基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置的制作方法

本发明涉及数据存储装置以及方法，属于数据存储的方法领域。

背景技术：

随着闪存的更新换代，闪存中存储的数据对温度的变化越来越敏感，譬如，高温下写入的数据,在低温下读取出错的机率会大幅度增加,反之也是。

然而，越来越多的闪存比如ssd固态硬盘或是存储阵列在工业场合被使用，而这些场合的环境温度的变化是十分宽泛的：从-40℃-+85℃，这这种大温差环境下工作环境下，闪存中写入的数据会随着外界环境温度的变化发生变化，即存储芯片中的0、1数码状态发生改变，当改变到一定程度后，会导致存储的数据、文件发生损坏或是丢失。

然而适合存储芯片进行读写操作的温度确实一个特定是范围，超出这个合适的温度范围可能导致存储异常，出现错误或是数据丢失的可能性会大大增加。特别是在极端低温环境下，开启存储设备有可能导致不能正常读写。

技术实现要素：

闪存的高容量，高性能，抗震，低功耗特性在工业级，军工级得到的应用越来越广泛，随之而来的闪存每一次的更新换代都会使得制造工艺更精密，然而更精密的制造工艺也必然导致闪存中存储的数据对温度的变化越来越敏感，特别体现在超低温(-20c以下)的环境中。闪存在超低温环境下读取出错的机率会大幅度增加,特别在设备冷启动的情况下，低温会严重影响存储设备的读写可靠性，为此本发明提出了一种基于环境温度进行芯片功耗调节的方法，能够在温度处于适合温度之外进行芯片的功耗调节来加快芯片的升温速度来快速升温脱离低温环境，是的芯片更快的进入正常工作状态。

方案一

本方案提供一种基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置，具有存储芯片、控制芯片以及与外部的数据源连接的接口，其中控制芯片中存储有控制程序，控制程序实现以下步骤：

采集环境温度t1；

根据环境温度t1来调节存储芯片的工作状态，进而增加或减小存储芯片的功耗。

本方案提供的基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置，还可以具有这样的特征，还包括：

电源模块，用于为存储芯片提供输入电压，与所述控制芯片连接，

其中，存储芯片的工作状态包括输入电压，输入电压的大小由控制芯片控制电源模块来调节，

根据环境温度t1来控制增大或减小存储芯片的输入电压来调节存储芯片的功耗的上升和下降。

本方案提供的基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置，还可以具有这样的特征，还包括：

gpio接入控制器，用于控制时钟频率，与所述控制芯片连接，

其中，存储芯片的工作状态包括与其连接的gpio接入控制器控制的时钟频率，时钟频率的大小由控制芯片控制gpio接入控制器来调节，

根据环境温度t1来控制增大或减小gpio接入控制器控制的时钟频率的升高和降低来调节存储芯片的功耗的上升和下降。

本方案提供的基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置，还可以具有这样的特征，当环境温度低于低温阈值时，就上调工作状态的参数数值，进而增加存储芯片的功耗使得芯片加速升温。

本方案提供的基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置，还可以具有这样的特征，当环境温度高于高温阈值时，就下调工作状态的参数数值，进而减小存储芯片的功耗使得芯片减缓升温或降温。

本方案提供的基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置，还可以具有这样的特征，还包括：

设置在存储芯片的封装体内的温度传感器，

其中，所述环境温度为温度传感器测量存储芯片所得到的温度。

本方案提供的基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置，还可以具有这样的特征，当环境温度低于低温阈值时，就在存储装置没有前端数据传输的前提下，在存储芯片的后台进行后台操作使得工作状态变得繁忙，由此加速存储芯片的升温过程直至环境温度达到低温阈值后停止上述后台操作。

本方案提供的基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置，还可以具有这样的特征，当环境温度低于低温阈值时，就在存储装置没有前端数据传输的前提下，在存储芯片的后台进行垃圾回收、全局均衡以及全盘的数据检验这些后台操作使得工作状态变得繁忙，由此加速存储芯片的升温过程直至环境温度达到低温阈值后停止上述后台操作。

方案二

本方案还提供一种基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置，具有存储芯片、控制芯片以及与外部的数据源连接的接口，其特征在于，还包括：

电加热件，通过电加热件给所述存储芯片、控制芯片加热来加速升温过程，

所述电加热件的开启关闭以及加热功率由控制芯片控制。

本方案提供的基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置，还可以具有这样的特征，其中，所述电加热件为膜片状，贴覆在所述存储芯片的封装壳体上。

本方案提供的基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置，还可以具有这样的特征，还包括：

热敏器件电路，与所述电加热件连接来直接调节电加热件的开启关闭以及加热功率，

当环境温度t1高于高温阈值时，就通过热敏器件电路来下调电加热件的加热功率，进而使得芯片减缓升温或降温；

当环境温度t1低于低温阈值时，就通过热敏器件电路来上调电加热件的加热功率，进而增加存储芯片的功耗使得芯片加速升温。

本方案提供的基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置，还可以具有这样的特征，热敏器件电路为热敏电阻电路，

当环境温度t1高于高温阈值时，就通过热敏电阻电路来下调电加热件的加热功率，进而使得芯片减缓升温或降温；

当环境温度t1低于低温阈值时，就通过热敏电阻电路来上调电加热件的加热功率，进而增加存储芯片的功耗使得芯片加速升温。

方案三

本方案还提供一种基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置，具有存储芯片、控制芯片以及与外部的数据源连接的接口，其特征在于，还包括：

电源模块，用于为存储芯片提供输入电压，与所述控制芯片连接，

其中，存储芯片的工作状态包括输入电压，输入电压的大小由控制芯片控制电源模块来调节，

根据环境温度t1来控制增大或减小存储芯片的输入电压来调节存储芯片的功耗的上升和下降。

本方案提供的基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置，还可以具有这样的特征，还包括：

热敏器件电路，连接在所述电源模块和所述存储芯片之间来直接调节内存芯片的输入电压：

当环境温度t1高于高温阈值时，就通过热敏器件电路来下调输入电压，进而减小存储芯片的功耗使得芯片减缓升温或降温；

当环境温度t1低于低温阈值时，就通过热敏器件电路来下调输入电压，进而增加存储芯片的功耗使得芯片加速升温。

本方案提供的基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置，还可以具有这样的特征，热敏器件电路为热敏电阻电路，

当环境温度t1高于高温阈值时，就通过热敏电阻电路来下调输入电压，进而减小存储芯片的功耗使得芯片减缓升温或降温；

当环境温度t1低于低温阈值时，就通过热敏电阻电路来下调输入电压，进而增加存储芯片的功耗使得芯片加速升温。

方案四

本发明还提供一种基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置，具有存储芯片、控制芯片以及与外部的数据源连接的接口，其特征在于，还包括：

半导体制冷器件，通过吸收所述存储芯片、控制芯片产生的热量来加速减温过程，

所述半导体制冷器件的开启关闭以及制冷功率由控制芯片控制。

本发明的作用和效果在于：根据本发明所涉及的实现数据可靠性读写的数据存储装置，因为在控制芯片中存储有控制程序，能够采集环境温度t1；然后根据环境温度t1来调节存储芯片的工作状态，进而增加或减小存储芯片的功耗，即通过存储芯片功耗的调节来对焦耳热功率进行调节，进而在低温时快速的升温或是在高温时减小升温的速度或是降温，如此的结果就能使得存储芯片能够更快的进行升温或是降温，更快的正常工作。

附图说明

图1为本发明的实施例中的基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置的结构示意图；

图2是本发明的实施例中基于环境温度进行芯片功耗调节的方法的步骤示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置作具体阐述。

实施例1

图1为本发明的实施例中的基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置的结构示意图。

如图1所示，基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置100,具有存储芯片10、控制芯片20以及与外部的数据源连接的接口30以及pcb板40、温度传感器50、电源模块、gpio接入控制器，其中控制芯片中存储有控制程序，控制程序运行基于环境温度进行芯片功耗调节的方法。

所述存储芯片10为slc、mlc、tlc或qlc闪存颗粒制成的存储芯片。

在本实施例中，所述存储芯片为nand闪存芯片，具体为slc、mlc、tlc或qlc闪存颗粒制作的nand闪存芯片。在理论上，也可以是其他类型的存储芯片，比如nor闪存、rom、prom、eprom、eeprom、flashrom、fram、mram、rram、pcram等，都是可以作为本发明的存储芯片的。

slc，single-levelcell，即1bit/cell，速度快寿命长，价格超贵(约mlc3倍以上的价格)，约10万次擦写寿命。

mlc，multi-levelcell，即2bit/cell，速度一般寿命一般，价格一般，约3000---10000次擦写寿命。

tlc，trinary-levelcell，即3bit/cell，也有flash厂家叫8lc，速度相对慢寿命相对短，价格便宜，约500次擦写寿命。

qlc，quad-levelcell，即4bit/cell，支持16充电值，速度最慢寿命最短。

这三种结构的nand闪存芯片，简单地说slc的性能最优，价格超高。一般用作企业级或高端发烧友。mlc性能够用，价格适中为消费级ssd应用主流，tlc综合性能最低，价格最便宜。但可以通过高性能主控、主控算法来弥补、提高tlc闪存的性能。

显然存储芯片可以是广义上的存储介质制作的存储部件，可以是闪存、cf卡、sd卡、mmc卡、sm卡、xd卡、优盘、记忆棒(memorystick)等半导体存储介质，也可以是光盘、dvd等光存储介质或者磁盘、软盘、硬盘、磁带、磁光盘、磁鼓等磁表面存储介质。

控制芯片20，使用通用的ssd控制芯片，市售购买，比如

sata3控制器，选用美国marvell公司(中文名迈威科技集团有限公司，现更名美满)的88ss1074、88ss1079控制器，适用sata数据接口；

nvme控制器，选用美国marvell公司(中文名迈威科技集团有限公司，现更名美满)88ss1093、88ss1092控制器，适合于nvme协议下的pcie数据接口。

这里列举的美国marvell公司只是一个实例，实际上市面上任何厂家的ssd控制器都可以实现，并不限定是美国marvell公司。

数据源连接的接口30，使用的接口包括pcie、sata接口。

pcb板40，作为以上硬件的电路载体，所述存储芯片10、控制芯片20以及接口30都设置在所述pcb板40上。

温度传感器50，用来检测所述存储芯片40的温度，设置在存储芯片的封装体内的温度传感器，所述环境温度为温度传感器测量存储芯片所得到的温度。

电源模块，用于和存储芯片连接来为存储芯片提供输入电压，与所述控制芯片连接而被控制芯片控制。选用市面上通用的直流电源ic。

存储芯片的工作状态包括输入电压，输入电压的大小由控制芯片控制电源模块来调节，根据环境温度t1来控制增大或减小存储芯片的输入电压来调节存储芯片的功耗的上升和下降。

gpio接入控制器，用于控制时钟频率，与所述控制芯片连接。存储芯片的工作状态包括与其连接的gpio接入控制器控制的时钟频率，时钟频率的大小由控制芯片控制gpio接入控制器来调节，根据环境温度t1来控制增大或减小gpio接入控制器控制的时钟频率的升高和降低来调节存储芯片的功耗的上升和下降。选用市面上通用的gpio接入控制器。

图2是本发明的实施例中基于环境温度进行芯片功耗调节的方法的步骤示意图。

如图2所示，本实施例提供的基于环境温度进行芯片功耗调节的方法，包括以下步骤：

步骤s1，采集环境温度t1。

所述环境温度为测量存储芯片所得到的温度，通过设置在存储芯片的封装体内的温度传感器的测量来实现。

步骤s2，根据环境温度t1来调节存储芯片的工作状态，进而增加或减小存储芯片的功耗。

根据存储芯片的工作状态所具体对应的类型不同来分别进行处理：

当存储芯片的工作状态包括输入电压时，

根据环境温度t1来控制增大或减小存储芯片的输入电压来调节存储芯片的功耗的上升和下降：当环境温度低于低温阈值时，就上调输入电压，进而增加存储芯片的功耗使得芯片加速升温；当环境温度高于高温阈值时，就下调输入电压，进而减小存储芯片的功耗使得芯片减缓升温或降温。

当存储芯片的工作状态包括与其连接的gpio接入控制器控制的时钟频率，

根据环境温度t1来控制增大或减小gpio接入控制器控制的时钟频率的升高和降低来调节存储芯片的功耗的上升和下降：当环境温度低于低温阈值时，就上调gpio接入控制器控制的时钟频率，进而增加存储芯片的功耗使得芯片加速升温；当环境温度高于高温阈值时，就下调gpio接入控制器控制的时钟频率，进而减小存储芯片的功耗使得芯片减缓升温或降温。

在本实施例中，低温阈值根据不同厂家、不同存储介质的类型以及同意存储介质的工艺的不同来进行设置，一般需要通过实验进行设置，本实施例以slc、mlc、tlc或qlc闪存颗粒制作的nand闪存芯片为例，设定低温阈值为0-10℃，设定高温阈值为65-100℃，显然处于低温阈值和高温阈值之间的温度区间即为该存储芯片的合适区间。

显然以上的两种参数：输入电压和gpio接入控制器控制的时钟频率既可以单独使用任意一种进行调节，也可以两种联合使用。

实施例2

以上实施例1提供的是一种通过调节存储芯片的工作状态的参数来进行功耗调节的，以下提供另外一种思路来通过后台操作调节存储芯片的工作状态的实施例。

本实施例提供的存储装置的硬件和实施例1是相同的，不同的是控制程序的方法的具体内容不同。

本实施例提供的基于环境温度进行芯片功耗调节的方法，包括以下步骤：

步骤s1，采集环境温度t1。

步骤s2，根据环境温度t1来调节存储芯片的工作状态，进而增加或减小存储芯片的功耗。

具体的，就通过后台操作的运行和停止来改变存储芯片的工作繁忙程度来加速升温：

当环境温度低于低温阈值时，就在存储装置没有前端数据传输的前提下，在存储芯片的后台进行垃圾回收、全局均衡以及全盘的数据检验操作使得工作状态变得繁忙，由此加速存储芯片的升温过程直至环境温度达到低温阈值后停止后台的上述操作。

显然，考虑到低温环境下闪存数据的不稳定性，上述过程中所有读取的数据发生错误的可能性较大，因此不会被采用。

另外，作为一种等同的扩展，垃圾回收、全局均衡以及全盘的数据检验操作这些后台操作都是为了使得存储芯片的读写过程更加繁忙，而显然这三种操作只是列举发明人任务比较通用、比较合适的后台操作，别的使得存储芯片“繁忙”起来的后台操作都是包括在内的。

实施例3

以上实施例1、2提供的是一种通过调节存储芯片的内在的工作状态：即包括工作参数和工作的前台和后台来进行功耗调节的，以下提供另外一种思路来通过存储芯片的封装体的额外加热来调节存储芯片的工作状态的实施例。

基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置，如实施例1所述具有具有存储芯片10、控制芯片20以及与外部的数据源连接的接口30以及pcb板40、温度传感器50、电源模块，唯一的不同就是控制芯片并不存储实施例1中的特殊的通过调节存储芯片的内在的工作状态来改变功耗的方法，还包括电加热件80。

电加热件，通过电加热件给所述存储芯片、控制芯片加热来加速升温过程，所述电加热件的开启关闭以及加热功率由控制芯片控制电源模块提供给电加热件的加热电压来实现。

作为一种优化，所述电加热件为膜片状，贴覆在所述存储芯片的封装壳体上。

当温度传感器50检测到的环境温度t1高于高温阈值时，就由控制芯片控制电源模块来下调电加热件的加热电压甚至关闭加热，进而使得芯片减缓升温或降温；

当温度传感器50检测到的环境温度t1低于低温阈值时，就由控制芯片控制电源模块来上调电加热件的加热电压，进而增加存储芯片的功耗使得芯片加速升温。

具体的，当环境温度低于低温阈值太多，而达到特殊的超低温时，这里发明人推荐超低温可以设置在-(15-5)℃，这个时候单纯的依靠上述实施例1、2的增加存储芯片功耗的手段已经反应太慢了。为此：

配置电加热件，通过电加热件的加热来加速升温过程。具体的，所述电加热件为膜片状，贴覆在所述存储芯片的封装壳体上，本实施例使用的膜片状的功率电阻，优选的，这种方案中，存储芯片的封装壳体可以选用金属封装，这种情况特别适合于东北、西北等严寒条件下的野外工业监控和控制场合或者军用场合。

显然，这里的使用电加热器的方案可以单独使用，也可以与上述实施例1、2中的方案配合使用。

实施例4

本实施例是对实施例3的优化，在实施例3的基础上还包括：

热敏器件电路，与所述电加热件连接来直接调节电加热件的开启关闭以及加热功率，

当环境温度t1高于高温阈值时，就通过热敏器件电路来下调电加热件的加热功率，进而使得芯片减缓升温或降温；

当环境温度t1低于低温阈值时，就通过热敏器件电路来上调电加热件的加热功率，进而增加存储芯片的功耗使得芯片加速升温。

作为一种优化，优选的，热敏器件电路为热敏电阻电路，

当环境温度t1高于高温阈值时，就通过热敏电阻电路来下调电加热件的加热功率，进而使得芯片减缓升温或降温；

当环境温度t1低于低温阈值时，就通过热敏电阻电路来上调电加热件的加热功率，进而增加存储芯片的功耗使得芯片加速升温。

实施例5

本实施例是实施例1、2、3、4的一种优选强化，其特别适用于严寒的北极或是北极圈地区的环境或是我国的东北、西北地区的野外以及因为军事和其他特殊需要快速读写数据进行操作的场合和设备中。

显然，以上实施例1、2都是通过软件来进行操作，然而在以上描述的特殊低温环境中有可能软件程序并不能正常工作发出指令，如此实施例1、2的技术思路以及技术方案都不能奏效。进一步，实施例3、4的使用的温度传感器需要使用精密的传感器，而且需要进行ad转换或者直接使用数据传感器，这些在上述的严酷低温环境下(低至零下40到零下80℃的温度)都并不可靠。

为此发明人提出以下方案，即配置热敏器件的模拟电路来直接调节内存芯片的输入电压：

基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置，具有存储芯片10、控制芯片20以及与外部的数据源连接的接口30以及pcb板40、电源模块、热敏器件电路。

显然，有这样一种方案：将热敏器件的模拟电路直接串联在电源和存储芯片之间来直接调节存储芯片的输入电压，这是针对实施例1、2；或者

将热敏器件的模拟电路直接串联在电源和电加热件之间来控制电加热件的加热开启关闭状态以及加热功率，这是针对实施例3。

这里的热敏器件都是被动器件，包括热敏电阻(ptc、ntc)、热敏电容(在限压电路中，电源只能使用交流电)、热敏电感(在限压电路中，电源只能使用直流电)，为此本实施例使用的是热敏电阻即：

配置热敏电阻电路来直接调节内存芯片的输入电压：

当环境温度t1低于低温阈值时，就通过热敏电阻电路来下调输入电压，进而增加存储芯片的功耗使得芯片加速升温。

上述介绍都是针对低温环境的，作为一种变通，当环境温度t1高于高温阈值时，就通过热敏器件电路来下调输入电压，进而减小存储芯片的功耗使得芯片减缓升温或降温。由于热敏电阻的适应性广，优选使用热敏电阻，即通过热敏电阻电路来下调输入电压，进而减小存储芯片的功耗使得芯片减缓升温或降温。

显然，需要选购不同类型规格的热敏电阻、热敏电容、热敏电感并使用合适的器件的工作参数来使得热敏器件的模拟电路的温度-电压适合对应的工作情况。

实施例6

基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置，具有存储芯片、控制芯片以及与外部的数据源连接的接口，还包括：

半导体制冷器件，为膜片状，贴覆在所述存储芯片的封装壳体上，通过吸收所述存储芯片、控制芯片产生的热量来加速减温过程，所述半导体制冷器件的开启关闭以及制冷功率由控制芯片控制。

当环境温度t1高于高温阈值时，就由控制芯片控制半导体制冷器件工作带走产生的热量，使得芯片减缓升温或降温。

本实施例的作用与效果在于：根据本实施例所涉及的基于环境温度进行芯片功耗调节的存储装置，因为在控制芯片中存储有控制程序，能够采集环境温度t1；然后根据环境温度t1来调节存储芯片的工作状态，进而增加或减小存储芯片的功耗，即通过存储芯片功耗的调节来对焦耳热功率进行调节，进而在低温时快速的升温或是在高温时减小升温的速度或是降温，如此的结果就能使得存储芯片能够更快的进行升温或是降温，更快的正常工作。

进一步，存储芯片的工作状态包括输入电压，根据环境温度t1来控制增大或减小存储芯片的输入电压来调节存储芯片的功耗的上升和下降，反应快速而且容易实现。

存储芯片的工作状态包括与其连接的gpio接入控制器控制的时钟频率，根据环境温度t1来控制增大或减小gpio接入控制器控制的时钟频率的升高和降低来调节存储芯片的功耗的上升和下降，使用gpio控制器的时钟频率可以方便的进行超频和降频操作，成本低而且能够最大化的利用存储芯片的工作能力，物尽其用。

进一步，当环境温度低于低温阈值时，就在存储装置没有前端数据传输的前提下，在存储芯片的后台进行后台操作使得工作状态变得繁忙，由此加速存储芯片的升温过程直至环境温度达到低温阈值后停止上述后台操作，这样操作不仅能够增加功耗升温而且，而且在升温的同时还进行了数据整理以及垃圾清理工作，一举两得。

更进一步，配置电加热件，通过电加热件的加热来加速升温过程，使用外部的电加热的技术方案，能够适合超低温的环境，更快的升温进入到正常工作温度。

作为一种优选，配置热敏器件电路来直接调节内存芯片的输入电压，由于是使用模拟电路，在电路启动时就进行工作，能够保证最快的让存储芯片升温进入到合适的读写温度，这样数据出现错误的概率会大大降低，保证在紧急情况下的高可靠性。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。