TWI590050B - 具可延長儲存空間使用壽命之非揮發性記憶體裝置及其方法 - Google Patents

Description

具可延長儲存空間使用壽命之非揮發性記憶體裝置及其方法

本發明係有關一種非揮發性記憶體裝置，尤指一種具有可延長儲存空間壽命的固態式硬碟(Solid-State Drive,SSD)，以及其相關方法。

固態式硬碟(SSD)為一種習知的非揮發性記憶體裝置，由於其具有重量輕及耐震等優點，近年來常見使用於可攜式的電子產品。舉例來說，由Google公司所生產的Chromebook筆記型電腦，其中即內建有16GB大小的固態式硬碟。一般的非揮發性記憶體產品，如固態式硬碟，其儲存區域主要會分為兩個部份，一為主要儲存區塊(User Block)，而另一個部份則為保留區塊(Reserved Block)。主要儲存區塊用以進行一般資料儲存使用，而保留區塊之功能為當主要儲存區塊發生損壞時，供其替換使用。而當保留區塊被替換殆盡後，此時固態式硬碟則會進入防寫保護模式，防止更多的資料寫入此固態式硬碟之中。此時固態式硬碟的使用者唯有將產品送回原製造商進行維護，以延長其產品使用壽命。

除此之外，雖然近年來受惠於製程技術的演進，使得非揮發性記憶體產品容量得以明顯上升，而記憶體單位價格則為顯著降低，然而其可靠性亦因臨界尺寸(Critical Dimension)的縮減而有所下降。因此，記憶體裝置的寫入/抹除循環(P/E Cycle)次數的縮減亦將對固態式硬碟的使用壽 命產生負面影響。

依據本發明所提供之一較佳實施例，一非揮發性記憶體裝置包括有非揮發性記憶體，其中包含主要儲存區塊和保留區塊，一第一連接器用以連接一主控端，至少一第二連接器用以連接一儲存媒體，以及一第一控制器連結於所述非揮發性記憶體、第一連接器和第二連接器，用以控制和對非揮發性記憶體之主要儲存區塊和保留區塊，以及儲存媒體之記憶區塊進行重新定址。本發明中所述之儲存媒體記憶區塊，主要用以作為非揮發性記憶體裝置之延伸使用保留區塊。

依據本發明所提供之另一較佳實施例，一儲存媒體包含有非揮發性記憶體，其中包括複數個記憶體區塊，一連接器用以連結至一非揮發性記憶體裝置，以及一控制器用以將該複數個記憶體區塊至少其中之一配置為該非揮發性記憶體裝置之保留區塊。

依據本發明所提供之再一較佳實施例，一非揮發性記憶體系統包含有一儲存媒體以及至少一非揮發性記憶體裝置。該儲存媒體包含有一第一非揮發性記憶體其中具有複數個記憶區塊，以及一第一連接器。該非揮發性記憶體裝置包括一第二非揮發性記憶體其中具有主要儲存區塊和保留區塊，一第二連接器用以連結至一主控端，一第三連接器用以連結至該儲存媒體之第一連接器，以及一第一控制器用以將該儲存媒體中所具有複數個記憶區塊至少其中之一，配置為該第二非揮發性記憶體之保留區塊。

依據本發明所提供之再一較佳實施例，一種非揮發性記憶體裝置之使用壽命延伸方法，包括：於一非揮發性記憶體裝置中執行區塊監 控與管理；接收由該非揮發性記憶體裝置控制器所發出之保留區塊使用狀態報告；確認保留區塊中之空白區塊數量是否低於預設臨界值；當保留區塊中之空白區塊數量低於預設臨界值時，該非揮發性記憶體裝置控制器向所連結之一儲存媒體提出對應表傳送請求；該非揮發性記憶體裝置控制器接收由該儲存媒體所提供之對應表；以及該非揮發性記憶體裝置控制器產生一更新對應表，以將該非揮發性記憶體裝置中的損壞區塊位址重新指向該儲存媒體之可用區塊位址。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式作詳細說明。

10‧‧‧非揮發性記憶體系統

11‧‧‧非揮發性記憶體裝置

111‧‧‧控制器

112‧‧‧電源連接器

113‧‧‧第一連接器

114‧‧‧第二連接器

12‧‧‧儲存媒體

120‧‧‧非揮發性記憶體

121‧‧‧控制器

122‧‧‧連接器

20‧‧‧流程

200、202、204、206‧‧‧步驟

30‧‧‧流程

300、302、304、306、308、310‧‧‧步驟

圖1 係為依據本發明較佳實施例所繪示之一非揮發性記憶體系統。

圖2 係為依據本發明較佳實施例所繪示利用儲存媒體以延伸非揮發性記憶體裝置之一方法流程圖。

圖3 係為依據本發明較佳實施例所繪示利用儲存媒體以延伸非揮發性記憶體裝置之另一方法流程圖。

本發明所提供之較佳實施例，包括一非揮發性記憶體裝置，例如固態式硬碟，其中包含一種損壞區塊的管理機制，即藉由一外接式儲存媒體連結於該固態式硬碟的方式，以增加該固態式硬碟的使用壽命。所述的外接式儲存媒體可用以連結於所述的非揮發性記憶體裝置，而所述非揮發性記憶體裝置亦可利用外接式儲存媒體的記憶區塊，作為其延伸外加 的保留區塊。於此使用狀態及目的之下，所述的非揮發性記憶體裝置之儲存容量或許不因連結該外接式儲存媒體而有所增加。

請參閱圖1，為依據本發明實施例所繪示之非揮發性記憶體系統10。非揮發性記憶體系統10至少包括非揮發性記憶體裝置11，以及儲存媒體12。非揮發性記憶體裝置11中包括有非揮發性記憶體110，例如是一快閃記憶體，控制器111、第一連接器113、電源連接器112、以及至少一組第二連接器114。其中第一連接器113、電源連接器112、以及第二連接器114皆連結於控制器111，主要用以將所連結主機或儲存媒體12與非揮發性記憶體裝置11之間進行訊號傳遞。此外，非揮發性記憶體110同樣連結於控制器111以進行資料傳遞。非揮發性記憶體110之記憶區塊，如上所述，可區分為主要儲存區塊和保留區塊。於本發明另一較佳實施例中，非揮發性記憶體110可僅包含主要儲存區塊(即無保留區塊)。非揮發性記憶體裝置11可為一固態式硬碟(Solid-State Drive,SSD)，而第一連接器113可為一序列進階技術附加介面(SATA)連接器，或是其他可用以將非揮發性記憶體裝置11與主機端(例如：個人電腦的主機板)連結的介面種類。電源連接器112則用以傳輸由主機端提供的電力。第二連接器114電性連結於控制器111，其種類可包括但不限於是通用序列匯流排(SUB)連接器、安全數位記憶卡(SD)連接器(包括微型和迷你等類型)、或是其他相同應用技術的連接器種類。另外第二連接器114種類亦可包括網路連接介面，例如可包括但不限於是RJ-45連接器，或是其他合適的連接器種類，主要用以連結至一網路儲存空間。第二連接器114主要功能為用以連結儲存媒體12，藉此非揮發性記憶體裝置11即可利用儲存媒體12作為其延伸性使用之保留區塊，進而延長非揮發性記憶體裝置11 之使用壽命。換句話說，儲存媒體12其中的儲存區塊於本發明中主要用以提供非揮發性記憶體裝置11額外的保留區塊。控制器111連結至非揮發性記憶體110、第一連接器113以及第二連接器114，主要用以控制非揮發性記憶體裝置11的運作，其中至少包括資料讀/寫運作、耗損平均運作(wear-leveling)，以及非揮發性記憶體110中主要儲存區塊之損壞區塊以保留區塊或採儲存媒體12之儲存區塊取代後的重新定址。

儲存媒體12中可包括非揮發性記憶體120、控制器121，以及以連接器122。如上所述，非揮發性記憶體120中亦可包括主要儲存區塊和保留區塊。依據本發明之一較佳實施例，非揮發性記憶體120中的主要儲存區塊用以增加非揮發性記憶體裝置11之保留區塊容量。控制器121用以控制儲存媒體12的運作，至少包括但不限於是資料讀/寫運作、耗損平均運作，以及損壞區塊的重新定址。連接器122之種類可包括但不限於是通用序列匯流排(SUB)連接器、安全數位記憶卡(SD)連接器(包括微型和迷你等類型)、或是其他相同應用技術的連接器種類。另外亦可包括網路連接介面，例如可包括但不限於是RJ-45連接器，或是其他合適的連接器種類，主要用以連結至一網路裝置。非揮發性記憶體裝置11和儲存媒體12皆存有各自的對應表，用以記錄邏輯儲存位址和實體儲存位址的對應關係。

非揮發性記憶體裝置11中包括有一韌體，主要用以決定其運作相關參數內容，例如判定非揮發性記憶體110中，其包留區塊中所剩餘的空白區塊數量多寡。空白區塊的數量可透過非揮發性記憶體裝置11其中所建置的自我監測分析報告技術(Self-Monitoring,Analysis and Reporting Technology,SMART)進行記錄。空白區塊的數量參數值可用以警示非揮發性 記憶體裝置11的使用者，該空白區塊的數量已趨近於零。舉例而言，空白區塊剩餘數量的臨界值可透過預先設定，而透過不斷的監控空白區塊剩餘數量，並將其數值與預先設定的臨界值作比較，即可判定是否須對裝置使用者提出警示通知。當空白區塊剩餘數量低於預先設定的臨界值時，即對裝置使用者提出警示通知。警示通知的方式可透過各種技術手段，例如可於非揮發性記憶體裝置11中裝設有發光二極體(LED)燈，當燈亮時即為提示裝置使用者其非揮發性儲存裝置11中保留區塊的空白區塊數量已低於預設的臨界值參數。於本發明之另一較佳實施例，非揮發性儲存裝置11中的韌體可向所連結的主機端，例如是一個人電腦，傳送一警示信號。而當主機端的軟體接收到該警示信號之後，即可對裝置使用者發出警示訊息，訊息的發送方式則可透過主機端所連結的音效設備或是顯示裝置，例如喇叭或是螢幕等。

一旦當使用者接獲預設的空白區塊臨界數值警示訊息，使用者可選擇將非揮發性記憶體裝置11透過第二連接器114連結儲存媒體12。舉例而言，若第二連接器114為SD記憶卡連接器，該使用者可將非揮發性記憶體裝置11連結一SD記憶卡，以作為延伸非揮發性記憶體裝置11的保留區塊空間。

接下來請同時參見圖1和圖2。圖2為依據本發明所提出利用儲存媒體12以延長非揮發性記憶體裝置11使用壽命之一方法流程20。流程20之敘述內容請同時參照圖1所繪示的非揮發性記憶體系統10，其中包括以下步驟：步驟200：儲存媒體控制器接收來自非揮發性記憶體裝置所 發出的保留區塊數量過低警示訊息；步驟202：儲存媒體控制器傳送對應表予非揮發性記憶體裝置控制器；步驟204：非揮發性記憶體裝置控制器接收來自儲存媒體所傳送的對應表；以及步驟206：非揮發性記憶體裝置控制器產生一更新後的對應表，以將內部損壞區塊位址重新指向儲存媒體中可用之記憶區塊位址。

若儲存媒體12為唯一透過第二連接器114連結至非揮發性記憶體裝置11的儲存設備，控制器121即傳送儲存媒體12之對應表予非揮發性記憶體裝置11之控制器111。之後控制器111即使用該對應表，以將儲存媒體12中可用的儲存區塊指定為非揮發性記憶體裝置11之保留區塊來使用，藉此方式即可延長非揮發性記憶體裝置11的使用壽命。依據本發明之另一較佳實施例，當第二連接器114為一網路連接器，例如RJ-45或其他適用的連接介面，則用以延長非揮發性記憶體裝置11使用壽命的儲存媒體12則可能為一網路伺服器，或是其他網路儲存空間。依此實施例之情況，非揮發性記憶體裝置11的對應表則可能由網路伺服器進行更新，而非控制器111，而後再由伺服器將更新後的對應表傳送予控制器111。於此較佳實施例中主要考量儲存媒體12對於對應表更新之處理能力，應明顯優於非揮發性記憶體裝置11之控制器111之故。

接下來請參考圖3，圖3為依據本發明所提出利用儲存媒體12以延長非揮發性記憶體裝置11使用壽命之另一方法流程30。流程30所述內容請同時參考圖1所繪示之非揮發性記憶體系統10，其中包括以下步驟： 步驟300：於非揮發性記憶體裝置中執行區塊監控與管理；步驟302：接收由非揮發性記憶體裝置控制器所發出之保留區塊使用狀態報告；步驟304：確認保留區塊中之空白區塊數量是否低於預設臨界值。若否，往步驟300；若是，則往步驟306；步驟306：非揮發性記憶體裝置控制器向儲存媒體提出對應表傳送請求；步驟308：非揮發性記憶體裝置控制器接收由儲存媒體所提供之對應表；以及步驟310：非揮發性記憶體裝置控制器產生一更新對應表，以將非揮發性記憶體裝置中的損壞區塊位址重新指向儲存媒體之可用區塊位址。

於流程30中，步驟300、302和304可分別於非揮發性記憶體裝置11或是儲存媒體12中所實施。若儲存媒體12實施步驟300和302，則儲存媒體12將以週期性方式接收來自非揮發性記憶體裝置11所傳送關於保留區塊中，其空白區塊的剩餘數量報告。接下來於步驟304中，儲存媒體12可進一步判定該空白區塊剩餘數量是否低於預設的臨界值。反而言之若非揮發性記憶體裝置11實施步驟300、302和304，則非揮發性記憶體裝置11即以週期性或常態性的方式來監控空白區塊的數量。舉例來說，控制器111可藉由自我監測分析報告技術(SMART)判定空白區塊的數量，進而將該空白區塊數量與預設的數量臨界值做比較後，以判定是否需將儲存媒體12中的記憶區塊來做為保留區塊使用。

雖然步驟306-310之描述內容是以非揮發性記憶體裝置11執行為主，然而亦可為儲存媒體12所實施。舉例來說，儲存媒體12可於步驟306中要求非揮發性記憶體裝置11傳送自身的對應表，並由儲存媒體12接收該對應表。接下來儲存媒體12可重寫非揮發性記憶體裝置11之對應表內容，以將儲存媒體12的記憶區塊位址導引為非揮發性記憶體裝置11之保留區塊。最後，更新後的對應表即將非揮發性記憶體裝置11之保留區塊位址指向儲存媒體12的記憶區塊位址，供非揮發性記憶體裝置11使用。

於本發明所提供之另一較佳實施例，儲存媒體12中所有的記憶體區塊皆為保留區塊，即無主要儲存區塊。舉例而言，儲存媒體製造商可針對如本發明所述之技術內容，特別生產製造一保留區塊擴充卡，特定用以供如本發明較佳實施例所述之非揮發性記憶體裝置11使用。

於本發明所提供之另一較佳實施例，儲存媒體12亦可為一網路儲存裝置，而非揮發性記憶體裝置11和儲存媒體12之控制器111、121，則可透過網路通訊協議進行溝通，例如TCP/IP通訊協議。

於本發明所提供之另一較佳實施例，儲存媒體12可用以作為複數個非揮發性記憶體裝置的保留區塊延伸區域。儲存媒體12的控制器121可透過協調配置對應表內容的方式，對各別的非揮發性記憶體裝置分別配置不同的保留區塊區域，並於各非揮發性記憶體裝置中保持同步狀態。或是可以其中一非揮發性記憶體裝置擔任主要協調配置的角色，配置多數個儲存媒體與多數個非揮發性記憶體裝置之對應表內容。抑或當第二連接器114為一網路連接介面時，可透過一網路伺服器來執行上述的協調配置技術內容。

於本發明所提供之另一較佳實施例，非揮發性記憶體裝置11可能同時包含有網路介面連接器和儲存媒體連接器(例如：SD、微型或迷你SD、或CF等儲存媒體連接介面)。若非揮發性記憶體裝置11與儲存媒體12之網路連結中斷，或是無法建立該網路連結路徑，此時即可使用一第二儲存媒體連結至儲存媒體連接器，以提供可使用的保留區塊。或是當儲存媒體連接器所連結的儲存媒體其中已無保留區塊可供非揮發性記憶體裝置11使用時，非揮發性記憶體裝置11此時可嘗試建立透過網路介面連接器連結至儲存媒體12以取得其中可使用的保留區塊。

如上所述依據本發明所提出之各種實施例，當一非揮發性記憶體裝置之保留區塊數目降低時，利用一儲存媒體提供保留區塊予該非揮發性記憶體裝置使用。藉由延伸非揮發性記憶體裝置之保留區塊數目的方式，該非揮發性記憶體裝置之使用壽命得以延伸，而不再受限於因非揮發性記憶體裝置之保留區塊數量殆盡，導致裝置無法繼續使用。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此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。

10‧‧‧非揮發性記憶體系統

11‧‧‧非揮發性記憶體裝置

111‧‧‧控制器

112‧‧‧電源連接器

113‧‧‧第一連接器

114‧‧‧第二連接器

12‧‧‧儲存媒體

120‧‧‧非揮發性記憶體

121‧‧‧控制器

122‧‧‧連接器

Claims (12)

1. 一種非揮發性記憶體裝置，包括：一非揮發性記憶體，包含一主要儲存區塊和一保留區塊，其中該主要儲存區塊係作為資料儲存使用，而該保留區塊係用以取代該主要儲存區塊中之損壞區塊；一第一連接器，透過該第一連接器使該非揮發性記憶體裝置得以連結一主控端；一第二連接器，用以選擇性連結一儲存媒體，其中該儲存媒體具有複數記憶區塊；以及一第一控制器，連結於該非揮發性記憶體、該第一連接器以及該第二連接器，以對該非揮發性記憶體之該主要儲存區塊和該保留區塊進行控制，以及當該非揮發性記憶體裝置透過該第二連接器連接該儲存媒體時，該第一控制器接收該儲存媒體之一第一對應表，並根據該第一對應表將該非揮發性記憶體裝置之一第二對應表更新為一第三對應表，以將該儲存媒體中之該複數記憶區塊至少其中之一重新定址為該非揮發性記憶體之該保留區塊，使該非揮發性記憶體之該主要儲存區塊中之損壞區塊位址根據該第三對應表重新指向該儲存媒體中之該複數記憶區塊至少其中之一。
2. 如申請專利範圍第1項所述之非揮發性記憶體裝置，其中當該非揮發性記憶體裝置之該保留區塊數量低於一預設臨界值時，該第一控制器則取該 儲存媒體之該記憶區塊至少其中之一作為該保留區塊延伸使用。
3. 如申請專利範圍第2項所述之非揮發性記憶體裝置，其中該第一控制器用以判定該非揮發性記憶體裝置之該保留區塊數量是否低於該預設臨界值。
4. 如申請專利範圍第1項所述之非揮發性記憶體裝置，其中該第一控制器用以偵測該非揮發性記憶體之一空白保留區塊數量，將該空白保留區塊數量與一預設臨界值進行比較，而當該空白保留區塊數量低於該預設臨界值，且該第二連接器未連結該儲存媒體時，由該第一控制器發佈一警示信號。
5. 如申請專利範圍第1項所述之非揮發性記憶體裝置，其中該第二連接器為一網路介面連接器，而該儲存媒體為一網路儲存裝置。
6. 一種非揮發性記憶體系統，包括：一儲存媒體，包含有：一第一非揮發性記憶體，具有複數記憶區塊；以及一第一連接器；以及一非揮發性記憶體裝置，包含有：一第二非揮發性記憶體，具有一主要儲存區塊和一保留區塊，其中該主要儲存區塊係作為資料儲存使用，而該保留區塊係用以取 代該主要儲存區塊中之損壞區塊；一第二連接器，用以連結一主控端；一第三連接器，用以選擇性連結該第一連接器，使該非揮發性記體裝置得以連結該儲存媒體；以及一第一控制器，連結於該第二非揮發性記憶體、該第二連接器以及該第三連接器，當該儲存媒體透過該第一連接器連接該非揮發性記憶體裝置之該第三連接器時，該第一控制器接收該儲存媒體之一第一對應表，並根據該第一對應表將該非揮發性記憶體裝置之一第二對應表更新為一第三對應表，以將該儲存媒體中之該複數記憶區塊至少其中之一重新定址為該第二非揮發性記憶體之該保留區塊，使該第二非揮發性記憶體中之該主要儲存區塊中之損壞區塊根據該第三對應表重新指向該儲存媒體中該第一非揮發性記憶體之該複數記憶區塊至少其中之一。
7. 如申請專利範圍第6項所述之非揮發性記憶體系統，其中經重新定址為該第二非揮發性記憶體之主要儲存區塊之該複數記憶區塊至少其中之一，為該第一非揮發性記憶體之保留區塊。
8. 如申請專利範圍第6項所述之非揮發性記憶體系統，其中該儲存媒體更包含一第二控制器，連結於該第一非揮發性記憶體以及該第一連接器。
9. 如申請專利範圍第6項所述之非揮發性記憶體系統，其中該第一控制器用 以判定該非揮發性記憶體裝置之保留區塊數量是否低於一預設臨界值，以及當該保留區塊數量低於該預設臨界值時，該第一控制器將該儲存媒體中之該複數記憶區塊至少其中之一重新定址為該第二非揮發性記憶體之該保留區塊。
10. 如申請專利範圍第8項所述之非揮發性記憶體系統，其中該第一控制器中包括該第一對應表，該第二控制器包括該第二對應表，當該儲存媒體透過該第一連接器連接該非揮發性記憶體裝置之該第三連接器時，該第一控制器要求該第二控制器提供該第二對應表，並將該第二對應表中之可使用區塊位址配置為該非揮發性記憶體裝置之保留區塊位址，以更新該第一對應表內容生成一第三對應表，該第三對應表並由該第一控制器傳送至該第二控制器。
11. 如申請專利範圍第6項所述之非揮發性記憶體系統，其中該第一連接器和該第三連接器皆為一網路介面連接器。
12. 一種非揮發性記憶體裝置使用壽命延伸方法，其中該非揮發性記憶體裝置中之非揮發性記憶體具有一主要儲存區塊與一保留區塊，該主要儲存區塊係作為資料儲存使用，而該保留區塊係用以取代該主要儲存區塊中之損壞區塊，包括下列步驟：於該非揮發性記憶體裝置中進行一區塊監控程序，以監控該非揮發性記憶體裝置之該保留區塊數量是否低於一預設臨界值； 當該非揮發性記憶體裝置之保留區塊數量低於該預設臨界值時，由該非揮發性記憶體裝置透過一連接器介面傳送一警示訊息予一儲存媒體；接收由該儲存媒體所傳送之一第一對應表；以及依據該第一對應表，將該非揮發性記憶體裝置中之一第二對應表更新為一第三對應表，該第三對應表係將該儲存媒體中之複數記憶區塊至少其中之一重新定址為該非揮發性記憶體之該保留區塊，以將該非揮發性記憶體中之該主要儲存區塊中之損壞區塊位址重新指向該儲存媒體中之該複數記憶區塊至少其中之一。