TWI838242B - 資料儲存裝置及其讀取電壓的搜尋方法 - Google Patents

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李法豪
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Abstract

一種資料儲存裝置及其讀取電壓的搜尋方法，包括通過多個讀取電壓分別讀取一記憶體區段以獲取多個採樣數據，其中多個讀取電壓兩兩相鄰，記憶體區段來自於非揮發性快閃記憶體；統計每一採樣數據中第一比特的數目，每一第一比特數目對應於每一讀取電壓；獲取每兩相鄰的讀取電壓所對應的第一比特數目的差值；根據多個讀取電壓與多個第一比特數目差值計算係數矩陣；根據多個讀取電壓與係數矩陣計算多個擬合數值，每一擬合數值對應每一讀取電壓；以及選擇多個擬合數值中的最小值所對應的讀取電壓來讀取記憶體區段以進行錯誤更正程序。

Description

資料儲存裝置及其讀取電壓的搜尋方法
本發明是有關一種資料讀取技術，尤其是一種資料儲存裝置及其讀取電壓的搜尋方法。
資料儲存裝置靜止時間過長或者使用壽命減少的時候，資料儲存裝置會出現電壓漂移的現象，導致錯誤率上升，數據穩定性差。用原記憶體顆粒廠商的預設讀取電壓讀資料儲存裝置，如果電壓漂移過大，將會導致讀取到的翻轉比特太多，超過主控端或資料儲存裝置上面的糾錯單元（比如LDPC解碼單元）的解碼糾錯能力，則會出現數據丟失的情況。為了解決資料儲存裝置嚴重的電壓漂移現象，一般在用預設讀取電壓讀取出錯無法通過解碼糾錯更正之後，會用重讀電壓去讀取資料儲存裝置的數據，再送到糾錯單元進行解碼糾錯。這種過程可能需要嘗試多個重讀電壓才能成功，如果失敗，則進入下一個階段。多次調整重讀電壓進行重讀的方式可以提升解碼的成功率。如果嘗試多次重讀依然失敗，則說明當前預設的重讀電壓表無法解決電壓漂移帶來的比特翻轉錯誤。所以一般會進行下一個階段，通過設置不同於原廠的讀取電壓去尋找最佳的讀取電壓，通過最佳的讀取電壓讀取非揮發性記憶體，並且配合LPDC的軟判決算法進行解碼。
本發明提供一種利用線性回歸模型搜尋最佳讀取電壓的資料儲存裝置及其讀取電壓的搜尋方法，可解決搜尋最佳讀取電壓的過程中由於數據不穩定導致搜尋到錯誤的最佳電壓，可提高搜尋的精度，以及可提高後續軟解碼成功的機率。
本發明所提供的資料儲存裝置的讀取電壓的搜尋方法，其中資料儲存裝置包括計算電路與非揮發性快閃記憶體，讀取電壓的搜尋方法執行於計算電路並包括：通過多個讀取電壓分別讀取一記憶體區段以獲取多個採樣數據，其中多個讀取電壓兩兩相鄰，記憶體區段來自於非揮發性快閃記憶體；統計每一採樣數據中第一比特的數目，每一第一比特數目對應於每一讀取電壓；獲取每兩相鄰的讀取電壓所對應的第一比特數目的差值；根據多個讀取電壓與多個第一比特數目差值計算係數矩陣；根據多個讀取電壓與係數矩陣計算多個擬合數值，每一擬合數值對應每一讀取電壓；以及選擇多個擬合數值中的最小值所對應的讀取電壓來讀取記憶體區段以進行錯誤更正程序。
本發明所提供的資料儲存裝置包括非揮發性快閃記憶體以及計算電路，其中計算電路耦接非揮發性快閃記憶體，並且執行讀取電壓的搜尋方法包括：通過多個讀取電壓分別讀取一記憶體區段以獲取多個採樣數據，其中多個讀取電壓兩兩相鄰，記憶體區段來自於非揮發性快閃記憶體；統計每一採樣數據中第一比特的數目，每一第一比特數目對應於每一讀取電壓；獲取每兩相鄰的讀取電壓所對應的第一比特數目的差值；根據多個讀取電壓與多個第一比特數目差值計算係數矩陣；根據多個讀取電壓與係數矩陣計算多個擬合數值，每一擬合數值對應每一讀取電壓；以及選擇多個擬合數值中的最小值所對應的讀取電壓來讀取記憶體區段以進行錯誤更正程序。
在本發明的一實施例中，上述之多個讀取電壓儲存於讀取電壓列表。
在本發明的一實施例中，上述之第一比特為比特1或比特0。
在本發明的一實施例中，上述之記憶體區段為一資料頁(Page)或一資料區塊(Block)或一大塊(Chunk)。
在本發明的一實施例中，上述之係數矩陣為線性回歸係數矩陣A=(X TX) -1X TY，其中X為多個讀取電壓所組成的電壓向量，Y為多個第一比特數目差值組成的差值向量。
本發明又提供一種讀取電壓的搜尋方法包含：根據一電壓向量中的多個讀取電壓分別讀取一記憶體區段以獲取多個第一比特的數目，每一第一比特數目分別對應於每一讀取電壓；獲取每兩相鄰的讀取電壓所對應的第一比特數目的差值，多個第一比特數目的差值組成一差值向量；根據電壓向量與差值向量計算一係數矩陣；根據電壓向量與係數矩陣計算出一第一讀取電壓；以及以第一讀取電壓來讀取記憶體區段以進行一錯誤更正程序。
在本發明的一實施例中，上述之搜尋方法更包含：根據電壓向量與係數矩陣計算一擬合向量，擬合向量包含多個擬合數值，多個擬合數值對應於多個讀取電壓。
在本發明的一實施例中，上述之第一讀取電壓對應於擬合向量中的最小值。
在本發明的一實施例中，上述之係數矩陣為一線性回歸係數矩陣A=(X TX) -1X TY，其中X為電壓向量，Y為差值向量。
在本發明的一實施例中，上述之第一比特為比特1或比特0。
在本發明的一實施例中，上述之記憶體區段為一資料頁(Page)或一資料區塊(Block)或一大塊(Chunk)。
在本發明的一實施例中，上述之錯誤更正程序為一低密度奇偶檢查碼（Low-density parity-check code，LDPC code）的軟解碼程序。
本發明因採用線性回歸模型來搜尋最佳讀取電壓，因此可解決搜尋最佳讀取電壓的過程中由於數據不穩定導致搜尋到錯誤的最佳電壓，提高搜尋的精度，以及提高後續軟解碼成功的機率。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。基於本發明中的實施例，所屬技術領域中具有通常知識者在沒有作出進步性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
再者，需要說明的是，在本發明實施例中，耦接的方式包括了：直接電連接，以及通過其他元件、模組、或裝置電連接。後文中出現的“耦接”均包括了這些方式，後文不再贅述。
請參閱圖1所示，為本發明實施例所提供的資料儲存裝置的方塊圖。本實施例所提供的資料儲存裝置1包括計算電路2及非揮發性快閃記憶體3，其中計算電路2耦接非揮發性快閃記憶體3。
根據本發明的一實施例，資料儲存裝置1可以為採用USB、SATA、PATA、PCI物理介面或採用USB、NVME、AHCI、SCSI通信協定的快閃記憶體如記憶卡(memory card)、通用序列匯流排閃存裝置(USB flash device)、固態硬碟(SSD)、崁入式快閃記憶體模組(eMMC)等。
根據本發明的一實施例，計算電路2例如但不限於控制器、處理器、微處理器等，用以根據主控端例如主機的命令執行非揮發性快閃記憶體3的寫入、讀取、抹除及程式化，以及自動執行本發明實施例所提供的資料儲存裝置1的讀取電壓的搜尋方法。
根據本發明的一實施例，非揮發性快閃記憶體3例如但不限於NAND快閃記憶體，NAND快閃記憶體的類型例如但不限於SLC、MLC、TLC、QLC等。
請參閱圖2所示，為本發明實施例所提供的讀取電壓的搜尋方法的流程圖。本實施例所提供的讀取電壓的搜尋方法包括：步驟S1：通過多個讀取電壓X = (x 1, x 2, …, x n) 分別讀取一記憶體區段以獲取多個採樣數據，其中多個讀取電壓X兩兩相鄰，記憶體區段來自於非揮發性快閃記憶體3。其中，多個讀取電壓X儲存於一讀取電壓列表，並且例如但不限於是讀取電壓列表中的一電壓區段、多個電壓區段、或是整個讀取電壓列表，而讀取電壓列表可儲存於一揮發性記憶體，而揮發性記憶體例如位在資料儲存裝置1中或計算電路2中，另外讀取電壓列表亦可以儲存於非揮發性快閃記憶體3中，本發明不限制讀取電壓列表儲存的位置。記憶體區段例如但不限於非揮發性快閃記憶體3中的資料頁(Page)、資料區塊(Block)、大塊(Chunk)等。
步驟S3：統計每一採樣數據中第一比特的數目。根據本發明的一實施例，第一比特為比特1，而計算電路2統計每一採樣數據中比特值為1的數目，每一採樣數據中比特1的數目對應於每一讀取電壓。根據本發明的另一實施例，第一比特為比特0，計算電路2統計每一採樣數據中比特值為0的數目，每一採樣數據中比特0的數目對應於每一讀取電壓。以下表為例：
讀取電壓X x 1 x 2 x 3 x 4 x 5 …. x n
第一比特數目 300 700 900 600 400 … 1000
步驟S5：獲取每兩相鄰的讀取電壓所對應的第一比特數目的差值。詳細地說，計算電路2根據每兩兩讀取電壓X對應的第一比特數目計算之間的差值Y。計算電路2根據讀取電壓x 2第一比特數目700與讀取電壓x 1第一比特數目300計算差值為400後，使該差值400對應於讀取電壓x 1，相似地計算電路2根據讀取電壓x 3第一比特數目900與讀取電壓x 2第一比特數目700計算差值為200後，使該差值200對應於讀取電壓x 2，其他讀取電壓及差值Y的對應關係亦是如此，不在多作贅述。
讀取電壓X x 1 x 2 x 3 x 4 x 5 ….
第一比特數目差值Y 400 200 -300 -200 -100 …
步驟S7：根據多個讀取電壓X與多個第一比特數目差值Y計算一線性回歸係數矩陣A。詳細地說，計算電路2將多個讀取電壓X與多個第一比特數目差值Y代入線性回歸係數矩陣方程式A=(X TX) -1X TY以求得線性回歸係數矩陣A例如(a 1, a 2, …, a n)，其中X例如(x 1, x 2, …, x n)代表多個讀取電壓、Y例如(y 1, y 2, …, y n)代表多個第一比特數目差值、(*) T為矩陣轉置、(*) -1為矩陣反逆。
步驟S9：基於一線性回歸模型M並根據多個讀取電壓X與線性回歸係數矩陣A計算多個擬合數值m i。詳細地說，計算電路2將多個讀取電壓X例如(x 1, x 2, …, x n)與線性回歸係數矩陣A例如(a 1, a 2, …, a n)代入線性回歸模型M(m i=a 1x i+a 2x i+…+a nx i)以求得多個擬合數值 (m 1, m 2, …, m n)，其中i=1~n。每一該等擬合數值一對一對應每一該等讀取電壓。舉例如下表：
讀取電壓X x 1 x 2 x 3 x 4 x 5 ….
擬合數值(m 1, m 2, …, m n) 895 550 100 455 764 …
步驟S11：選擇多個擬合數值中的最小值所對應的讀取電壓來讀取記憶體區段以進行一錯誤更正程序。詳細地說，計算電路2獲得擬合數值M後，將會搜尋出擬合數值M中的最小值Mmin，在上述實施例中，100為最小值，而最小值100對應的讀取電壓x 3即為最佳的讀取電壓，計算電路2選擇讀取電壓x 3來讀取記憶體區段，並且進行低密度奇偶校驗碼(LDPC)中的軟解碼程序。
請參閱圖3所示，為本發明實施例所提供的讀取電壓的搜尋方法與習知搜尋方法的比較圖。通過上述比較圖可以得知，習知搜尋方法在讀取電壓-50至-100之間的第一比特數目具有一些相對低點以及在讀取電壓100左右亦有多個相對低點，這些相對低點將使習知搜尋方法誤判讀取電壓為-60左右。而本發明實施例所提供的讀取電壓的搜尋方法利用線性回歸模型對第一比特數目進行處理，使得曲線更圓滑而不致產生多個相對低點而導致誤判讀取電壓，反而可以明確搜尋出在擬合數值M在最低點處對應的讀取電壓為50左右，即為最佳的讀取電壓。
綜上所述，本發明實施例所提供的資料儲存裝置及其讀取電壓的搜尋方法，因採用線性回歸模型來搜尋最佳讀取電壓，因此可解決搜尋最佳讀取電壓的過程中由於數據不穩定導致搜尋到錯誤的最佳電壓，提高搜尋的精度，以及提高後續軟解碼成功的機率。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明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。
1:資料儲存裝置 2:計算電路 3:非揮發性快閃記憶體 S1, S3, S5, S7, S9, S11:步驟
圖1為本發明實施例所提供的資料儲存裝置的方塊圖； 圖2為本發明實施例所提供的讀取電壓的搜尋方法的流程圖；以及 圖3為本發明實施例所提供的讀取電壓的搜尋方法與習知搜尋方法的比較圖。
S1,S3,S5,S7,S9,S11:步驟

Claims (16)

  1. 一種資料儲存裝置的讀取電壓的搜尋方法，其中該資料儲存裝置包括一計算電路與一非揮發性快閃記憶體，該讀取電壓的搜尋方法執行於該計算電路並包括：使用多個讀取電壓分別讀取一記憶體區段以獲取多個採樣數據，其中該多個讀取電壓的電壓值兩兩相鄰，該記憶體區段來自於該非揮發性快閃記憶體；統計每一該採樣數據中一第一比特數目，每一該第一比特數目對應於該等讀取電壓；獲取每兩相鄰的讀取電壓所對應的該第一比特數目的差值；根據該多個讀取電壓與該多個第一比特數目差值計算一係數矩陣；根據該多個讀取電壓與該係數矩陣計算多個擬合數值，該等擬合數值對應該等讀取電壓；以及選擇該多個擬合數值中的最小值所對應的該讀取電壓來讀取該記憶體區段以進行一錯誤更正程序。
  2. 如請求項1所述之讀取電壓的搜尋方法，其中該多個讀取電壓儲存於一讀取電壓列表。
  3. 如請求項1所述之讀取電壓的搜尋方法，其中該第一比特為比特1或比特0。
  4. 如請求項1所述之讀取電壓的搜尋方法，其中該記憶體區段為一資料頁(Page)或一資料區塊(Block)或一大塊(Chunk)。
  5. 如請求項1所述之讀取電壓的搜尋方法，其中該係數矩陣為一線性回歸係數矩陣A=(XTX)-1XTY，其中X為該多個讀取電壓所組成的一電壓向量，Y為該多個第一比特數目差值組成的一差值向量。
  6. 一種資料儲存裝置，包括：一非揮發性快閃記憶體；以及一計算電路，耦接該非揮發性快閃記憶體；其中該計算電路執行一讀取電壓的搜尋方法，包括：使用多個讀取電壓分別讀取一記憶體區段以獲取多個採樣數據，其中該多個讀取電壓的電壓值兩兩相鄰，該記憶體區段來自於該非揮發性快閃記憶體；統計每一該採樣數據中一第一比特數目，每一該第一比特數目對應於該等讀取電壓；獲取每兩相鄰的讀取電壓所對應的該第一比特數目的差值；根據該多個讀取電壓與該多個第一比特數目差值計算一係數矩陣；根據該多個讀取電壓與該係數矩陣計算多個擬合數值，該等擬合數值對應該等讀取電壓；以及選擇該多個擬合數值中的最小值所對應的該讀取電壓來讀取該記憶體區段以進行一錯誤更正程序。
  7. 如請求項6所述之資料儲存裝置，其中該第一比特為比特1或比特0。
  8. 如請求項6所述之資料儲存裝置，其中該記憶體區段為一資料頁(Page)或一資料區塊(Block)或一大塊(Chunk)。
  9. 如請求項6所述之資料儲存裝置，其中該係數矩陣為一線性回歸係數矩陣A=(XTX)-1XTY，其中X為該多個讀取電壓所組成的一電壓向量，Y為該多個第一比特數目差值組成的一差值向量。
  10. 一種讀取電壓的搜尋方法，包含：根據一電壓向量中的多個讀取電壓分別讀取一記憶體區段以獲取多個第一比特數目，每一該第一比特數目分別對應於該等讀取電壓；獲取每兩相鄰電壓值的讀取電壓所對應的該第一比特數目的差值，該多個第一比特數目的差值組成一差值向量；根據該電壓向量與該差值向量計算一係數矩陣；根據該電壓向量與該係數矩陣計算出一第一讀取電壓；以及以該第一讀取電壓來讀取該記憶體區段以進行一錯誤更正程序。
  11. 如請求項10所述之搜尋方法，更包括：根據該電壓向量與該係數矩陣計算一擬合向量，該擬合向量包含多個擬合數值，該多個擬合數值對應於該多個讀取電壓。
  12. 如請求項11所述之搜尋方法，其中該第一讀取電壓對應於該擬合向量中的最小值。
  13. 如請求項10所述之搜尋方法，其中該係數矩陣為一線性回歸係數矩陣A=(XTX)-1XTY，其中X為該電壓向量，Y為該差值向量。
  14. 如請求項10所述之搜尋方法，其中該第一比特為比特1或比特0。
  15. 如請求項10所述之搜尋方法，其中該記憶體區段為一資料頁(Page)或一資料區塊(Block)或一大塊(Chunk)。
  16. 如請求項10所述之搜尋方法，其中該錯誤更正程序為一低密度奇偶檢查碼(Low-density parity-check code，LDPC code)的軟解碼程序。
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