各種不同記錄技術之任何者，其例如包含疊瓦式磁記錄(SMR)、位元型樣媒體(BPM)、熱輔助磁記錄(HAMR)及微波輔助磁記錄(MAMR)。
儲存裝置100之多個例項可併入至一虛擬儲存系統300中，如圖3中所繪示。虛擬儲存系統300(亦被稱為一儲存虛擬化系統)繪示性包括耦合至一RAID系統304之一虛擬儲存控制器302，其中RAID表示獨立磁碟冗餘陣列。更具體言之，RAID系統包括標示為100-1、100-2、...、100-N之N個不同儲存裝置，假定該等儲存裝置之一或多者組態為先前結合圖1或圖2所描述類型之一混合式儲存裝置。包括本文所揭示類型之混合式儲存裝置之此等及其他虛擬儲存系統被考量為本發明之實施例。一給定主機裝置(諸如圖1之主機裝置107或圖2之主機裝置207)亦可為一虛擬儲存系統之一元件，且可併入虛擬儲存控制器302。
應再次強調，本發明之上述實施例意欲僅具繪示性。例如，其他實施例可使用不同類型及配置之磁碟控制器、揮發性及非揮發性記憶體、橋接器裝置、主機裝置及其他儲存裝置元件來實施所描述之功能性。此外，可在其他實施例中變動用於通過各自高速序列介面而與主機裝置及橋接器裝置通信之一給定磁碟控制器之特定組態方式。熟習技術者將明白以下專利申請範圍之範疇內之此等或諸多其他替代實施例。
100‧‧‧混合式儲存裝置
102‧‧‧系統單晶片(SOC)積體電路/SOC
104‧‧‧非揮發性記憶體
105‧‧‧橋接器裝置
106‧‧‧處理器
107‧‧‧主機裝置/主機
108‧‧‧揮發性記憶體
110‧‧‧儲存磁碟
112-1‧‧‧第一高速序列介面
112-2‧‧‧第二高速序列介面
114‧‧‧前置放大器
115‧‧‧讀取/寫入磁頭

Claims (10)

  1. 一種儲存裝置，其包括：至少一儲存磁碟；一磁碟控制器，其經組態以控制資料至該儲存磁碟之寫入及資料自該儲存磁碟之讀取；一非揮發性電子記憶體；及一橋接器裝置，其耦合於該磁碟控制器與該非揮發性電子記憶體之間；其中該磁碟控制器包括複數個高速序列介面；及其中該等高速序列介面之一給定者經組態以經由該橋接器裝置而將該磁碟控制器介接至該非揮發性記憶體。
  2. 如請求項1之儲存裝置，其中：該等高速序列介面之一第一者經組態以將該磁碟控制器介接至一主機裝置；及該等高速序列介面之一第二者經組態以經由該橋接器裝置而將該磁碟控制器介接至該非揮發性記憶體。
  3. 如請求項2之儲存裝置，其中該磁碟控制器包括一系統單晶片(SOC)積體電路。
  4. 如請求項3之儲存裝置，其中該SOC積體電路在包含一混合操作模式之複數個模式中操作。
  5. 如請求項4之儲存裝置，其中在該SOC積體電路之該混合操作模式中，該第一高速序列介面將該磁碟控制器介接至該主機裝置且該第二高速序列介面經由該橋接器裝置而將該磁碟控制器介接至該非揮發性記憶體。
  6. 如請求項4之儲存裝置，其中該SOC積體電路在一企業操作模式 中操作，在該企業操作模式中，該第一高速序列介面及該第二高速序列介面用於與各自序列附接儲存裝置通信。
  7. 一種方法，其包括以下步驟：使用一磁碟控制器來將資料寫入至一儲存磁碟及自一儲存磁碟讀取資料；及使用該磁碟控制器之一高速序列介面來經由一橋接器裝置而將該磁碟控制器介接至一非揮發性電子記憶體。
  8. 如請求項7之方法，其進一步包含使用該磁碟控制器之另一高速序列介面來將該磁碟控制器介接至一主機裝置之步驟。
  9. 一種非暫時性電腦可讀儲存媒體，其已體現為其內之可執行程式碼，當執行該可執行程式碼時，該可執行程式碼導致一儲存裝置執行如請求項7之方法之步驟。
  10. 一種設備，其包括：一積體電路，其包括經組態以控制資料至一儲存磁碟之寫入及資料自一儲存磁碟之讀取之一磁碟控制器；其中該積體電路包括複數個高速序列介面；及其中該等高速序列介面之一給定者經組態以經由一橋接器裝置而將該磁碟控制器介接至一非揮發性記憶體。
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