TWI629588B - 用來偵測ｓａｔａ固態硬碟問題單元的方法及具有自我偵測尋找問題單元功能的ｓａｔａ固態硬碟 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種用來偵測SATA固態硬碟問題單元的方法及一種具有自我偵測尋找問題單元功能的SATA固態硬碟。該方法包含步驟：提供用來偵測在一SATA固態硬碟中老化與失效單元的一偵測程式；寫該偵測程式入該SATA固態硬碟的一中央處理單元中；拉高SATA固態硬碟的SATA連接器的一通訊腳位的電位以啟動該偵測程式；由該偵測程式蒐集SATA固態硬碟中，老化與失效單元的位置資料；及儲存該位置資料於該固態硬碟中的一儲存區中。本發明利用DAS/DSS腳位作為啟動偵測程式的通道，這具有使用現有固態硬碟介面的優點。不必拆除硬體，偵測程式可自動執行而毋需人力控制。

Description

用來偵測SATA固態硬碟問題單元的方法及具有 自我偵測尋找問題單元功能的SATA固態硬碟

本發明關於一種用以偵測SATA固態硬碟狀態的方法及一種具有該方法實現的功能之SATA固態硬碟，特別是本發明關於一種用來偵測SATA固態硬碟問題單元的方法及一種由實現該方法而具有自我偵測尋找問題單元功能的SATA固態硬碟。問題單元可能是失效的或具有快速老化的潛在性。

快閃記憶體是由許多矽晶體管實現記憶功能的科技。電子被拘禁在浮動閘極中，從而能留存永久性資訊。快閃記憶體形式是一種電可擦除可編程唯讀記憶體，然而，它卻可以允許多次的擦除與寫入。因此，快閃記憶體廣為使用於儲存資料，進一步用於電腦與其它數位產品間傳輸資料，主要的應用是記憶卡和隨身碟。近日隨著快閃記憶體晶片的容量顯著增加，一組快閃記憶體晶片可提供如同傳統硬碟的儲存空間。此外，快閃記憶體具有一種優勢：它不受工作時晃動 而損壞。因此，包含許多快閃記憶體晶片的固態硬碟在儲存設備市場中變得非常熱門，它被用在電腦與可攜式儲存設備。固態硬碟占了硬碟原先市場份額的一大塊。

快閃記憶體包括許多的儲存單元。快閃記憶體的一種型態是每一單元僅能記憶一位元資訊的SLC(Single-Level Cell)快閃記憶體。SLC快閃記憶體的優點是快速讀寫、較少電量耗損及長使用壽命。相對地，與其它型態的快閃記憶體比較，SLC快閃記憶體的缺點是相對高的製造成本。另一種快閃記憶體的型態是MLC(Multi-Level Cell)快閃記憶體，其每一單元具有4個能量狀態(多階電位)。從而，MLC快閃記憶體能於其一單元中儲存多個位元資訊。MLC快閃記憶體的讀寫速度比SLC快閃記憶體低，使用壽命(讀寫次數)也僅SLC快閃記憶體的十分之一，而功耗更高。然而，就相同的記憶容量而言，MLC快閃記憶體的成本僅SLC快閃記憶體的四分之一。隨著可攜式電子產品的儲存空間較以往增大許多，而售價卻掉得更快，MLC快閃記憶體成了這些產品的主流，甚至用在一些筆記型電腦中。

在過去幾年中，一種新生代的快閃記憶體出現了，它就是TLC(Triple-Level Cell)快閃記憶體。TLC快閃記憶體的架構近似於MLC快閃記憶體的架構。然而，每一個MLC快閃記憶體單元能儲存3位元的資料。當然，TLC快閃記憶體的讀寫速度相較於其它型態是較低的，使用壽命一般也低於 1000次。但是TLC快閃記憶體的成本對大眾化產品來說，如平板電腦或低階智慧型手機，是相當平易近人的。藉由損耗均衡技術，包含TLC快閃記憶體晶片的儲存設備之使用壽命可以有效延長。基本上，對消費性電子產品而言，它可以具有足夠大的存儲空間，以便使用者不會在產品失效前(單元失效或老化)充分使用該產品。TLC快閃記憶體具有如此的利基而在市場中成長。

雖然TLC快閃記憶體具有低成本的優勢，它們正面臨著一種挑戰。當TLC快閃記憶體運作或組裝，比如接受波峰焊作業時，在高溫下(超過60℃)，其單元可能失去維持現有電位的能力。單元中的0或1無法被分辨，儲存在相關區塊中的資料就會產生錯誤。某些單元可能老化，甚至失效。儘管如此，某些失效的單元確實會於TLC快閃記憶體單元組裝到一產品中而販售之前存在，也有某些單元老化的速度比其它單元快。如果這樣的問題單元在產品販售前沒被找出來，並隔離不被使用，產品客訴將會造成製造商很大的困擾。有時候，這樣的問題也會發生於MLC快閃記憶體中。

如果快閃記憶體晶片已經過處理而製成了固態硬碟，以上所述的問題會變得更複雜而難以解決。雖然快閃記憶體晶片在出售給固態硬碟製造商前要通過品管測試，這些快閃記憶體晶片還是可能在焊接時損壞或老化。最後，固態硬碟會被包裝在外殼中而成為最終產品，這就很難對所有固態硬 碟，僅針對快閃記憶體晶片中的失效與有問題單元，拆開外殼來進行品管作業。即便進行抽樣檢查來確保每一批固態硬碟的品質，還是會有許多有問題的固態硬碟存在。

回顧現有技術，有一些技術可以提供上述品質問題解決方案。例如，美國專利第8,667,345號提出一種用於嵌入式多媒體卡的燒機方法及一種測試板。該美國專利第8,667,345號的方法是首先寫一個測試模式到嵌入式多媒體卡的快閃記憶體中。接著，電連接該嵌入式多媒體卡的命令線路至接地狀態以運作該嵌入式多媒體卡於開機狀態中。此後，當嵌入式多媒體卡於該機狀態下且測試模式被認為是包含在所述快閃記憶體的情況時，在快閃記憶體中執行燒機程序。最後，於燒機程序中蒐集測試報告，並儲存測試報告於快閃記憶體。該測試報告可包括老化與失效單元的位置。因此，包含該單元的頁或區塊單元會被棄置不使用。該美國專利第8,667,345號指出一種利用現有嵌入式多媒體卡線路的創新的方式來測試快閃記憶體。然而，對於固態硬碟而言，由於不同的體系結構，這樣不是可行。

另一個參考發明揭露於美國專利第7,512,847號。該美國專利第7,512,847號提供一種用於估算和報告快閃磁碟存儲器壽命的方法。該方法有兩個主要步驟：(a)在一編程運算後，監視一記憶設備的壽命參數值於該記憶設備中，其監視由該記憶設備執行；及(b)由該數值推導記憶設備的等級。 該數值是許多關於該運算的脈衝，需要用來改變該記憶設備的一頁中至少一單元的邏輯狀態。雖然該美國專利第7,512,847號揭露一種好的方法來監視快閃記憶體的狀態且可以應用到固態硬碟上，然而，對固態硬碟的最終品檢來說，該方法不能自動地執行且免於拆卸產品外殼或利用來自電腦的外部控制。

眼下沒有適合的解決方案。因此，本發明提供一種經由SATA介面用於偵測固態硬碟的老化與失效單元的方法，及由使用該方法的一種具有自我偵測尋找問題單元功能的固態硬碟，以解決前述的問題。

本段文字提取和編譯本發明的某些特點。其它特點將被揭露於後續段落中。其目的在涵蓋附加的申請專利範圍之精神和範圍中，各式的修改和類似的排列。

為了解決前述的問題，本發明的一個態樣是提供一種用來偵測SATA固態硬碟問題單元的方法。該方法包含步驟：A.提供用來偵測在一SATA固態硬碟中老化與失效單元的一偵測程式；B.寫該偵測程式入該SATA固態硬碟的一中央處理單元中；C.拉高SATA固態硬碟的SATA連接器的一通訊腳位的電位以啟動該偵測程式；D.由該偵測程式蒐集SATA固態硬碟中，老化與失效單元的位置資料；及E.儲存該位置資料於該固態硬碟中的一儲存區中。

依照本發明，該方法進一步包含步驟E1於步驟E之後：E1.以電位變化的形式經由該通訊腳位向外輸出該位置資料。該方法能進一步包含步驟E2於步驟E之後：E2.以一系列亮與滅的形式經由該SATA固態硬碟的一發光二極體輸出該位置資料。該方法也能包含步驟E3於步驟E之後：E3.隔離老化與失效單元不被中央處理單元存取。最好，有一步驟B1在步驟B之後：B1.加熱該SATA固態硬碟。

最好，該通訊腳位為DAS/DSS(Device Activity Signal/Disable Staggered Spin-up)腳位。該位置資料包含老化或失效單元的物理位置、偵測時間、單元老化或失效的狀態，或前述的組合，而儲存該位置資料區域的單元不為失效或老化的。

本發明進一步揭露一種SATA固態硬碟，該SATA固態硬碟具有一種自我偵測尋找問題單元的功能。該SATA固態硬碟包含：複數個快閃記憶體晶片，用以存取資料；一SATA連接器，具有一通訊腳位；及一中央處理單元，該中央處理單元與該快閃記憶體晶片及SATA連接器電連接，用以運作該SATA固態硬碟及存取該些快閃記憶體晶片，該中央處理單元具有一記憶單元；其中一偵測程式寫入至該記憶單元中；該偵測程式藉由拉高通訊腳位的電位而啟動；該偵測程式執行以偵測SATA固態硬碟中的老化與失效單元、蒐集SATA固態硬 碟中老化與失效單元的位置資料，及儲存該老化與失效單元的位置資料到SATA固態硬碟的一儲存區中。

最好，該中央處理單元進一步以電位變化的形式經由該通訊腳位向外輸出該位置資料。該SATA固態硬碟進一步包含與該中央處理單元電連接的一發光二極體。該中央處理單元進一步以一系列亮與滅的形式經由該發光二極體輸出該位置資料。該偵測程式隔離老化與失效單元，以便該老化與失效單元不被該中央處理單元存取。該通訊腳位是DAS/DSS腳位。該位置資料包含老化或失效單元的物理位置，偵測時間，單元老化或失效的狀態，或前述的組合，而儲存該位置資料區域的單元不為失效或老化。

本發明利用DAS/DSS腳位作為啟動偵測程式的通道，這具有使用現有固態硬碟介面的優點。不必拆除硬體，偵測程式可自動執行而毋需人力控制。

10‧‧‧SATA固態硬碟

100‧‧‧印刷電路板

1011-1018‧‧‧快閃記憶體晶片

102‧‧‧SATA連接器

1022‧‧‧DAS/DSS腳位

103‧‧‧中央處理單元

1032‧‧‧記憶單元

104‧‧‧節點

第1圖為依照本發明，一種具有自我偵測尋找問題單元功能的SATA固態硬碟之示意圖。

第2圖為一電路圖，用來說明如何拉高DAS/DSS腳位的電位。

第3圖為依照本發明的一種方法的流程圖。

本發明將藉由參照下列的實施方式而更具體地描述。

請參閱第1圖，該圖用以揭露依照本發明的一種具有自我偵測尋找問題單元功能的SATA固態硬碟10的實施例。第1圖為SATA固態硬碟10的示意圖。可以有一個外殼(未繪示)來保護固態硬碟10。然而，這不是本發明的重點而未予以進一步說明。

SATA固態硬碟10可具有任何型態的外形，比如2.5吋、3.5吋mSATA或M2。基本上，它包括一印刷電路板100、8個快閃記憶體晶片(1011到1018)、一SATA連接器102、一中央處理單元103與一發光二極體104。印刷電路板100上可能有其它的元件，但在此不一一說明。任何一個本領域技術人應該知道該些元件是用來讓SATA固態硬碟10運作更平順。

在本實施例中有8個快閃記憶體晶片，它們被用來當例子說明。依照本發明的精神，快閃記憶體晶片的數量不限於8個。只要快閃記憶體晶片能提供SATA固態硬碟10所設計的儲存空間，任何數量都可以。實作上，快閃記憶體晶片能進一步安裝於印刷電路板100的兩側。快閃記憶體晶片(1011到1018)被用來存取資料。通常，它們是NAND型快閃記憶體而非NOR型快閃記憶體。在本發明的應用上，快閃記憶體晶片(1011到1018)可以是單一型態：SLC、MLC或TLC，它們也 可能是混合的型態，比如快閃記憶體晶片1101到快閃記憶體晶片1105是MLC型態而快閃記憶體晶片1106到快閃記憶體晶片1108是TLC型態。快閃記憶體晶片(1011到1018)的記憶容量並不為本發明所限制，它可以是8Gb、16Gb、32Gb、64Gb或更多。

SATA連接器102是SATA固態硬碟10與外部環境的連接的介面。也就是說，SATA固態硬碟10可利用SATA連接器102連接到一桌上型電腦內部的SATA插槽，而SATA固態硬碟10變成了內部儲存裝置。如果SATA固態硬碟10封裝於外殼中，它就成了可攜式儲存裝置。SATA連接器102具有數個腳位，用於資料輸入/輸出及電源供應。其中有一個通訊腳位保留用於交錯啟動驅動器及活動指示，這就是DAS/DSS(Device Activity Signal/Disable Staggered Spin-up)腳位(P11)1022。本發明的要點就是使用DAS/DSS腳位1022來控制SATA固態硬碟10中的程式。這點將於後面的文字中說明。

中央處理單元103與快閃記憶體晶片(1011到1018)、SATA連接器102及發光二極體104電連接，它能操控SATA固態硬碟10與存取該些快閃記憶體晶片(1011到1018)以取得資料或寫進資料。中央處理單元103具有一記憶單元1032。該記憶單元1032可以是電可擦除可編程唯讀記憶體，被用來儲存用於調校SATA固態硬碟10硬體性能的韌體。一偵測程式寫入記憶單元1032中，該偵測程式能由拉高DAS/DSS腳位1022的 電位而啟動。為了對這一點有更進一步的了解，請參閱第2圖。第2圖是一個電路圖，用來說明如何拉高DAS/DSS腳位1022的電位。當SATA連接器102連接到一個外部的SATA插槽，某些腳位可能接收電壓變化的控制訊號。對於DAS/DSS腳位1022而言，如果不連接到SATA插槽中的對應端子，它將不會被驅動。在連接後，SATA插槽的一個節點104連接到DAS/DSS腳位1022。DAS/DSS腳位1022接收一訊號來啟動該偵測程式。節點104的電位維持在高水平，比如3.3V或其它設計的電壓值。因而，DAS/DSS腳位1022的電位由0V到該高水平增加(拉高)。在這種情形下，當SATA連接器102與該外部SATA插槽連接時，偵測程式能自動執行。電位的增加可由具有該節點104的主機所控制。例如，該主機能控制一個時間點來拉高DAS/DSS腳位1022的電位到該高水平。在此之前，節點104是接地狀態，且沒有任何外接電壓。藉此，偵測程式能被管理而決定何時開始執行。

在該偵測程式執行之後，它能偵測SATA固態硬碟10中快閃記憶體晶片(1011到1018)的問題單元。問題單元能被分類成老化與失效單元。當在偵測工作執行中，老化單元可正常地工作。然而，如果工作溫度增加，它們將失去分辨本身儲存資料是0或1的能力。或者，老化單元可能是比其它單元具有的老化速度更快。當快閃記憶體晶片從晶圓廠製作出來時，老化單元就是快閃記憶體晶片中的缺陷區域。這很 難避免，特別是當生產製程進入20nm以下。因為結構的因素，TLC快閃記憶體晶片老化或甚至失效較MLC快閃記憶體晶片來得快(寫入次數)，而MLC快閃記憶體晶片的老化又較SLC快閃記憶體晶片來得快。對TLC快閃記憶體晶片與MLC快閃記憶體晶片來說，老化測試是很重要的，以避免未來發生更多的品質問題。失效單元定義為當偵測工作進行時，無法運作的單元。有許多的方法可用來找出SATA固態硬碟10中老化或失效的單元，任何一種都可以在本發明中使用。因為這非本發明的要點，故該些方法不在此說明。該程式也能執行來蒐集SATA固態硬碟10中老化與失效單元的位置資料，進一步儲存該老化與失效單元的位置資料到SATA固態硬碟10的儲存區中。

此處，位置資料可以是老化或失效單元的物理位置，它也可以是偵測時間或單元老化或失效的狀態(當偵測時該單元是或失效)。最好，位置資料包含以上所述的所有資訊。要注意的是位置資料能被儲存到任何設計的或SATA固態硬碟10快閃記憶體晶片(1011到1018)現有的儲存區，這不包含那些被偵測到老化或失效的單元。這樣的作法可防止位置資料遺失。此外，偵測程式能隔離老化與失效單元，從而不被中央處理單元103存取。使用者不會遇到有缺陷的單元，或儲存他們的資料到可能很快遺失或造成資料損壞的單元或頁中。 要強調的是隔離可以針對問題單元或包含問題單元的頁面來執行。對於後者，某些好的單元會因此而排除無法使用。

位置資料不被限定儲存於SATA固態硬碟10中，它們也能向外儲存或展示。中央處理單元103能進一步以電位變化的形式，經由DAS/DSS腳位1022(比如該主機)向外輸出位置資料。DAS/DSS腳位1022變成訊號源而非接受者。一種以一序列0與1表現該位置資料的編碼方法是需要的。例如，一頁位於快閃記憶體晶片1011第一位置可顯示為“0-0-0-1-0-0-0-1”。第一個“0-0-0-1”指出快閃記憶體晶片1011，第二個“0-0-0-1”指出該第一位置。中央處理單元103也能以一系列亮與滅的形式，經由發光二極體輸出該位置資料。實作上，輸出到發光二極體也能直接經由DAS/DSS腳位1022，而非中央處理單元103。“0-0-0-1-0-0-0-1”可能會變成滅-滅-滅-亮-滅-滅-滅-亮，其間隔為0.5秒。發光二極體訊號或電位改變能進一步包括偵測過程(即在偵測階段、儲存階段、隔離階段或終止階段)的訊號，也讓人們知道目前的狀態。

藉利用SATA固態硬碟10所示的架構，本發明提供了一種用來偵測SATA固態硬碟問題單元的方法。請見第3圖，這是該方法步驟的流程圖。首先，在SATA固態硬碟10硬體組中完成後，提供前述用來偵測SATA固態硬碟10中的老化與失效單元的偵測程式(S01)。接著，寫該偵測程式入SATA固態硬碟10中的中央處理單元103(S02)。為了有效找出老化單元， 燒機測試程序在偵測程式開始運作前是需要的，這意味著加熱固態硬碟10(S03)。有許多的方式可以用來加熱固態硬碟10(通常加熱其周遭的溫度)以模擬可能的工作環境或SATA固態硬碟10可能遭遇到的最糟的情況。例如，放置SATA固態硬碟10在烤箱上。步驟S03的時間可持續幾十分鐘到數小時，依照測試的嚴格性而定。依照本發明的精神，步驟S03不是必須要的，它的存在只是為了幫助品質檢查。之後，拉高SATA固態硬碟10的SATA連接器102通訊腳位(DAS/DSS腳位1022)的電位以啟動偵測程式(S04)，偵測程式需要一些時間來找出並蒐集SATA固態硬碟中，老化與失效單元的位置資料(S05)。接著，偵測程式儲存該位置資料到SATA固態硬碟10的一儲存區中(S06)。在偵測程式執行結束前，偵測程式隔離老化與失效單元以便不被中央處理單元103存取(S07)。從而，老化與失效單元能排除不被使用。如上所述，儲存位置資料的單元不應該是老化或失效。

在偵測程式執行結束之後，本發明進一步揭露數個步驟來展示該位置資料。輸出步驟可在步驟S06之後：中央處理單元103以電位變化的形式，經由DAS/DSS腳位1022向外輸出該位置資料。中央處理單元也能在步驟S06後，開啟另一輸出步驟：以一系列亮與滅的形式，經由SATA固態硬碟10的發光二極體104輸出位置資料。當然，如上說明，後面的輸出步驟可在偵測程式停止執行前，直接由偵測程式來執行。

從以上的說明，很明顯地可知本發明具有很多的優點。首先，使用現有的介面，無須其它特製的測試設備。如此減少了固態硬碟製造商的成本。第二，偵測程式執行測試SATA固態硬碟不須將固定於最外部的外殼拆卸。偵測程式可開始其功能，即便是在燒機程序之後。實作上，燒機程序也可以換成是波峰焊程序。第三，偵測程式能自動執行而不必由電腦控制。這樣可節省時間與成本。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，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。

Claims (16)

1. 一種SATA固態硬碟自我偵測尋找問題單元的方法，包含步驟：A.提供用來偵測在一SATA固態硬碟中老化與失效單元的一偵測程式；B.將該偵測程式寫入該SATA固態硬碟的一中央處理單元中；C.拉高SATA固態硬碟的SATA連接器的一通訊腳位的電位以啟動該偵測程式；D.由該偵測程式蒐集SATA固態硬碟中，老化與失效單元的位置資料；及E.將該位置資料儲存於該固態硬碟中的一儲存區中。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包含一步驟E1於步驟E之後：E1.以電位變化的形式經由該通訊腳位向外輸出該位置資料。
3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包含一步驟E2於步驟E之後：E2.以一系列亮與滅的形式經由該SATA固態硬碟的一發光二極體輸出該位置資料。
4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包含一步驟E3於步驟E之後：E3.隔離老化與失效單元不被中央處理單元存取。
5. 如，申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包含一步驟B1於步驟B之後：B1.加熱該SATA固態硬碟。
6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該通訊腳位為DAS/DSS(Device Activity Signal/Disable Staggered Spin-up)腳位。
7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該位置資料包含老化或失效單元的物理位置、偵測時間、單元老化或失效的狀態，或前述的組合。
8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中儲存該位置資料區域的單元不為失效或老化。
9. 一種具有自我偵測尋找問題單元功能的SATA固態硬碟，包含：複數個快閃記憶體晶片，用以存取資料；一SATA連接器，具有一通訊腳位；及一中央處理單元，該中央處理單元與該快閃記憶體晶片及SATA連接器電連接，用以運作該SATA固態硬碟及存取該些快閃記憶體晶片，該中央處理單元具有一記憶單元；其中一偵測程式寫入至該記憶單元中；該偵測程式藉由拉高通訊腳位的電位而啟動；該偵測程式執行以偵測SATA固態硬碟中的老化與失效單元、蒐集SATA固態硬碟中老化與失效單元的位置資料，及儲存該老化與失效 單元的位置資料到SATA固態硬碟的一儲存區中。
10. 如申請專利範圍第9項所述之SATA固態硬碟，其中該中央處理單元進一步以電位變化的形式經由該通訊腳位向外輸出該位置資料。
11. 如申請專利範圍第9項所述之SATA固態硬碟，進一步包含與該中央處理單元電連接的一發光二極體。
12. 如申請專利範圍第11項所述之SATA固態硬碟，其中該中央處理單元進一步以一系列亮與滅的形式經由該發光二極體輸出該位置資料。
13. 如申請專利範圍第9項所述之SATA固態硬碟，其中該偵測程式隔離老化與失效單元，以便該老化與失效單元不被該中央處理單元存取。
14. 如申請專利範圍第9項所述之SATA固態硬碟，其中該通訊腳位是DAS/DSS腳位。
15. 如申請專利範圍第9項所述之SATA固態硬碟，其中該位置資料包含老化或失效單元的物理位置，偵測時間，單元老化或失效的狀態，或前述的組合。
16. 如申請專利範圍第9項所述之SATA固態硬碟，其中儲存該位置資料區域的單元不為失效或老化。