為了非易失性存儲器中的耗損均衡測量單元損傷的制作方法
【專利摘要】NVM控制器為了非易失性存儲器中的耗損均衡測量單元損傷，由此改善存儲子系統(tǒng)（諸如SSD）的性能、可靠性、壽命和/或成本。在第一方面中，控制器確定讀取NVM頁的錯誤由單元損傷和/或單元泄漏引起?？刂破鲗撝匦戮幊滩⒘⒓椿刈x，如果在立即讀取期間檢測到錯誤，那么檢測錯誤由單元損傷引起。在第二方面中，通過更新NVM頁和/或塊的單元損傷計數(shù)器來跟蹤單元損傷。在第三方面中，至少部分基于所測量的NVM頁和/或塊單元損傷來進(jìn)行耗損均衡。
【專利說明】為了非易失性存儲器中的耗損均衡測量單元損傷
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]需要非易失性存儲技術(shù)的進(jìn)步以提供對成本、盈利能力、性能、效率和實用性的改
盡
口 O
【背景技術(shù)】
[0002]除非明確指出為公開或者眾所周知，為了語境、定義或者比較目的而包括的本文中提到的技術(shù)和概念，不應(yīng)解釋為承認(rèn)該技術(shù)和概念先前為公眾所知或者以其他方式為現(xiàn)有技術(shù)一部分。為了所有目的，本文中弓I用的所有參考文獻(xiàn)(若有)，包括專利、專利申請和出版物，無論是否明確地并入，其全部內(nèi)容通過引用并入本文中。
[0003]現(xiàn)將描述由固態(tài)磁盤(SSD)控制器使用的閃存的各方面，從而在某種程度上建立技術(shù)背景且在某種程度上建立剩余說明書中使用的命名的前提?？捎蒘SD控制器從非易失性存儲器(NVM)讀取的最小尺寸的數(shù)據(jù)為“讀取單位”，該“讀取單位”受到所包含的錯誤校正(諸如低密度奇偶校驗(LDPC)碼)保護(hù)。在一些情況下，讀取單位稱為“碼字”。在一些實施方式中，每個讀取單位包含約4K至約32K位用戶數(shù)據(jù)，外加錯誤校正開銷。在SSD控制器的命令下，這些位從NVM存儲器單元讀取(例如，經(jīng)由NVM存儲器單元的一個或多個部分的陣列存取)，根據(jù)如下討論的技術(shù)，NVM存儲器單元的每單元可容納一個或多個位。在一些實施方式中，出于安全原因，在將數(shù)據(jù)寫入到NVM之前，SSD控制器對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。在一些實施方式中，鑒于對長串得相同編程的單元的電路設(shè)計限制，在將數(shù)據(jù)寫入到NVM之前，SSD控制器對數(shù)據(jù)進(jìn)行擾亂。
[0004]單獨考慮，每個單元具有特定存儲的(編程的)電荷，該特定存儲的(編程的)電荷對應(yīng)于該單元的器件閾值電壓且還對應(yīng)于正在存儲于該單元中的邏輯位值。雖然在理想情況下NVM中單元對于所存儲的邏輯位值都將具有相同的器件閾值電壓，但是實際上，出于各種原因，器件閾值電壓沿著器件閾值電壓軸的概率分布(例如，“器件閾值電壓分布”)在單元之間不同，其在形狀上類似于高斯分布。
[0005]因此，考慮跨諸如讀取單位的大量單元的集合，器件閾值電壓分布(例如，高斯概率曲線)與每個單元的狀態(tài)(每單元存儲的每位兩個狀態(tài))一樣多。即，對于存儲的每單元N位，有2**N個狀態(tài)以及相同數(shù)量的器件閾值電壓分布。一般地，NVM中讀取電路需要(2**N) -1個不同讀取閾值(讀取基準(zhǔn)電壓Vkeam至Vkead (n_0)以區(qū)分2#N個狀態(tài)。
[0006]從以上繼續(xù)，對于單層單元(SLC)閃存，N=10因此，SLC存儲器存儲一個位/存儲單元，具有兩個器件閾值電壓分布(一個為0，另一個為I )，并且需要單個讀取閾值，讀取基準(zhǔn)電壓νκΕΑΜ。從較低器件閾值電壓到較高器件閾值電壓，兩個器件閾值電壓分布稱為E(擦除)狀態(tài)和Dl (第一數(shù)據(jù))狀態(tài)。雖然隨機，但是共同映射(編碼)是將邏輯I指派給E狀態(tài)且將邏輯O指派給Dl狀態(tài)。因此，O和I引用為Dl狀態(tài)和E狀態(tài)的相應(yīng)解碼的代理引用。
[0007]從以上進(jìn)一步繼續(xù)，對于多層單元(MLC)閃存，Ν>1。因此，MLC存儲器每單元存儲多于一個的位，具有多于兩個器件閾值電壓分布，并且需要多個不同讀取閾值以區(qū)分該分布。例如，4LC存儲器(例如，閃存)每單元存儲兩個位，具有四個器件閾值電壓分布，并且一般需要三個讀取閾值(讀取基準(zhǔn)電壓VKEAD1、V_2和VKEAD3)。從較低器件閾值電壓到較高器件閾值電壓，四個器件閾值電壓分布稱為E (擦除)狀態(tài)、Dl (數(shù)據(jù)I)狀態(tài)、D2 (數(shù)據(jù)2)狀態(tài)和D3 (數(shù)據(jù)3)狀態(tài)。雖然隨機，但是四個器件閾值電壓分布中每個也根據(jù)特定二進(jìn)制序列(諸如，格雷碼序列)來映射(尋址)。因此，對11、10、00和Ol中的一個或多個的引用代替對E、D1、D2和D3狀態(tài)的相應(yīng)解碼的引用。
[0008]對于MLC狀態(tài)的地址映射，每個狀態(tài)可被稱為具有最高有效位(MSB)和最低有效位(LSB)(并且對于每單元多于兩個位，有效位介于它們之間)。雖然存在MLC NVM對它們的單元進(jìn)行編程的各種方式，但是以下方法是常見的。初始編程回合(電荷分布操縱)建立LSB，例如，寫入“下頁”。這以與寫入SLC (例如，建立E狀態(tài)器件閾值電壓分布和第二狀態(tài)器件閾值電壓分布的電荷操縱)相同的方式寬松地完成。根據(jù)所使用的二進(jìn)制序列，第二狀態(tài)器件閾值電壓分布與Dl狀態(tài)器件閾值電壓分布相似,與D2狀態(tài)器件閾值電壓分布相似，或者介于Dl與D2狀態(tài)器件閾值電壓分布之間。對于MLC,根據(jù)MLC每層需要,一個或多個另外編程回合還操縱(在數(shù)量、沿著器件閾值電壓軸的位置以及形狀上)器件閾值電壓分布。更具體地，一個或多個隨后編程操作寫入“中頁”(若有，對于每單元多于兩個位)，并且最后編程操作建立MSB，例如，寫入“上頁”。例如，在4LC (每單元兩位的MLC)中，第一編程回合的E分布和第二分布由第二編程回合分別分叉為E和Dl分布以及D2和D3分布。
[0009]NVM單元具有有限寫入耐久度，并且寫入將最終磨損(例如，損傷)單元，使得它無法正確地存儲數(shù)據(jù)。單元損傷原因包括氧化物截留和氧化物擊穿。通常，寫入耐久度以編程/擦除(P/E)周期來描述，并且NVM針對某一層指定(例如，在特定條件下，SLC NVM單元可以被評級為IOK P/E周期)。許多NVM使用耗損均衡技術(shù)來管理，以通過減少單元損傷來改善可靠性、壽命和/或性能。傳統(tǒng)上，耗損均衡跨NVM塊均勻地分布P/E周期以避免過早磨損(例如，引起單元損傷)任何單獨塊。這個方法隱含地假定P/E周期均等耗損。通過測量P/E周期數(shù)來估計耗損以優(yōu)化NVM寫入。
[0010]實際上，寫入耐久度和耗損由除P/E周期外各種因素確定，包括工藝、電壓、溫度(PVT)和停留時間(P/E周期之間的時間長度)。由于制造統(tǒng)計變化，一些NVM單元可能超過指定耐久度。同樣，由于更有利條件(例如，如果NVM針對100°C來評估，但是在50°C下操作)，一些NVM單元可能超過指定耐久度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明可以以各種方式實現(xiàn)為例如方法、制品、裝置、系統(tǒng)、組合物和計算機可讀介質(zhì)，諸如計算機可讀存儲介質(zhì)(例如，在諸如磁盤的光學(xué)和/或磁性大容量存儲器件中的介質(zhì)，或者具有諸如閃存的非易失性存儲器的集成電路)或者程序指令經(jīng)由光學(xué)或者電子通信鏈路發(fā)送的計算機網(wǎng)絡(luò)。【具體實施方式】提供了能夠改善成本、盈利能力、性能、效率和在上述領(lǐng)域中的實用性的本發(fā)明的一個或多個實施方式?！揪唧w實施方式】包括緒論，以有利于理解【具體實施方式】的余下部分。根據(jù)本文所述的概念，緒論包括系統(tǒng)、方法、制品和計算機可讀介質(zhì)中的一個或多個的示例性實施方式。如在結(jié)論中更詳細(xì)討論的，本發(fā)明涵蓋在所提出的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有可能的修改和變化。
[0012]在各種實施方式和/或使用方案中，耗損均衡改善NVM性能、成本、可靠性和/或壽命。一些耗損均衡技術(shù)通過P/E周期數(shù)來近似單元磨損，并且基于P/E周期數(shù)將數(shù)據(jù)寫入到NVM塊。這個方法是普遍的，因為對于單元P/E周期數(shù)進(jìn)行計數(shù)比測量單元實際磨損(例如損傷)更簡單。
[0013]
【發(fā)明者】相信，他們首先注意到該重要問題，即為了非易失性存儲器中的耗損均衡而測量單元損傷的對于性能、成本、可靠性和/或壽命的好處。更具體地，
【發(fā)明者】相信，他們首先注意到在NVM單元中由電壓的單向移位引起的頁讀取錯誤指示單元損傷和/或單元泄漏(例如，保留失敗)以及注意到重新編程(例如，擦除存儲數(shù)據(jù)，隨后用存儲數(shù)據(jù)編程)單元且立即讀取單元可檢測錯誤是由單元損傷引起的。在一些使用方案中，測量單元損傷比經(jīng)由P/E周期估計單元損傷更準(zhǔn)確，因為測量的單元損傷考慮其它因素，諸如PVT和停留時間。通過使用在檢測到單元損傷時更新的單元損傷計數(shù)器來跟蹤NVM頁和/或塊的單元損傷。結(jié)合了更準(zhǔn)確地測量的單元損傷信息的耗損均衡技術(shù)(例如，單元損傷計數(shù)器)實現(xiàn)了NVM的性能、成本、可靠性和/或壽命的改善。例如，至少部分基于測量單元損傷的耗損均衡能夠超過還未損傷的NVM單元的指定P/E周期。
[0014]本發(fā)明提出了一種方法，包括:在包括一個或多個部分的非易失性存儲器(NVM)中測量單元中的一個或多個的單元損傷，每個部分包括一個或多個所述單元；并且至少部分基于所述測量的至少一些結(jié)果，對所述部分進(jìn)行耗損均衡。
[0015]優(yōu)選地，所述測量包括檢測編程故障和擦除故障中的一個或多個。
[0016]優(yōu)選地，所述測量包括:確定從所述部分中的特定的一個的所述單元中的至少一個讀取的錯誤是單元損傷和單元泄漏中的一個或多個的結(jié)果；并且檢測所述錯誤是損傷的單元的結(jié)果。
[0017]優(yōu)選地，所述確定包括將正向糾錯解碼應(yīng)用于特定部分的子部分，所述子部分包括所述單元中的所述至少一個。
[0018]優(yōu)選地，所述檢測包括重新編程和/或擦除至少所述特定部分的子部分并且回讀所述單元中的所述至少一個，并且所述子部分包括所述單元中的所述至少一個。
[0019]優(yōu)選地，所述測量還包括更新與以下任何一項或多項相關(guān)聯(lián)的一個或多個單元損傷計數(shù)器:所述單元中的所述至少一個；所述特定部分的子部分，所述子部分包括所述單元中的所述至少一個；以及所述特定部分。
[0020]優(yōu)選地，進(jìn)行包括至少部分基于與所述部分相關(guān)聯(lián)的所述單元損傷計數(shù)器的值選擇所述部分中的多個來寫入。
[0021]本發(fā)明還提出了一種系統(tǒng)，其包括:非易失性存儲器(NVM)，包括一個或多個部分；每個部分包括一個或多個單元；用于測量所述單元中的一個或多個的單元損傷的構(gòu)件；以及用于至少部分基于用于測量的構(gòu)件的至少一些結(jié)果來對所述部分進(jìn)行耗損均衡的構(gòu)件。
[0022]優(yōu)選地，所述用于測量的構(gòu)件包括用于檢測編程故障和擦除故障中的一個或多個的構(gòu)件。
[0023]優(yōu)選地，所述用于測量的構(gòu)件包括:用于確定從所述部分中的特定的一個的所述單元中的至少一個讀取的錯誤是單元損傷和單元泄漏中的一個或多個的結(jié)果的構(gòu)件；以及用于檢測所述錯誤是損傷單元的結(jié)果的構(gòu)件。
[0024]優(yōu)選地，用于確定的構(gòu)件包括用于將正向糾錯解碼應(yīng)用于特定部分的子部分的構(gòu)件，所述子部分包括所述單元中的所述至少一個。[0025]優(yōu)選地，用于檢測的構(gòu)件包括用于重新編程和/或擦除至少所述特定部分的子部分的構(gòu)件和用于回讀所述單元中的所述至少一個的構(gòu)件，并且所述子部分包括所述單元中的所述至少一個。
[0026]優(yōu)選地，所述用于測量的構(gòu)件還包括用于更新與以下任何一項或多項相關(guān)聯(lián)的一個或多個單元損傷計數(shù)器的構(gòu)件:所述單元中的所述至少一個；所述特定部分的子部分，所述子部分包括所述單元中的所述至少一個；以及所述特定部分。
[0027]優(yōu)選地，用于進(jìn)行的構(gòu)件包括用于至少部分基于與所述部分相關(guān)聯(lián)的所述單元損傷計數(shù)器的值選擇所述部分中的多個來寫入的構(gòu)件。
[0028]本發(fā)明還提出了一種裝置，包括:非易失性存儲器(NVM)，包括一個或多個部分；每個部分包括一個或多個單元；測量硬件邏輯電路，能夠測量所述單元中的一個或多個的單元損傷；以及耗損均衡硬件邏輯電路，能夠至少部分基于所述測量的至少一些結(jié)果來對所述部分進(jìn)行耗損均衡。
[0029]優(yōu)選地，所述測量硬件邏輯電路包括故障檢測硬件邏輯電路，所述故障檢測硬件邏輯電路能夠檢測編程故障和擦除故障中的一個或多個。
[0030]優(yōu)選地，所述測量硬件邏輯電路包括:確定硬件邏輯電路，能夠確定從所述部分中的特定的一個的所述單元中的至少一個讀取的錯誤是單元損傷和單元泄漏中的一個或多個的結(jié)果；以及損傷檢測硬件邏輯電路，能夠檢測所述錯誤是損傷的單元的結(jié)果。
[0031]優(yōu)選地，所述確定硬件邏輯電路包括解碼硬件邏輯電路，所述解碼硬件邏輯電路將正向糾錯解碼應(yīng)用于特定部分的子部分，所述子部分包括所述單元中的所述至少一個。
[0032]優(yōu)選地，所述損傷檢測硬件邏輯電路包括重試硬件邏輯電路，所述重試硬件邏輯電路能夠重新編程和/或擦除至少所述特定部分的子部分并且回讀所述單元中的所述至少一個，并且所述子部分包括所述單元中的所述至少一個。
[0033]優(yōu)選地，所述測量硬件邏輯電路還包括計數(shù)器硬件邏輯電路，所述計數(shù)器硬件邏輯電路能夠更新與以下任何一項或多項相關(guān)聯(lián)的一個或多個單元損傷計數(shù)器:所述單元中的所述至少一個；所述特定部分的子部分，所述子部分包括所述單元中的所述至少一個；以及所述特定部分。
[0034]優(yōu)選地，所述耗損均衡硬件邏輯電路包括選擇硬件邏輯電路，所述選擇硬件邏輯電路能夠至少部分基于與所述部分相關(guān)聯(lián)的所述單元損傷計數(shù)器的值選擇所述部分中的多個來寫入。
[0035]本發(fā)明還提出了一種有形計算機可讀介質(zhì)，所述有形計算機可讀介質(zhì)具有存儲于其中的一組指令，所述指令當(dāng)由處理元件執(zhí)行時促使所述處理元件進(jìn)行和/或控制包括以下項的操作:在包括一個或多個部分的非易失性存儲器(NVM)中測量單元中的一個或多個的單元損傷，每個部分包括一個或多個所述單元；并且至少部分基于所述測量的至少一些結(jié)果，對所述部分進(jìn)行耗損均衡。
[0036]優(yōu)選地，所述測量包括檢測編程故障和擦除故障中的一個或多個。
[0037]優(yōu)選地，所述測量包括:確定從所述部分中的特定的一個的所述單元中的至少一個讀取的錯誤是單元損傷和單元泄漏中的一個或多個的結(jié)果；并且檢測所述錯誤是損傷的單元的結(jié)果。
[0038]優(yōu)選地，所述確定包括將正向糾錯解碼應(yīng)用于特定部分的子部分，所述子部分包括所述單元中的所述至少一個。
[0039]優(yōu)選地，所述檢測包括重新編程和/或擦除至少所述特定部分的子部分并且回讀所述單元中的所述至少一個，并且所述子部分包括所述單元中的所述至少一個。
[0040]優(yōu)選地，所述測量還包括更新與以下任何一項或多項相關(guān)聯(lián)的一個或多個單元損傷計數(shù)器:所述單元中的所述至少一個；所述特定部分的子部分，所述子部分包括所述單元中的所述至少一個；以及所述特定部分。
[0041]優(yōu)選地，進(jìn)行包括至少部分基于與所述部分相關(guān)聯(lián)的所述單元損傷計數(shù)器的值選擇所述部分中的多個來寫入。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1A示出包括測量非易失性存儲器(NVM)中單元耗損均衡損傷的SSD控制器的固態(tài)磁盤(SSD)的實施方式的所選細(xì)節(jié)。
[0043]圖1B示出包括圖1A中SSD的一個或多個實例的系統(tǒng)的各種實施方式的所選細(xì)節(jié)。
[0044]圖2A和圖2B在概念上示出與單元損傷測量有關(guān)的器件閾值電壓分布。圖2A針對下頁，而圖2B針對上頁。
[0045]圖3示出圖1A中SSD的示例的系統(tǒng)實施方式的所選細(xì)節(jié)，以提供與測量NVM中單元耗損均衡損傷有關(guān)的特定細(xì)節(jié)。
[0046]圖4示出圖1A、圖1B和圖3中SSD的實施方式的所選控制流細(xì)節(jié)，以提供與單元損傷測量有關(guān)的特定細(xì)節(jié)。
[0047]圖5在概念上示出基于測量單元損傷來進(jìn)行耗損均衡的所選細(xì)節(jié)。
[0048]附圖中的參考符號列表
[0049]
【權(quán)利要求】
1.一種方法，包括: 在包括一個或多個部分的非易失性存儲器(NVM)中測量單元中的一個或多個的單元損傷，每個部分包括一個或多個所述單元；并且 至少部分基于所述測量的至少一些結(jié)果，對所述部分進(jìn)行耗損均衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述測量包括檢測編程故障和擦除故障中的一個或多個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述測量包括: 確定從所述部分中的一個特定部分的所述單元中的至少一個讀取的錯誤是單元損傷和單元泄漏中的一個或多個的結(jié)果；并且 檢測所述錯誤是損傷單元導(dǎo)致的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述確定包括將正向糾錯解碼應(yīng)用于所述特定部分的子部分，所述子部分包括所述單元中的所述至少一個。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述檢測包括重新編程和/或擦除至少所述特定部分的子部分并且回讀所述單元中的所述至少一個，并且所述子部分包括所述單元中的所述至少一個。
6.一種裝置，包括: 非易失性存儲器(NVM)，包括一個或多個部分；每個部分包括一個或多個單元； 測量硬件邏輯電路，能夠測量所述單元中的一個或多個的單元損傷；以及 耗損均衡硬件邏輯電路，能夠至少部分基于所述測量的至少一些結(jié)果來對所述部分進(jìn)行耗損均衡。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述測量硬件邏輯電路包括故障檢測硬件邏輯電路，所述故障檢測硬件邏輯電路能夠檢測編程故障和擦除故障中的一個或多個。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述測量硬件邏輯電路包括: 確定硬件邏輯電路，能夠確定從所述部分中的一個特定部分的所述單元中的至少一個讀取的錯誤是單元損傷和單元泄漏中的一個或多個導(dǎo)致的；以及 損傷檢測硬件邏輯電路，能夠檢測所述錯誤是損傷單元導(dǎo)致的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述確定硬件邏輯電路包括解碼硬件邏輯電路，所述解碼硬件邏輯電路將正向糾錯解碼應(yīng)用于所述特定部分的子部分，所述子部分包括所述單元中的所述至少一個。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述損傷檢測硬件邏輯電路包括重試硬件邏輯電路，所述重試硬件邏輯電路能夠重新編程和/或擦除至少所述特定部分的子部分并且回讀所述單元中的所述至少一個，并且所述子部分包括所述單元中的所述至少一個。
【文檔編號】G06F12/02GK103678146SQ201310418813
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月15日
【發(fā)明者】李艷, 亞歷山大·胡布里斯, 鐘浩 申請人:Lsi公司