TWI752784B

TWI752784B - 非對稱型平面管理方法以及資料儲存裝置及其控制器

Info

Publication number: TWI752784B
Application number: TW110100036A
Authority: TW
Inventors: 林翰宏
Original assignee: 慧榮科技股份有限公司
Priority date: 2019-03-04
Filing date: 2019-08-22
Publication date: 2022-01-11
Also published as: TW202213103A; TW202034172A; TWI781846B; TWI718635B; TW202125264A

Abstract

本發明提供一種非對稱型平面管理方法以及資料儲存裝置及其控制器。該非對稱型平面管理方法可包含：設定一非平衡平面數量；選取一最大平面數量減去該非平衡平面數量的至少一平面，並將該至少一平面的至少一組區塊記錄至一區塊省略表；依據區塊編號為索引，將未選取的平面的區塊組成超級區塊，其中所述超級區塊分別對應於所述區塊編號；以及記錄全部超級區塊的總容量以及該非平衡平面數量，以產生多種儲存容量的記錄中的一最新的記錄，以供進一步設定該資料儲存裝置的儲存容量組態，其中所述全部超級區塊包含所述超級區塊。

Description

非對稱型平面管理方法以及資料儲存裝置及其控制器

本發明係有關於快閃記憶體(Flash memory)之存取(access)，尤指一種非對稱型平面管理(Unbalanced Plane Management)方法以及資料儲存裝置及其控制器。

快閃記憶體可廣泛地應用於各種可攜式或非可攜式資料儲存裝置(例如：符合SD/MMC、CF、MS、XD或UFS標準之記憶卡；又例如：固態硬碟；又例如：符合UFS或EMMC規格之嵌入式(embedded)儲存裝置)中。以常用的NAND型快閃記憶體而言，最初有單階細胞(single level cell，SLC)、多階細胞(multiple level cell，MLC)等類型的快閃記憶體。由於記憶體的技術不斷地發展，較新的資料儲存裝置產品可採用三階細胞(triple level cell，TLC)快閃記憶體，甚至四階細胞(quadruple level cell，QLC)快閃記憶體。為了確保資料儲存裝置對快閃記憶體之存取控制能符合相關規範，快閃記憶體的控制器通常備有某些管理機制以妥善地管理其內部運作。

依據相關技術，有了這些管理機制的資料儲存裝置還是有不足之處。舉例來說，多個快閃記憶體裸晶(Die)可被同時使用以提升存取效能。然而，某一個快閃記憶體裸晶的好區塊的數量可能限制這些快閃記憶體裸晶之各自的區塊的使用率。例如，在這些好區塊的數量很小、或者這些好區塊的分佈不平衡的情況下，無法得到需要的儲存容量。因此，需要一種新穎的方法及相關架構，以在沒有副作用或較不可能帶來副作用之狀況下實現具有可靠的管理機制之資料儲存裝置。

本發明之一目的在於提供一種非對稱型平面管理方法以及相關之資料儲存裝置及其控制器，以解決上述問題。

本發明之另一目的在於提供一種非對稱型平面管理方法以及相關之資料儲存裝置及其控制器，以在沒有副作用或較不可能帶來副作用之狀況下將可靠的管理機制賦予資料儲存裝置。

本發明之至少一實施例提供一種非對稱型平面管理方法，其中該非對稱型平面管理方法係應用於一資料儲存裝置，該資料儲存裝置包含一非揮發性記憶體(non-volatile memory，NV memory)，該非揮發性記憶體包含複數個非揮發性記憶體元件(NV memory element)，以及該複數個非揮發性記憶體元件包含複數個區塊。該非對稱型平面管理方法可包含：設定一非平衡平面數量(unbalanced plane number)，其中該非平衡平面數量小於一最大平面數量，且該最大平面數量代表該複數個非揮發性記憶體元件之各自的平面的數量的總和；選取該最大平面數量減去該非平衡平面數量的至少一平面，並將該至少一平面的至少一組區塊記錄至一區塊省略表(block skip table)；依據區塊編號為索引，將未選取的平面的區塊組成超級區塊，其中所述超級區塊分別對應於所述區塊編號；以及記錄全部超級區塊的總容量以及該非平衡平面數量，以產生多種儲存容量的記錄中的一最新的記錄，以供進一步設定該資料儲存裝置的儲存容量組態，其中所述全部超級區塊包含所述超級區塊。

本發明之至少一實施例提供一種資料儲存裝置，其可包含：一非揮發性記憶體，用來儲存資訊，其中該非揮發性記憶體包含複數個非揮發性記憶體元件，以及該複數個非揮發性記憶體元件包含複數個區塊；以及一控制器，耦接至該非揮發性記憶體，用來控制該資料儲存裝置之操作。該控制器可包含一處理電路，其中該處理電路可依據來自一主機(host device)的複數個主機命令(host command)控制該控制器，以容許該主機透過該控制器存取該非揮發性記憶體。例如：該控制器設定一非平衡平面數量，其中該非平衡平面數量小於一最大平面數量，且該最大平面數量代表該複數個非揮發性記憶體元件之各自的平面的數量的總和；該控制器選取該最大平面數量減去該非平衡平面數量的至少一平面，並將該至少一平面的至少一組區塊記錄至一區塊省略表；該控制器依據區塊編號為索引，將未選取的平面的區塊組成超級區塊，其中所述超級區塊分別對應於所述區塊編號；以及該控制器記錄全部超級區塊的總容量以及該非平衡平面數量，以產生多種儲存容量的記錄中的一最新的記錄，以供進一步設定該資料儲存裝置的儲存容量組態，其中所述全部超級區塊包含所述超級區塊。

本發明之至少一實施例提供一種資料儲存裝置之控制器，其中該資料儲存裝置包含該控制器與一非揮發性記憶體，該非揮發性記憶體包含複數個非揮發性記憶體元件，以及該複數個非揮發性記憶體元件包含複數個區塊。該控制器可包含一處理電路，其中該處理電路可依據來自一主機的複數個主機命令控制該控制器，以容許該主機透過該控制器存取該非揮發性記憶體。例如：該控制器設定一非平衡平面數量，其中該非平衡平面數量小於一最大平面數量，且該最大平面數量代表該複數個非揮發性記憶體元件之各自的平面的數量的總和；該控制器選取該最大平面數量減去該非平衡平面數量的至少一平面，並將該至少一平面的至少一組區塊記錄至一區塊省略表；該控制器依據區塊編號為索引，將未選取的平面的區塊組成超級區塊，其中所述超級區塊分別對應於所述區塊編號；以及該控制器記錄全部超級區塊的總容量以及該非平衡平面數量，以產生多種儲存容量的記錄中的一最新的記錄，以供進一步設定該資料儲存裝置的儲存容量組態，其中所述全部超級區塊包含所述超級區塊。

本發明的好處之一是，透過仔細設計之管理機制，本發明能針對該控制器的運作進行妥善的控制，尤其，使資料儲存裝置能利用不平衡平面的方式，例如，使用在超級區塊(Super Block)內可更改的數量的平面而不是使用全部數量的平面。於是，本發明能打破關於NAND型快閃記憶體的好區塊的數量的限制，以整合出最大的容量；或是，在特定的容量需求下，有效地整合出充足的超級區塊，達到最佳化效能。另外，依據本發明之實施例來實施並不會增加許多額外的成本。因此，相關技術的問題可被解決，且整體成本不會增加太多。相較於傳統架構，本發明能在沒有副作用或較不可能帶來副作用之狀況下達到資料儲存裝置之最佳化效能。

50:主機

100:資料儲存裝置

110:記憶體控制器

112:微處理器

112C:程式碼

112M:唯讀記憶體

114:控制邏輯電路

116:緩衝記憶體

118:傳輸介面電路

120:非揮發性記憶體

122,122-1,122-2~122-N:非揮發性記憶體元件

0-0~0-199,1-0~1-199,2-0~2-199,3-0~3-199,4-0~4-199,5-0~5-1996-0~6-199,7-0~7-199:區塊索引

S10,S12,S14,S16,S18,S20,S22:步驟

ORPHAN_BLOCK_TABLE:孤兒區塊表

BLOCKSKIPIDX:區塊省略索引

第1圖為依據本發明一實施例之一種資料儲存裝置與一主機(host device)的示意圖。

第2圖繪示針對超級區塊的一管理方案的示意圖。

第3圖繪示依據本發明一實施例之一超級區塊管理方案。

第4圖繪示壞區塊分佈的一個例子。

第5圖繪示依據本發明另一實施例之一超級區塊管理方案。

第6圖繪示依據本發明一實施例之一種非對稱型平面管理方法的一工作流程。

請參考第1圖，第1圖為依據本發明一第一實施例之一種資料儲存裝置100與一主機(Host Device)50的示意圖。例如：資料儲存裝置100可為固態硬碟(Solid State Drive，SSD)。另外，主機50的例子可包含(但不限於)：多功能行動電話(Multifunctional Mobile Phone)、平板電腦(Tablet)、以及個人電腦(Personal Computer)諸如桌上型電腦與膝上型電腦。依據本實施例，資料儲存裝置100可包含一控制器諸如記憶體控制器110，且可另包含非揮發性(Non-Volatile)記憶體120，其中該控制器係用來存取(Access)非揮發性記憶體120，且非揮發性記憶體120係用來儲存資訊。

非揮發性記憶體120可包含複數個非揮發性記憶體元件122-1、122-2、...與122-N，其中符號「N」可代表大於一的正整數。例如：非揮發性記憶體120可為快閃記憶體(Flash memory)，而非揮發性記憶體元件122-1、122-2、...與122-N可分別為複數個快閃記憶體晶片或複數個快閃記憶體裸晶，但本發明並不限於此。此外，資料儲存裝置100可以還包括揮發性記憶體元件以緩存資料，其中，揮發性記憶體元件較佳為動態隨機存取記憶體(Dynamic Random Access Memory，DRAM)。上述揮發性記憶體元件可提供適當的資料暫存空間以緩存資料，或是僅提供小量的資料暫存空間以緩存小量資料，此架構又稱為部分DRAM(Partial DRAM)。另外，揮發性記憶體元件為非必要元件。

記憶體控制器110可包含處理電路諸如微處理器112、儲存器諸如唯讀記憶體(Read Only Memory，ROM)112M、控制邏輯電路114、緩衝記憶體116、與傳輸介面電路118，其中這些元件可透過匯流排彼此耦接。緩衝記憶體116較佳為靜態隨機存取記憶體(Static Random Access Memory，SRAM)。舉例來說，如果資料儲存裝置100更配置有上述DRAM，記憶體控制器110可利用緩衝記憶體116諸如SRAM作為第一層快取(Cache)，並利用DRAM作為第二層快取。DRAM的資料儲存量較佳大於緩衝記憶體116的資料儲存量，而緩衝記憶體116所緩衝處理的資料可源自於DRAM或非揮發性記憶體120。

本實施例之唯讀記憶體112M係用來儲存程式碼112C，而微處理器 112則用來執行程式碼112C以控制對非揮發性記憶體120之存取。請注意，程式碼112C亦得儲存在緩衝記憶體116或任何形式之記憶體內。此外，控制邏輯電路114可包含至少一錯誤更正碼(Error Correction Code，ECC)電路(未顯示)，以保護資料、及/或進行錯誤更正，而傳輸介面電路118可符合特定通訊標準(諸如串列高級技術附件(Serial Advanced Technology Attachment，SATA)標準、快捷外設互聯(Peripheral Component Interconnect Express，PCIE)標準或非揮發性記憶體快捷(Non-Volatile Memory Express，NVME)標準且可依據特定通訊標對主機50進行通訊。

於本實施例中，主機50可傳送複數個主機命令(Host Command)至資料儲存裝置100，記憶體控制器110再依據主機命令而對非揮發性記憶體120進行存取(例如讀取或寫入資料)，其中上述資料較佳為源自於主機50之使用者資料。主機命令包括邏輯位址，例如：邏輯區塊位址(Logical Block Address，LBA)。記憶體控制器110可接收主機命令並將主機命令分別轉譯成記憶體操作命令(簡稱操作命令)，再以操作命令控制非揮發性記憶體120讀取、寫入(Write)/編程(Program)非揮發性記憶體120當中特定實體位址之頁面(Page)。

記憶體控制器110將資料的邏輯位址與實體位址之間的映射關係記錄於邏輯對實體位址(Logical-to-Physical Address，L2P)映射表，其中，實體位址可由通道(Channel)編號、邏輯單元編號(Logical Unit Number，LUN)、平面(Plane)編號、區塊編號、頁面編號以及偏移量(Offset)所組成。於某些實施例中，實體位址的實施可予以變化。例如，實體位址可包含通道編號、邏輯單元編號、平面編號、區塊編號、頁面編號、及/或偏移量。

L2P映射表可儲存於非揮發性記憶體120中之系統區塊中，且可分割成多個群組(Group)映射表，每一群組映射表記錄一段邏輯位址的映射關係。系統區塊較佳為加密區塊且以SLC模式進行資料的編程。記憶體控制器110可依緩衝記憶體116的容量大小而將該多個群組映射表中的一部分或全部群組映射表從非揮發性記憶體120載入緩衝記憶體116，以供快速參考，但本發明不限於此。當使用者資料更新時，記憶體控制器110可依據使用者資料的最新映射關係來更新群組映射表的內容。群組映射表的大小較佳不大於非揮發性記憶體元件122-n的一個頁面(Page)的大小，例如16KB(kilobytes；千位元組)，其中符號「n」可代表區間[1,N]中之任一正整數，但本發明不限於此。例如，群組映射表的大小可為4KB或1KB。

非揮發性記憶體元件122-n可包含多個平面(Planes)，諸如平面#0、#1、#2與#3，每一個平面包含多個區塊，每一區塊包含多個頁面。在此情況下，記憶體控制器110可將平面#0~#3之各自一個區塊組合成一個大區塊，則大區塊的大小等於一個區塊的大小的4倍。

記憶體控制器110可將多個通道，例如2個通道CH#0與CH#1，中各自的一個非揮發性記憶體元件122-n之各自的一個大區塊可組合成一個超級區塊(Super Block，SB)，則超級區塊的大小等於一個區塊的大小的8倍，且此2個非揮發性記憶體元件122-n可由同一晶片啟用(Chip Enable，CE)訊號所控制，但本發明不限於此。例如，在通道數量等於4的設定下，諸如通道CH#0~CH#3，通道CH#0~CH#3中的各自的一個非揮發性記憶體元件之各自的一個大區塊亦可組成一個超級區塊，亦可由一個晶片啟用訊號所控制。

第2圖繪示針對超級區塊的一管理方案的示意圖。非揮發性記憶體元件122-1、122-2、...與122-N可實施成複數個快閃記憶體裸晶，諸如裸晶#0與#1，其中裸晶#0與#1可作為上述2個通道CH#0與CH#1中各自的一個非揮發性記憶體元件122-n，並以此架構為例說明超級區塊的組成。裸晶#0可具有4個平面，因此，裸晶#0中的區塊可由4組區塊索引(Block Index)來表示，例如其區塊索引{0-0,0-1,...,0-199}、{1-0,1-1,...,1-199}、{2-0,2-1,...,2-199}與{3-0,3-1,...,3-199}。相仿地，裸晶#1亦可具有4個平面，因此，裸晶#1中的區塊亦可由4組區塊索引來表示，例如其區塊索引{0-0,0-1,...,0-199}、{1-0,1-1,...,1-199}、{2-0,2-1,...,2-199}與{3-0,3-1,...,3-199}。

當組成超級區塊時，裸晶#0~#1可分別置於通道CH#0與CH#1，如此一來，超級區塊中的區塊可由區塊索引來表示，例如具有區塊索引格式[Die#,PLN#,BLK#]的8組區塊索引{[0,0,0],[0,0,1],...,[0,0,199]}、{[0,1,0],[0,1,1],...,[0,1,199]}、{[0,2,0],[0,2,1],...,[0,2,149]}、{[0,3,0],[0,3,1],...,[0,3,199]}、{[1,4,0],[1,4,1],...,[1,4,199]}、{[1,5,0],[1,5,1],...,[1,5,199]}、{[1,6,0],[1,6,1],...,[1,6,199]}以及{[1,7,0],[1,7,1],...,[1,7,199]}，並且在區塊索引格式[Die#,PLN#,BLK#]中的Die#、PLN#與BLK#分別代表裸晶編號、平面編號與區塊編號，其中，裸晶編號與平面編號較佳為累進值(例如具有固定增量的一系列數值)，有時裸晶編號會以通道編號來替代。另外，在上述架構中，由於超級區塊中的區塊來自八個平面，此種超級區塊又可稱為八平面超級區塊或平衡平面架構。

假設在理想情況下，裸晶#0與#1之各自的平面#0~#3可具有相同數量的好區塊(Good Block)，例如200個好區塊，即區塊#0~#199都是好區塊，沒有一個是壞區塊(Bad Block)。於是，在理想情況下，記憶體控制器110可將裸晶#0與#1中的平面#0~#3之相同區塊編號的區塊組合成超級區塊，因此，可組合成200個超級區塊。由於所有的區塊都是好區塊，記憶體控制器110在此情況下可以組合最多數量的超級區塊，因此，資料儲存裝置100(例如SSD)可以提供理想的儲存容量。假設每一裸晶的儲存容量為64GB(Gigabytes；十億位元組),則資料儲存裝置100可以提供128GB的儲存容量。由於裸晶中的區塊被組合成超級區塊，因此，資料儲存裝置100可以提供理想(較佳)的存取效能。

然而，在真實情況下，裸晶通常包括一部分的壞區塊。例如，裸晶 #0的平面#2的區塊#150~#199都是壞區塊，如符號「X」所示。於是，在真實情況下，記憶體控制器110將裸晶#0與#1中的平面#0~#3之相同區塊編號的區塊組合成超級區塊，如第2圖下半部中的超級區塊索引(Super Block Index){0,1,...,149}所示，其中，第2圖左下角所示區塊索引{0-0,0-1,...,0-149}、{1-0,1-1,...,1-149}、{2-0,2-1,...,2-149}與{3-0,3-1,...,3-149}可代表裸晶#0的區塊索引{0-0,0-1,...,0-149}、{1-0,1-1,...,1-149}、{2-0,2-1,...,2-149}與{3-0,3-1,...,3-149}，而第2圖右下角所示區塊索引{4-0,4-1,...,4-149}、{5-0,5-1,...,5-149}、{6-0,6-1,...,6-149}與{7-0,7-1,...,7-149}可代表裸晶#1的區塊索引{0-0,0-1,...,0-149}、{1-0,1-1,...,1-149}、{2-0,2-1,...,2-149}與{3-0,3-1,...,3-149}。在真實情況下，記憶體控制器110僅能組合成150個超級區塊，資料儲存裝置100僅能提供96GB(例如(128 * (150/200))=96)的儲存容量，至於未組合至超級區塊的剩餘區塊，例如：裸晶#0的平面#0、#1以及#3的區塊#150~#199，裸晶#1的平面#0~#3的區塊#150~#199，則作為預留空間(Over-provisioning)，無法成為資料儲存裝置100的儲存容量。

為了克服上述問題，本發明提供一種非對稱型平面管理(Unbalanced Plane Management)方法，其可在資料儲存裝置100進行儲存容量檢測而無法達到容量閾值，例如：100GB，的情況下，開發出不同的儲存容量，使資料儲存裝置100的儲存容量可以超過容量閾值，達到本發明的目的。而本發明非對稱型平面管理方法不局限於將每一平面之一個區塊整合至一個超級區塊中，尤其，可依據真實情況下的需求來彈性地調整超級區塊的組合，或是調整平面的個數以組成超級區塊。舉例來說，當使用本發明非對稱型平面管理方法來管理裸晶#0與#1時，超級區塊可由八個平面中的七個平面的區塊的組合來形成，如第3圖所示，其中，區塊索引{0-0,0-1,...,0-199}、{1-0,1-1,...,1-199}、{2-0,2-1,...,2-149}與{3-0,3-1,...,3-199}可代表裸晶#0的區塊索引{0-0,0-1,...,0-199}、{1-0,1-1,..., 1-199}、{2-0,2-1,...,2-149}與{3-0,3-1,...,3-199}，而區塊索引{4-0,4-1,...,4-199}、{5-0,5-1,...,5-199}、{6-0,6-1,...,6-199}與{7-0,7-1,...,7-199}可代表裸晶#1的區塊索引{0-0,0-1,...,0-199}、{1-0,1-1,...,1-199}、{2-0,2-1,...,2-199}與{3-0,3-1,...,3-199}。於是，可以產生較多的超級區塊，例如：由原本的150個超級區塊增加為200個超級區塊，且，可以增加資料儲存裝置100的儲存容量，例如：資料儲存裝置100的儲存容量從96GB增加為112GB(例如(128 * (7/8))=112)，以成功地達成本發明的目的。

在另一個真實情況下，如第4圖所示，裸晶#0的平面#2的區塊#150~#199都是壞區塊，裸晶#1的平面#2的區塊#180~#199都是壞區塊，因此，資料儲存裝置100僅能提供96GB的儲存容量。當採用本發明一種非對稱型平面管理方法時，將超級區塊由八個平面中的七個平面的區塊來組合，如第5圖所示，其中，區塊索引{0-0,0-1,...,0-199}、{1-0,1-1,...,1-199}、{2-0,2-1,...,2-149}與{3-0,3-1,...,3-199}可代表裸晶#0的區塊索引{0-0,0-1,...,0-199}、{1-0,1-1,...,1-199}、{2-0,2-1,...,2-149}與{3-0,3-1,...,3-199}，而區塊索引{4-0,4-1,...,4-199}、{5-0,5-1,...,5-199}、{6-0,6-1,...,6-179}與{7-0,7-1,...,7-199}可代表裸晶#1的區塊索引{0-0,0-1,...,0-199}、{1-0,1-1,...,1-199}、{2-0,2-1,...,2-179}與{3-0,3-1,...,3-199}。屬於超級區塊#0~#179的一大部分區塊可由裸晶#0的平面#0、#1與#3以及裸晶#1的平面#0~#3之各自的區塊#0~#179所組成，而屬於超級區塊#180~#199的另一部分區塊可改由裸晶#0與#1之各自的平面#0、#1與#3之各自的區塊#180~#199以及裸晶#0的平面#2的區塊#0~#19(如虛線框所示)所組成，一樣可以組成200個超級區塊，使資料儲存裝置100的儲存容量從96GB增加為112GB，以成功地達成本發明的目的。

第6圖繪示依據本發明一實施例之非對稱型平面管理方法的工作流程，本發明非對稱型平面管理方法可應用於資料儲存裝置100，並由資料儲存裝置100的記憶體控制器110所執行。另外，於執行本發明非對稱型平面管理方法以後，記憶體控制器110可能會產生多種儲存容量的記錄，其可分別對應於一平面數參數(plane count parameter)諸如一非平衡平面數量(unbalanced plane number)UNBAL_NUM的多個可能的值(例如多個候選值)，並且使用者可以依據其需求從上述多種儲存容量的記錄選擇對應於該多個可能的值中的某一可能的值(例如該多個候選值中的某一候選值)之一記錄，例如：選取儲存容量值為最大的記錄，或是選取儲存容量值為次佳但是非平衡平面數量UNBAL_NUM的值較小的記錄，而選取該所選擇的記錄所對應的非平衡平面數量UNBAL_NUM的值，使資料儲存裝置100能透過對應的儲存容量組態提供所需的儲存容量。

於步驟S10中，記憶體控制器110設定非平衡平面數量UNBAL_NUM，其中，非平衡平面數量UNBAL_NUM小於一最大平面數量。該最大平面數量代表該複數個非揮發性記憶體元件122-1、122-2、...與122-N之各自的平面的數量的總和，尤其，該最大平面數量可等於裸晶數量(Die Count)DIE_COUNT乘以平面數量(Plane Number)PLANE_NUM，以前面所述實施例為例，資料儲存裝置100設置有裸晶#0與#1，則裸晶數量DIE_COUNT等於2。平面數量PLANE_NUM可代表每一裸晶所包含的平面的總數量，裸晶#0與#1分別具有其各自的平面#0~#3，則平面數量PLANE_NUM等於4，因此該最大平面數量等於8。非平衡平面數量UNBAL_NUM的初始值例如等於7，最小值例如等於2。

於步驟S12中，記憶體控制器110選取該最大平面數量減去非平衡平面數量UNBAL_NUM的至少一平面，並將選取的平面(諸如該至少一平面)的至少一組區塊(例如其區塊索引)記錄至一區塊省略表(block skip table)諸如對應於該至少一平面之至少一組區塊省略索引(block skip indexes)BLOCKSKIPIDX，其中該區塊省略表可包含該至少一組區塊省略索引 BLOCKSKIPIDX。該至少一組區塊省略索引BLOCKSKIPIDX較佳為一陣列，其可包含一或多個子陣列，而該陣列的該一或多個子陣列的一子陣列數(sub-array count)較佳等於該最大平面數量減去非平衡平面數量UNBAL_NUM的差值，並且該陣列的大小較佳等於該至少一組區塊的總數量。以第2圖上半部以及第4圖為例，最大平面數量等於8，非平衡平面數量UNBAL_NUM等於7，因此，記憶體控制器110將選取1個平面。由於裸晶#0的平面#2的好區塊的總數量最少，因此，記憶體控制器110選取裸晶#0的平面#2，並將裸晶#0的平面#2的區塊#0~#149(例如其區塊索引)記錄至區塊省略索引BLOCKSKIPIDX。假設非平衡平面數量UNBAL_NUM可予以變化，例如，當非平衡平面數量UNBAL_NUM等於6時，因為裸晶#0的平面#2以及裸晶#1的平面#2的好區塊的總數量最少，記憶體控制器110選取裸晶#0的平面#2以及裸晶#1的平面#2，並將裸晶#0的平面#2的區塊#0~#149以及裸晶#1的平面#2的區塊#0~#179(例如其區塊索引)記錄至區塊省略索引BLOCKSKIPIDX。另外，於某些實施例中，記憶體控制器110可選取好區塊的總數量最多的一或多個平面，並將該一或多個平面的區塊(例如其區塊索引)記錄至區塊省略索引BLOCKSKIPIDX，但本發明並不以此為限。

於步驟S14中，記憶體控制器110依據區塊編號為索引(例如：BLK#=0、BLK#=1...)，將未選取的平面的區塊組成超級區塊，尤其，逐一地(one by one)及/或依序地(sequentially)，以將這些平面之各自的區塊#0、#1等分別組成超級區塊#0、#1等，其中這些超級區塊分別對應於這些區塊編號。以第2圖上半部以及第4圖為例，未選取的平面可為裸晶#0的平面#0、#1、#3以及裸晶#1的平面#0~#3，記憶體控制器110依據區塊編號為索引，將未選取的平面的區塊(例如其區塊索引)記錄至孤兒區塊表ORPHAN_BLOCK_TABLE，如第3以及5圖所示，其中，孤兒區塊表ORPHAN_BLOCK_TABLE記錄每一超級區塊的區塊編號，例如，超級區塊#0由7個不同平面的區塊#0所組成，超級區塊#1由7個不同平面的區塊#1所組成，依此類推。此種架構的超級區塊又可稱為7平面超級區塊，或非平衡平面超級區塊。

於步驟S16中，記憶體控制器110判斷步驟S14中的這些區塊編號是否小於一區塊閾值，以產生一判斷結果，尤其，透過將這些區塊編號所形成的一區塊編號序列中的最後一個區塊編號和該區塊閾值比較，以產生這個判斷結果，其中該最後一個區塊編號是這些區塊編號中的最大值。如果是(例如判斷結果為「真」(True))，則執行步驟S18；如果否(例如判斷結果為「偽」(False))，則執行步驟S20。該區塊閾值等於一預定值，且較佳等於全部可用的(available)區塊編號{BLK#}的最大值。以第2圖上半部以及第4圖為例，區塊閾值等於上述全部可用的區塊編號{BLK#}的最大值，即數值199。以第3圖為例，孤兒區塊表ORPHAN_BLOCK_TABLE可因應區塊編號BLK#的變化順利地從超級區塊#0建立至超級區塊#199，因此，當步驟S16的判斷為否時，這表示針對非平衡平面數量UNBAL_NUM的目前值之檢測已完成，可執行步驟S20，尤其，可另因應步驟S22的某一判斷結果執行步驟S10，以進行針對非平衡平面數量UNBAL_NUM的下一個值之檢測，例如，記憶體控制器110可在步驟S10中將非平衡平面數量UNBAL_NUM的下一個值(尤其，最新值)設定為非平衡平面數量UNBAL_NUM的目前值減1。

於步驟S18中，記憶體控制器110繼續依據區塊編號為索引，尤其，依據上述全部可用的區塊編號{BLK#}中的剩餘的區塊編號(例如步驟S14中的上述區塊編號之後續區塊編號)為索引，將上述未選取的平面的其它區塊(例如對應於上述後續區塊編號之後續區塊)以及區塊省略索引BLOCKSKIPIDX所記錄的區塊組成其它超級區塊，諸如步驟S14中的上述超級區塊之後續超級區塊。以第4至5圖為例，孤兒區塊表ORPHAN_BLOCK_TABLE的表內容(例如其內的區塊索引所代表的超級區塊)可順利地建立至超級區塊#179，然而，在建立超級區塊#180時，只剩下6個不同平面的區塊#180，因此，記憶體控制器110選取區塊省略索引BLOCKSKIPIDX所記錄的裸晶#0的平面#2的區塊#0以及6個不同平面的區塊#180來建立超級區塊#180。接著，記憶體控制器110選取區塊省略索引BLOCKSKIPIDX所記錄的裸晶#0的平面#2的區塊#1以及6個不同平面的區塊#181來建立超級區塊#181，依此類推，直到完成超級區塊#199的建立，如第5圖所示。

於步驟S20中，記憶體控制器110記錄全部超級區塊的總容量以及非平衡平面數量UNBAL_NUM，以產生上述多種儲存容量的記錄中的一最新的記錄，以供進一步設定資料儲存裝置100的儲存容量組態，其中上述全部超級區塊可包含步驟S14中的上述超級區塊，尤其，可另包含步驟S18中的上述其它超級區塊(若步驟S18被執行)。於完成孤兒區塊表ORPHAN_BLOCK_TABLE的建立以後，記憶體控制器110可依據孤兒區塊表ORPHAN_BLOCK_TABLE而計算出超級區塊的總容量，例如：112GB，且記錄超級區塊的總容量以及非平衡平面數量UNBAL_NUM的目前值，例如：數值7。

於步驟S22中，記憶體控制器110判斷非平衡平面數量UNBAL_NUM是否等於平面閾值。如果否(例如判斷結果為「偽」)，則執行步驟S10；如果是(例如判斷結果為「真」)，則結束非對稱型平面管理方法的執行。在步驟S10，記憶體控制器110例如將非平衡平面數量UNBAL_NUM的下一個值(尤其，最新值)設定為非平衡平面數量UNBAL_NUM的目前值減1。另外，平面閾值可等於UNBAL_NUM的最小值，例如：數值2。

由於上述中可知，本發明至少一實施例之非對稱型平面管理方法能成功地將資料儲存裝置100的儲存容量從96GB增加為112GB，並使資料儲存裝置100具備基於超級區塊的高存取效能，而剩下未利用的區塊，例如：區塊省略索引BLOCKSKIPIDX所記錄的區塊則可作為預留空間(Over-provisioning)使用，達到本發明的目的。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

S10,S12,S14,S16,S18,S20,S22:步驟

Claims

一種非對稱型平面管理方法，該非對稱型平面管理方法係應用於一資料儲存裝置，該資料儲存裝置包含一非揮發性記憶體(non-volatile memory,NV memory)，該非揮發性記憶體包含複數個非揮發性記憶體元件(NV memory element)，該複數個非揮發性記憶體元件包含複數個區塊(block)，該非對稱型平面管理方法包含有：設定一非平衡平面數量(unbalanced plane number)，其中該非平衡平面數量小於一最大平面數量，且該最大平面數量代表該複數個非揮發性記憶體元件之各自的平面的數量的總和；選取該最大平面數量減去該非平衡平面數量的至少一平面，並將該至少一平面的至少一組區塊記錄至一區塊省略表(block skip table)；依據區塊編號為索引，將未選取的平面的區塊組成超級區塊，其中所述超級區塊分別對應於所述區塊編號；判斷所述區塊編號中的至少一者是否小於一區塊閾值，以產生一判斷結果，其中該區塊閾值等於全部可用的(available)區塊編號的最大值，且該判斷結果指出所述區塊編號中的該至少一者是否小於該區塊閾值；因應該判斷結果指出所述區塊編號中的該至少一者小於該區塊閾值，依據所述全部可用的區塊編號中的剩餘的區塊編號為索引，將所述未選取的平面的其它區塊以及該區塊省略表所記錄的區塊組成其它超級區塊；以及記錄全部超級區塊的總容量以及該非平衡平面數量，以產生多種儲存容量的記錄中的一最新的記錄，以供進一步設定該資料儲存裝置的儲存容量組態，其中所述全部超級區塊包含所述超級區塊。
如申請專利範圍第1項所述之非對稱型平面管理方法，其中該區塊省略表包含至少一組區塊省略索引(block skip indexes)；以及該至少一組區塊省略索引是一陣列，該陣列包含一或多個子陣列，且該陣列的該一或多個子陣列的一子陣列數(sub-array count)等於該最大平面數量減去該非平衡平面數量的差值，其中該陣列的大小等於該至少一組區塊的總數量。
如申請專利範圍第1項所述之非對稱型平面管理方法，其中所述剩餘的區塊編號包含所述區塊編號之後續區塊編號，所述未選取的平面的所述其它區塊包含對應於所述後續區塊編號之後續區塊，且所述其它超級區塊包含所述超級區塊之後續超級區塊。
如申請專利範圍第1項所述之非對稱型平面管理方法，其中判斷所述區塊編號中的該至少一者是否小於該區塊閾值以產生該判斷結果之步驟包含：將所述區塊編號所形成的一區塊編號序列中的最後一個區塊編號和該區塊閾值比較，以產生該判斷結果，其中該最後一個區塊編號是所述區塊編號中的最大值。
如申請專利範圍第1項所述之非對稱型平面管理方法，其中所述多種儲存容量的記錄分別對應於該非平衡平面數量的多個可能的值，以容許一使用者依據需求從所述多種儲存容量的記錄選擇對應於該多個可能的值中的一可能的值之一記錄；以及該多個可能的值代表多個候選值，且該可能的值代表該多個候選值中的一候選值。
一種資料儲存裝置，包含有：一非揮發性記憶體(non-volatile memory，NV memory)，用來儲存資訊，其中該非揮發性記憶體包含複數個非揮發性記憶體元件(NV memory element)，以及該複數個非揮發性記憶體元件包含複數個區塊；以及一控制器，耦接至該非揮發性記憶體，用來控制該資料儲存裝置之操作，其中該控制器包含：一處理電路，用來依據來自一主機(host device)的複數個主機命令(host command)控制該控制器，以容許該主機透過該控制器存取(access)該非揮發性記憶體，其中：該控制器設定一非平衡平面數量(unbalanced plane number)，其中該非平衡平面數量小於一最大平面數量，且該最大平面數量代表該複數個非揮發性記憶體元件之各自的平面的數量的總和；該控制器選取該最大平面數量減去該非平衡平面數量的至少一平面，並將該至少一平面的至少一組區塊記錄至一區塊省略表(block skip table)；該控制器依據區塊編號為索引，將未選取的平面的區塊組成超級區塊，其中所述超級區塊分別對應於所述區塊編號；該控制器判斷所述區塊編號中的至少一者是否小於一區塊閾值，以產生一判斷結果，其中該區塊閾值等於全部可用的(available)區塊編號的最大值，且該判斷結果指出所述區塊編號中的該至少一者是否小於該區塊閾值；因應該判斷結果指出所述區塊編號中的該至少一者小於該區塊閾值，該控制器依據所述全部可用的區塊編號中的剩餘的區塊編號為索引，將所述未選取的平面的其它區塊以及該區塊省略表所記錄的區塊組成其它超級區塊；以及該控制器記錄全部超級區塊的總容量以及該非平衡平面數量，以產生多種儲存容量的記錄中的一最新的記錄，以供進一步設定該資料儲存裝置的儲存容量組態，其中所述全部超級區塊包含所述超級區塊。
如申請專利範圍第6項所述之資料儲存裝置，其中該區塊省略表包含至少一組區塊省略索引(block skip indexes)；以及該至少一組區塊省略索引是一陣列，該陣列包含一或多個子陣列，且該陣列的該一或多個子陣列的一子陣列數(sub-array count)等於該最大平面數量減去該非平衡平面數量的差值，其中該陣列的大小等於該至少一組區塊的總數量。
如申請專利範圍第6項所述之資料儲存裝置，其中所述剩餘的區塊編號包含所述區塊編號之後續區塊編號，所述未選取的平面的所述其它區塊包含對應於所述後續區塊編號之後續區塊，且所述其它超級區塊包含所述超級區塊之後續超級區塊。
如申請專利範圍第6項所述之資料儲存裝置，其中該控制器將所述區塊編號所形成的一區塊編號序列中的最後一個區塊編號和該區塊閾值比較，以產生該判斷結果，其中該最後一個區塊編號是所述區塊編號中的最大值。
如申請專利範圍第6項所述之資料儲存裝置，其中所述多種儲存容量的記錄分別對應於該非平衡平面數量的多個可能的值，以容許一使用者依據需求從所述多種儲存容量的記錄選擇對應於該多個可能的值中的一可能的值之一記錄；以及該多個可能的值代表多個候選值，且該可能的值代表該多個候選值中的一候選值。
一種資料儲存裝置之控制器，該資料儲存裝置包含該控制器與一非揮發性記憶體(non-volatile memory，NV memory)，該非揮發性記憶體包含複數個非揮發性記憶體元件(NV memory element)，該複數個非揮發性記憶體元件包含複數個區塊，該控制器包含有：一處理電路，用來依據來自一主機(host device)的複數個主機命令(host command)控制該控制器，以容許該主機透過該控制器存取(access)該非揮發性記憶體，其中：該控制器設定一非平衡平面數量(unbalanced plane number)，其中該非平衡平面數量小於一最大平面數量，且該最大平面數量代表該複數個非揮發性記憶體元件之各自的平面的數量的總和；該控制器選取該最大平面數量減去該非平衡平面數量的至少一平面，並將該至少一平面的至少一組區塊記錄至一區塊省略表(block skip table)；該控制器依據區塊編號為索引，將未選取的平面的區塊組成超級區塊，其中所述超級區塊分別對應於所述區塊編號；該控制器判斷所述區塊編號中的至少一者是否小於一區塊閾值，以產生一判斷結果，其中該區塊閾值等於全部可用的(available)區塊編號的最大值，且該判斷結果指出所述區塊編號中的該至少一者是否小於該區塊閾值；因應該判斷結果指出所述區塊編號中的該至少一者小於該區塊閾值，該控制器依據所述全部可用的區塊編號中的剩餘的區塊編號為索引，將所述未選取的平面的其它區塊以及該區塊省略表所記錄的區塊組成其它超級區塊；以及該控制器記錄全部超級區塊的總容量以及該非平衡平面數量，以產生多種儲存容量的記錄中的一最新的記錄，以供進一步設定該資料儲存裝置的儲存容量組態，其中所述全部超級區塊包含所述超級區塊。
如申請專利範圍第11項所述之控制器，其中該區塊省略表包含至少一組區塊省略索引(block skip indexes)；以及該至少一組區塊省略索引是一陣列，該陣列包含一或多個子陣列，且該陣列的該一或多個子陣列的一子陣列數(sub-array count)等於該最大平面數量減去該非平衡平面數量的差值，其中該陣列的大小等於該至少一組區塊的總數量。
如申請專利範圍第11項所述之控制器，其中所述剩餘的區塊編號包含所述區塊編號之後續區塊編號，所述未選取的平面的所述其它區塊包含對應於所述後續區塊編號之後續區塊，且所述其它超級區塊包含所述超級區塊之後續超級區塊。
如申請專利範圍第11項所述之控制器，其中該控制器將所述區塊編號所形成的一區塊編號序列中的最後一個區塊編號和該區塊閾值比較，以產生該判斷結果，其中該最後一個區塊編號是所述區塊編號中的最大值。
如申請專利範圍第11項所述之控制器，其中所述多種儲存容量的記錄分別對應於該非平衡平面數量的多個可能的值，以容許一使用者依據需求從所述多種儲存容量的記錄選擇對應於該多個可能的值中的一可能的值之一記錄；以及該多個可能的值代表多個候選值，且該可能的值代表該多個候選值中的一候選值。