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數據存儲裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610443293.X

申請日:

2016.06.20

公開號:

CN106257401A

公開日:

2016.12.28

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):G06F 3/06申請日:20160620|||公開
IPC分類號: G06F3/06 主分類號: G06F3/06
申請人: 三星電子株式會社
發明人: 姜南旭
地址: 韓國京畿道水原市
優先權: 2015.06.22 KR 10-2015-0088574
專利代理機構: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286 代理人: 韓明星;王占杰
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610443293.X

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2018.06.01|||2016.12.28

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

一種數據存儲裝置包括多個外擴存儲裝置以及被構造成確定數據的特性并且被構造成基于確定的特性來將數據傳輸到所述多個外擴存儲裝置中的第一外擴存儲裝置以及從所述多個外擴存儲裝置中的第一外擴存儲裝置接收數據的控制器。所述多個外擴存儲裝置中的每個包括易失性存儲器、非易失性存儲器以及被構造成控制易失性存儲器和非易失性存儲器的外擴控制器。

權利要求書

1.一種數據存儲裝置,所述數據存儲裝置包括:
多個外擴存儲裝置,包括第一外擴存儲裝置;以及
控制器,被構造成確定數據的特性,并且被構造成基于數據的特性將數據傳輸到第一
外擴存儲裝置以及從第一外擴存儲裝置接收數據,
其中,第一外擴存儲裝置包括易失性存儲器、非易失性存儲器以及被構造成控制易失
性存儲器和非易失性存儲器的外擴控制器。
2.如權利要求1所述的數據存儲裝置,其中,控制器確定第一外擴存儲裝置的類型,
控制器基于第一外擴存儲裝置的類型和數據的特性來將數據傳輸到第一外擴存儲裝
置以及從第一外擴存儲裝置接收數據。
3.如權利要求2所述的數據存儲裝置,其中,控制器包括接收用于確定第一外擴存儲裝
置的類型的用戶輸入的用戶接口。
4.如權利要求3所述的數據存儲裝置,其中,控制器包括基于用戶輸入來確定第一外擴
存儲裝置的類型的類型格式化器,
控制器基于數據的特性和第一外擴存儲裝置的類型來將數據傳輸到第一外擴存儲裝
置以及從第一外擴存儲裝置接收數據。
5.如權利要求3所述的數據存儲裝置,所述數據存儲裝置還包括:
存儲器,被構造成存儲類型格式化器和分類器;以及
CPU,被構造成執行類型格式化器和分類器,
其中,類型格式化器基于用戶輸入來確定每個外擴存儲裝置的類型,
分類器確定數據的特性,并且
分類器基于每個外擴存儲裝置的類型和特性來將數據傳輸到第一外擴存儲裝置以及
從第一外擴存儲裝置接收數據。
6.如權利要求1所述的數據存儲裝置,其中,數據的特性通過數據的邏輯地址來確定。
7.如權利要求1所述的數據存儲裝置,其中,控制器基于數據的特性和控制器的操作頻
率來將數據傳輸到第一外擴存儲裝置以及從第一外擴存儲裝置接收數據。
8.如權利要求1所述的數據存儲裝置,所述數據存儲裝置還包括連接到控制器的外部
易失性存儲器,
其中,控制器基于數據的特性和外部易失性存儲器的帶寬來將數據傳輸到第一外擴存
儲裝置以及從第一外擴存儲裝置接收數據。
9.如權利要求1所述的數據存儲裝置,其中,控制器基于數據的特性和與包括在非易失
性存儲器中的存儲單元有關的編程方法來將數據傳輸到第一外擴存儲裝置以及從第一外
擴存儲裝置接收數據。
10.如權利要求1所述的數據存儲裝置,其中,控制器基于數據的特性和管理非易失性
存儲器中的存儲數據的閃存轉換層的映射尺寸來將數據傳輸到第一外擴存儲裝置以及從
第一外擴存儲裝置接收數據。
11.如權利要求1所述的數據存儲裝置,其中,控制器基于數據的特性和非易失性存儲
器的用戶數據區和預留空間區的比例來將數據傳輸到第一外擴存儲裝置以及從第一外擴
存儲裝置接收數據。
12.如權利要求1所述的數據存儲裝置,其中,控制器基于數據的特性和非易失性存儲
器的容量來將數據傳輸到第一外擴存儲裝置以及從第一外擴存儲裝置接收數據。
13.如權利要求1所述的數據存儲裝置,其中,控制器確定易失性存儲器的特性、非易失
性存儲器的特性以及控制器的操作頻率,
控制器基于數據的特性、易失性存儲器的特性、非易失性存儲器的特性和操作頻率中
的至少一個來將數據傳輸到第一外擴存儲裝置以及從第一外擴存儲裝置接收數據。
14.如權利要求13所述的數據存儲裝置,其中,易失性存儲器的特性通過帶寬來確定,
非易失性存儲器的特性包括與包括在非易失性存儲器中的存儲單元的編程方法、管理
非易失性存儲器中的存儲數據的閃存轉換層的映射尺寸、非易失性存儲器的用戶數據區和
預留空間區的比例以及非易失性存儲器的容量中的至少一個。
15.如權利要求1所述的數據存儲裝置,其中,數據是熱數據或冷數據。
16.如權利要求1所述的數據存儲裝置,其中,數據是程序數據或讀取數據。
17.如權利要求1所述的數據存儲裝置,其中,數據是隨機數據或順序數據。
18.如權利要求1所述的數據存儲裝置,其中,數據是用戶數據或元數據。
19.如權利要求1所述的數據存儲裝置,其中,易失性存儲器和外擴控制器封裝在多芯
片封裝件中。
20.如權利要求1所述的數據存儲裝置,其中,易失性存儲器是DRAM,
非易失性存儲器是閃存,
數據存儲裝置是固態驅動器。
21.一種數據存儲裝置,所述數據存儲裝置包括:
多個外擴存儲裝置,包括第一外擴存儲裝置;以及
控制器,包括CPU和被構造成確定數據的特性以及對數據進行分類的數據分類電路,控
制器被構造成基于所述特性將數據傳輸到第一外擴存儲裝置以及從第一外擴存儲裝置接
收數據,
其中,第一外擴存儲裝置包括易失性存儲器、非易失性存儲器以及被構造成控制易失
性存儲器和非易失性存儲器的外擴控制器。
22.如權利要求21所述的數據存儲裝置,所述數據存儲裝置還包括被構造成接收用戶
輸入以及確定第一外擴存儲裝置的類型的用戶接口,
控制器,確定第一外擴存儲裝置的類型,
控制器基于數據的類型和特性來將數據傳輸到第一外擴存儲裝置以及從第一外擴存
儲裝置接收數據。
23.如權利要求21所述的數據存儲裝置,所述數據存儲裝置還包括連接到控制器的
DRAM,
控制器基于數據的特性、控制器的操作頻率、DRAM的帶寬、與包括在第一外擴存儲裝置
的非易失性存儲器中的存儲單元有關的編程方法、管理非易失性存儲器中的存儲數據的閃
存轉換層的映射尺寸、非易失性存儲器的用戶數據區和預留空間區的比例和非易失性存儲
器的容量中的至少一個來將數據傳輸到第一外擴存儲裝置以及從第一外擴存儲裝置接收
數據。
24.如權利要求21所述的數據存儲裝置,其中,控制器確定易失性存儲器的特性和包括
在第一外擴存儲裝置中的非易失性存儲器的特性,
控制器確定控制器的操作頻率,
控制器基于數據的特性、易失性存儲器的特性、非易失性存儲器的特性和操作頻率中
的至少一個來將數據傳輸到第一外擴存儲裝置以及從第一外擴存儲裝置接收數據。
25.如權利要求24所述的數據存儲裝置,其中,易失性存儲器的特性通過帶寬來確定,
非易失性存儲器的特性包括與包括在非易失性存儲器中的存儲單元有關的編程方法、
管理非易失性存儲器中的存儲數據的閃存轉換層的映射尺寸、非易失性存儲器的用戶數據
區和預留空間區的比例和非易失性存儲器的容量中的至少一個。

說明書

數據存儲裝置

要求于2015年6月22日提交的第10-2015-0088574號韓國專利申請的優先權,所述
申請的全部內容通過引用包含于此。

技術領域

本發明構思總體上涉及一種數據存儲裝置,更具體地,涉及一種包括根據從主機
接收的數據的特性將數據傳輸到外擴存儲裝置(scale-out storage device)中的一個以
及從外擴存儲裝置中的一個接收數據的控制器的數據存儲裝置,以及一種包括該數據存儲
裝置的數據處理系統。

背景技術

存儲裝置用于存儲數據。存儲裝置可分成易失性存儲裝置和非易失性存儲裝置。
閃存裝置是使用單個操作對存儲單元進行編程或擦除的EEPROM的示例。例如,程序或讀取
操作可通過頁的單元來執行,擦除操作可通過塊的單元來執行。塊可包括多個頁。

閃存裝置可包括多個閃存芯片。閃存裝置的性能的壽命可根據所述多個閃存芯片
中的一個來確定。例如,如果所述多個閃存芯片中的一個是不能再用的,或者閃存芯片的性
能降低,則閃存裝置的整體壽命或性能會劣化。

發明內容

發明構思的實施例提供了數據存儲裝置。數據存儲裝置包括多個外擴存儲裝置以
及被構造成確定數據的特性的控制器。控制器被構造成基于確定的特性將數據傳輸到所述
多個外擴存儲裝置中的第一外擴存儲裝置以及從所述多個外擴存儲裝置中的第一外擴存
儲裝置接收數據。所述多個外擴存儲裝置中的每個包括易失性存儲器、非易失性存儲器以
及被構造成控制易失性存儲器和非易失性存儲器的外擴控制器。

控制器確定每個外擴存儲裝置的類型,控制器基于由控制器確定的每個外擴存儲
裝置的類型和確定的特性而將數據傳輸到第一外擴存儲裝置以及從第一外擴存儲裝置接
收數據。控制器包括接收用于確定每個外擴存儲裝置的類型的用戶輸入的用戶接口。控制
器包括基于用戶輸入來確定每個外擴存儲裝置的類型的類型格式化器,控制器基于確定的
特性和由類型格式化器確定的每個外擴存儲裝置的類型將數據傳輸到第一外擴存儲裝置
以及從第一外擴存儲裝置接收數據。數據存儲裝置還包括被構造成存儲類型格式化器和分
類器的存儲器以及被構造成執行類型格式化器和分類器的CPU。類型格式化器基于用戶輸
入來確定每個外擴存儲裝置的類型,分類器確定數據的特性。分類器基于由類型格式化器
確定的每個外擴存儲裝置的類型和確定的特性將數據傳輸到第一外擴存儲裝置以及從第
一外擴存儲裝置接收數據。

數據的特性通過數據的邏輯地址來確定。控制器基于確定的特性和控制器的操作
頻率來將數據傳輸到第一外擴存儲裝置以及從第一外擴存儲裝置接收數據。數據存儲裝置
包括連接到控制器的外部易失性存儲器。控制器基于確定的特性和外部易失性存儲器的帶
寬來將數據傳輸到第一外擴存儲裝置以及從第一外擴存儲裝置接收數據。控制器基于確定
的特性和與包括在非易失性存儲器中的存儲單元有關的編程方法將數據傳輸到第一外擴
存儲裝置以及從第一外擴存儲裝置接收數據。控制器基于確定的特性和管理非易失性存儲
器中的存儲數據的閃存轉換層(FTL)的映射尺寸將數據傳輸到第一外擴存儲裝置以及從第
一外擴存儲裝置接收數據。控制器基于確定的特性和非易失性存儲器的用戶數據區和預留
空間區的比例將數據傳輸到第一外擴存儲裝置以及從第一外擴存儲裝置接收數據。控制器
基于確定的特性和非易失性存儲器的容量來將數據傳輸到第一外擴存儲裝置以及從第一
外擴存儲裝置接收數據。

控制器確定易失性存儲器的特性和非易失性存儲器的特性,控制器確定控制器的
操作頻率。控制器基于確定出的數據的特性、確定出的易失性存儲器的特性、確定出的非易
失性存儲器的特性和確定出的操作頻率中的至少一個來將數據傳輸到第一外擴存儲裝置
以及從第一外擴存儲裝置接收數據。易失性存儲器的特性通過帶寬來確定。非易失性存儲
器的特性包括與包括在非易失性存儲器中的存儲單元有關的編程方法、管理在非易失性存
儲器中的存儲數據的FTL的映射尺寸、非易失性存儲器的用戶數據區和預留空間區的比例
和非易失性存儲器的容量中的至少一個。數據可以是熱數據或冷數據。數據是程序數據或
讀取數據。數據可以是隨機數據或順序數據。數據可以是用戶數據或元數據。易失性存儲器
和外擴控制器封裝在多芯片封裝件中。易失性存儲器可以是DRAM、非易失性存儲器可以是
閃存。數據存儲裝置可以是固態驅動器。

發明構思的實施例提供了包括主機和經由接口連接到主機的數據存儲裝置的數
據處理系統。數據存儲裝置包括多個外擴存儲裝置和構造成確定經由接口傳輸到主機和從
主機接收的數據的特性的控制器。控制器被構造成基于確定的特性將數據傳輸到多個外擴
存儲裝置中的第一外擴存儲裝置以及從多個外擴存儲裝置中的第一外擴存儲裝置接收數
據。多個外擴存儲裝置中的每個包括易失性存儲器、非易失性存儲器以及被構造成控制易
失性存儲器和非易失性存儲器的外擴控制器。

數據存儲裝置包括被構造成接收用戶輸入以確定多個外擴裝置中每個的類型的
用戶接口和被構造成確定多個外擴裝置中每個的類型的控制器。控制器基于確定的類型和
確定的特性來將數據傳輸到第一外擴存儲裝置以及從第一外擴存儲裝置接收數據。數據存
儲裝置還包括連接到控制器的DRAM。控制器基于確定的特性、控制器的操作頻率、DRAM的帶
寬、與包括在多個外擴存儲裝置中每個的非易失性存儲器中的存儲單元有關的編程方法、
管理在非易失性存儲器中的存儲數據的FTL的映射尺寸、非易失性存儲器的用戶數據區和
預留空間區的比例和非易失性存儲器的容量中的至少一個來將數據傳輸到第一外擴存儲
裝置以及從第一外擴存儲裝置接收數據。

控制器確定易失性存儲器的特性和包括在多個外擴存儲裝置中的每個中的非易
失性存儲器的特性。控制器確定控制器的操作頻率。控制器基于確定出的數據的特性、確定
出的易失性存儲器的特性、確定出的非易失性存儲器的特性和確定出的操作頻率中的至少
一個來將數據傳輸到第一外擴存儲裝置以及從第一外擴存儲裝置接收數據。易失性存儲器
的特性通過帶寬來確定。非易失性存儲器的特性包括與包括在非易失性存儲器中的存儲單
元有關的編程方法、管理非易失性存儲器中的存儲數據的FTL的映射尺寸、非易失性存儲器
的用戶數據區和預留空間區的比例和非易失性存儲器的容量中的至少一個。數據的特性通
過數據的邏輯地址來確定。數據可以是熱數據、冷數據、程序數據、讀取數據、隨機數據、順
序數據、用戶數據和元數據中的一種。

發明構思的實施例提供了一種操作包括經由接口將數據傳輸到主機以及從主機
接收數據的數據存儲裝置的數據處理系統的方法。所述方法包括確定數據的特性以及基于
確定的特性將數據傳輸到多個外擴存儲裝置中的第一外擴存儲裝置以及從多個外擴存儲
裝置中的第一外擴存儲裝置接收數據。數據存儲裝置包括多個外擴存儲裝置,多個外擴存
儲裝置中的每個包括易失性存儲器、非易失性存儲器以及控制易失性存儲器和非易失性存
儲器的外擴控制器。

所述方法還包括接收用戶輸入以確定多個外擴存儲裝置中每個的類型、基于用戶
輸入來確定多個外擴存儲裝置中每個的類型、基于確定的特性和確定的類型來選擇多個外
擴存儲裝置中的第一外擴存儲裝置以及將數據傳輸到第一外擴存儲裝置以及從第一外擴
存儲裝置接收數據。數據存儲裝置包括在數據庫中,主機可以是控制數據庫的數據庫服務
器。易失性存儲器可以是DRAM,非易失性存儲器可以是閃存。數據存儲裝置可以固態驅動
器。

附圖說明

基于考慮在附圖中示出的特定實施例,發明構思的上述和其他特征和優點將變得
更明顯。

圖1是示出根據發明構思的實施例的數據處理系統的框圖。

圖2A是進一步示出根據發明構思的實施例的圖1的數據存儲裝置的框圖。

圖2B是進一步示出根據發明構思的另一實施例的圖1的數據存儲裝置的框圖。

圖3是示出根據發明構思的實施例的圖2A和圖2B的第一集群的框圖。

圖4是示出根據發明構思的實施例的圖3的第一外擴裝置的框圖。

圖5是示出根據發明構思的實施例的圖4的第一外擴裝置的半導體封裝件的圖。

圖6是示出根據發明構思的實施例的包括圖1的存儲控制器和第一外擴存儲裝置
的半導體封裝件的圖。

圖7是示出根據發明構思的實施例的圖4的第一外擴控制器的框圖。

圖8是示出根據發明構思的實施例的數據處理系統的框圖。

圖9是示出根據發明構思的實施例的使用類型格式化器將邏輯地址分配到外擴存
儲裝置的方法的概念圖。

圖10是示出根據發明構思的實施例的使用數據分類器將邏輯地址傳輸到外擴存
儲裝置的方法的概念圖。

圖11是列出根據發明構思的實施例的分配到外擴存儲裝置的示例性邏輯地址的
表。

圖12是列出根據發明構思的實施例的從邏輯地址到分配到外擴存儲裝置的物理
地址的示例性轉換的表。

圖13是大體上總結了根據發明構思的實施例的根據數據特性來產生關于外擴存
儲裝置的表的方法的流程圖。

圖14是示出根據發明構思的實施例的數據分類器分析數據特性并根據分析結果
將數據傳輸到相應的外擴存儲裝置的過程的概念圖。

圖15是示出根據發明構思的實施例的將外擴存儲裝置分類成數據特性的相應類
型的方法的表。

圖16是示出根據發明構思的實施例的隨機存取和順序存取的概念圖。

圖17是示出根據發明構思的實施例的數據處理系統的框圖。

圖18是示出根據發明構思的另一實施例的數據處理系統的框圖。

圖19是示出根據發明構思的實施例的數據處理系統的框圖。

具體實施方式

現在將參照附圖來描述發明構思的特定實施例。然而,發明構思可以被不同地實
施并且不應被解釋為僅限于舉例說明的實施例。在整個書面描述和附圖中,同樣的附圖標
記指示同樣或相似的元件。

應該理解的是,雖然這里可使用術語第一、第二等來描述不同的元件,但是這些元
件不應受這些術語限制。這些術語僅用于將一個元件與另一元件區分開。例如,在不脫離發
明構思的示例實施例的范圍的情況下,第一元件可被稱為第二元件,相似地,第二元件可被
稱為第一元件。如這里所使用的,術語“和/或”包括一個或更多個相關所列項的任何組合和
所有組合。

應該理解的是,當元件被稱為“連接”或“結合”到另一元件時,它可直接連接或結
合到所述另一元件或者可存在中間元件。相反,當元件被稱為“直接連接”或“直接結合”到
另一元件時,不存在中間元件。用于描述元件之間的關系的其他詞語應該以同樣的方式來
解釋,例如,“在……之間”與“直接在……之間”、“相鄰”與“直接相鄰”等。

這里使用的術語僅出于描述具體實施例的目的,而不意圖限制發明構思的示例實
施例。除非上下文另外清楚地表示,否則如這里所使用的單數形式“一個”、“一種”和“該(所
述)”也意圖包括復數形式。還應該理解的是,當這里使用術語“包含”和/或“包括”時,說明
存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件,但不排除存在或添加一個或更多個其他
特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。

還應該注意的是,關于特定示出的實施例,可以按照與關于舉例說明的實施例描
述的特定順序不同的順序來執行某些功能、動作和/或步驟。此外,示出為連續發生的兩個
或更多個功能、動作和/或步驟根據涉及的功能性、動作和/或步驟實際上可以基本上同時
執行或者有時可以以相反的順序執行。

除非另有定義,否則這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與發明
構思的示例實施例所屬領域的普通技術人員所通常理解的意思相同的意思。還應該理解的
是,除非這里明確這樣定義,否則術語(諸如在通用詞典中定義的術語)應被解釋為具有與
相關領域的背景中的它們的意思一致的意思,并且將不以理想或過于形式化的意義來解
釋。

這里關于增大數據存儲裝置或包括數據存儲裝置的數據服務器的數據處理性能
的方式描述了擴充(scale-up)和外擴(scale-out)。擴充增大了數據服務器的容量。因此,
提高了數據服務器的數據處理容量。它被稱為“垂直擴展(vertical scaling)”。外擴增大
了連接數據服務器的數量。因此,提高了包括數據服務器的系統的數據處理容量。它被稱為
“水平擴展(horizontal scaling)”。

在包括擴充結構的數據存儲裝置中,如果非易失性存儲裝置的數量增加,則它會
增大實施在非易失性存儲裝置與非易失性存儲裝置的控制器之間的接口的負載電容。因
此,數據存儲裝置的數據處理容量會減小。數據存儲裝置可包括外擴結構。

如這里所使用的,外擴存儲裝置可包括易失性存儲器、至少一個非易失性存儲器
和用于控制易失性存儲器和至少一個非易失性存儲器的外擴控制器。如果易失性存儲器、
至少一個非易失性存儲器和外擴控制器由半導體芯片或半導體封裝件來單獨實施,則外擴
存儲裝置可被稱為多芯片組。外擴控制器可意指核。

圖1是示出根據發明構思的實施例的數據處理系統的框圖。參照圖1,數據處理系
統100包括主機200、連接到主機200的顯示器240、接口110和用于經由接口110將數據和/或
指令傳輸到主機以及從主機接收數據和/或指令的數據存儲裝置300。

當包括在數據存儲裝置300中的存儲集群400的結構為在圖2A或圖2B中示出的結
構時,數據存儲裝置300可實施為外擴結構。例如,數據處理系統100可意指存儲系統。

例如,數據處理系統可以是個人計算機(PC)、工作站、數據中心、互聯網數據中心
(IDC)、存儲區域網(SAN)、網絡附加存儲(NAS)或移動計算裝置。然而,它不限于此。

包括存儲集群400的移動計算裝置可以是膝上型計算機、蜂窩電話、智能電話、平
板PC、個人數字助理(PDA)、企業數字助理(EDA)、數字靜態相機、數字視頻相機、便攜式導航
裝置、掌上型游戲控制器、移動互聯網裝置(MID)、可穿戴計算機、物聯網(IoT)裝置、萬物互
聯(IoE)裝置、無人機和電子書等。然而,它不限于此。

接口可以是例如串行高級技術附件(SATA)接口、SATA快速(SATAe)接口、串行連接
小型計算機系統接口(SCSI)、外圍組件互連快速(PCIe)接口、非易失性存儲快速(NVMe)接
口、高級主機控制器接口(AHCI)和/或多媒體卡(MMC)接口等。然而,它不限于此。根據發明
構思的實施例,接口110可傳輸電信號或光信號。接口110可以是例如有線接口或無線接口。

主機200可經由接口110來控制數據處理操作(例如,寫入操作或讀取操作)。主機
200可意指主機控制器。

主機200可向用戶提供用戶接口。用戶可經由在顯示器240上顯示的用戶接口來設
定每個外擴存儲裝置的邏輯地址的范圍。用戶可經由在顯示器240上顯示的用戶接口來設
定每個外擴存儲裝置的數據的特性。例如,用戶接口可以是圖形用戶接口(GUI)。

CPU 220可經由總線210將指令和/或數據傳輸到第一接口230以及從第一接口230
接收指令和/或數據。在圖1中,所示的主機200包括總線210、CPU 220和第一接口230。然而,
發明構思不限于此。

主機200可以是例如集成電路(IC)、主板、片上系統(SoC)、應用處理器(AP)、移動
AP、網絡服務器、數據服務器和數據庫服務器。

例如,總線210可以是高級微控制器總線架構(AMBA)、高級高性能總線(AHB)、高級
外圍總線(APB)、高級可擴展接口(AXI)、高級系統總線(ASB)、AXI一致性擴展(ACE)。然而,
總線210不限于此。

CPU 200可產生寫入請求以控制數據存儲裝置300的寫入操作。CPU 200可產生讀
取請求以控制讀取操作。寫入請求可包括寫入地址(例如,邏輯地址)。讀取請求可包括讀取
地址(例如,邏輯地址)。例如,CPU 220可包括至少一個核。寫入請求和讀取請求可意指指
令。

第一接口230可改變用于傳輸到數據存儲裝置300的數據格式和/或指令格式。第
一接口可經由接口110將具有改變的格式的數據和/或指令傳輸到數據存儲裝置300。第一
接口可改變從數據存儲裝置300接收的響應和/或數據的格式。第一接口230可經由總線210
將具有改變的格式的響應和/或數據傳輸到CPU 220。例如,第一接口230可包括能夠傳輸和
接收數據和/或指令的收發兩用機。第一接口230的結構和操作可實施為與接口110的結構
和操作匹配。

第一接口230可控制顯示器240的操作。第一接口230可將經由包括在顯示器240中
的觸摸板或觸摸屏接收的用戶數據傳輸到CPU 220。

數據存儲裝置300包括控制器310、緩沖器360、電源管理IC 370和存儲集群400。這
里,存儲集群400可以是一組存儲裝置。另外,存儲集群400可包括在圖2A至圖7中示出的外
擴裝置和存儲裝置。

數據存儲裝置300可實施為閃存類存儲裝置。例如,數據存儲裝置300可以是固態
驅動器或固態磁盤(SSD)、嵌入式SSD、通用閃存(UFS)、多媒體卡(MMC)、嵌入式MMC和管理型
NAND。然而,這不限于此。例如,閃存類存儲裝置可實施為NAND型閃存裝置或NOR型閃存裝
置。

閃存類存儲裝置可包括存儲單元陣列。存儲單元陣列可包括多個存儲單元。例如,
存儲單元陣列可包括2維存儲單元陣列或3維存儲單元陣列。

3維存儲單元陣列可以以設置在硅基板上或上方的具有有源區的存儲單元陣列的
至少一個物理級單片地(或單塊地)形成。3維存儲單元陣列可包括關于存儲單元的操作的
電路。電路可形成在基板上或上方。術語“單片(monolithic)”可以指,陣列的每級的層直接
沉積在陣列的每個下面級的層上。3維存儲單元陣列可包括至少一個存儲單元垂直地定向
在另一存儲單元上的垂直NAND串。至少一個存儲單元可包括電荷捕獲層。

例如,數據存儲裝置300可以是硬盤驅動器(HDD)、相變RAM(PRAM)裝置、磁阻RAM
(MRAM)裝置、自旋轉換扭矩MRAM(STT-MRAM)裝置、鐵電RAM(FRAM)裝置或電阻式RAM(RRAM)
裝置。

控制器310可控制主機200、緩沖器360和存儲集群400之間的數據和/或指令傳輸。
控制器310可控制數據處理。例如,控制器310可實施為IC或SoC。

控制器310可包括總線結構311、內部存儲器315、數據分類電路317、第二接口320、
至少一個CPU 330和/或331、緩沖控制器340和第三接口350。總線結構311可實施為AMBA、
AHB、APB、AXI、ASB、ACE或它們的任何組合。

內部存儲器315可存儲控制器310的操作所需的數據。內部存儲器315可存儲通過
由控制器310執行的數據處理操作(例如,寫入操作或讀取操作)產生的數據。

例如,內部存儲器315可存儲由CPU 330和/或331操作的第一閃存轉換層(FTL)
FTL1。例如,如果數據存儲裝置300被啟動(啟動),則第一FTL FTL1可從存儲集群400加載到
內部存儲器315。加載的第一FTL可通過CPU 330和/或331來執行。

例如,內部存儲器315可以是隨機存取存儲器(RAM)、動態RAM(DRAM)、靜態RAM
(SRAM)、緩沖器、緩沖存儲器、高速緩存存儲器和緊密耦合存儲器(TCM)。

數據分類電路317可確定從主機200接收的數據的特性。數據分類電路317可根據
確定的結果來對應于外擴存儲裝置將數據分類。數據分類電路317可將分類的數據傳輸到
相應的外擴存儲裝置。每個外擴存儲裝置可被分類成用于處理分配的數據的不同類型。因
此,控制器310可使用數據分類電路317將數據傳輸到外擴存儲裝置以及從外擴存儲裝置接
收數據。在圖1中,數據分類電路317實施為單獨的電路。然而,數據分類電路可實施在控制
器310內部的任何區域中。

數據分類電路317可將邏輯地址傳輸到相應的外擴存儲裝置。邏輯地址可通過用
戶分配到相應的外擴存儲裝置。因此,控制器310可使用數據分類電路317來將數據傳輸到
相應的外擴存儲裝置以及從相應的外擴存儲裝置接收數據。

數據分類電路317包括類型格式化器317-1和數據分類器317-2。類型格式化器
317-1可根據由用戶或制造商存儲的默認類型(例如,數據特性和/或邏輯地址)來處理用于
每個外擴存儲裝置的格式。數據分類器317-2可根據數據特性和/或邏輯地址將數據傳輸到
相應的外擴存儲裝置。將參照圖9至圖16來更充分地描述類型格式化器317-1和數據分類器
317-2的操作。

第二接口320可改變用于傳輸到主機200的響應格式和/或數據格式。第二接口320
可經由接口110將具有改變的格式的響應和/或數據傳輸到主機200。另外,第二接口320可
從主機200接收指令和/或數據。第二接口320可改變接收的指令和/或數據的格式。第二接
口320可將具有改變的格式的指令和/或數據傳輸到至少一個CPU 330和/或331和/或緩沖
控制器340。例如,第二接口320可包括收發兩用機。

第二接口320可以是例如SATA接口、SATAe接口、SAS接口、PCIe接口、NVMe接口、
AHCI接口、MMC接口、NAND型閃存接口或NOR型閃存接口。然而,發明構思不限于此。

CPU(330和/或331)可經由總線結構311來控制內部存儲器315、數據分類電路317、
第二接口320、緩沖控制器340和第三接口350。CPU 330和/或331可包括至少一個核。例如,
CPU 330和/或331可控制電源管理集成電路(PMIC)370。

例如,第一CPU 330可經由第二接口320將數據傳輸到主機200以及從主機200接收
數據。第二CPU 331可經由第三接口350將數據傳輸到存儲集群400以及從存儲集群400接收
數據。例如,第一CPU 330和第二CPU 331可包括在多CPU中。例如,第一CPU 330可控制第二
CPU 331。

緩沖控制器340可根據第一CPU 330或第二CPU 331的控制將數據寫入到緩沖器
360。緩沖控制器340可根據第一CPU 330或第二CPU 331的控制從緩沖器360讀取數據。緩沖
控制器340可被稱為緩沖管理器并且可控制寫入操作和讀取操作。

根據第一CPU 330或第二CPU 331的控制,第三接口350可經由多個主通道(CHA、
CHB、…、CHC)中的主通道來控制關于存儲集群400的數據處理操作(例如,寫入操作、讀取操
作、特定類型的設定操作等)。

例如,第三接口350可以是SATA接口、SATAe接口、SAS接口、PCIe接口、NVMe接口、
AHCI接口、MMC接口、NAND型閃存接口和/或NOR型閃存接口。

例如,第三接口350可包括糾錯碼(ECC)引擎350-1。ECC引擎350-1可糾正將存儲在
存儲集群400中的數據的差錯。ECC引擎350-1可糾正從存儲集群400接收的數據的差錯。在
圖1中,ECC引擎350-1示出為被包括在第三接口350中。根據發明構思,ECC引擎350-1可實施
在控制器310內部的任何區域中。

緩沖控制器340可從緩沖器360讀取數據。緩沖控制器340可將數據寫入到緩沖器
360。例如,緩沖器360可以是非易失性存儲裝置、RAM、SRAM和/或DRAM。

緩沖器360可包括第一區和第二區。第一區可存儲映射表。映射表可包括用于將邏
輯地址轉變成物理地址的信息。第二區可以是高速緩存存儲器。例如,第一區可存儲第一表
TABLE1。第一表TABLE1可以是存儲在第一區中的映射表的全部或部分。將參照圖11或圖15
來更充分地描述第一表TABLE1。

例如,CPU 330和/或331可執行第一FTL FTL1。第一FTL可使用用于將邏輯地址轉
換成物理地址的存儲在緩沖器360的第一區中的映射表。第一FTL可使用用于選擇與邏輯地
址對應的外擴存儲裝置的第一表TABLE1。例如,邏輯地址可以是邏輯塊地址LBA或邏輯頁地
址LPN。邏輯頁地址可以是分配到每個外擴存儲裝置的局部邏輯頁地址。邏輯頁地址可以是
分配到每個外擴存儲裝置的全局邏輯頁地址。

根據發明構思的實施例,當控制器310和緩沖器360中的每個實施為半導體芯片
時,控制器310和緩沖器360可以是諸如層疊封裝件(PoP)、多芯片封裝件(MCP)或系統級封
裝件(SiP)的單個封裝件。例如,包括緩沖器360的第一芯片可通過堆疊球堆疊在包括控制
器310的第二芯片上方。

PMIC 370可控制提供到控制器310、緩沖器360和/或存儲集群400的操作電壓。例
如,第一操作電壓可提供到控制器310。第二操作電壓可提供到緩沖器360。第三操作電壓可
提供到存儲集群400。在發明構思的實施例中,第一操作電壓、第二操作電壓和第三操作電
壓可彼此不同。在發明構思的另一實施例中,第一操作電壓、第二操作電壓和第三操作電壓
可彼此相同。

存儲集群400可包括多個集群410、430、…、450。第一集群410可連接到第一主通道
CHA。第二集群430可連接到第二主通道CHB。第三集群450可連接到第三主通道。每個集群可
包括至少一個外擴存儲裝置。將參照圖2A至圖7來更充分地描述每個集群的結構。

根據發明構思的實施例,主通道可以是設置在第三接口350與相應的集群之間的
獨立的數據路徑。數據路徑可包括用于傳輸數據和/或控制信號的傳輸線。

術語“路”被用于指共用單個主通道的一組非易失性存儲裝置。組可包括至少一個
非易失性存儲裝置。因此,多個路可連接到單個主通道。非易失性存儲裝置可以是晶圓、存
儲裝置和/或半導體封裝件。控制器310可控制A通道×B路。這里,A、B中的每個是等于或大
于1的自然數。

圖2A是進一步示出根據發明構思的實施例的圖1的數據存儲裝置的框圖。圖2B是
進一步示出根據發明構思的另一實施例的圖1的數據存儲裝置的框圖。圖3是進一步示出圖
2A和圖2B的第一集群的一個示例的框圖。圖2A和圖2B的數據存儲裝置300可實施為具有外
擴結構的數據存儲裝置。

每個集群410、430、…、450可包括至少一個外擴存儲裝置(或多個芯片組)。第一集
群410可包括多個外擴存儲裝置410-1~410-4。第二集群430也可包括多個外擴存儲裝置
430-1~430-4。相似地,第三集群450可包括多個外擴存儲裝置450-1~450-4。每個集群
410、430、…、450可包括相同數量的外擴存儲裝置。或者,每個集群410、430、…、450可包括
不同數量的外擴存儲裝置。

外擴裝置可包括外擴控制器、易失性存儲器和至少一個非易失性存儲裝置(例如,
NAND型閃存裝置)。

參照圖1至圖3,假設每個集群410~450的結構和操作可以是相同的。因此,可代表
性地描述第一集群410的結構和操作。參照圖3,第一集群410可包括多個外擴存儲裝置410-
1~410-4。在圖3中,示出了4個外擴存儲裝置410-1~410-4。根據發明構思的實施例,包括
在第一集群410中的外擴存儲裝置的數量不限于此。

第一集群410可包括外擴裝置(410-1A、410-2A、410-4A)和NAND型閃存裝置。NAND
型裝置可連接到相應的外擴裝置。

第一外擴存儲裝置410-1可包括第一外擴裝置410-1A和連接到第一外擴裝置410-
1A的非易失性存儲裝置NAND。第二外擴存儲裝置410-2可包括第二外擴裝置410-2A和連接
到第二外擴裝置410-2A的非易失性存儲裝置。第四外擴存儲裝置410-4可包括第四外擴裝
置410-4A和連接到第四外擴裝置410-4A的非易失性存儲裝置。

每個外擴裝置410-1A、410-2A、…、410-4A可分別包括外擴控制器411-1、411-
2、…、411-4以及非易失性存儲裝置413-1、413-2、…、413-4。外擴控制器411-1、411-2、…、
411-4的結構可相同。

第一外擴控制器411-1可連接到第一主通道CHA、通道CH11至CH1m(m是等于或大于
2的自然數)以及第一易失性存儲裝置413-1。每個通道CH11~CH1m可連接到相應的非易失
性存儲裝置。例如,每個非易失性存儲裝置可以是NAND型閃存裝置或管理型NAND閃存裝置。
這里,每個通道可以是位于第一外擴控制器411-1與相應的非易失性存儲裝置之間的獨立
的數據路徑。

第一外擴控制器411-1可經由通道CH11~CH1m來控制非易失性存儲裝置的操作。
例如,控制器310可經由第一主通道CHA來控制第一外擴控制器411-1的操作。

第一易失性存儲裝置413-1可包括第一區。第一區可存儲映射表。映射表可包括與
連接到通道CH11~CH1m中的每個通道的非易失性存儲裝置的邏輯地址和物理地址有關的
映射信息。第一易失性存儲裝置413-1可包括第二區(或高速緩存區)。第二區可暫時存儲用
于寫入到連接到通道CH11~CH1m的非易失性存儲裝置中的一個非易失性存儲裝置的數據。
第二區可暫時存儲從非易失性存儲裝置中的一個接收的數據。

例如,如圖7中所示,第二FTL FTL2可使用存儲在第一易失性存儲裝置413-1的第
一區中的映射表將邏輯地址轉換成物理地址。第二FTL FTL2可通過包括在第一外擴控制器
411-1中的CPU 423-1或423-2來執行。第二FTL FTL2可從包括在第一集群410中的非易失性
存儲裝置加載到內部存儲器425。加載的第二FTL可通過CPU 423-1或423-2來執行。

第二外擴控制器411-2可連接到第一主通道CHA、通道CH21~CH2m以及第二存儲裝
置413-2。通道可分別連接到相應的非易失性存儲裝置(例如,NAND閃存)。

第二外擴控制器411-2可經由通道CH21~CH2m來控制非易失性存儲裝置的操作。
例如,控制器310可經由主通道CHA來控制第二外擴控制器415-2的操作。

第二易失性存儲裝置413-2可包括第一區。第一區可存儲與連接到每個通道CH21
~CH2m的非易失性存儲裝置的邏輯地址和物理地址有關的映射信息(或映射表)。第二易失
性存儲裝置413-2可包括第二區(或高速緩存區)。第二區可暫時存儲用于寫入到連接到通
道CH21~CH2m的非易失性存儲裝置中的一個的數據。第二區可暫時存儲從連接到通道CH21
~CH2m的非易失性存儲裝置中的一個讀取的數據。

如圖7中所示,當第一外擴控制器411-1的結構與第二外擴控制器411-2的結構相
同時,第二外擴控制器411-2的CPU 423-1或423-2可執行第三FTL。第三FTL可使用存儲在第
二易失性存儲裝置413-2的第一區中的映射表將邏輯地址轉換成物理地址。第三FTL可從第
一集群410的非易失性存儲裝置加載到內部存儲器425。加載的第三FTL可通過CPU 423-1或
423-2來執行。

第四外擴控制器411-4可連接到第一主通道CHA、通道CH41~CH4m、和第四易失性
存儲裝置413-4。通道CH41~CH4m可分別連接到相應的非易失性存儲裝置。

第四外擴控制器411-4可經由通道CH41~CH4m中的每個來控制每個非易失性存儲
裝置。例如,控制器310可經由主通道CHA來控制第四外擴控制器411-4的操作。

第四易失性存儲裝置413-4可包括第一區。第一區可存儲與連接到通道CH41~
CH4m的相應的非易失性存儲裝置的邏輯地址和物理地址有關的映射信息(或映射表)。第四
易失性存儲裝置413-3可包括第二區(或高速緩存區),以存儲用于寫入到連接到通道CH41
~CH4m中的每個通道的非易失性存儲裝置中的至少一個的數據。第二區可存儲從連接到通
道CH41~CH4m中的每個通道的非易失性存儲裝置中的至少一個讀取的數據。

如圖7中所描述的,當第一外擴控制器411-1的結構與第四外擴控制器411-4的結
構相同時,第五FTL可使用存儲在第四易失性存儲裝置413-4的第一區中的映射表將邏輯地
址轉換成物理地址。第五FTL可通過包括在第四外擴控制器411-4中的CPU 423-1或423-2來
執行。第五FTL可從第一集群410的非易失性存儲裝置加載到內部存儲器425。加載的第五
FTL可通過CPU 423-1或423-2來執行。

易失性存儲裝置413-1~413-4可以是緩沖器或緩沖存儲器、RAM、SRAM和/或DRAM。

在圖3中,外擴存儲裝置410-1~410-4分別包括相同數量的通道。然而,包括在每
個外擴存儲裝置中的通道的數量可彼此不同。

圖4是示出根據發明構思的實施例的圖3的第一外擴裝置的框圖。圖7是示出根據
發明構思的實施例的圖4的第一外擴控制器的框圖。參照圖1至圖5以及圖7,外擴控制器
411-1~411-4中每個的結構和操作可彼此基本上相同。因此,將代表性地描述第一外擴控
制器411-1的結構和操作。

第一外擴控制器411-1可控制在非易失性存儲裝置之間接收和傳輸指令和/或數
據。非易失性存儲裝置可包括在控制器310、第一易失性存儲裝置413-1或第一外擴存儲裝
置410-1中。例如,第一外擴控制器411-1可以是IC或SoC。

第一外擴控制器411-1包括總線結構420、第四接口421、至少一個CPU 423-1和/或
423-2、內部存儲器425、緩沖控制器427和第五接口429。總線結構可以是例如AMBA、AHB、
APB、AXI、ASB和ACE。

第四接口421可改變用于傳輸到控制器310的響應的格式。第四接口421可改變用
于傳輸到控制器310的數據的格式。第四接口421可經由第一主通道CHA將具有改變的格式
的響應和/或數據傳輸到控制器310。第四接口421可從控制器310接收指令和/或數據。第四
接口421可改變接收的指令和/或數據的格式。第四接口421可將具有改變的格式的指令傳
輸到至少一個CPU 423-1和/或423-2和/或緩沖控制器427。第四接口421可將具有改變的格
式的數據傳輸到至少一個CPU 423-1和/或423-2和/或緩沖控制器427。例如,第四接口421
可包括收發兩用機。

第四接口421的結構和操作可實施為適用于第三接口350的結構和操作。例如,第
四接口421可以是SATA接口、SATAe接口、SAS接口、PCIe接口、NVMe接口、AHCI接口、MMC接口、
NAND型閃存接口和NOR型閃存接口。

參照圖4和圖7,第四接口421可連接到通道(或主通道)或路。第一端子PT1可用于
將第一主通道CHA與第四接口421連接。第三端子PT3可用于將第一易失性存儲裝置413-1與
緩沖控制器427連接。第二端子PT2可用于將第五接口429與通道CH11~CH1m中的一個連接。
端子可以是引腳或焊盤。

一個或更多個CPU 423-1和/或423-2可經由總線結構420來控制第四接口421、內
部存儲器425、緩沖控制器427和第五接口429。每個CPU 423-1或423-2可包括至少一個核。

例如,第一CPU 423-1可經由第一主通道CHA和第四接口421來將數據傳輸到第三
接口350以及從第三接口350接收數據。第二CPU 423-2可經由第五接口429將數據傳輸到連
接到通道CH11~CH1m中每個的至少一個非易失性存儲裝置以及從連接到通道CH11~CH1m
中每個的至少一個非易失性存儲裝置接收數據。例如,第一CPU 423-1和第二CPU 423-2可
包括在多CPU中。例如,第一CPU 423-1可控制第二CPU 423-2。

內部存儲器425可存儲操作第一外擴控制器411-1所需的數據。內部存儲器425還
可存儲由數據處理操作(例如,寫入操作或讀取操作)產生的數據。數據處理操作可通過第
一外擴控制器411-1來執行。例如,內部存儲器425可存儲第二FTL。第二FTL可通過CPU 423-
1或423-2來執行。例如,當數據存儲裝置300被啟動時,第二FTL可從存儲集群400的非易失
性存儲器加載到內部存儲器425。例如,內部存儲器可以是RAM、DRAM、SRAM、緩沖器、緩沖存
儲器、高速緩存存儲器和TCM。

緩沖控制器427可根據第一CPU 423-1或第二CPU 423-2的控制將數據寫入到第一
易失性存儲裝置413-1。緩沖控制器427可從第一易失性存儲裝置413-1讀取數據。緩沖控制
器427可稱為控制與第一易失性存儲裝置413-1有關的寫入操作和讀取操作的控制器或緩
沖管理器。

第五接口429可根據第一CPU 423-1或第二CPU 423-2的控制而經由多個通道CH11
~CH1m中的相應的通道來控制與非易失性存儲裝置有關的數據處理操作。

參照圖4和圖7,多個通道和/或多個路可連接到第五接口429。例如,第五接口429
可以是SATA接口、SATAe接口、SAS接口、PCIe接口、NVMe接口、AHCI接口、MMC接口、NAND型閃
存接口和/或NOR型閃存接口。例如,第五接口429可包括分別與通道CH11~CH1m對應的存儲
控制器429-1~429-m。例如,當非易失性存儲裝置是NAND型閃存時,存儲控制器429-1~
429-m可以是NAND閃存控制器。

第一易失性存儲裝置413-1可包括第一區和第二區。第一區可存儲與包括在第一
外擴存儲裝置410-1中的非易失性存儲裝置有關的用于將邏輯地址轉換成物理地址的映射
表。第二區可以是高速緩存存儲器或緩存器。例如,第二FTL可通過CPU 423-1或423-2來執
行。第二FTL FTL2可使用存儲在第一區中的映射表來將邏輯地址轉換成物理地址。

如果圖3的非易失性存儲裝置中的一個被外擴存儲裝置(例如,410-1)代替,則關
于存儲集群400的存儲容量的可擴展性可提高。

圖5是示出根據發明構思的實施例的圖4的第一外擴裝置的半導體封裝件的圖。參
照圖3、圖4和圖5,第一外擴裝置410-1A可以是半導體封裝件。即,第一外擴裝置410-1A包括
附著或安裝在基板415上的第一外擴控制器411-1和第一易失性存儲裝置413-1。

例如,第一外擴控制器411-1可作為倒裝芯片結構附著在基板415上。另外,當第一
外擴控制器411-1通過粘合材料附著在基板415上時,第一外擴控制器411-1可經由鍵合線
將電信號傳輸到基板415以及從基板415接收電信號。

例如,第一易失性存儲裝置413-1可作為倒裝芯片結構附著在基板415上。另外,當
第一易失性存儲裝置413-1通過粘合材料附著在基板415上時,第一易失性存儲裝置413-1
可經由鍵合線將電信號傳輸到基板415以及從基板415接收電信號。即,第一外擴控制器
411-1可經由基板415將指令和數據傳輸到第一易失性存儲裝置413-1以及從第一易失性存
儲裝置413-1接收指令和數據。與外擴裝置410-1A~410-4A中的每個有關的半導體封裝件
可相同。

圖6是示出根據發明構思的實施例的包括圖1的存儲控制器和第一外擴存儲裝置
的半導體封裝件的圖。圖6的半導體封裝件300-1A可以是嵌入式層疊封裝件(ePOP)。

例如,半導體封裝件300-1A包括基板415-1、第一封裝件PKG1和第二封裝件PKG2。
第一封裝件PKG1可設置在基板415-1之上。第二封裝件PKG2可設置在第一封裝件PKG1之上。
第一封裝件PKG1可經由第一凸塊415-2附著在基板415-1上。第一封裝件PKG1可經由第一凸
塊415-2將電信號傳輸到基板415-1以及從基板415-1接收電信號。第二封裝件PKG2可經由
第二凸塊415-3附著到第一封裝件PKG1。第二封裝件PKG2可經由第二凸塊415-3將電信號傳
輸到基板415-1以及從基板415-1接收電信號。第一封裝件PKG1包括控制器310。第二封裝件
PKG2包括第一外擴控制器411-1、第一易失性存儲裝置413-1和至少一個NAND型閃存470。例
如,外擴存儲裝置410-2、…、410-4中的每個可實施為封裝件。當外擴存儲裝置附著在基板
415-1上時,控制器310可經由基板415-1來控制外擴存儲裝置410-2、…、410-4中的每個。

圖8是示出根據發明構思的實施例的數據處理系統的框圖。參照圖1和圖8,除了數
據分類電路317和數據分類模塊330A之外,圖1的數據處理系統100的結構和操作可與圖8的
數據處理系統100-1的結構和操作相同。

在圖1中,數據分類電路317實施為硬件,圖8的數據分類模塊可實施為通過CPU
330或331來執行的軟件。硬件格式化器317-1的功能和軟件格式化器330-1的功能可相同。
硬件數據分類器317-2的功能和軟件數據分類器330-2的功能可相同。因此,將省略關于軟
件數據格式化器330-1和軟件數據分類器330-2的描述。

圖9是示出根據發明構思的實施例的使用類型格式化器將邏輯地址分配到外擴存
儲裝置的方法的概念圖。圖10是示出根據發明構思的實施例的使用數據分類器將邏輯地址
傳輸到外擴存儲裝置的方法的概念圖。圖11是根據發明構思的實施例的列出分配到外擴存
儲裝置的示例性邏輯地址的表。圖12是根據發明構思的實施例的列出從邏輯地址到分配到
外擴存儲裝置的物理地址的示例性轉換的表。

參照圖1至圖12,根據主機的CPU 220的控制,CPU 330或331可執行用于將邏輯地
址分配到每個外擴存儲裝置的類型格式化器330-1。因此,顯示器240可根據CPU 220或類型
格式化器330-1的控制向用戶提供可設定用于每個外擴存儲裝置的邏輯地址的范圍的用戶
接口。用戶可通過顯示在顯示器240上的用戶接口來設定每個外擴存儲裝置的邏輯地址范
圍(S101)。

CPU 220可將分配到每個外擴存儲裝置的邏輯地址范圍傳輸到CPU 330或類型格
式化器330-1(S103)。圖11的第一表TB1可示出分配到每個外擴存儲裝置的邏輯地址范圍
LAR。

例如,參照圖2B、圖9、圖10和圖11,假定的是,邏輯地址LA0~LA0999可分配到第一
集群410或第一外擴存儲裝置410-1。邏輯地址LA1000~LA1999可分配到第二集群430或第
二外擴存儲裝置430-1。邏輯地址LA3000~LA3999可分配到第三集群450或第三外擴存儲裝
置450-1。另外,為了簡明描述,集群410、430、…、450中的每個可包括至少一個外擴存儲裝
置410-1、430-1、…、450-1。

CPU 330或類型格式化器330-1可通過緩沖控制器340將第一表TB1存儲到緩沖器
360(S105)。第一表TB1可包括邏輯地址范圍LAR。類型格式化器330-1可使用第一表TB1將分
配到每個外擴存儲裝置的邏輯地址范圍LAR傳輸到相應的外擴存儲裝置(S107)。

第一外擴存儲裝置410-1可分類成第一類型(TYPE1)。第一外擴存儲裝置410-1的
CPU可使用邏輯地址LA0~LA0999來生成圖12的第二表TABLE2。第二FTL FTL2可通過第一外
擴存儲裝置410-1的CPU來執行。第二FTL FTL2也可生成圖12的第二表TABLE2。第一外擴存
儲裝置410-1的CPU或第二FTL FTL2可將第二表TABLE2存儲到第一易失性存儲器413-1。例
如,第二表TABLE2可以是用于將邏輯地址LA0~LA0999轉換成物理地址PA0~PA0999的地址
映射表。例如,物理地址PA0~PA0999可以是與包括在第一外擴存儲裝置410-1中包括的
NAND型閃存裝置的存儲區MR2中的頁有關的邏輯地址。存儲區MR2、MR3、…、MR5中的每個可
包括x個塊。這里,x是等于或大于2的自然數。假定的是,每個塊可包括128個頁。

第二外擴存儲裝置430-1可分類成第二類型(TYPE2)。第三FTL FTL3可通過第二外
擴存儲裝置430-1的CPU來執行。第三FTL可使用邏輯地址LA1000~LA1999來生成圖12的第
三表TABLE3。第三FTL可將第三表TABLE3存儲到第二易失性存儲器433-1。例如,第三表可以
是用于將邏輯地址LA1000~LA1999轉換成物理地址PA1000~PA1999的地址映射表。例如,
物理地址PA1000~PA1999可以是與包括在第二外擴存儲裝置430-1的NAND型閃存裝置的存
儲區MR3中的頁有關的物理地址。

第三外擴存儲裝置450-1可分類為第四類型。第五FTL可通過第三外擴存儲裝置
450-1的CPU來執行。第三外擴存儲裝置的CPU和第五FTL可使用邏輯地址LA3000~LA3999來
生成圖12的第五表TABLE5。第三外擴存儲裝置的CPU或第五FTL可將第五表TABLE5存儲到第
三易失性存儲器453-1。例如,第五表TABLE5可以是用于將邏輯地址LA3000~LA3999轉換成
物理地址PA3000~PA3999的地址映射表。例如,物理地址PA3000~PA3999可以是與包括在
第三外擴存儲裝置450-1的NAND型閃存裝置的存儲區MR5中的頁有關的物理地址。

主機200可將邏輯地址LAi(例如,LA0999)傳輸到數據存儲裝置300。CPU 330或數
據分類器317-2或330-2可基于第一表TB1來將邏輯地址LAi(例如,LA0999)傳輸到分類成第
一類型TYPE1的第一集群410或第一外擴存儲裝置410-1(S115)。

當邏輯地址LAi可以是與寫入操作有關的邏輯地址時,主機200可將寫入數據
WDATA傳輸到數據存儲裝置300(S117)。CPU 330或數據分類器317-2或330-2可基于圖11的
第一表TB1來將寫入數據WDATA傳輸到第一外擴存儲裝置410-1(S119)。第二FTL FTL2可在
第一外擴存儲裝置410-1處被執行。第二FTL可基于圖12的第二表TABLE2將邏輯地址LAi(例
如,LA0999)轉換成物理地址(例如,PA0999)。因此,寫入數據WDATA可編程為物理地址的相
應的頁。

第二FTL FTL2可在第一外擴存儲裝置410-1中被執行。當邏輯地址LAi(例如,
LA0999)是與讀取操作有關的邏輯地址時,第二FTL FTL2可基于圖12的第二表TABLE2將邏
輯地址轉換成物理地址(例如,PA0999)。因此,第一外擴存儲裝置410-1可從與物理地址(例
如,PA0999)對應的頁讀取讀取數據RDATA(S121)。第一外擴存儲裝置410-1可將讀取數據
RDATA傳輸到主機200(S123)。

從主機200接收的邏輯地址LAi(0≤i≤3999)可被包括在寫入指令或讀取指令中。

因此,當從主機200接收的邏輯地址LAi是邏輯地址LA1000~LA1999中的一個時,
控制器310可使用第三表TABLE3將與邏輯地址LA1000~LA1999對應的數據傳輸到分類成第
二類型TYPE2的第二外擴存儲裝置430-1以及從分類成第二類型TYPE2的第二外擴存儲裝置
430-1接收與邏輯地址LA1000~LA1999對應的數據。另外,當從主機200接收的邏輯地址LAi
是邏輯地址LA3000~LA3999中的一個時,控制器310可使用第五表TABLE5將與LA3000~
LA3999的邏輯地址對應的數據傳輸到分類成第四類型TYPE4的第三外擴存儲裝置450-1以
及從分類成第四類型TYPE4的第三外擴存儲裝置450-1接收與LA3000~LA3999的邏輯地址
對應的數據。

圖13是根據發明構思的實施例的總體上總結用于對應數據特性來生成關于外擴
存儲裝置的表的方法的流程圖。圖14是示出根據發明構思的實施例的數據分類器分析數據
特性并根據分析結果將數據傳輸到相應的外擴存儲裝置的過程的概念圖。圖15是示出根據
發明構思的實施例的將外擴存儲裝置分類成數據特性的相應類型的方法的表。

在本說明書中,“確定傳輸到主機200和從主機200接收的數據的特性”可意味著下
述中之一:

(1)確定是用于順序存取的數據還是用于隨機存取的數據;

(2)確定是寫入數據(或程序數據)還是讀取數據;

(3)確定是熱數據還是冷數據;和/或

(4)確定是大尺寸數據還是小尺寸數據。然而,發明構思可不限于此。

圖16是示出根據發明構思的實施例的隨機存取和順序存取的概念圖。如圖16中所
示,順序存取可意指邏輯地址LA0~LA5是順序的。順序存取也可意指與存儲區的對應于邏
輯地址LA0~LA5的存儲數據DATA0~DATA5有關的存取(寫入或讀取)是順序的。隨機存取可
意指邏輯地址LA0~LA5是隨機的。隨機存取也可意指與存儲區的對應于邏輯地址LA0~LA5
的存儲數據DATA0~DATA5有關的存取是隨機的。

熱數據可以是經常地通過主機200或控制器310存取的數據。冷數據可以是不經常
地通過主機200或控制器310存取的數據。

參照圖15,CPU 330或類型格式化器317-1或330-1可將每個外擴存儲數據分類成
一種類型。CPU 330或類型格式化器317-1或330-1可使每個外擴存儲數據格式化。根據發明
構思的實施例,可通過每個集群來確定每種類型。另外,根據發明構思的實施例,可不管集
群而通過每個外擴存儲裝置來確定每種類型。

參照圖15,假定的是,CPU 330或類型格式化器317-1或330-1可根據下列項和/或
數據特性中的至少一個來確定每個集群的類型。還假定的是,每個集群包括至少一個外擴
存儲裝置。

(1)控制器310和/或每個外擴存儲裝置的外擴控制器的工作時鐘頻率(在下文中,
稱為“時鐘頻率”);

(2)連接到外擴控制器的易失性存儲器413-1、433-1、…、453-1和/或連接到控制
器310的易失性存儲器360的容量和/或帶寬;

(3)與包括在每個外擴存儲裝置中的NAND型閃存裝置有關的編程方法;

(4)用于管理包括在每個外擴存儲裝置中的NAND型閃存裝置的寫入數據和讀取數
據的FTL映射尺寸;

(5)包括在每個外擴存儲裝置中的NAND型閃存裝置的用戶數據區和預留空間區
(over-provisioning region)的比例(OVP RATIO);

(6)包括在每個外擴存儲裝置中的NAND型閃存裝置的容量。然而,發明構思不限于
此。

編程方法可包括單層單元(SLC)編程方法、多層單元(MLC)編程方法和三層單元
(TLC)編程方法。SLC編程方法可將1位數據編程成單層單元。MLC編程方法可將2位數據編程
成單層單元。TLC編程方法可將3位數據編程成單層單元。

例如,如果每單元的位數(bpc)增加,則程序擦除循環可減小,并且讀取時間、寫入
時間和擦除時間可增加。如果每單元的位數(bpc)減少,數據的可靠性可增大。

FTL映射尺寸可意指用于管理NAND型閃存裝置的寫入數據和讀取數據的尺寸。FTL
映射尺寸可以是4KB、8KB或16KB。例如,如果FTL映射尺寸增大,則用于邏輯地址和物理地址
的映射表的尺寸可減小。

如果用戶數據區和預留空間區的比例OVP RATIO增大,則NAND型閃存裝置的性能
和壽命可提高。

CPU 330或類型格式化器317-1或330-1可根據至少一個數據特性來確定每個集群
的類型。CPU 330或類型格式化器317-1或330-1可將包括每個集群的確定的類型的第六表
TB6存儲到緩沖器360。

主機200的CPU 220可執行用于基于至少一個數據特性來確定每個外擴存儲裝置
的類型的類型格式化器317-1或330-1和控制器310-1的CPU 300。因此,顯示器240可根據
CPU 220的控制或類型格式化器317-1或330-1的控制向用戶提供用戶接口。用戶可通過顯
示在顯示器240上的用戶接口來分別設定外擴存儲裝置的類型。例如,外擴存儲裝置的類型
可通過數據存儲裝置300的制造商設定為默認值。

制造商或用戶可根據圖15的項中的至少一項來設定每個外擴存儲裝置的類型。
CPU 300或類型格式化器317-1或330-1對每個外擴存儲裝置的類型進行分類(S201)。CPU
300或類型格式化器317-1或330-2可根據分類結果生成第六表TB6(S203)。CPU 300或類型
格式化器317-1或330-1可將第六表TB6存儲到緩沖器360(S205)。CPU 300或者類型格式化
器317-1或330-1可將與每個外擴存儲裝置類型有關的信息傳輸到每個外擴存儲裝置。因
此,每個外擴存儲裝置可將與其自身類型有關的信息存儲到易失性存儲器。

如圖14中所示,第一集群410或第一外擴存儲裝置410-1可通過CPU 300或類型格
式化器317-1或330-1分類成第一類型TYPE1。第二集群430或第二外擴存儲裝置430-1可分
類成第二類型TYPE2。第三集群450或第三外擴存儲裝置450-1可分類成第四類型TYPE4。

當主機傳輸數據時,數據分類器317-2或330-2可確定數據的特性。數據分類器
317-2或330-2可使用確定的特性或圖15的第六表TB6來確定外擴裝置以傳輸外擴裝置410-
1、430-1、…、450-1中的數據。

數據分類器317-2或330-2可確定數據的類型或數據的特性。數據分類器317-2或
330-2可根據確定的特性將數據傳輸到相應的外擴存儲裝置。從主機200傳輸的數據可以是
熱數據、冷數據、程序數據、讀取數據、隨機數據、順序數據、用戶數據和/或元數據。

例如,當從主機200接收的數據是熱數據或隨機數據時,數據分類器317-2或330-2
可使用第六表TB6和/或確定的特性來將數據存儲在分類成第四類型TYPE4的第三外擴存儲
裝置450-1中。如圖15中所示,第三外擴存儲裝置450-1可具有小的FTL映射尺寸(例如,4KB)
和高的比例(OVP RATIO),并且可使用SLC(或MLC)編程方法。

當從主機200接收的數據是冷數據或順序數據時,數據分類器317-2或330-2可使
用第六表TB6和/或確定的特性來將數據存儲在分類成第三類型TYPE3的外擴存儲裝置中。
如圖15中所示,外擴存儲裝置可具有大的FTL尺寸(例如,8KB)和低的比例(OVP RATIO),并
且可使用TLC編程方法。

當從主機200接收的數據需要被快速地處理時,數據分類器317-2或330-2可使用
圖15的第六表TB6和/或確定的特性將數據存儲在分類成第二類型TYPE2的第二外擴存儲裝
置430-1中。如圖15中所示,第二外擴存儲裝置430-1可使用高的時鐘頻率和高的帶寬,并且
可使用SLC或MLC編程方法。

當從主機200接收的數據需要高的可靠性(例如,元數據)時,數據分類器317-2或
330-2可使用圖15的第六表TB6和/或確定的特性將數據存儲在分類成第一類型TYPE1的第
一外擴存儲裝置410-1中。如圖15中所示,第一外擴存儲裝置410-1可使用低的時鐘頻率、低
的帶寬和大的FTL映射尺寸(例如,8KB),并且可使用SLC編程方法。

當從主機200接收的數據不需要被快速地處理,或者數據需要在低功耗的情況下
處理時,數據分類器317-2或330-2可根據圖15的第六表TB6和/或確定的特性將數據存儲在
諸如第一外擴存儲裝置410-1的具有低的時鐘頻率、低的帶寬的外擴存儲裝置中。

圖17是示出根據發明構思的實施例的數據處理系統的框圖。參照圖1至圖17,數據
處理系統100B可包括主機200和無DRAM的數據存儲裝置300B。數據處理系統100B還可包括
圖1的顯示器240。

例如,數據處理系統100B可以是移動計算裝置。無DRAM的數據存儲裝置300B可包
括控制器310-1和存儲集群400。無DRAM的數據存儲裝置300B可以是eMMC。

緩沖控制器340-1可不執行關于外部緩沖器的數據處理。當執行寫入操作或讀取
操作時,緩沖控制器340-1可使用內部緩沖器341將數據傳輸到第二接口320或第三接口
350。除了緩沖控制器340-1的操作以外,圖17的控制器310-1的結構和操作可與圖1的控制
器310的結構和操作相同。因此,將省略關于控制器310-1的描述。例如,可存儲在圖1的緩沖
器360中的第一表TB1和第六表TB6可存儲在內部緩沖器341中。

圖18是示出根據發明構思的另一實施例的數據處理系統的框圖。參照圖17和圖
18,除了數據分類電路317和數據分類模塊330A以外,圖17的數據處理系統100B的結構和操
作可與圖18的數據處理系統100B的結構和操作相同。

圖17的數據分類電路317實施為硬件。圖18的數據分類模塊330A可實施為在CPU
330和/或331中執行的軟件。硬件型格式化器317-1的功能可與軟件型格式化器330-1的功
能相同。硬件數據分類器317-2的功能可與軟件數據分類器330-2的功能相同。因此,將省略
與軟件型格式化器330-1的功能和軟件數據分類器330-2的功能有關的描述。

圖19是示出根據發明構思的實施例的數據處理系統的框圖。參照圖1至圖19,數據
處理系統500包括數據庫520、數據庫服務器530、第二網絡540和多個客戶端計算機550和
551。數據中心510可以是因特網數據中心或云數據中心。數據中心510可包括數據庫520和
數據庫服務器530。

數據庫520可包括多個數據存儲裝置300或300B(稱為“300”)。多個數據存儲裝置
300可安裝在機架(rack)中。每個數據存儲裝置300的結構和操作可與圖1至圖18的數據存
儲裝置的結構和操作相同。

數據庫服務器530可控制每個數據存儲裝置300。例如,數據庫服務器530可執行圖
1的主機200的功能。數據庫服務器530可通過第一網絡535連接到第二無線網絡540。第一網
絡可以是局域網LAN。第二無線網絡540可以是因特網或wi-fi。多個客戶端計算機550和551
可分別通過第二無線網絡540連接到數據庫服務器530。

如在發明構思的方面的慣例,實施例可以依據實現描述的(多個)功能的塊來描述
和示出。這里可稱為單元或模塊等的這些塊通過諸如邏輯門、集成電路、微處理器、微控制
器、存儲電路、無源電子組件、有源電子組件、光學組件、硬連線電路等的模擬和/或數字電
路來物理地實施,并且可以可選擇地通過固件和/或軟件來驅動。例如,電路可以實現在一
個或更多個半導體芯片中,或者可以實現在諸如印刷電路板等的基板支撐件上。構成塊的
電路可通過專用硬件,或者通過處理器(例如,一個或更多個程序化的微處理器和關聯的電
路),或者通過用于執行塊的一些功能的專用硬件和用于執行塊的其他功能的處理器的組
合來執行。在不脫離發明構思的范圍的情況下,實施例的每個塊可物理地分離成兩個或更
多個相互作用且分立的塊。同樣地,在不脫離發明構思的范圍的情況下,實施例的塊可物理
地結合成更復雜的塊。

上面公開的主題被認為實際上是說明性的,權利要求的范圍擴展到考慮到上文后
對于本領域普通技術人員將變得明顯的許多修改和改進。因此,在法律允許的最大范圍內,
權利要求的范圍應該通過最廣泛的可允許的解釋來確定,并且不應該僅受限或局限于上面
舉例說明的實施例。

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