綠能與非固態(tài)硬盤應用及其驅(qū)動器的制造方法
【專利說明】綠能與非固態(tài)硬盤應用及其驅(qū)動器
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請涉及2013年3月7日提交的序號N0.13/788，989的美國專利申請“帶有可編程二進制水平每單元(Binary-Levels-Per-Cell)位識別頁或塊作為具有三級、多級或單級閃存單元的耐久性和保持力閃存控制器”(Endurance and Retent1n FlashController with Programmable Binary-Leve1s-Per-Ce11 Bits Identifying Pages orBlocks as having Triple, Multi, or Single-Level Flash-Memory Cells) ;2012 年 12月28日提交的序號N0.13/730, 797的美國專利申請“帶有數(shù)據(jù)類型拆分、元頁分組和臨時文件向RAM盤轉(zhuǎn)向用的二級攔截以提高閃存耐久性的虛擬存儲器件(VMD)應用/驅(qū)動器，，(Virtual Memory Device (VMD) Applicat1n/Driver with Dual-Level Intercept1nfor Data-Type Splitting, Meta-Page Grouping, and Divers1n of Temp Files toRamdisks for Enhanced Flash Endurance) ;2012 年 7 月 2 日提交的序號 N0.13/540，569的美國專利申請“帶有耐用轉(zhuǎn)換層(ETL)和臨時文件轉(zhuǎn)換以減少閃存損耗的超級耐久固態(tài)驅(qū)動器(Super-Endurance Solid-State Drive with Endurance Translat1n Layer (ETL)and Divers1n of Temp Files for Reduced Flash Wear)，，；2008 年 6 月 18 日提交的序號N0.12/141,879的美國專利申請“基于高性能和耐久性非揮發(fā)存儲器的存儲系統(tǒng)(HighPerformance and Endurance Non-volatile Memory Based Storage Systems)，，;以及 2013年6月26日提交的序號N0.13/927，435的美國專利申請“用以增強閃存耐久性和性能的具有DRAM數(shù)據(jù)持續(xù)性的綠能與非器件驅(qū)動器”(Green NAND Device (GND) Driver With DRAMData Persistence For Enhanced FLASH Endurance And Performance)，其中它們每一個已經(jīng)公開的內(nèi)容在此整體并入?yún)⒖迹⑶宜鼈兌紝儆谕粰嗬茏屓恕?br>技術領域
[0003]本發(fā)明一般涉及閃存存儲器以及，更特別地，涉及提高閃存存儲器耐久性的方法和裝置。
【背景技術】
[0004]帶有旋轉(zhuǎn)磁盤的硬盤正在日益被利用半導體閃存存儲器的更可靠的固態(tài)驅(qū)動器(SSD)代替。NAND閃存存儲器采用在浮柵上存儲電荷的電可擦除可編程只讀存儲器(EEPR0M)單元。單元一般用雪崩電流編程，然后利用穿過氧化物薄層的量子力學隧道擦除?？上У氖牵诰幊袒虿脸^程中某些電子可能在氧化物薄層中被捕捉。假定編程電壓恒定，這些被捕捉的電子在隨后的編程周期中減少了該單元中貯存的電荷。往往要提高編程電壓來補償被捕捉的電子。
[0005]隨著閃存存儲器的密度和尺寸的增大，該單元的尺寸及其可靠性和壽命已經(jīng)全都降低。閃存存儲器保證能夠承受的編程-擦除周期數(shù)約為100，000周期，在正常的讀寫條件下這被認為是一個很長的壽命了。但較小的閃存單元已經(jīng)經(jīng)歷高得令人不安的損耗。較新式的二級單元閃存存儲器具有小于10，000編程-擦除(P/E)周期的耐久性，而對于三級單元(TLC)在約500到約1500P/E周期的耐久性。若當前的趨勢繼續(xù)，則未來的閃存存儲器可能只允許300編程-擦除周期。這樣低的耐久性可能嚴重地限制閃存存儲器可能的用途，以及用于固態(tài)硬盤(SSD)的應用。需要高耐久性的SSD驅(qū)動器和耐久性的增強方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明實施例提供一種器件和方法。該器件包括耦合至主機DRAM的綠能與非固態(tài)驅(qū)動(GNSD)驅(qū)動器，該器件有存儲管理器的GNSD驅(qū)動器耦合至上部過濾器；耦合至該主機DRAM的數(shù)據(jù)分組引擎；耦合至該主機DRAM的取消數(shù)據(jù)分組引擎；以及耦合至該存儲管理器的電源管理器；以及耦合至該存儲管理器的刷新/恢復管理器。GNSD驅(qū)動器耦合至GNSD應用，以及主機DRAM耦合至非揮發(fā)存儲器。在實施例中，GNSD驅(qū)動器還包括壓縮/解壓縮引擎，耦合至文件系統(tǒng)過濾器；加密/解密引擎，耦合至文件系統(tǒng)過濾器；或高級誤差糾錯碼引擎，耦合至文件系統(tǒng)過濾器。在采用加密/解壓縮引擎的實施例中，加密/解密引擎配置為根據(jù)數(shù)據(jù)加密標準或先進加密標準其中之一進行加密。
[0007]本發(fā)明實施例還包括耦合至主機DRAM的GNSD驅(qū)動器，其包括數(shù)據(jù)分組器；DRAM數(shù)據(jù)寫緩存，耦合至數(shù)據(jù)分組器；取消數(shù)據(jù)分組器；以及DRAM數(shù)據(jù)讀緩存，耦合至取消數(shù)據(jù)分組器。數(shù)據(jù)分組器和取消數(shù)據(jù)分組器耦合至上部過濾器和下部過濾器。GNSD驅(qū)動器耦合至GNSD應用程式。DRAM耦合至非揮發(fā)存儲器。在實施例中，GNSD驅(qū)動器還包括壓縮/解壓縮引擎，耦合至下部過濾器；去重引擎，耦合至下部過濾器；加密/解密引擎，耦合至下部過濾器；或高級誤差糾錯碼引擎，耦合至下部過濾器。GNSD驅(qū)動器還可包括智能數(shù)據(jù)監(jiān)控器，耦合至超級增強耐力設備SSD ;以及安全引擎，耦合至主機。高級誤差糾錯碼引擎采用基于圖形編碼或代數(shù)編碼之一。在一實施例中，高級誤差糾錯碼引擎采用基于圖形編碼的低密度奇偶校驗碼。數(shù)據(jù)分組器和取消數(shù)據(jù)分組器每個都耦合至用于用戶數(shù)據(jù)的元頁分組器；用于FDB的元頁分組器；以及用于頁文件頁的元頁分組器。
[0008]實施例還提供耦合至主機DRAM的GNSD應用程式，其中包括耦合至GNSD驅(qū)動器的SSD內(nèi)部清除模塊；耦合至GNSD驅(qū)動器的DRAM分配模塊；耦合至GNSD驅(qū)動器的驅(qū)動器安裝模塊；或耦合至GNSD驅(qū)動器的緩存模式開啟/關閉開關。
[0009]實施例提供了一種具有GNSD驅(qū)動器的計算機系統(tǒng)主機，該GNSD驅(qū)動器耦合至數(shù)據(jù)分組和取消數(shù)據(jù)分組在計算機系統(tǒng)主機中；和一種耦合至GNSD驅(qū)動器和計算機系統(tǒng)主機的GNSD應用程式。在本實施例中，GNSD驅(qū)動器的數(shù)據(jù)分組和取消數(shù)據(jù)分組耦合至計算機系統(tǒng)主機的上部過濾器和下部過濾器，以及耦合至非揮發(fā)存儲器器件的計算機主機。實施例還包括耦合至計算機主機的操作系統(tǒng)的配置和登記設置。
[0010]本發(fā)明的實施例包括一種操作耦合至主機DRAM的GNSD驅(qū)動器和GNSD應用程式的方法，其包括向主機和GNSD應用程式耦合配置和登記設置；向主機DRAM耦合GNSD驅(qū)動器數(shù)據(jù)分組引擎；向主機DRAM耦合GNSD驅(qū)動器取消數(shù)據(jù)分組引擎；向主機耦合GNSD驅(qū)動器的電源管理器；向主機耦合GNSD驅(qū)動器的存儲器管理；向DRAM耦合GNSD驅(qū)動器的刷新/恢復管理器；向上部過濾器和下部過濾器耦合GNSD驅(qū)動器數(shù)據(jù)分組引擎和取消數(shù)據(jù)分組引擎；以及向超級增強耐久設備(SEED) SSD耦合DRAM。該方法還包括禁止驅(qū)動索引、禁止驅(qū)動搜索索引、減少頁面文件的大小、禁用系統(tǒng)恢復、禁用休眠、禁用預取、減小回收站大小、禁用磁盤碎片整理程序、減少記錄；以及禁用性能監(jiān)視器、禁用寫緩存、或禁用寫緩存緩沖器刷新。該SEED SSD的耐久性增加至超過規(guī)定值并且寫放大被減少至小于規(guī)定值。
[0011]在實施例中，該方法還包括同步弱表至SEED SSD塊的弱表；在弱表中產(chǎn)生頁數(shù)據(jù)的高級糾錯碼(ECC)數(shù)據(jù)、提供產(chǎn)生的高級ECC數(shù)據(jù)；存儲該產(chǎn)生的高級ECC數(shù)據(jù)于主機DRAM中的一個緩存區(qū)域，或SEED SSD的剩余區(qū)域；以及寫入由弱表指示的頁。該方法可通過ECC引擎讀取頁中的數(shù)據(jù)而繼續(xù)以及，如果SEED SSD本地ECC引擎確定頁中數(shù)據(jù)是錯誤的，則ECC引擎讀取生成的弱表高級ECC屬于錯誤的頁數(shù)據(jù)；以及用由ECC引擎生成的高級ECC來糾正該錯誤的頁數(shù)據(jù)。
[0012]在實施例中，該方法還包括分組用戶數(shù)據(jù)為第一元頁；分組系統(tǒng)FDB為第二元頁；分組頁文件頁為第三元頁；以及存儲該第一第二和第三元頁至SEED SSD的存儲卷。在一個實施例中，該方法包括提供耐久轉(zhuǎn)換層(ETL)以控制對SEED SSD中的閃存存儲器的訪問以及對DRAM緩沖器的訪問；通過ETL檢查閃存存儲器塊和通過ETL識別若所有錯誤位超過預選高水平閾值則該塊為壞塊，或者通過ETL若所有錯誤位超過預選低水平閾值使該塊進入弱表；以及同步耦合至DRAM的GNSD驅(qū)動器的弱表。
[0013]本發(fā)明的實施例還包括一種增加非揮發(fā)閃存存儲器耐久性的方法，包括耦合具有ECC引擎的GNSD驅(qū)動器至主機DRAM ;耦合SEED SSD至主機DRAM ;使用主機DRAM為SEEDSSD中的所選數(shù)據(jù)生成高級ECC ;和用該高級ECC糾正SEED SSD的錯誤數(shù)據(jù)。實施例的方法還包括同步SEED SSD塊弱表的弱表；在弱表中產(chǎn)生頁數(shù)據(jù)的高級糾錯碼(ECC)數(shù)據(jù)、提供產(chǎn)生的高級ECC數(shù)據(jù)；存儲該產(chǎn)生的高級ECC數(shù)據(jù)于DRAM中的一個緩存區(qū)域或SEED SSD的剩余區(qū)域；以及寫入由弱表指示的頁數(shù)據(jù)。權利要求18的增加耐久性的方法的實施例，包括讀取頁中數(shù)據(jù)；如果SEED SSD本地ECC引擎確定頁中數(shù)據(jù)是錯誤的，則讀取屬于頁的弱表中產(chǎn)生的高級ECC數(shù)據(jù)，并用在頁中產(chǎn)生的高級ECC數(shù)據(jù)來糾正該錯誤的數(shù)據(jù)。
[0014]附圖簡要說明
[0015]一般通過參照附圖示出本發(fā)明，其中:
[0016]圖1為根據(jù)本發(fā)明教導的計算機系統(tǒng)的框圖；
[0017]圖2為根據(jù)本發(fā)明教導的具有綠能與非固態(tài)硬盤驅(qū)動器(GNSD)的主機的框圖；
[0018]圖3A為根據(jù)本發(fā)明教導的具有實現(xiàn)主機讀功能的GNSD的計算機系統(tǒng)的功能框圖；
[0019]圖3B為根據(jù)本發(fā)明教導的從超級增強耐力設備(SEED)固態(tài)硬盤實現(xiàn)讀操作的GNSD的功能框圖；
[0020]圖3C為根據(jù)本發(fā)明教導的具有在掉電模式中實現(xiàn)主機讀功能的GNSD的計算機系統(tǒng)的功能框圖；
[0021]圖4為根據(jù)本發(fā)明教導的具有在掉電模式中實現(xiàn)主機寫功能的GNSD的計算機系統(tǒng)的功能框圖；
[0022]圖5為根據(jù)本發(fā)明教導的表示DES/AES加密過程的高級框圖；
[0023]圖6為根據(jù)本發(fā)明教導的表示數(shù)據(jù)壓縮/解壓縮過程的高級框圖；
[0024]圖7為根據(jù)本發(fā)明教導的在高級誤差糾錯碼工作期間GNSD驅(qū)動器與SEED相互作用的框圖；
[0025]圖8為根據(jù)本發(fā)明教導的表示實現(xiàn)用于輸入/輸出(I/O)請求包(IRP)的操作的GNSD的框圖；
[0026]圖9為根據(jù)本發(fā)明教導的表示GNSD IRP讀流程的框圖；
[0027]圖10為根據(jù)本發(fā)明教導的表示GNSD IRP寫流程的框圖；
[0028]圖11為根據(jù)本發(fā)明教導的表示GNSD刷新塊操作的框圖；
[0029]圖12為根據(jù)本發(fā)明教導的表示SSD I/O控制功能的框圖；
[0030]圖13為根據(jù)本發(fā)明教導的表示相對于GNSD驅(qū)動器和GNSD應用程式的SSD I/O控制功能的框圖；
[0031]圖14為根據(jù)本發(fā)明教導的表示SSD I/O控制編碼的示例；
[0032]圖15為根據(jù)本發(fā)明教導的表示用戶發(fā)起的讀請求(“讀發(fā)送”)的方框流程圖；
[0033]圖16為根據(jù)本發(fā)明教導的表示用戶發(fā)起的寫請求(“寫發(fā)送”)的方框流程圖；
[0034]圖17為根據(jù)本發(fā)明教導的表示寫發(fā)送元表的示例性列表；
[0035]圖18為根據(jù)本發(fā)明教導的表示TR頂功能性命令的方框流程圖；
[0036]圖19為根據(jù)本發(fā)明教導的耐用轉(zhuǎn)換層的表不地圖；
[0037]參照相關附圖對一些實施例進行了詳細的描述。另外的實施例，特征和/或優(yōu)點將出現(xiàn)在隨后的描述中或可能通過實踐本發(fā)明獲得學習。在附圖中，其不是按比例縮小的，在全文描述中相同的附圖標記指代相同的特征。下面的描述沒有局限的意義，而僅僅是以為了描述本發(fā)明一般原則的目的給出。
具體實施例
[0038]在阻止、結(jié)合或緩存至DRAM的主機上執(zhí)行的綠能與非固態(tài)硬盤驅(qū)動器(GNSD)應用程式和GNSD驅(qū)動器，在它們寫到閃存之前，因此降低了向閃存的寫頻率。綠能或低能閃存器件采用低耐久性NAND閃存存儲器。在主機上的GNSD應用程式和GNSD驅(qū)動器產(chǎn)生并管理主機和SSD上的多個緩存，其可具有低耐久性閃存存儲器。低耐久性閃存存儲器包括，但不限于，三級單元(TLC) NAND閃存存儲器。GNSD應用程式和GNSD驅(qū)動器與SSD和主體運行以將SSD轉(zhuǎn)換為超級增強耐久閃存驅(qū)動，或超級增強耐久器件(SEED)SSD。文中的示例可應用至微軟、雷蒙德，WA USA的Windows操作系統(tǒng)，但是類似作了適當?shù)男拚氖纠蓱弥疗渌僮飨到y(tǒng)。
[0039]參照圖1和2,計算機系統(tǒng)5包括主機300和SEED SSD 200。主