异构nand固态硬盘结构及其数据读取管理方法
【专利摘要】本发明涉及信息存储【技术领域】，尤其涉及一种异构NAND固态硬盘结构及其数据读取管理方法，通过本发明的新的数据读取策略，能够将减少在对异构NAND固态硬盘进行数据读取时的ECC校验所造成的读取延迟，并充分利用了异构固态硬盘的存储芯片阵列组结构，有效地对数据读取方式进行管理，从而加快了数据的读取速度。
【专利说明】异构NAND固态硬盘结构及其数据读取管理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及信息存储【技术领域】，尤其涉及一种异构NAND固态硬盘结构及其数据 读取管理方法。
【背景技术】
[0002] NAND型固态硬盘已经成为目前主流的非易失存储技术，广泛应用于数据中心、个 人电脑、手机、智能终端、消费电子等各个领域，而且仍然呈现需求不断增长的局面。NAND型 固态硬盘的制造工艺也已经发展到了 16nm，从二维的制造工艺向三维的制造工艺转化。一 般的NAND存储器可以分为单层单元NAND(SLC，single-levelcell)和多层单元NAND(MLC， multi-levelcell)以及3D堆叠NAND。SLC就是一个存储单元存储lbit数据，其特点是成 本高、容量小、速度快，可擦写次数（Endurance)高达10万次，数据保持能力（Retention) 可长达10年。而MLC中一个存储单元可以存储多个bit数据，如2bit和3bit数据，其最 大特点就是容量大、成本低，但是速度慢，耐久寿命较低，数据保持能力也会下降。由于每个 MLC存储单元中存放bit较多，出错的几率会增加，必须进行更多的错误修正（ECC，Error CorrectionCode)，一些数据保持能力较差的多层单元NAND甚至需要进行周期刷新从而保 证数据可靠性，这些动作都会导致其性能大幅落后于结构简单的SLC固态硬盘。表1列出 了在不同工艺下多层单元NAND和单层单元NAND在性能上的对比，表中可以看出SLC在性 能上明显要优于MLC，但在成本和大容量方面MLC又明显优于SLC，因此用户在选择时需要 折中考虑。采取更先进的3D堆叠技术工艺可以实现多达24层die堆叠，容量更大，成本更 低，但是存储单元的耐写能力和数据保持时间都会进一步下降。
【权利要求】
1. 一种异构NAND固态硬盘，其特征在于，包括： NAND闪存芯片阵列组，包括若干芯片阵列； 芯片阵列内部接口； 逻辑存储控制器，通过所述芯片阵列内部接口分别与每个所述芯片阵列电连接； 其中，所述若干芯片阵列划分为N个级别，且第M级的芯片阵列的数据存储访问速度大 于第M+1级的芯片阵列的数据存储访问速度，第M级的芯片阵列的数据存储空间小于第M+1 级的芯片阵列的数据存储空间；N、M均为正整数，且1 < M彡N。
2. 如权利要求1所述的异构NAND固态硬盘，其特征在于，第1级的芯片阵列中的每个 芯片均为单层单元； 第M级的芯片阵列中的每个芯片均为多层单元和/或3D堆叠单元。
3. 如权利要求2所述的异构NAND固态硬盘，其特征在于，所述逻辑存储控制器与所述 第1级的芯片阵列集成在一片上系统芯片中。
4. 一种异构NAND固态硬盘的数据读取方法，其特征在于，所述方法包括： 提供一包括逻辑存储控制器和NAND闪存芯片阵列组的异构NAND固态硬盘，且所述 NAND闪存芯片阵列组中存储有原始数据； 当一处理器从所述原始数据中调用第一数据时，所述逻辑存储控制器读取所述第一数 据，同时一 ECC逻辑处理器对所述第一数据进行ECC校验； 若所述第一数据中存在错误数据，所述ECC逻辑处理器对所述第一数据进行纠正，并 将纠正后的第一数据通过所述逻辑存储控制器传送至所述处理器；若所述第一数据中不存 在错误数据，则所述逻辑存储控制器将该逻辑存储控制器所读取的第一数据直接传送至所 述处理器。
5. 如权利要求4所述的异构NAND固态硬盘的数据读取方法，其特征在于，所述方法还 包括： 使用一选择器读取所述第一数据或所述纠正后的第一数据，并传输至逻辑存储控制 器。
6. -种异构NAND固态硬盘数据读取的管理方法，其特征在于，所述方法包括： 步骤S1 :提供一包括逻辑存储控制器和NAND闪存芯片阵列组的异构NAND固态硬盘， 且所述NAND闪存芯片阵列组中存储有若干数据单元的原始数据； 步骤S2 :通过一处理器或者所述逻辑存储控制器将所述异构NAND固态硬盘中每一级 别的NAND闪存芯片阵列组内的存储空间划分为若干地址空间，且每个所述地址空间包括 若干数据页，且每个所述数据页中存储有若干数据单元； 步骤S3 :通过ECC逻辑处理器对一地址空间内的所有数据页中存储的数据进行ECC检 测，以判断所述地址空间中每一数据页存储的数据是否包含有错误数据，并获取存储有错 误数据的数据页的数量与进行所述ECC检测的数据页的数量之间的比值； 步骤S4 :重复进行步骤S3，以对每一所述地址空间均进行所述ECC检测，并将所述比值 与该比值对应的地址空间的地址均存储至一检测表； 步骤S5 :设定一标准值，根据所述检测表获取每个所述地址空间所对应的比值； 步骤S6 :所述处理器从所述原始数据中调用第一数据， 若存储该第一数据的地址空间所对应的比值大于所述标准值时，则采用所述ECC逻辑 处理器对所述第一数据进行ECC校验纠正后，并输出纠正后的第一数据至所述处理器； 若存储该第一数据的地址空间所对应的比值小于或等于所述标准值时，所述逻辑存储 控制器读取所述第一数据，同时所述ECC逻辑处理器对所述第一数据进行ECC校验： 若所述第一数据中存在错误数据，所述ECC逻辑处理器对所述第一数据进行纠正，并 将纠正后的第一数据通过所述逻辑存储控制传送至所述处理器；若所述第一数据中不存在 错误数据，则所述逻辑存储控制器将该逻辑存储控制器所读取的第一数据直接传送至所述 处理器。
7. 如权利要求6所述的异构NAND固态硬盘数据读取的管理方法，其特征在于，所述异 构NAND固态硬盘包括N个级别的芯片阵列，且第M级的芯片阵列的数据存储访问速度大于 第M+1级的芯片阵列的数据存储访问速度，第M级的芯片阵列的数据存储空间小于第M+1 级的芯片阵列的数据存储空间；N、M均为正整数，且1 < M彡N。
8. 如权利要求7所述的异构NAND固态硬盘数据读取的管理方法，其特征在于，所述检 测表存储在第一级的芯片阵列和/或存储于文件管理系统中。
9. 如权利要求8所述的异构NAND固态硬盘数据读取的管理方法，其特征在于，所述文 件管理系统包括异构NAND固态硬盘中的存储信息与存储物理地址的查找表； 所述查找表至少包含文件内容信息和读取性能级别信息；所述文件管理系统通过所述 查找表配置异构NAND固态硬盘接口系统以及和该异构NAND固态硬盘直接连接通讯的设备 接口，进而将固态硬盘的读取性能配置到相应的读取性能级别上。
10. 如权利要求6所述的异构NAND固态硬盘数据读取的管理方法，其特征在于，所述地 址空间的数据存储空间为一个数据页的正整数倍。
11. 一种异构NAND固态硬盘数据读取的管理方法，其特征在于，所述方法包括： 提供一包括逻辑存储控制器和NAND闪存芯片阵列组的异构NAND固态硬盘； 将异构NAND固态硬盘接口的读取性能配置在最低的读取性能级别上，并通过一段时 间统计和自学习，将异构NAND固态硬盘中的热数据存储至第一级单层单元NAND闪存芯片 阵列中； 将异构NAND固态硬盘配置到多级性能读取模式下； 当读取单层单元NAND闪存芯片阵列中的数据时，若满足标准一，则将异构NAND固态硬 盘接口读取性能配置到第一级别，若不满足标准一，则将单层单元NAND闪存芯片阵列中读 取性能配置到第二级别； 当读取第二级至第N级NAND闪存芯片阵列中的数据时，若满足标准二，那么将异构 NAND固态硬盘接口读取性能配置成第三级别，若不满足标准二，则将异构NAND固态硬盘接 口读取性能配置成第四级别；其中，N为正整数，且N> 2。
12. 如权利要求11所述的异构NAND固态硬盘数据读取的管理方法，其特征在于，所述 方法还包括： 若从单层单元NAND闪存芯片阵列切换到第二级至第N级NAND闪存芯片阵列中读取数 据，或者从第二级至第N级NAND闪存芯片阵列切换到单层单元NAND闪存芯片阵列中读取 数据，所述异构NAND固态硬盘的读取性能在第一级别、第二级别和第三级别、第四级别之 间切换。
【文档编号】G06F3/06GK104331252SQ201410531784
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月10日 优先权日:2014年10月10日
【发明者】景蔚亮, 陈邦明 申请人:上海新储集成电路有限公司