WO2022234740A1

WO2022234740A1 - 情報処理装置、情報処理システム、および情報処理方法

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Publication number: WO2022234740A1
Application number: PCT/JP2022/013501
Authority: WO
Inventors: 英幸斎藤
Original assignee: 株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント
Priority date: 2021-05-06
Filing date: 2022-03-23
Publication date: 2022-11-10
Also published as: JP2022172698A

Abstract

情報処理装置１０ａは、第１ＮＡＮＤモジュール２０ａと第１フラッシュコントローラ１８ａを含む第１のＳＳＤドライブ２２ａと、第２ＮＡＮＤモジュール２０ｂと第２フラッシュコントローラ１８ｂを含む第２のＳＳＤドライブ２２ｂを備える。ホストユニット１２が情報処理を実行するのに必要なデータを第１のＳＳＤドライブ２２ａ、第２のＳＳＤドライブ２２ｂのどちらかに格納し、当該ＳＳＤドライブは読み出し要求のみを受け付ける読み出し専用モードとする。

Description

情報処理装置、情報処理システム、および情報処理方法

　本発明は、フラッシュメモリを備えた情報処理装置、それを含む情報処理システム、および情報処理方法に関する。

　ＮＡＮＤ型フラッシュメモリの容量拡大に伴い、従来のＨＤＤ（Hard Disk Drive）に代わる記憶装置としてＳＳＤ（Solid State Drive）が用いられるようになってきた。ＳＳＤはＨＤＤと比較しデータアクセスを高速かつ低消費電力で行える、という利点がある一方、繰り返しのデータ読み出しや書き換えに対する耐久性が低い、という特性を有する。そのためＳＳＤに対するデータ書き換えには、書き換え対象の領域を分散させる処理がなされる。例えばホストＣＰＵから書き換え要求がなされたとき、指定された論理ブロックアドレスを異なる物理アドレスに置き換えることにより、書き換え対象をできるだけ複数のメモリセルに分散させる（例えば特許文献１参照）。

ＷＯ　２０１４／１３２３４６　Ａ１公報

　上述のとおりＳＳＤは高速アクセスが可能なため、情報処理に必要なデータの多くを、必要となった時点で読み出すようにすることで、システムメモリの容量を抑えることができる。一方で、そのようにアクセスの頻度が増加すると、ＳＳＤ特有の管理処理の問題が顕在化する。管理処理には例えば次のようなものがある。すなわち、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリは上書きができないため、上述のように様々な領域にデータが書き込まれた場合、いずれかの段階でそれらを連続した領域にコピーして、空いた領域のデータを、以後の書き込みに備えて消去する必要が生じる。

　また、読み出しが繰り返されることにより素子の電荷がリークしデータが破壊される可能性に備え、ある段階でデータを別の領域に待避させることも必要になる。さらに書き込みを高速に行うため、１メモリセル当たり１ビットを記録するＳＬＣ（Single Level Cell）をキャッシュとして用い、後のタイミングで、１メモリセル当たり３ビットを記録可能なＴＬＣ（Triple Level Cell）に格納し直すこともなされる。これらの管理処理を、ホストＣＰＵからの要求より優先させると、情報処理に看過できない遅延時間を生じさせることがある。一方で、管理処理を適切なタイミングで行わないと、ホストＣＰＵからの要求を処理できなくなることもあり得る。

　本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、メモリアクセスのための遅延時間を抑えながらＳＳＤを利用した情報処理を安定的に行える技術を提供することにある。

　本発明のある態様は情報処理装置に関する。この情報処理装置は、情報処理を実行するホストユニットと、情報処理に用いるデータを格納するメモリと、ホストユニットからの要求に従い、メモリへのアクセスを実行するメモリコントローラと、を備え、メモリコントローラは、メモリに格納されたデータの読み出し要求のみを受け付ける読み出し専用モードを実現することを特徴とする。

　本発明の別の態様は情報処理システムに関する。この情報処理システムは、情報処理を実行する情報処理装置と、当該情報処理に用いるデータを、ネットワークを介して情報処理装置に提供するサーバとを含む情報処理システムであって、情報処理装置は、サーバから提供されたデータを格納するメモリと、ホストユニットからの要求に従い当該メモリへのアクセスを実行するメモリコントローラとを含むデバイスドライブを複数備え、情報処理に用いるデータの格納が完了したメモリに対応するメモリコントローラは、当該メモリに格納されたデータの読み出し要求のみを受け付ける読み出し専用モードを実現することを特徴とする。

　本発明のさらに別の態様は情報処理方法に関する。この情報処理方法は情報処理装置が、情報処理に用いるデータをメモリに格納するステップと、データの格納が完了した後、当該メモリに対し、格納されたデータの読み出し要求のみを受け付ける読み出し専用モードを実現するステップと、メモリへの読み出し要求を実行するステップと、読み出し要求に従い読み出されたデータを用いて情報処理を実行するステップと、を含むことを特徴とする。

　なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、コンピュータプログラム、コンピュータプログラムを記録した記録媒体などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

　本発明によると、メモリアクセスのための遅延時間を抑えながらＳＳＤを利用した情報処理を安定的に行える。

一般的な情報処理装置の回路構成を例示する図である。本実施の形態における情報処理装置の回路構成を示す図である。本実施の形態における情報処理装置の回路構成の別の例を示す図である。本実施の形態における情報処理システムの構成を示す図である。本実施の形態におけるＳＳＤドライブに対するアクセス処理の流れを例示する図である。本実施の形態における情報処理装置が、必要なファイルをストレージサーバからダウンロードし情報処理を行う手順を示すフローチャートである。図６のＳ１０における初期処理とＳ１２におけるマウント処理の手順を詳細に示すフローチャートである。図６のＳ１６における読み出し専用モードでのマウント処理の手順を詳細に示すフローチャートである。

　まず本実施の形態の特徴を明らかにするため、ＳＳＤを含む一般的な情報処理装置について説明する。図１は、一般的な情報処理装置の回路構成を例示している。ここで情報処理装置１１０は、ＣＰＵを含むホストユニット１１２、システムメモリ１１４および、ＮＡＮＤモジュール１２０とフラッシュコントローラ１１８を含むＳＳＤドライブ１２２で構成される。ＳＳＤドライブ１２２においてＮＡＮＤモジュール１２０は、複数のＮＡＮＤ型フラッシュメモリを含み、例えば４チャンネルや８チャンネルなどの複数のチャンネルに分散させてデータを格納する。

　ホストユニット１１２はＣＰＵを含み、ＮＡＮＤモジュール１２０に格納されたプログラムやデータをシステムメモリ１１４にロードし、それを用いて情報処理を行う。そして、その結果として保存すべきデータを、適宜ＮＡＮＤモジュール１２０に書き込む。ホストユニット１１２はまた、アプリケーションプログラムやデータを、図示しない記録媒体駆動部において駆動された記録媒体から読み出したり、ネットワークコントローラによりネットワーク接続されたサーバからダウンロードしたりしてＮＡＮＤモジュール１２０に格納する。

　これらの処理においてホストユニット１１２はフラッシュコントローラ１１８に、ＮＡＮＤモジュール１２０に対するアクセス要求を発行する。フラッシュコントローラ１１８は、内部のメモリなどに設けたアクセス要求のキューに、発行したアクセス要求を追加する。そしてフラッシュコントローラ１１８は、キューから順次読み出したアクセス要求に従い、ＮＡＮＤモジュール１２０に対し読み出し／書き込み処理を実施する。ここでアクセス要求には、アクセス先の論理ブロックアドレス（ＬＢＡ：Logical Block Address）が含まれる。

　ＬＢＡにより、ホストユニット１１２は連続アドレス空間に対するランダムアクセスを実現するＬＢＡで指定できるランダムアクセスの単位は、例えば５１２バイトなどである。フラッシュコントローラ１１８は、アクセス要求に含まれるＬＢＡをＮＡＮＤモジュール１２０の物理アドレスに変換する。このためフラッシュコントローラ１１８は、元々ＮＡＮＤモジュール１２０に格納されていたアドレス変換テーブルの少なくとも一部を、内部のメモリやシステムメモリ１１４などに展開しておく。

　そしてフラッシュコントローラ１１８は、ＮＡＮＤモジュール１２０のうち、アドレス変換テーブルを参照して取得した物理アドレスに該当する領域にアクセスすることにより、データを読み出したり書き込んだりする。一般に、ＮＡＮＤモジュール１２０に対するデータの読み出しや書き込みは、４０９６バイト等、ファイルシステムにより規定される単位でなされる。

　一方、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリはデータの上書きができないため、書き込まれたデータを更新するには、元のデータを一旦消去する必要がある。近年の大容量ＮＡＮＤ型フラッシュメモリの場合、このデータの消去単位が数十ＭｉＢ（１ＭｉＢ＝２^２０バイト）となるなど、読み出しや書き込みの単位と比べると１０００倍以上となることも多い。すなわちたとえ小さなデータを書き換える場合でも、大きなサイズの消去単位全体を読み出して消去した後、読み出したデータを再び書き戻す必要が生じてしまう。

　これを回避するためフラッシュコントローラ１１８は、データ書き換えの必要が生じたとき、書き換えるべきデータに対しＮＡＮＤモジュール１２０における新たな領域を割り当てる。そしてその物理アドレスを、書き換え前と同じＬＢＡに対応づけるようにアドレス変換テーブルを更新する。これにより上述のような大きなサイズのデータを消去する回数を抑えることができる。このときフラッシュコントローラ１１８は、書き換えが頻発しても新規に割り当てる領域が枯渇しないよう、定期的に使用済みの領域を消去する。このような処理を一般に「ガベージコレクション（Garbage Collection）」と呼ぶ。

　ＮＡＮＤ型フラッシュメモリの別の特性として、読み出しと書き込みのレイテンシが非対称である点が挙げられる。１メモリセルあたり１ビットのデータを記録するＳＬＣの場合、一般的な読み出しのレイテンシが５０μｓｅｃ以下、書き込みのレイテンシが５００μｓｅｃ以下である。１メモリセル当たり３ビットのデータを記録するＴＬＣの場合、一般的な読み出しのレイテンシが１００μｓｅｃ以下、書き込みのレイテンシが３ｍｓｅｃ以下である。

　またデータの消去を伴う書き込みの場合、そのレイテンシは５～１０ｍｓｅｃ程度であり、上述のガベージコレクションを行う場合は、１ｓｅｃ以上のレイテンシがかかることもある。フラッシュコントローラ１１８は一般的に、このようなＮＡＮＤ型フラッシュメモリの特性を前提としたコマンドスケジューリング機能をファームウェアにより実現することで、読み出しや書き込みのレイテンシをできる限り一定値以下に保つようにしている。

　例えばＴＬＣは複雑な書き込みシーケンスが必要となるため、ＳＬＣと比較し書き込み処理に時間がかかる。そこで一般には、ＮＡＮＤモジュール１２０の一部をＳＬＣの領域として確保し、キャッシュとして用いることにより書き込み処理を高速化する。このときフラッシュコントローラ１１８は、書き込み要求の遂行とは別の適切なタイミングで、ＳＬＣに書き込まれたデータをＴＬＣへコピーする。このようにコマンドスケジュールが複雑になると、ファームウェア自体のコマンド処理レイテンシも加わり、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ本来の高速アクセス性能を得るのが難しくなる。

　そこで本実施の形態では、ＳＳＤドライブを２つ以上設けるとともに、少なくともそのいずれかは読み出し専用となるようにモード切り替えを制御することで、データ読み出しのレイテンシが一定値以下となるようにする。読み出し専用モードで動作するドライブは、書き込みに伴う複雑なコマンドスケジューリングが必要ないため、ファームウェアの介在なしに、あるいは最小限の介在によって、順次読み出し処理を遂行でき、レイテンシを最小限に抑えることができる。一方、読み出し／書き込みの双方を受け付けるドライブも確保することで、これまでと同様に、必要な処理をバックグラウンドなどで実現できる。

　図２は、本実施の形態における情報処理装置の回路構成を示している。ここで情報処理装置１０ａは、携帯ゲーム機、パーソナルコンピュータ、携帯電話、タブレット端末、ＰＤＡなど一般的な情報機器のいずれでもよい。情報処理装置１０ａはホストユニット１２、システムメモリ１４のほか、第１ＮＡＮＤモジュール２０ａと第１フラッシュコントローラ１８ａからなる第１のＳＳＤドライブ２２ａと、第２ＮＡＮＤモジュール２０ｂと第２フラッシュコントローラ１８ｂからなる第２のＳＳＤドライブ２２ｂを備える。なお情報処理装置１０ａは基本的には、図１で示した情報処理装置１１０と同様の機能を有する。以後、情報処理装置１１０と異なる点に主眼を置いて説明する。

　ホストユニット１２と第１のＳＳＤドライブ２２ａ、第２のＳＳＤドライブ２２ｂとは、例えばスイッチ２４を介してＰＣＩ　Ｅｘｐｒｅｓｓ（ＰＣＩｅ）により接続する。ＰＣＩｅは拡張バス、拡張スロットの接続規格である。これにより、データの読み出しと書き込みにおいて個別の伝送帯域を利用できる。なお図示する例ではＳＳＤドライブを２つとしているが、３つ以上のＳＳＤドライブを設けてもよい。ホストユニット１２は、第１のＳＳＤドライブ２２ａ、第２のＳＳＤドライブ２２ｂのそれぞれに対しデバイスドライバをロードすることにより、異なるマウントポジションでＳＳＤドライブを個別に認識する。

　ホストユニット１２は基本的に、フォアグラウンドで動作するアプリケーションのデータを格納したＳＳＤドライブ（例えば第１のＳＳＤドライブ２２ａ）を、読み出し専用モードでマウントし、そこから各種データを読み出すことで情報処理を進捗させたり表示画像を生成したりする。セーブデータや追加のパッチデータなど、情報処理の途中で発生したりダウンロードしたりした、保存すべきデータの書き込みについては、読み出し／書き込みモードでマウントされている別のＳＳＤドライブ（例えば第２のＳＳＤドライブ２２ｂ）にフォルダを設けたうえ、リンクを設定することにより書き込み先とする。

　ここで「読み出し専用モード」とは、読み出し要求のみを受け付ける特別なモードであり、「読み出し／書き込みモード」とは、読み出し要求と書き込み要求の双方を受け付ける、一般的なモードである。電子ゲームなどにおけるシーンの切り替わり時やアプリケーションの終了時、ホストユニット１２は、読み出し専用モードでマウントしていた第１のＳＳＤドライブ２２ａを、読み出し／書き込みモードでマウントし直す。そしてホストユニット１２は、第２のＳＳＤドライブ２２ｂに書き込んでおいたセーブデータやパッチデータなどの追加データのうち、後のアプリケーションの実行において低レイテンシでの読み出しが必要なデータについては、第１のＳＳＤドライブ２２ａにコピーしておく。

　これにより当該データと元のアプリケーションのデータが同じＳＳＤドライブに格納されることになり、処理の再開時に読み出し専用モードでの高速読み出しが可能となる。またホストユニット１２は、読み出し専用モードの第１のＳＳＤドライブ２２ａからデータを読み出しつつ情報処理を進捗させる一方で、別のアプリケーションのデータをサーバからダウンロードし、読み出し／書き込みモードの第２のＳＳＤドライブ２２ｂに格納していってもよい。

　セーブデータ、パッチデータ、他のアプリケーションのデータなどの書き込みに伴う各種処理をバックグラウンドで実行することにより、フォアグラウンドで実行しているアプリケーションの進捗に影響することなく必要な処理を遂行できる。読み出し／書き込みモードと読み出し専用モードとのモード間遷移においては、対象のＳＳＤドライブのフラッシュコントローラ（例えば第１フラッシュコントローラ１８ａ）において、用いるファームウェアも切り替える。

　一般的なフラッシュコントローラは複数のマイクロコントローラによって構成され、読み出しや書き込み、バックグラウンドジョブなどの処理を分担して行っている。この場合、マイクロコントローラ間での同期処理に伴うオーバーヘッドによってレイテンシが増加することがある。そこで本実施の形態では上述のとおり、読み出し専用モードにおいてファームウェアを切り替え、単一のマイクロコントローラが、ホストユニット１２から取得した読み出し要求を直ちに処理するように制御する。

　読み出し専用モードにおいては複雑なスケジューリングや読み出し処理以外の処理の必要性が小さいため、単一のマイクロコントローラによるシンプルな処理が可能になる。読み出し／書き込みモードに切り替えるときは、ファームウェアも元に戻す。このようなファームウェアの切り替えに際しては、そのプログラムデータを都度リロードすることにより、フラッシュコントローラ内部の記憶領域を節約できる。

　またファームウェアの切り替えにより、フラッシュコントローラ内の各種設定についても最適化してよい。例えば読み出し専用モードにおいては、フラッシュコントローラがホストユニット１２からの読み出し要求をポーリングする頻度を上げてもよい。またフラッシュコントローラが内蔵する記憶領域のうち、読み出し／書き込みモードからの切り替えにより解放された領域を用い、読み出し要求のキューの深度を増やしてもよい。これらの設定の切り替えによっても、読み出し要求に対する処理のレイテンシを削減することができる。

　図３は、本実施の形態における情報処理装置の回路構成の別の例を示している。同図の情報処理装置１０ｂは、ホストユニット１２、システムメモリ１４のほか、第１ＮＡＮＤモジュール２０ａと第１フラッシュコントローラ１８ａからなる第１のＳＳＤドライブ２２ａと、第２ＮＡＮＤモジュール２０ｂと第２フラッシュコントローラ１８ｂからなる第２のＳＳＤドライブ２２ｂを備える点で、図２の情報処理装置１０ａと同様である。

　一方、情報処理装置１０ｂは、ホストユニット１２に２つのＳＳＤドライブを並列に接続する代わりに、それらを直列に接続する点で図２の情報処理装置１０ａと異なる。すなわちホストユニット１２は第１フラッシュコントローラ１８ａのみに接続し、第１フラッシュコントローラ１８ａが第２フラッシュコントローラ１８ｂに接続するカスケード接続としている。この場合、ホストユニット１２から発行されたアクセス要求は、必要に応じてフラッシュコントローラ間を伝搬し、要求に対応するフラッシュコントローラが、接続されたＮＡＮＤモジュールに対し読み出しや書き込みを行う。

　このような構成としても、図２の情報処理装置１０ａと同様にして最低限のレイテンシで情報処理を進捗させることができる。すなわち、フォアグラウンドで実行するアプリケーションのデータを格納したＳＳＤドライブ（例えば第１のＳＳＤドライブ２２ａ）を読み出し専用モードで用いることにより、保証されたレイテンシでデータを読み出し、処理を遂行できる。なおこの場合もＳＳＤドライブの数は限定されず、３つ以上のＳＳＤドライブをカスケード接続してよい。

　図４は、本実施の形態における情報処理システムの構成を示している。図示する情報処理システム３０は、情報処理装置１０ｃとストレージサーバ３２がネットワーク３４により接続された構成を有する。ただしストレージサーバ３２に接続される情報処理装置１０ｃ（計算ノードとも呼ぶ）の数は特に限定されない。ストレージサーバ３２はゲームアプリケーションなど、情報処理装置１０ｃが行う情報処理に必要なプログラムやデータを提供するサーバに含まれ、複数の記憶装置からなるストレージアレイであってもよい。

　情報処理装置１０ｃは、図２で示した情報処理装置１０ａと同様に、ホストユニット１２、システムメモリ１４のほか、第１ＮＡＮＤモジュール２０ａと第１フラッシュコントローラ１８ａからなる第１のＳＳＤドライブ２２ａと、第２ＮＡＮＤモジュール２０ｂと第２フラッシュコントローラ１８ｂからなる第２のＳＳＤドライブ２２ｂを備える。この例で、第１フラッシュコントローラ１８ａと第２フラッシュコントローラ１８ｂはそれぞれ、スイッチ２４を介してホストユニット１２と接続している。

　ただし図３で示した情報処理装置１０ｂと同様に、第１フラッシュコントローラ１８ａと第２フラッシュコントローラ１８ｂをカスケード接続してもよい。いずれの場合も、ＳＳＤドライブの数は限定されない。情報処理装置１０ｃはさらに、スイッチ２４を介してホストユニット１２と接続するとともに、ネットワーク３４を介してストレージサーバ３２と接続するネットワークコントローラ２６を備える。

　ネットワーク３４は、情報処理装置１０ｃにおける第１のＳＳＤドライブ２２ａ、第２のＳＳＤドライブ２２ｂへの書き込み速度に匹敵するピークバンド幅を有する。情報処理装置１０ｃは当該ネットワーク３４を介してストレージサーバ３２にアクセスし、情報処理に必要なデータの少なくとも一部を第１のＳＳＤドライブ２２ａ、第２のＳＳＤドライブ２２ｂにダウンロードして用いる。巨大なテクスチャや音声データ、３Ｄデータを含むゲームアプリケーションの場合、レイテンシに対する要求が厳しい。

　そのため従来は、直近で使用するデータを極力、情報処理装置のシステムメモリに展開し、格納しきれないデータについては、明示的なロード待ち画面を表示させたうえでサーバからダウンロードするか、必要となるデータを予測してサーバから先読みしていた。例えば複数のユーザに人気のゲームタイトルについては情報処理装置にあらかじめダウンロードしておき、あまり人気のないゲームタイトルについては必要に応じてダウンロードする、といった制御を、サーバのロードバランサが行うことにより、ＳＳＤドライブへの書き込みバンド幅が逼迫しないように負荷を分散させる。

　本実施の形態において読み出し専用モードを導入することにより、１フレームの描画時間より十分短い２００μｓｅｃ程度のレイテンシが読み出し処理において保証されると、一部データについては先読みなしに、読み出したデータを描画中のフレームに用いることができる。ＮＡＮＤモジュールに格納可能なデータのサイズが数百ギガバイト～数テラバイトであることを踏まえると、１つのゲームタイトルのデータ全体をストレージサーバ３２からロードしておき、それを用いて低レイテンシでゲームを進捗させることは十分可能である。

　例えば情報処理装置１０ｃは、ユーザが選択したゲームタイトルをストレージサーバ３２から第１ＮＡＮＤモジュール２０ａにロードしてからゲームを起動させる。ゲーム実行中は上述のとおり、第１のＳＳＤドライブ２２ａを読み出し専用モードで用いる。一方、ストレージサーバ３２のロードバランサは、情報処理装置１０ｃを含む複数の計算ノードで実行中のゲームタイトルや、待機中のゲームタイトルなどに基づき、各計算ノードで次に実行されそうなゲームタイトルを予測する。

　情報処理装置１０ｃは、その予測結果に従い、次に実行されそうなゲームタイトルをストレージサーバ３２からバックグラウンドでロードしたうえ、読み出し／書き込みモードで動作している第２ＮＡＮＤモジュール２０ｂに格納する。このように読み出しと書き込みのＳＳＤドライブを異ならせることにより、各処理に用いるバンド幅は互いに影響されず、それぞれのピークバンド幅を維持できる。また各処理のレイテンシも互いに影響されないため、一定値以下のレイテンシが保証される。

　図５は、本実施の形態におけるＳＳＤドライブに対するアクセス処理の流れを例示している。（ａ）は読み出し専用モードのＳＳＤドライバ、（ｂ）は読み出し／書き込みモードのＳＳＤドライバに対する処理の変遷であり、図の横方向を時間経過として、各処理に要する時間を矩形の長さで表している。ここで読み出し処理を「Ｒ」、書き込み処理を「Ｗ」、ブロックのデータ消去を「Ｅｒａｓｅ」と表記している。

　この例でＳＳＤドライブは複数のチャンネルで構成され（図では４チャンネル）、データアクセスは当該複数チャンネルで並列になされるとする。また各チャンネルを複数のＮＡＮＤデバイスで構成し、チップイネーブル信号でデバイスを選択することにより、読み出し処理や書き込み処理において生じるレイテンシを隠蔽できる。

　ＮＡＮＤデバイスをＳＬＣモードで用い、データ読み出しに要する時間を４０μｓｅｃ、書き込み時間を２００μｓｅｃ、フラッシュコントローラとＮＡＮＤモジュール間のインターフェース速度を１Ｇバイト／ｓｅｃ、データ消去時間を５ｍｓｅｃとする。また読み出しおよび書き込みの単位はページサイズ＝１６ＫｉＢ、２プレーンで３２ＫｉＢとする。さらにホストユニット１２とのインターフェースの転送バンド幅を片側６．５ＧＢ／ｓｅｃとする。ただし本実施の形態をこれらの数値に限定する趣旨ではない。

　上述の数値例の場合、（ａ）に示す読み出し専用モードにおいてＳＳＤドライバは、ホストユニット１２から発行された読み出し要求を、各チャンネルにおいて４０μｓｅｃ周期で処理していく。この読み出し処理のバンド幅は、１チャンネルあたり３２７６８／４０＝８１９．２Ｍバイト／ｓｅｃとなる。図示するように、１チャンネルのデータ転送中に別のチャンネルで次のページを読み出すことにより、伝送にかかる時間を隠蔽できる。例えば８チャンネルあれば、バンド幅は６．５Ｇバイト／ｓｅｃとなり、ホストユニット１２とのインターフェースの転送バンド幅を最大限活用できる。

　一方、（ｂ）に示す読み出し／書き込みモードにおいてＳＳＤドライバは、ホストユニット１２から発行された書き込み要求のほか、数十ＭｉＢ単位のブロックのデータ消去やガベージコレクションなどのバックグラウンドジョブを実行する必要がある。このうち書き込み処理のバンド幅は、１チャンネルあたり３２７６８／２００＝１６３．８４Ｍバイト／ｓｅｃである。８チャンネルのそれぞれに４つのデバイスを設け３２個のデバイスとすると、合計のバンド幅は５．２Ｇバイト／ｓｅｃとなり、書き込みにおいてもホストユニット１２とのインターフェースの転送バンド幅を活用できる。

　一方、ワーストケースでのレイテンシの見積もりは次のようになる。例えば読み出し専用モードのＳＳＤドライブにおいて優先度の高い読み出し要求を割り込ませる場合、発行済みの要求による読み出し処理、割り込ませる要求による読み出し処理、読み出したデータの伝送時間を含めると、レイテンシは約１２０μｓｅｃとなる。ここで、読み出すデータのサイズが大きくなると、各チャンネルに対し同時に発行される要求数が増えるため、処理待ちのためのレイテンシが加算される。

　例えば８チャンネル構成のＳＳＤドライブに対し１ＭｉＢのデータを要求した場合、１チャンネル当たり４個の要求が発行されるため、３個分の処理待ち時間として１２０μｓｅｃが加算されレイテンシは合計２４０μｓｅｃとなる。同様の計算により、３２ＭｉＢのデータを要求した場合のレイテンシは５．２ｍｓｅｃとなる。要求されたデータサイズが２５６ＫｉＢ以下であれば、１チャンネル当たりの要求数は１つとなるため、レイテンシは上述のとおり１２０μｓｅｃですむ。ここにホストユニット１２における処理完了待ちなどのオーバーヘッドを加味すると、読み出しのレイテンシはおよそ２００μｓｅｃを実現できる。

　一方、読み出し／書き込みモードのＳＳＤドライブにおいて優先度の高い読み出し要求を割り込ませる場合は、発行済みの書き込み要求やデータ消去要求をキャンセルしない限り、数ｍｓｅｃのレイテンシが発生し得る。一方で、そのように書き込み要求やデータ消去要求をキャンセルしてしまうと、書き込み要求のレイテンシが非常に長くなってしまう。そのためいずれは読み出し要求を長時間待機させたうえで、書き込みやデータ消去を進捗させるといった複雑な処理が必要になる。

　本実施の形態では、読み出し専用モードのＳＳＤドライブを確保することにより、そのような制御から読み出し処理を解放する。これにより、読み出し処理のみ、書き込み処理のみを行う場合のピークパフォーマンスを安定的に保証できる。なお以上の説明で想定したＳＬＣは高速アクセスが可能なうえ、ＴＬＣと比較し、同じ領域に対するデータの読み出し頻度が抑えられるため、電圧印加による劣化が小さい点でも有利である。一方、本実施の形態をＳＬＣに限る趣旨ではなく、ＴＬＣであっても同様の効果が得られる。

　次に、以上の構成によって実現される情報処理装置の動作について説明する。図６は、情報処理装置１０ｃが、必要なファイルをストレージサーバ３２からダウンロードし情報処理を行う手順を示すフローチャートである。この例で情報処理装置１０ｃは、第１および第２の２つのＳＳＤドライブを備えるとする。まず情報処理装置１０ｃは初期処理を実施したうえ（Ｓ１０）、第１のＳＳＤドライブ２２ａ、第２のＳＳＤドライブ２２ｂを読み出し／書き込みモードでマウントする（Ｓ１２）。

　そして情報処理装置１０ｃは、ユーザが選択するなどしてフォアグラウンドで実行すべきアプリケーションＡのデータをストレージサーバ３２からダウンロードし、第１のＳＳＤドライブ２２ａへ格納する（Ｓ１４）。必要なデータが全て格納されたら、情報処理装置１０ｃは当該第１のＳＳＤドライブ２２ａを一旦アンマウントし、読み出し専用モードでマウントし直す（Ｓ１６）。この際、第１のＳＳＤドライブ２２ａの第１フラッシュコントローラ１８ａは、読み出し専用のファームウェアをロードすることにより、内部の構成や設定を切り替える。

　そのうえで情報処理装置１０ｃは、アプリケーションＡを起動することにより、保証されたレイテンシやパフォーマンスで、第１のＳＳＤドライブ２２ａからデータを読み出しながら処理を進捗させる（Ｓ１８）。その間に情報処理装置１０ｃはバックグラウンドで、次の実行が予測されるアプリケーションＢのデータをストレージサーバ３２からダウンロードし、読み出し／書き込みモードのままである第２のＳＳＤドライブ２２ｂへ格納していく（Ｓ２０）。

　アプリケーションＢへの切り替えの必要が生じないうちは、フォアグラウンドでアプリケーションＡの処理を継続し（Ｓ２２のＮ）、切り替えの必要が生じたら（Ｓ２２のＹ）、アプリケーションＡの処理を停止させる（Ｓ２４）。そして情報処理装置１０ｃは、第１のＳＳＤドライブ２２ａを一旦アンマウントし、読み出し／書き込みモードで再マウントする（Ｓ２６）。この際、第１のＳＳＤドライブ２２ａの第１フラッシュコントローラ１８ａは、読み出し／書き込み用のファームウェアをリロードすることにより、内部の構成や設定を切り替える。

　なお情報処理装置１０ｃは、第１のＳＳＤドライブ２２ａを読み出し／書き込みモードとしたあと、アプリケーションＡの実行中に第２のＳＳＤドライブ２２ｂに書き込んだセーブデータやパッチデータなどの追加データを、必要に応じて第１のＳＳＤドライブ２２ａにコピーしてよい。そして情報処理装置１０ｃは、次に実行すべきアプリケーションＢのデータが格納された第２のＳＳＤドライブ２２ｂを一旦アンマウントし、読み出し専用モードで再マウントする（Ｓ２８）。この際、第２のＳＳＤドライブ２２ｂの第２フラッシュコントローラ１８ｂは、読み出し専用のファームウェアをロードすることにより、内部の構成や設定を切り替える。

　そのうえで情報処理装置１０ｃは、アプリケーションＢを起動することにより、保証されたレイテンシやパフォーマンスで、第２のＳＳＤ２２ｂドライブからデータを読み出しながら処理を進捗させる（Ｓ３０）。以後、必要に応じて格納先を切り替えながら、アプリケーションのデータをストレージサーバ３２からダウンロードするとともに、当該データが格納済みのＳＳＤドライブを読み出し専用モードで利用しつつ処理を進捗させる。

　その間に情報処理装置１０ｃは必要に応じて、次の実行が予測されるアプリケーションＣのデータをストレージサーバ３２からダウンロードし、バックグラウンドで第１のＳＳＤドライブ２２ａへ格納してもよい（Ｓ２０）。以後同様に、少なくともフォアグラウンドで実行するアプリケーションのデータを格納したＳＳＤドライブは読み出し専用で用いるとともに、読み出し／書き込みモードのＳＳＤドライブにおいては、書き込みを含む必要な処理をバックグラウンドで実施する。

　図７は、図６のＳ１０における初期処理とＳ１２におけるマウント処理の手順を詳細に示すフローチャートである。まず情報処理装置１０ｃの電源が投入されると（Ｓ４０）、第１フラッシュコントローラ１８ａ、第２フラッシュコントローラ１８ｂは、読み出し／書き込み用のファームウェアを情報処理装置１０ｃ内部の記憶装置からロードする（Ｓ４２）。ここで記憶装置とは、第１ＮＡＮＤモジュール２０ａ、第２ＮＡＮＤモジュール２０ｂでもよいし、別途準備した、ファームウェアを格納する専用のシリアルフラッシュデバイスなどでもよい。この際、ホストユニット１２も、シリアルフラッシュなど情報処理装置１０ｃ内の記憶装置からＢＩＯＳをロードする。

　次に第１フラッシュコントローラ１８ａ、第２フラッシュコントローラ１８ｂはそれぞれ、ロードしたファームウェアにより、第１ＮＡＮＤモジュール２０ａ、第２ＮＡＮＤモジュール２０ｂにアクセスし、ドライブのメタデータなど各種制御情報を読み出して、第１のＳＳＤドライブ２２ａ、第２のＳＳＤドライブ２２ｂを初期化する（Ｓ４４）。次に第１フラッシュコントローラ１８ａ、第２フラッシュコントローラ１８ｂは、ホストユニット１２側からの初期化処理を受け付ける（Ｓ４６）。

　具体的にはホストユニット１２（ＢＩＯＳ）はまず、第１のＳＳＤドライブ２２ａ、第２のＳＳＤドライブ２２ｂにアクセスするためのデバイスドライバを、ＰＣＩｅのデバイスＩＤに基づきロードする。ホストユニット１２は当該デバイスドライバにより、第１のＳＳＤドライブ２２ａ、第２のＳＳＤドライブ２２ｂのレジスタを初期化し、コマンドキューを生成するなどの各種初期化処理を行う。当該初期化が完了すると、ホストユニット１２から第１のＳＳＤドライブ２２ａ、第２のＳＳＤドライブ２２ｂへのアクセスが可能になるため、ホストユニット１２はオペレーティングシステムのロードなど必要な初期処理を実施する（Ｓ４８）。

　図８は、図６のＳ１６における読み出し専用モードでのマウント処理の手順を詳細に示すフローチャートである。まずホストユニット１２は、アプリケーションＡの全てのデータの書き込み処理が完了するのを待ってから、第１のＳＳＤドライブ２２ａをアンマウントする（Ｓ５０）。なおこの時点で第１フラッシュコントローラ１８ａにロードされているファームウェアは、ドライブを読み出し専用モードで再起動するための特別なコマンドをサポートするものとする。第２フラッシュコントローラ１８ｂにロードされているファームウェアも同様である。

　これにより第１フラッシュコントローラ１８ａは、アンマウントの時点での第１のＳＳＤドライブ２２ａのステータス情報を第１ＮＡＮＤモジュール２０ａに書き出しておく。ステータス情報のセーブが完了すると、第１フラッシュコントローラ１８ａは、読み出し専用のファームウェアを情報処理装置１０ｃ内部の記憶装置からロードするとともに（Ｓ５２）、内部のレジスタにマッピングされたソフトリセット機能にアクセスすることにより、第１のＳＳＤドライブ２２ａをリセットする（Ｓ５４）。

　ドライブがソフトリセットされたら第１フラッシュコントローラ１８ａは、ロード済みの読み出し専用のファームウェアを実行し、セーブされていたステータス情報や各種制御情報を第１ＮＡＮＤモジュール２０ａからロードして第１のＳＳＤドライブ２２ａを初期化する（Ｓ５６）。なおＳ５４における第１フラッシュコントローラ１８ａのソフトリセットによりＰＣＩｅリンクが切断される場合、ホストユニット１２はそれを検出してデバイスドライバをアンロードする。

　そしてＳ５６において、読み出し専用ファームウェアによりドライブが初期化され、再度ＰＣＩｅ接続が確立されると、ホストユニット１２は、ＰＣＩｅツリーをスキャンしてデバイスＩＤを読み出す。これによりホストユニット１２は、再度適切なデバイスドライバをロードできる。一方、ＰＣＩｅリンクが切断されない場合は、読み出し／書き込みおよび読み出し専用の双方をサポートするドライバを用いることにより、モード切り替えによらず継続して第１のＳＳＤドライブ２２ａを制御できる。

　そしてホストユニット１２は、読み出し専用のファームウェアに合わせて、再度、第１のＳＳＤドライブ２２ａを初期化する（Ｓ５８）。これによりホストユニット１２は、読み出し／書き込みモードとは構成が異なり、読み出し専用のコマンドキューなど性能保証のための設定がなされた第１のＳＳＤドライブ２２ａを再マウントできる。

　以上の処理により、アプリケーションＡとそれをサポートするファイルシステムは、読み出し専用のファームウェアが提供する各種機能により、アプリケーションＡが必要とする帯域およびレイテンシを満足させることができる。図６のＳ２６において、読み出し／書き込みモードでＳＳＤドライブを再マウントする際は、図８に示した手順と同様にドライブを一旦、アンマウントしたうえ、読み出し／書き込み用のファームウェアによって初期化すればよい。

　以上述べた本実施の形態によれば、情報処理装置において、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリを含むＮＡＮＤモジュールとフラッシュコントローラにより構成されるＳＳＤドライブに、読み出し専用のモードを設ける。これにより当該モードにおいて、データの書き込みに伴うＮＡＮＤ型フラッシュメモリ特有の複雑なコマンドスケジューリングから読み出し処理を解放する。また読み出し専用のファームウェアを用いることにより、フラッシュコントローラから余計な機能を排除して構成を単純化する。それらの結果、ホストユニットが発行した読み出し要求をインオーダーで処理でき、最低限かつ安定したレイテンシで情報処理を進捗させることができる。

　またＳＳＤドライブを複数設け、読み出し／書き込みモードのドライブも維持する。これにより、書き込み処理やメモリ管理のための各種処理も従来と同様に実現できる。またそれらの処理を行うＳＳＤドライブが読み出し専用モードのＳＳＤドライブと独立しているため、フォアグラウンドでの処理のレイテンシやバンド幅に影響しない。例えば電子ゲームなどに用いる大きなサイズのイメージデータは更新の必要がないため、読み出し専用モードでの利用に好適である。またレイテンシを軽減させることにより先読みの必要性が小さくなり、読み出したデータを格納するのに必要な記憶領域を節約できるため、装置全体の製造コストを下げることができる。

　以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

　以上のように本発明は、パーソナルコンピュータ、ゲーム装置、携帯端末など各種情報処理装置や、それらのいずれかを含む情報処理システムなどに利用可能である。

　１０ａ　情報処理装置、　１２　ホストユニット、　１４　システムメモリ、　１８ａ　第１フラッシュコントローラ、　１８ｂ　第２フラッシュコントローラ、　２０ａ　第１ＮＡＮＤモジュール、　２０ｂ　第２ＮＡＮＤモジュール、　２２ａ　第１のＳＳＤドライブ、　２２ｂ　第２のＳＳＤドライブ、　２４　スイッチ、　２６　ネットワークコントローラ、　３２　ストレージサーバ、　３４　ネットワーク。

Claims

　情報処理を実行するホストユニットと、
　前記情報処理に用いるデータを格納するメモリと、
　前記ホストユニットからの要求に従い、前記メモリへのアクセスを実行するメモリコントローラと、
　を備え、
　前記メモリコントローラは、前記メモリに格納されたデータの読み出し要求のみを受け付ける読み出し専用モードを実現することを特徴とする情報処理装置。
　前記メモリコントローラは、前記読み出し要求とともに前記メモリへの書き込み要求も受け付ける読み出し／書き込みモードにおいて、前記情報処理に用いるデータの格納が完了した後、当該メモリを前記読み出し専用モードとし、
　前記ホストユニットは、前記読み出し専用モードのメモリに対し読み出し要求を発行することにより、読み出されたデータを用いて情報処理を進捗させることを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
　前記メモリコントローラは、前記読み出し／書き込みモードから前記読み出し専用モードへの切り替えに際し、自らの処理を規定するファームウェアを切り替えることを特徴とする請求項２に記載の情報処理装置。
　前記ホストユニットは、前記読み出し／書き込みモードから前記読み出し専用モードへの切り替えに際し、前記ファームウェアが切り替えられた前記メモリコントローラを含むデバイスドライブを、マウントし直すことを特徴とする請求項３に記載の情報処理装置。
　前記メモリと、前記メモリへのアクセスを実行するメモリコントローラとを含むデバイスドライブを複数備え、
　ある期間において、前記メモリコントローラのいずれかは読み出し専用モードを実現する一方、別のメモリコントローラは前記読み出し／書き込みモードを実現することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の情報処理装置。
　情報処理を実行する情報処理装置と、当該情報処理に用いるデータを、ネットワークを介して前記情報処理装置に提供するサーバとを含む情報処理システムであって、
　前記情報処理装置は、
　前記サーバから提供されたデータを格納するメモリと、ホストユニットからの要求に従い当該メモリへのアクセスを実行するメモリコントローラとを含むデバイスドライブを複数備え、
　前記情報処理に用いるデータの格納が完了したメモリに対応する前記メモリコントローラは、当該メモリに格納されたデータの読み出し要求のみを受け付ける読み出し専用モードを実現することを特徴とする情報処理システム。
　前記情報処理装置は、前記読み出し専用モードのメモリから読み出されたデータを用いて情報処理を進捗させている間に、以後に実行が予測される情報処理に用いるデータを前記サーバから取得し、前記読み出し要求とともに前記メモリへの書き込み要求も受け付ける読み出し／書き込みモードにある別のデバイスドライブのメモリに、取得したデータを格納することを特徴とする請求項６に記載の情報処理システム。
　前記情報処理装置は、前記読み出し専用モードのメモリから読み出されたデータを用いた情報処理の途中で発生した、保存すべきデータを、前記読み出し要求とともに前記メモリへの書き込み要求も受け付ける読み出し／書き込みモードにある別のデバイスドライブのメモリに書き込むことを特徴とする請求項６または７に記載の情報処理システム。
　前記情報処理装置は、所定のタイミングで、前記読み出し専用モードのデバイスドライブを前記読み出し／書き込みモードに切り替え、前記別のデバイスドライバのメモリに書き込んだ前記保存すべきデータを、モード切り替え後のデバイスドライバのメモリにコピーすることを特徴とする請求項８に記載の情報処理システム。
　複数の前記デバイスドライブは、スイッチを介して前記ホストユニットと並列に接続されたことを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載の情報処理システム。
　複数の前記デバイスドライブは、前記ホストユニットとカスケード接続されたことを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載の情報処理システム。
　情報処理に用いるデータをメモリに格納するステップと、
　データの格納が完了した後、当該メモリに対し、格納されたデータの読み出し要求のみを受け付ける読み出し専用モードを実現するステップと、
　前記メモリへの読み出し要求を実行するステップと、
　前記読み出し要求に従い読み出されたデータを用いて情報処理を実行するステップと、
　を含むことを特徴とする、情報処理装置による情報処理方法。