一种混合使用dram和mram的固态硬盘的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及固态硬盘，尤其涉及一种混合使用DRAM和MRAM的固态硬盘。
【背景技术】
[0002]当前，NAND闪存技术的发展推动了 SSD产业。如图1所示，SSD与主机之间使用高速串行接口如SATA，PICe等技术。内部由用于存储数据的一组NAND芯片，用于支持计算和缓存数据的DDR DRAM(内存)，以及一个主控芯片(SSD Controller)组成。有时候还需要断电保护系统。
[0003]NAND是一种整块读写的存储设备，最小可读取的单元叫page，最小可擦除的单元叫block，一个block往往由很多page组成，block擦除后里面的page可以进行单独的写入(program)操作。写入操作很慢，比读取慢得多，而擦除操作又比写入更加慢得多。
[0004]NAND闪存的一个问题是NAND具有有限的寿命。里面的每一个page经过一定次数的擦写以后，就会永久失效不能继续使用。目前的产业发展趋势是NAND的容量和数据密度增长非常快，但却是以降低寿命为代价。可擦写次数从最初的10万次降低到目前的3000次左右。
[0005]因为NAND闪存的以上特性，SSD内部的NAND管理软件比较复杂。为了不使某些经常发生写操作的块提前损坏，需要进行写均衡处理。文件系统软件所识别的逻辑地址和物理地址是不同的，需要一个表把二者对应起来。由于NAND擦除太慢，一般修改一内容时不在原来的块区更新，而是把新的内容写到一个新的块区，旧块区标记为无效，等CPU空闲下来再擦除它。这样，逻辑地址物理地址的对照表是不断动态更新的。这个表正比于SSD的总容量，存在DDR DRAM里，另外在NAND里面也有相应的标记。随着市场上SSD容量的迅速增加，这个表成为DRAM最大的消耗者。
[0006]由于NAND的读写速度比DRAM慢得多，还可以利用一部分DRAM空间作读、写的缓存(Cache)，提高整个SSD的性能。然而引入写缓存产生了新的问题:一旦发生断电，DRAM缓存中尚未写入NAND的内容会丢失，造成系统丢失数据甚至整个文件系统的损坏。所以必须同时使用昂贵的、体积大的断电保护系统(一般由电池或者大量的电容器组成)。而逻辑-物理地址对照表，在发生断电后，是可以利用NAND中的数据重新构造的，尽管很费时间。
[0007]从以上介绍可以看出，SSD的设计遇到了两难:如果不使用写缓存，产品的写入性能大打折扣；如果使用写缓存，必须同时使用昂贵又占体积的断电保护设备，造成费效比很差。
[0008]因此，本领域的技术人员致力于开发一种费效比高的固态硬盘，既能够保证写入性能，又能够降低固态硬盘成本。
【发明内容】
[0009]有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种固态硬盘，既能够保证写入性能，又能够降低固态硬盘成本。
[0010]MRAM是一种新的内存和存储技术，可以像SRAM/DRAM—样快速随机读写，还可以像Flash闪存一样在断电后永久保留数据。
[0011]如果使用速度快并且断电后保持内容的MRAM取代DRAM，固然可以保证写入性能，但未来相当长一段时间内，MRAM仍然会比DRAM贵很多，因此使用大量的MRAM同样会显著增加固态硬盘的成本。
[0012]本发明在固态硬盘中，混合使用MRAM和DRAM，既能够保证写入性能，又能够降低固态硬盘成本。
[0013]本发明提供一种固态硬盘，包括主控芯片、用于存储数据的一组NAND芯片以及DRAM, NAND芯片、DRAM分别与主控芯片连接，固态硬盘还包括MRAM，MRAM与主控芯片连接，MRAM用于写缓存，DRAM用于保存逻辑地址与物理地址对照表。
[0014]本发明提供的固态硬盘，混合使用MRAM和DRAM，一方面将MRAM用于写缓存，由于MRAM可以像Flash闪存一样在断电后永久保留数据，因此不再使用昂贵的、体积大的断电保护系统，降低了固态硬盘的成本；另一方面将消耗内存最大的逻辑-物理地址对照表保存在成本较低DRAM中，进一步降低了固态硬盘的成本，从而提高了固态硬盘的费效比。
[0015]进一步地，MRAM还用于存储文件系统中关键的信息，在断电时也能够保证文件系统的安全，文件系统中关键的信息是指分区表、根目录等信息。
[0016]进一步地，DRAM还用于读缓存，提高了固态硬盘的读性能。
[0017]进一步地，MRAM使用DRAM接口，通过DRAM接口与主控芯片连接。
[0018]进一步地，主控芯片通过片选信号或者不同的地址选择MRAM与DRAM中的一个进行操作。
[0019]进一步地，MRAM与主控芯片集成在一个芯片中，由于MRAM不像DRAM以及Flash那样与标准CMOS半导体工艺不兼容，MRAM可以和逻辑电路集成到一个芯片中，因而可以与主控芯片集成在一个芯片中，简化了固态硬盘的结构。
[0020]与现有技术相比，本发明提供的固态硬盘具有以下有益效果:
[0021](I)混合使用MRAM和DRAM，一方面将MRAM用于写缓存，由于MRAM可以像Flash闪存一样在断电后永久保留数据，因此不再使用昂贵的、体积大的断电保护系统，降低了固态硬盘的成本；另一方面将消耗内存最大的逻辑-物理地址对照表保存在成本较低DRAM中，进一步降低了固态硬盘的成本，从而提高了固态硬盘的费效比；
[0022](2)MRAM与主控芯片集成在一个芯片中，简化了固态硬盘的结构。
[0023]以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
【附图说明】
[0024]图1是现有技术中固态硬盘的结构示意图；
[0025]图2是本发明的一个实施例的固态硬盘的结构示意图；
[0026]图3是本发明的另一个实施例的固态硬盘的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]如图2所示，本发明的一个实施例的固态硬盘，包括主控芯片、用于存储数据的一组NAND芯片以及DRAM，NAND芯片、DRAM分别与主控芯片连接，固态硬盘还包括MRAM，MRAM与主控芯片连接，MRAM用于写缓存，DRAM用于保存逻辑地址与物理地址对照表。
[0028]MRAM设置DRAM接口，通过DRAM接口与主控芯片连接，主控芯片通过片选信号或者不同的地址选择MRAM与DRAM中的一个进行操作。
[0029]MRAM还用于存储文件系统中关键的信息，在断电时也能够保证文件系统的安全。
[0030]DRAM还用于读缓存，提高了固态硬盘的读性能。固态硬盘收到读指令后，先在DRAM中的读缓存寻找，再在MRAM中的写缓存寻找，二者都找不到则从NAND中读取，然后可以把这个页保存在读缓存中。
[0031]如图3所示，本发明的另一个实施例的固态硬盘中，MRAM与主控芯片集成在一个芯片中，由于MRAM不像DRAM以及Flash那样与标准CMOS半导体工艺不兼容，MRAM可以和逻辑电路集成到一个芯片中，因而可以与主控芯片集成在一个芯片中，简化了固态硬盘的结构。
[0032]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种固态硬盘，包括主控芯片、用于存储数据的一组NAND芯片以及DRAM，所述NAND芯片、所述DRAM分别与所述主控芯片连接，其特征在于，所述固态硬盘还包括MRAM，所述MRAM与所述主控芯片连接，所述MRAM用于写缓存，所述DRAM用于保存逻辑地址与物理地址对照表。2.如权利要求1所述的固态硬盘，其特征在于，所述MRAM还用于存储文件系统中关键的信息。3.如权利要求1所述的固态硬盘，其特征在于，所述DRAM还用于读缓存。4.如权利要求1所述的固态硬盘，其特征在于，所述MRAM使用DRAM接口，通过DRAM接口与所述主控芯片连接。5.如权利要求4所述的固态硬盘，其特征在于，所述主控芯片通过片选信号或者不同的地址选择所述MRAM与所述DRAM中的一个进行操作。6.如权利要求1所述的固态硬盘，其特征在于，所述MRAM与所述主控芯片集成在一个芯片中。
【专利摘要】本发明提供一种混合使用DRAM和MRAM固态硬盘，包括主控芯片、用于存储数据的一组NAND芯片以及DRAM。NAND芯片、DRAM分别与主控芯片连接，固态硬盘还包括MRAM，MRAM与主控芯片连接，MRAM用于写缓存，DRAM用于保存逻辑地址与物理地址对照表。本发明提供的固态硬盘，混合使用MRAM和DRAM，一方面将MRAM用于写缓存，由于MRAM可以像Flash闪存一样在断电后永久保留数据，因此不再使用昂贵的、体积大的断电保护系统，降低了固态硬盘的成本；另一方面将消耗内存最大的逻辑-物理地址对照表保存在成本较低DRAM中，进一步降低了固态硬盘的成本，从而提高了固态硬盘的费效比。
【IPC分类】G11C7/10, G11C11/4063, G11C11/16
【公开号】CN105632534
【申请号】CN201510131302
【发明人】戴瑾
【申请人】上海磁宇信息科技有限公司
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年3月24日