TWI493553B - 根據環境溫度資訊來執行平均抹寫程序之方法及其快閃記憶體裝置 - Google Patents

Description

根據環境溫度資訊來執行平均抹寫程序之方法及其快閃記憶體裝置

本發明係關於一種快閃記憶體裝置，尤其係關於一種根據快閃記憶體裝置之環境溫度資訊來執行平均抹寫程序之方法及其快閃記憶體裝置。

近年來，快閃記憶體已成為一種相當普遍的記憶儲存類型，且現今已有許多客製化的電子產品使用快閃記憶體做為儲存媒介。快閃記憶體裝置的製造商通常會訂定快閃記憶體於一特定的工作溫度範圍下來進行操作，以便獲得最佳的結果。然而，目前快閃記憶體裝置製造商仍然沒有根據快閃記憶體裝置所處環境之溫度條件來設計對應的控制方式。

實際上，快閃記憶體裝置受溫度的影響是相當顯著的。舉例來說，當快閃記憶體在一極端溫度環境下寫入資料並稍後於另一相反極端溫度環境下進行讀取，則所讀取的資料可能由於受到高低溫度變化的影響造成電子位移效應(Electron Displacement Effects)，而與當初寫入的資料不相符。

請參閱圖1，其為一習知的快閃記憶體裝置由於資料寫入與讀取動作分別在兩個不同的溫度下，而產生資料錯誤的兩種極端狀況。狀況一中，包含了步驟10、12與14。在步驟10中，寫入資料到快閃記憶體裝置時，當下環境溫度資訊為-40℃。在步驟12中，自快閃記憶體裝置讀取資料時，當下環境溫度資訊為25℃。在步驟14中，自快閃記憶體裝置讀取資料時，當下環境溫度資訊為85℃。於狀況一中，由於步驟10的溫度明顯低於步驟14的溫度，導致步驟10到步驟14所造成的巨大溫度變化而造成了電子位移效應，使得步驟14中所讀取的資料與步驟10中寫入的資料可能是不相符的。

而狀況二基本上與狀況一的所處條件相反。狀況二中，包含了步驟20、22與24。在步驟20中，寫入資料到快閃記憶體裝置時，當下環境溫度資訊為85℃。在步驟22中，自快閃記憶體裝置讀取資料時，當下環境溫度資訊為25℃。在步驟24中，自快閃記憶體裝置讀取資料時，當下環境溫度資訊為-40℃。於狀況二中，由於步驟20的溫度明顯高於步驟24的溫度，導致步驟24到步驟20所造成的巨大溫度變化而造成了電子位移效應，使得步驟24中所讀取的資料與步驟20中寫入的資料可能是不相符的。

另外一個可能由於溫度變化所造成的影響叫做讀取干擾錯誤(Read Disturb Errors)。當所選鄰近記憶區塊進行寫入的情況下，非所選記憶區塊無意被寫入了資料，即發生了讀取干擾錯誤。而於理想操作溫度範圍之外的極端溫度下操作快閃記憶體裝置，可能會加劇讀取干擾錯誤的情況發生。

由於無法預知使用者會在什麼操作溫度下使用快閃記憶體裝置，因此就有了可能受到溫度波動的影響而造成資料損失的可能性。而 由於快閃記憶體裝置可能會在較嚴苛的環境中使用像是工業或汽車應用等，如此一來，於溫度波動下保持資料的完整性是有其必要性。

習知快閃記憶體裝置錯誤校正碼(Error Correction Code,ECC)引擎通常是用來校正資料中所偵測到的錯誤。然而，目前仍未有一種簡單、有效的機制來預測或預防由於溫度波動所造成的錯誤。

本發明的主要目的在於提供一種根據快閃記憶體裝置所在環境溫度資訊來執行快閃記憶體裝置平均抹寫(Wear Leveling)的方法。

根據本發明所述的實施例，即揭露了一種根據快閃記憶體裝置所紀錄的溫度資訊來執行快閃記憶體裝置平均抹寫的方法。本發明之方法包含了判斷一當前溫度是否是在該快閃記憶體裝置之一正常操作溫度範圍之中，且若該當前溫度是在該快閃記憶體裝置之該正常操作溫度範圍之中時，將資料區塊相關聯之資料重新寫入至一快閃記憶體陣列的其他位置中，其中該資料是在該快閃記憶體裝置之該正常操作溫度範圍外的溫度環境下所寫入的。

根據本發明所述之另一實施例，本發明之快閃記憶體裝置包含：一控制器，用以控制該快閃記憶體裝置的相關操作；一溫度感測器，用以提供該快閃記憶體裝置之環境溫度資訊至該控制器；以及一快閃記憶體陣列，係由該控制器所控制，以進行資料的寫入以及紀錄該資料之溫度資訊，該資料之該溫度資訊為當寫入該資料至該快閃記憶體陣列中之一資料區塊時的溫度。當該資料係於該快閃記憶體裝置之一正常操作溫度範圍 之外寫入時，則於該快閃記憶體裝置之該正常溫度操作範圍之中時，藉由執行該快閃記憶體裝置的平均抹寫程序來更新該資料之該溫度資訊。

根據本發明另一個實施例，揭露了一種根據快閃記憶體裝置所紀錄的溫度資訊來執行快閃記憶體裝置平均抹寫的方法。其方法包含下列步驟：於該快閃記憶體裝置之一正常操作溫度範圍外之一第一溫度下，寫入一資料至一快閃記憶體陣列中之資料區塊中；以及紀錄該快閃記憶體陣列中之該第一溫度作為第一溫度資訊。本方法更包含：判斷一當前溫度是否在該快閃記憶體裝置之該正常操作溫度範圍之中；以及當該當前溫度係於該快閃記憶體裝置之該正常操作溫度範圍之中時，將該資料區塊相關聯之該資料重新寫入到該快閃記憶體陣列的其他位置中。

本發明之一優點係紀錄了與資料相關聯的環境溫度資訊到快閃記憶體裝置中。以此方式，當資料最後寫到快閃記憶體裝置時，快閃記憶體裝置就具有本身所處環境溫度資訊的標示。再者，當於當前環境溫度係於正常操作溫度範圍中之條件下對紀錄於快閃記憶體裝置的資料執行了平均抹寫，但所紀錄之環境溫度資訊指出該資料係當快閃記憶體裝置的環境溫度處於正常操作溫度之外時所寫入時，則透過平均抹寫重新寫入該資料時，一新的環境溫度資訊會紀錄於快閃記憶體裝置之中。藉由透過平均抹寫程序更新與寫入資料相關聯的環境溫度資訊，快閃記憶體裝置將知道最近資料寫入到快閃記憶體裝置時的環境溫度資訊，以此將大為提高所儲存的資料的精確性。此外，由於更新紀錄的溫度為一般平均抹寫程序中的一部份，當藉由平均抹寫程序重新寫入資料時，快閃記憶體裝置本身並無增加額外重大的負荷。

該溫度資訊並不限於紀錄於快閃記憶體陣列的備用區域中。舉例來說，該溫度資訊可紀錄於資料區塊中以為所儲存的資料中的一部份，或是將資料區塊分離出一小塊區域來紀錄該溫度資訊。

該溫度感測器可整合在該控制器中，或為一分離的元件。而且，該快閃記憶體裝置可以是任何包含了快閃記憶體單元的儲存裝置，像是固態硬碟或記憶卡等。

請參閱以下有關本發明較佳實施例之詳細說明及其附圖，在本發明所屬領域中具有通常知識者將可進一步了解本發明之技術內容及目的功效。

50‧‧‧快閃記憶體裝置

52‧‧‧控制器

54‧‧‧溫度感測器

60‧‧‧快閃記憶體陣列

62‧‧‧資料區塊

64‧‧‧備用區域

66‧‧‧資料區塊

68‧‧‧備用區域

步驟10~步驟14

步驟20~步驟24

步驟100~步驟108

圖1 為在一習知的快閃記憶體裝置上，由於資料寫入與資料讀取動作係分別於兩個不同的溫度下進行而造成了資料錯誤的兩個狀況；圖2 為根據本發明之一實施例之快閃記憶體裝置方塊圖；圖3 為根據本發明之實施例之快閃記憶體裝置的環境溫度資訊執行平均抹寫的流程圖。

請參閱圖2，其係根據本發明之一實施例之快閃記憶體裝置50的方塊圖。本發明所述之快閃記憶體裝置可為固態硬碟或記憶卡等任何包含有快閃記憶體單元、陣列等的儲存裝置。其中，快閃記憶體裝置50中包含用以控制快閃記憶體裝置50的控制器52，以及用以偵測快閃記憶體裝置 50周圍環境溫度的溫度感測器54。值得注意的是，溫度感測器54可整合於控制器52之中，或是獨立設置於快閃記憶體裝置50之外，主要用以提供環境溫度資訊至快閃記憶體裝置50的控制器52。其中，控制器52係可透過執行內建於控制器52中的韌體來操控快閃記憶體裝置50。

快閃記憶體裝置50更可包含快閃記憶體陣列60，該快閃記憶體陣列60包含有複數個資料區塊62、66，以及複數個備用區域64、68。資料區塊62、66係用以儲存快閃記憶體裝置50所編程或寫入的資料。在本發明之實施例中，在資料寫入到資料區塊62、66中時，係藉由溫度感測器54來紀錄快閃記憶體裝置的環境溫度資訊並儲存於備用區域64、68中。因此，備用區域64、68基於所紀錄到之快閃記憶體裝置50的環境溫度資訊，提供了儲存於資料區塊62、66的資料的一個指標。值得注意的是，用以儲存溫度資訊的備用區域64、68數目無需等同於資料區塊62、66的數目，例如亦可將多個溫度資訊紀錄於單一個備用區域64或68之中，且所偵測之溫度資訊也不限上述實施例中所提及的紀錄於快閃記憶體陣列60之備用區域64、68之中。舉例來說，溫度資訊可做為所要儲存的資料的一部份而一同儲存於資料區塊62、66之中，或是將資料區塊62、66分離出一小部份區域來做為儲存溫度資訊的空間。

所有的快閃記憶體裝置皆有他們各自的正常操作溫度範圍，其正常操作溫度範圍係受其初始製造過程、記憶體晶片本身性質等因素所影響。在本實施例中，係假設快閃記憶體裝置50的正常操作溫度範圍係介於-25℃到70℃之間。在理想情況下，快閃記憶體裝置50係操作於這個正常操作溫度範圍中，但在實際應用上卻不一定會在這個正常溫度範圍內操 作。舉例來說，在一小段時間中，快閃記憶體裝置50的環境溫度可能會處於-40℃到-25℃之間或是處於70℃到85℃之間，而在其他的時間中為室溫環境。也就是說，而後環境溫度資訊的波動可能會是在少於-25℃處或是在大於70℃處。由於很難去確認使用者在使用快閃記憶體裝置50所處的環境溫度，故本發明所提供之方法、裝置，係可紀錄寫入資料時當下的環境溫度資訊於快閃記憶體裝置50之中，以提供一種溫度資訊指標。

如先前本發明之一較佳實施例中所述，當將資料寫入到快閃記憶體陣列60的資料區塊62、66中時，環境溫度資訊也將被紀錄到快閃記憶體裝置50的快閃記憶體陣列60中。然而，在本發明其他的實施例中，環境溫度資訊只有在將資料寫入到資料區塊62、66且當前的溫度是在快閃記憶體裝置50的正常操作溫度範圍之外時，才會紀錄到快閃記憶體陣列60中，除此之外，環境溫度資訊是不會被紀錄。一旦資料寫入係於快閃記憶體裝置50的正常操作溫度範圍之外時，則於先前所述之快閃記憶體裝置50的正常操作溫度範圍下藉由執行平均抹寫來重新寫入該筆資料，並抹除所紀錄該筆資料的環境溫度資訊。如此可視為資料更新所紀錄的環境溫度資訊的另一種形式。

請參閱圖3，其為根據本發明之另一實施例考量快閃記憶體裝置50之環境溫度資訊而執行平均抹寫之流程圖。該流程圖中包含步驟詳細說明如下：步驟100：起始平均抹寫程序，即資料自原資料區塊位置重新寫入到快閃記憶體陣列60中的其他位置。

步驟102：判斷快閃記憶體裝置50當前所處環境溫度是否介 於-25℃到70℃之間。若是，則執行步驟105；若否，且當前環境溫度係大於70℃時，執行步驟103；若否，且當前環境溫度係小於-25℃，則執行步驟104。

步驟103：對環境溫度大於70℃時所寫入的資料進行平均抹寫。根據所紀錄的環境溫度資訊，可知資料是否與此條件相符。由於當前環境溫度亦同樣大於70℃，因此進行平均抹寫過程中資料寫入與資料讀取時的溫度差異所導致的資料錯誤，將可被最小化。

步驟104：對環境溫度小於-25℃時所寫入的資料進行平均抹寫。根據所紀錄的環境溫度資訊，可知資料是否與此條件相符。由於當前環境溫度亦同樣小於-25℃，因此進行平均抹寫過程中資料寫入與資料讀取時的溫度差異所導致的資料錯誤，將可被最小化。

步驟105：判斷資料區塊中所紀錄的環境溫度資訊是否小於-25℃或大於70℃。若滿足上述其中之一條件，則進行步驟108；若否，則進行步驟106。

步驟106：執行平均抹寫程序，亦即根據快閃記憶體陣列60中資料區塊62、66的抹除次數，將快閃記憶體陣列60中的資料自原資料區塊重新寫入至其他位置。

步驟108：執行平均抹寫程序，亦即根據快閃記憶體陣列60中資料區塊62、66的抹寫次數，將快閃記憶體陣列60中的資料自原資料區塊重新寫入至其他位置，並且紀錄一更新後的快閃記憶體裝置50之環境溫度資料。

要注意的是，在本實施例中的下限溫度門檻值(-25℃)與上限溫度門檻值(70℃)是可改變為其他的門檻值。此外，步驟102與105中所使用 的上、下限溫度門檻值彼此不必相同，係可分開選擇。

在其他的實施例中，可將步驟102、103與104進行修改，亦即於步驟103與104的中不執行平均抹寫之程序。換句話說，當環境溫度係小於-25℃或大於70℃時，不執行平均抹寫程序是為了避免於超高溫或超低溫下執行平均抹寫。而在其他的實施例中，步驟108中紀錄更新的環境溫度資訊可替換為抹除快閃記憶體陣列60中的環境溫度資訊。

本發明所述之實施例係屬於既有之平均抹寫程序中的一部分，且依據本發明所述之實施例內容，當滿足步驟102與105中的溫度標準，在資料區塊執行平均抹寫程序暨重新寫入資料的同時，亦紀錄了新的環境溫度資訊到快閃記憶體陣列60中。如此一來，如步驟105所示之若資料區塊先前於超高溫或超低溫時紀錄了資料，以及如步驟102所示之若當前環境溫度資訊係於正常操作溫度範圍中，則於重新寫入資料並於平均抹寫程序期間紀錄新的環境溫度資訊。所以，步驟108不僅於平均抹寫程序期間重新將資料寫入其他區塊位置，而且新的環境溫度資訊也於平均抹寫程序期間紀錄於快閃記憶體陣列60中。透過這種方式，即初始於極端溫度情況下寫入資料於資料區塊，一旦於正常操作溫度範圍時，透過平均抹寫程序重新寫入資料並且紀錄了新的環境溫度資訊於快閃記憶體陣列60中，藉此來移除在極端溫度情況下寫入資料可能造成的問題。所以，若於初始所紀錄的環境溫度資訊為一個極端溫度的數值時，儲存於快閃記憶體裝置50中資料區塊之資料，其環境溫度資訊經更新後將提供更高的可靠度。

簡要來說，本發明提供了一種簡單而有效的方式來克服當於一極端溫度狀態時寫入資料，並於稍後於一相反的極端溫度狀態下讀取資 料時，可能產生加劇的電子位移效應以及資料讀取干擾現象。

本發明也避免了當於不同的環境條件下操作快閃記憶體裝置50時，需要存有電子位移參數的查找表(lookup table)來對各種操作環境因子進行補償的動作。此外，本發明係於平均抹寫程序中執行，而該程序係原本就是要執行的程序。因此，當快閃記憶體裝置50之環境溫度資訊係於正常操作溫度範圍中時，藉由執行平均抹寫可維持儲存於快閃記憶體裝置50之資料的完整性。

上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本發明之專利範圍之中。

上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本發明之專利範圍之中。

50‧‧‧快閃記憶體裝置

52‧‧‧控制器

54‧‧‧溫度感測器

60‧‧‧快閃記憶體陣列

62‧‧‧資料區塊

64‧‧‧備用區域

66‧‧‧資料區塊

68‧‧‧備用區域

Claims (20)

1. 一種根據紀錄於快閃記憶體裝置中的溫度資訊來對該快閃記憶體裝置進行平均抹寫(Wear leveling)的方法，其包含下列步驟：判斷一當前溫度是否於該快閃記憶體裝置之一正常操作溫度範圍之中；以及當該當前溫度係於該快閃記憶體裝置之該正常操作溫度範圍中時，將原存放於一第一資料區塊之一第一資料重新寫入到一快閃記憶體陣列的其他位置中，其中該第一資料係於該快閃記憶體裝置之該正常操作溫度範圍外的溫度下所寫入。
2. 如請求項1所述之方法，其中於判斷一當前溫度是否於該快閃記憶體裝置之一正常操作溫度範圍之中之步驟包含下列步驟：透過該快閃記憶體裝置之一溫度感測器偵測該當前溫度；以及將所偵測到之該當前溫度提供至該快閃記憶體裝置之一控制器。
3. 如請求項1所述之方法，其中當將該第一資料寫入到該第一資料區塊時，該第一資料中的環境溫度資訊係紀錄於該快閃記憶體裝置之該快閃記憶體陣列中。
4. 如請求項3所述之方法，其中該第一資料中之該環境溫度資訊係紀錄於該快閃記憶體裝置之該快閃記憶體陣列之一備用區域中。
5. 如請求項3所述之方法，更包含下列步驟：將原存放於該第一資料區塊之該第一資料重新寫入到該快閃記憶體陣列中的其他位置後，將該第一資料之該環境溫度資訊更新為該當前溫度。
6. 如請求項3所述之方法，更包含下列步驟： 將原存放於該第一資料區塊之該第一資料重新寫入到該快閃記憶體陣列中的其他位置後，抹除該第一資料之該環境溫度資訊。
7. 如請求項1所述之方法，更包含下列步驟：當該當前溫度大於該快閃記憶體裝置之該正常操作溫度範圍之一最大值時，根據資料區塊的抹除次數將原存放於一第二資料區塊之一第二資料重新寫入到該快閃記憶體陣列中的其他位置，其中該第二資料係在大於該快閃記憶體裝置之該正常操作溫度範圍之該最大值的溫度下所寫入。
8. 如請求項7所述之方法，更包含下列步驟：當該當前溫度小於該快閃記憶體裝置之該正常操作溫度範圍之一最小值時，根據該資料區塊的抹除次數將原存放於一第三資料區塊之一第三資料重新寫入到該快閃記憶體陣列中的其他位置，其中該第三資料係在小於該快閃記憶體裝置之該正常操作溫度範圍之該最小值的溫度下所寫入。
9. 如請求項8所述之方法，其中該第二資料與該第三資料為該第一資料中的一部分。
10. 一種快閃記憶體裝置，其包含：一控制器，用以控制該快閃記憶體裝置的相關操作；一溫度感測器，用以提供該快閃記憶體裝置之環境溫度資訊至該控制器；以及一快閃記憶體陣列，係由該控制器所控制，以進行資料的寫入以及紀錄該資料之溫度資訊，該資料之該溫度資訊係為當該資料寫入至該快閃 記憶體陣列時的溫度；其中，若該資料係於該快閃記憶體裝置之一正常操作溫度範圍之外所寫入，則該快閃記憶體裝置於該正常溫度操作範圍之中時，藉由執行平均抹寫來重新寫入該資料。
11. 如請求項10所述之快閃記憶體裝置，其中在藉由該快閃記憶體裝置執行平均抹寫而重新寫入該資料時，將該資料之該溫度資訊更新為一當前溫度，其中該當前溫度係由該溫度感測器所提供。
12. 如請求項11所述之快閃記憶體裝置，其中該快閃記憶體裝置之該正常操作溫度範圍係介於-25℃到70℃。
13. 如請求項11所述之快閃記憶體裝置，其中該快閃記憶體陣列更包含：複數個資料區塊，係用以儲存該資料；以及複數個備用區域，係用以紀錄該資料之該溫度資訊。
14. 一種根據紀錄於快閃記憶體裝置中的溫度資訊來對該快閃記憶體裝置進行平均抹寫的方法，其包含下列步驟：步驟一：於該快閃記憶體裝置之一正常操作溫度範圍外之一第一溫度下，寫入一資料至一快閃記憶體陣列中之資料區塊中；步驟二：於該快閃記憶體陣列中紀錄該第一溫度作為第一溫度資訊；步驟三：判斷一當前溫度是否在該快閃記憶體裝置之該正常操作溫度範圍之中；以及步驟四：當該當前溫度係於該快閃記憶體裝置之該正常操作溫度範圍之中時，將原存放於該資料區塊之該資料重新寫入到該快閃記憶體陣列中的其他位置。
15. 如請求項14所述之方法，其中步驟三包含了下列步驟：(a)藉由該快閃記憶體裝置之一溫度感測器來偵測該當前溫度作為第二溫度資訊；以及(b)提供該第二溫度資訊至該快閃記憶體裝置之一控制器。
16. 如請求項15所述之方法，更包含下列步驟：當該第二溫度係於該快閃記憶體裝置之該正常操作溫度範圍之中時，將該第一溫度資訊更新為該第二溫度資訊。
17. 如請求項14所述之方法，其中該第一溫度資訊係紀錄於該快閃記憶體陣列之一備用區域中。
18. 如請求項14所述之方法，更包含下列步驟：抹除該資料之該第一溫度資訊。
19. 如請求項14所述之方法，其中當該第一溫度係大於該快閃記憶體裝置之該正常操作範圍之一最大值時，更包含下列步驟：當所偵測到之該當前溫度係大於該快閃記憶體裝置之該正常操作範圍之該最大值時，根據該資料區塊的抹除次數來將原存放該資料區塊之該資料重新寫入至該快閃記憶體陣列中的其他位置。
20. 如請求項19所述之方法，其中當該第一溫度係小於該快閃記憶體裝置之該正常操作範圍之一最小值時，更包含下列步驟：當所偵測到之該當前溫度係小於該快閃記憶體裝置之該正常操作範圍之該最小值時，根據該資料區塊的抹除次數來將原存放於該資料區塊之該資料重新寫入至該快閃記憶體陣列中的其他位置。