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存儲系統及其操作方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610082052.7

申請日:

2016.02.05

公開號:

CN106257399A

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:20160205|||公開
IPC分類號: G06F3/06 主分類號: G06F3/06
申請人: 愛思開海力士有限公司; 特許法人信誠
發明人: 樸象鵔; 朱度榮; 丁鐘培
地址: 韓國京畿道
優先權: 2015.06.17 KR 10-2015-0085785
專利代理機構: 北京弘權知識產權代理事務所(普通合伙) 11363 代理人: 李少丹;許偉群
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610082052.7

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2018.01.09|||2016.12.28

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

一種存儲系統,包括:存儲器件,包括多個存儲塊;以及控制器,適用于分別響應于讀取命令和寫入命令來執行讀取操作和寫入操作,以及作為操作的結果而根據儲存在存儲塊中的數據的優先級信息來更新儲存在緩沖器中的映射數據。

權利要求書

1.一種存儲系統,包括:
存儲器件,包括多個存儲塊;以及
控制器,適用于分別響應于讀取命令和寫入命令來執行讀取操作和寫入操作,以及
作為操作的結果而根據儲存在存儲塊中的數據的優先級信息來更新儲存在緩沖器中的映
射數據。
2.根據權利要求1所述的存儲系統,其中,優先級信息包括在每個命令中。
3.根據權利要求1所述的存儲系統,其中,優先級信息表示與在不同時間提供的命
令相對應的第一數據與第二數據之間的優先級。
4.根據權利要求3所述的存儲系統,
其中,根據第一數據與第二數據之間的數據重要性或數據可處理性來確定第一數據
與第二數據之間的優先級,
其中,根據第一數據的種類和第二數據的種類來確定數據重要性,以及
其中,根據第一數據的處理計數、所需處理速度和數據大小以及第二數據的處理計
數、所需處理速度和數據大小來確定數據可處理性。
5.根據權利要求1所述的存儲系統,其中,在緩沖器充滿映射數據的情況下,控制
器根據優先級信息來將映射數據中的具有最低優先級的一個編程在存儲塊中。
6.根據權利要求5所述的存儲系統,其中,在兩個或更多個映射數據具有相同的最
低優先級的情況下,控制器根據映射數據的更新優先級而將所述兩個或更多個映射數據
中的具有最低更新優先級的一個編程在存儲塊中。
7.根據權利要求5所述的存儲系統,其中,根據最近最少使用LRU/最近最多使用
MRU算法來確定最低更新優先級。
8.根據權利要求1所述的存儲系統,
其中,控制器根據數據的類型信息而將映射數據儲存在緩沖器中的不同的子緩沖器
中,以及
其中,根據數據的位置和操作的頻率/計數來確定類型信息。
9.根據權利要求8所述的存儲系統,其中,數據的類型信息包括在每個命令中或者
從每個命令的模式來識別。
10.根據權利要求8所述的存儲系統,其中,控制器根據類型信息而將隨機數據或
熱數據的映射數據儲存在第一子緩沖器中,以及將連續數據或冷數據的映射數據儲存在
第二子緩沖器中。
11.一種用于操作包括多個存儲塊的存儲系統的方法,包括:
識別從主機提供的命令;
響應于命令來執行操作;以及
作為所述操作的結果而根據儲存在存儲塊中的數據的優先級信息來更新儲存在緩沖
器中的映射數據。
12.根據權利要求11所述的方法,其中,優先級信息包括在命令中。
13.根據權利要求11所述的方法,其中,優先級信息表示與在不同時間提供的命令
相對應的第一數據與第二數據之間的優先級。
14.根據權利要求13所述的方法,
其中,根據第一數據與第二數據之間的數據重要性或數據可處理性來確定第一數據
與第二數據之間的優先級,
其中,根據第一數據的種類和第二數據的種類來確定數據重要性,以及
其中,根據第一數據的處理計數或所需處理速度以及第二數據的處理計數或所需處
理速度來確定數據可處理性。
15.根據權利要求11所述的方法,其中,在緩沖器充滿映射數據的情況下,更新映
射數據的步驟根據優先級信息來將映射數據中的具有最低優先級的一個編程在存儲塊
中。
16.根據權利要求15所述的方法,其中,在兩個或更多個映射數據具有相同的最低
優先級的情況下,更新映射數據的步驟根據映射數據的更新優先級而將所述兩個或更多
個映射數據中的具有最低更新優先級的一個編程在存儲塊中。
17.根據權利要求15所述的方法,其中,根據最近最少使用LRU/最近最多使用MRU
算法來確定最低更新優先級。
18.根據權利要求11所述的方法,
其中,在更新中,根據數據的類型信息而將映射數據儲存在緩沖器中的不同的子緩
沖器中,以及
其中,根據數據的位置和所述操作的頻率/計數來確定類型信息。
19.根據權利要求18所述的方法,其中,數據的類型信息被包括在命令中或者從命
令的模式來識別。
20.根據權利要求18所述的方法,其中,在更新中,根據類型信息而將隨機數據或
熱數據的映射數據儲存在第一子緩沖器中,以及將連續數據或冷數據的映射數據儲存在
第二子緩沖器中。

說明書

存儲系統及其操作方法

相關申請的交叉引用

本申請要求2015年6月17日在韓國知識產權局提交的申請號為10-2015-0085785
的韓國專利申請的優先權,其公開內容通過引用整體合并于此。

技術領域

示例性實施例涉及一種存儲系統,更具體地,涉及一種對至存儲器件的數據和來自
存儲器件的數據進行處理的存儲系統及其操作方法。

背景技術

計算機環境范例已經變為可以隨時隨地使用的普適計算系統。結果,便攜式電子設
備(諸如移動電話、數字照相機和筆記本計算機)的使用繼續快速增加。便攜式電子設
備通常使用具有半導體存儲器件的存儲系統,半導體存儲器件被用作數據儲存設備。數
據儲存設備用作便攜式電子設備的主存儲器件或輔助存儲器件。

由于使用存儲器件的數據儲存設備不具有移動部件,因此使用存儲器件的數據儲存
設備提供優異的穩定性、耐久性、高信息存取速度和低功耗。具有這樣優點的數據儲存
設備的示例包括通用串行總線(USB)存儲器件、具有各種接口的存儲卡和固態驅動器
(SSD)。

發明內容

各種實施例針對一種能夠使其復雜度和性能劣化最小化的存儲系統及其操作方法。

在實施例中,存儲系統可以包括:存儲器件,包括多個存儲塊;以及控制器,適用
于分別響應于讀取命令和寫入命令來執行讀取操作和寫入操作,以及作為操作的結果而
根據儲存在存儲塊中的數據的優先級信息來更新儲存在緩沖器中的映射數據。

優先級信息可以包括在每個命令中。

優先級信息可以表示與在不同時間提供的命令相對應的第一數據與第二數據之間
的優先級。

可以根據第一數據與第二數據之間的數據重要性或數據可處理性來確定第一數據
與第二數據之間的優先級。可以根據第一數據的種類和第二數據的種類來確定數據重要
性。可以根據第一數據的處理計數、所需處理速度和數據大小以及第二數據的處理計數、
所需處理速度和數據大小來確定數據可處理性。

在緩沖器充滿映射數據的情況下,控制器可以根據優先級信息來將映射數據中的具
有最低優先級的一個編程在存儲塊中。

在兩個或更多個映射數據具有相同的最低優先級的情況下,控制器可以根據映射數
據的更新優先級而將兩個或更多個映射數據中的具有最低更新優先級的一個編程在存儲
塊中。

可以根據LRU(最近最少使用)/MRU(最近最多使用)算法來確定最低更新優先
級。

控制器可以根據數據的類型信息而將映射數據儲存在緩沖器中的不同的子緩沖器
中。可以根據數據的位置和操作的頻率/計數來確定類型信息。

數據的類型信息可以包括在每個命令中或者從每個命令的模式來識別。

控制器可以根據類型信息而將隨機數據或熱數據的映射數據儲存在第一子緩沖器
中,以及將連續數據或冷數據的映射數據儲存在第二子緩沖器中。

在實施例中,用于操作包括多個存儲塊的存儲系統的方法可以包括:識別從主機提
供的命令;響應于命令來執行操作;以及作為操作的結果而根據儲存在存儲塊中的數據
的優先級信息來更新儲存在緩沖器中的映射數據。

優先級信息可以包括在命令中。

優先級信息可以表示與在不同時間提供的命令相對應的第一數據與第二數據之間
的優先級。

可以根據第一數據與第二數據之間的數據重要性或數據可處理性來確定第一數據
與第二數據之間的優先級,可以根據第一數據的種類和第二數據的種類來確定數據重要
性,以及可以根據第一數據的處理計數或所需處理速度以及第二數據的處理計數或所需
處理速度來確定數據可處理性。

在緩沖器充滿映射數據的情況下,更新映射數據的步驟可以根據優先級信息來將映
射數據中的具有最低優先級的一個編程在存儲塊中。

在兩個或更多個映射數據具有相同的最低優先級的情況下,更新映射數據的步驟可
以根據映射數據的更新優先級而將兩個或更多個映射數據中的具有最低更新優先級的一
個編程在存儲塊中。

可以根據LRU(最近最少使用)/MRU(最近最多使用)算法來確定最低更新優先
級。

在更新中,可以根據數據的類型信息而將映射數據儲存在緩沖器中的不同的子緩沖
器中,以及可以根據數據的位置和操作的頻率/計數來確定類型信息。

數據的類型信息可以包括在命令中或者從命令的模式來識別。

在更新中,可以根據類型信息而將隨機數據或熱數據的映射數據儲存在第一子緩沖
器中,以及將連續數據或冷數據的映射數據儲存在第二子緩沖器中。

附圖說明

圖1是圖示根據實施例的包括存儲系統的數據處理系統的視圖。

圖2是圖示存儲系統中的存儲器件的視圖。

圖3是圖示根據實施例的存儲器件中的存儲塊的電路圖。

圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10和圖11是示意性圖示存儲器件的視圖。

圖12是圖示根據實施例的存儲系統中的存儲器件的數據處理操作的示意圖。

圖13是圖示根據實施例的存儲系統的數據處理操作的流程圖。

具體實施方式

以下將參照附圖來更詳細地描述各種實施例。然而,本發明可以以不同的形式來實
施并且不應當被解釋為局限于本文所闡述的實施例。更確切地說,這些實施例被提供使
得本公開將是徹底和完整的,并且將把本發明的范圍充分地傳達給本領域技術人員。貫
穿本公開,相同的附圖標記在本發明的各種附圖和實施例中指代相同的部分。

圖1是圖示根據實施例的包括存儲系統的數據處理系統的框圖。

參照圖1,數據處理系統100可以包括主機102和存儲系統110。

例如,主機102可以包括諸如移動電話、MP3播放器和膝上計算機的便攜式電子設
備或諸如臺式計算機、游戲機、TV和投影儀的電子設備。

存儲系統110可以響應于來自主機102的請求而操作,具體地,儲存要被主機102
訪問的數據。換句話說,存儲系統110可以用作主機102的主存儲系統或輔助存儲系統。
存儲系統110可以根據要與主機102電耦接的主機接口的協議而用各種類型的儲存設備
中的任意一種來實施。存儲系統110可以用諸如固態驅動器(SSD)、多媒體卡(MMC)、
嵌入式MMC(eMMC)、縮小尺寸MMC(RS-MMC)和微型MMC、安全數字(SD)
卡、迷你SD和微型SD、通用串行總線(USB)儲存設備、通用快閃儲存(UFS)設備、
緊湊型快閃(CF)卡、智能媒體(SM)卡和記憶棒等的各種類型的儲存設備來實施。

用于存儲系統110的儲存設備可以用易失性存儲器件(諸如動態隨機存取存儲器
(DRAM)和靜態隨機存取存儲器(SRAM))或非易失性存儲器件(諸如只讀存儲器
(ROM)、掩模ROM(MROM)、可編程ROM(PROM)、可擦除可編程ROM(EPROM)、
電可擦除可編程ROM(EEPROM)、鐵電隨機存取存儲器(FRAM)、相變RAM(PRAM)、
磁性RAM(MRAM)和電阻式RAM(RRAM))來實施。

存儲系統110可以包括儲存要被主機102訪問的數據的存儲器件150以及可以控制
存儲器件150中的數據的儲存的控制器130。

控制器130和存儲器件150可以被集成至一個半導體器件中。例如,控制器130和
存儲器件150可以被集成至一個半導體器件中并且配置固態驅動器(SSD)。當存儲系統
110用作SSD時,可以顯著地提高與存儲系統110電耦接的主機102的操作速度。

控制器130和存儲器件150可以被集成至一個半導體器件中并且配置存儲卡。控制
器130和存儲器件150可以被集成至一個半導體器件中,并且配置諸如個人計算機存儲
卡國際協會(PCMCIA)卡、緊湊型閃存(CF)卡、智能媒體(SM)卡(SMC)、記憶
棒、多媒體卡(MMC)、RS-MMC和微型MMC、安全數字(SD)卡、迷你SD、微型
SD和SDHC以及通用快閃儲存(UFS)設備的存儲卡。

此外,存儲系統110可以配置計算機、超移動PC(UMPC)、工作站、上網本、個
人數字助理(PDA)、便攜式計算機、網絡板(web tablet)、平板電腦、無線電話、移動
電話、智能電話、電子書、便攜式多媒體播放器(PMP)、便攜式游戲機、導航儀、黑
匣子、數字照相機、數字多媒體廣播(DMB)播放器、三維(3D)電視、智能電視、數
字錄音機、數字音頻播放器、數字圖像記錄器、數字圖像播放器、數字視頻錄像機、數
字視頻播放器、配置數據中心的儲存器、能夠在無線環境下收發信息的設備、配置家庭
網絡的各種電子設備中的一種、配置計算機網絡的各種電子設備中的一種、配置遠程信
息處理網絡的各種電子設備中的一種、RFID設備和/或配置計算系統的各種組成元件中
的一種。

存儲系統110的存儲器件150在電源被中斷時可以保持儲存的數據,具體地,在寫
入操作期間儲存從主機102提供的數據,以及在讀取操作期間將儲存的數據提供給主機
102。存儲器件150可以包括多個存儲塊152、154和156。存儲塊152、154和156中的
每個可以包括多個頁。每個頁可以包括多個存儲單元,多個字線(WL)電耦接至所述
多個存儲單元。存儲器件150可以是非易失性存儲器件,例如,快閃存儲器。快閃存儲
器可以具有三維(3D)層疊結構。之后將參照圖2至圖11來詳細描述存儲器件150的
結構和存儲器件150的三維(3D)層疊結構。

存儲系統110的控制器130可以響應于來自主機102的請求來控制存儲器件150。
控制器130可以將從存儲器件150讀取的數據提供給主機102,以及將從主機102提供
的數據儲存在存儲器件150中。照此,控制器130可以控制存儲器件150的全部操作(諸
如讀取操作、寫入操作、編程操作和擦除操作)。

詳細地,控制器130可以包括主機接口單元132、處理器134、錯誤校正碼(ECC)
單元138、電源管理單元140、NAND閃存控制器142和存儲器144。

主機接口單元132可以處理從主機102提供的命令和數據,以及可以通過諸如通用
串行總線(USB)、多媒體卡(MMC)、外圍組件互連快速(PCI-E)、串行附件SCSI(SAS)、
串行高級技術附件(SATA)、并行高級技術附件(PATA)、小型計算機系統接口(SCSI)、
增強小型磁盤接口(ESDI)和集成驅動電路(IDE)的各種接口協議中的至少一種來與
主機102通信。

ECC單元138可以在讀取操作期間檢測和校正從存儲器件150讀取的數據中的錯
誤。當錯誤位的數量大于或等于可校正錯誤位的閾值數量時,ECC單元138可以不校正
錯誤位,并且ECC單元138可以輸出表示校正錯誤位失敗的錯誤校正失敗信號。

ECC單元138可以基于諸如低密度奇偶校驗(LDPC)碼、博斯-喬赫里-霍克文黑
姆(BCH,Bose-Chaudhuri-Hocquenghem)碼、渦輪碼(turbo code)、里德-所羅門(RS,
Reed-Solomon)碼、卷積碼、遞歸系統碼(RSC)、格形編碼調制(TCM)和塊編碼調
制(BCM)等的編碼調制來執行錯誤校正操作。ECC單元138可以包括用于錯誤校正
操作的所有電路、系統或設備。

PMU 140可以提供和管理用于控制器130的電源(即,用于包括在控制器130中的
組成元件的電源)。

NFC 142可以用作控制器130與存儲器件150之間的存儲器接口,以允許控制器130
響應于來自主機102的請求來控制存儲器件150。當存儲器件150是快閃存儲器時,具
體地,當存儲器件150是NAND快閃存儲器時,NFC 142可以產生用于存儲器件150的
控制信號并且在處理器134的控制下處理數據。

存儲器144可以用作存儲系統110和控制器130的工作存儲器,以及儲存用于驅動
存儲系統110和控制器130的數據。控制器130可以響應于來自主機102的請求來控制
存儲器件150。例如,控制器130可以將從存儲器件150讀取的數據提供給主機102,以
及將從主機102提供的數據儲存在存儲器件150中。當控制器130控制存儲器件150的
操作時,存儲器144可以儲存由控制器130和存儲器件150使用的數據,以用于諸如讀
取操作、寫入操作、編程操作和擦除操作的操作。

存儲器144可以用易失性存儲器來實施。存儲器144可以用靜態隨機存取存儲器
(SRAM)或動態隨機存取存儲器(DRAM)來實施。如上所述,存儲器144可以儲存
由主機102和存儲器件150使用的數據以用于讀取操作和寫入操作。為了儲存數據,存
儲器144可以包括程序存儲器、數據存儲器、寫入緩沖器、讀取緩沖器和映射緩沖器等。

處理器134可以控制存儲系統110的常規操作,以及響應于來自主機102的寫入請
求或讀取請求來控制針對存儲器件150的寫入操作或讀取操作。處理器134可以驅動被
稱為快閃轉換層(FTL)的固件來控制存儲系統110的常規操作。處理器134可以用微
處理器或中央處理單元(CPU)來實施。

管理單元(未示出)可以被包括在處理器134中,并且可以執行存儲器件150的壞
塊管理。管理單元可以找到包括在存儲器件150中的壞存儲塊(其不滿足進一步使用的
條件)以及對壞存儲塊執行壞塊管理。當存儲器件150是快閃存儲器(例如,NAND快
閃存儲器)時,由于NAND邏輯功能的特性,因此在寫入操作期間(例如,在編程操作
期間)可能發生編程失敗。在壞塊管理期間,編程失敗的存儲塊或壞存儲塊的數據可以
被編程至新存儲塊。此外,壞塊嚴重地劣化具有3D層疊結構的存儲器件150的利用效
率以及存儲系統100的可靠性,因此需要可靠的壞塊管理。

圖2是圖示圖1中所示的存儲器件150的示意圖。

參照圖2,存儲器件150可以包括多個存儲塊(例如,第零存儲塊210至第(N-1)
存儲塊240)。多個存儲塊210至240中的每個可以包括多個頁(例如,2M數量的頁
(2MPAGES)),本發明不局限于此。多個頁中的每個可以包括多個存儲單元,多個字線
電耦接至該多個存儲單元。

存儲器件150還可以包括根據在每個存儲單元中可儲存或表示的位的數量而作為單
電平單元(SLC)存儲塊和多電平單元(MLC)存儲塊的多個存儲塊。SLC存儲塊可以
包括用每個存儲單元能夠儲存1位數據的存儲單元來實施的多個頁。MLC存儲塊可以包
括用每個存儲單元能夠儲存多位數據(例如,兩位或更多位數據)的存儲單元來實施的
多個頁。包括用每個存儲單元能夠儲存3位數據的存儲單元來實施的多個頁的MLC存
儲塊可以被定義為三電平單元(TLC)存儲塊。

多個存儲塊210至240中的每個可以在寫入操作期間儲存主機設備102提供的數據,
以及可以在讀取操作期間將儲存的數據提供給主機102。

圖3是圖示圖1中所示的多個存儲塊152至156中的一個存儲塊的電路圖。

參照圖3,存儲器件150的存儲塊152可以包括分別電耦接至位線BL0至BLm-1
的多個單元串340。每列的單元串340可以包括至少一個漏極選擇晶體管DST和至少一
個源極選擇晶體管SST。多個存儲單元或多個存儲單元晶體管MC0至MCn-1串聯地電
耦接在選擇晶體管DST和SST之間。各個存儲單元MC0至MCn-1可以由多電平單元
(MLC)來配置,每個多電平單元(MLC)儲存多位的數據信息。串340可以分別電耦
接至對應的位線BL0至BLm-1。作為參考,在圖3中,“DSL”表示漏極選擇線,“SSL”
表示源極選擇線,以及“CSL”表示公共源極線。

雖然圖3作為示例示出了由NAND快閃存儲單元配置的存儲塊152,但是要注意的
是,根據實施例的存儲器件150的存儲塊152不限于NAND快閃存儲器,并且可以由
NOR快閃存儲器、其中組合至少兩種類型的存儲單元的混合快閃存儲器、或控制器被構
建在存儲芯片中的一體NAND快閃存儲器(one-NAND flash memory)來實現。半導體
器件的操作特性不僅可以應用至其中電荷儲存層由導電浮柵配置的快閃存儲器件,還可
以應用至其中電荷儲存層由電介質層配置的電荷捕獲閃存(CTF)。

存儲器件150的電壓供應塊310可以提供根據操作模式要被供應至各個字線的字線
電壓(例如,編程電壓、讀取電壓和/或通過電壓)以及提供要供應至塊體(bulk)(例
如,其中形成有存儲單元的阱區)的電壓。電壓供應塊310可以在控制電路(未示出)
的控制下執行電壓發生操作。電壓供應塊310產生多個可變讀取電壓以產生多個讀取數
據,在控制電路的控制下選擇存儲單元陣列的存儲塊或扇區中的一個,選擇選中存儲塊
的字線中的一個,以及將字線電壓提供至選中字線和未選中字線。

存儲器件150的讀取/寫入電路320由控制電路控制,以及根據操作模式而用作感測
放大器或寫入驅動器。在驗證/正常讀取操作期間,讀取/寫入電路320用作用于從存儲單
元陣列讀取數據的感測放大器。此外,在編程操作期間,讀取/寫入電路320用作寫入驅
動器,寫入驅動器根據要被儲存在存儲單元陣列中的數據來驅動位線。讀取/寫入電路320
在編程操作期間從緩沖器(未示出)接收要被寫入在存儲單元陣列中的數據,以及根據
輸入的數據來驅動位線。讀取/寫入電路320包括分別與列(或位線)或列對(或位線對)
相對應的多個頁緩沖器322、324和326。多個鎖存器(未示出)可以被包括在頁緩沖器
322、324和326中的每個中。

圖4至圖11是圖示圖1中所示的存儲器件150的示意圖。

圖4是圖示圖1中所示的存儲器件150的多個存儲塊152至156的示例的框圖。

參照圖4,存儲器件150可以包括多個存儲塊BLK0至BLKN-1,且存儲塊BLK0
至BLKN-1中的每個可以實現為三維(3D)結構或垂直結構。各個存儲塊BLK0至
BLKN-1可以包括沿第一方向至第三方向(例如,x軸方向、y軸方向和z軸方向)延伸
的結構。

各個存儲塊BLK0至BLKN-1可以包括沿第二方向延伸的多個NAND串NS。多個
NAND串NS可以沿第一方向和第三方向設置。每個NAND串NS電耦接至位線BL、至
少一個源極選擇線SSL、至少一個接地選擇線GSL、多個字線WL、至少一個虛設字線
DWL和公共源極線CSL。即,各個存儲塊BLK0至BLKN-1電耦接至多個位線BL、多
個源極選擇線SSL、多個接地選擇線GSL、多個字線WL、多個虛設字線DWL和多個
公共源極線CSL。

圖5是圖4中所示的多個存儲塊BLK0至BLKN-1中的一個存儲塊BLKi的等距視
圖。圖6是沿圖5中所示的存儲塊BLKi的線I-I′截取的剖視圖。

參照圖5和圖6,存儲器件150的多個存儲塊之中的存儲塊BLKi可以包括沿第一
方向至第三方向延伸的結構。

可以設置有襯底5111。襯底5111可以包括摻雜有第一類型雜質的硅材料。襯底5111
可以包括摻雜有p型雜質的硅材料,或者可以是p型阱(例如,袋型p阱),并且包括
圍繞p型阱的n型阱。雖然假設襯底5111是p型硅,但是要注意的是,襯底5111不局
限于是p型硅。

沿第一方向延伸的多個摻雜區5311至5314可以設置在襯底5111之上。多個摻雜區
5311至5314可以包含不同于襯底5111的第二類型雜質。多個摻雜區5311至5314可以
摻雜有n型雜質。雖然這里假設第一摻雜區5311至第四摻雜區5314是n型,但是要注
意的是,第一摻雜區5311至第四摻雜區5314不局限于是n型。

在第一摻雜區5311與第二摻雜區5312之間的襯底5111之上的區域中,沿第一方向
延伸的多個電介質材料5112可以沿第二方向依次設置。電介質材料5112和襯底5111可
以沿第二方向彼此分離預定距離。電介質材料5112可以沿第二方向彼此分離預定距離。
電介質材料5112可以包括諸如氧化硅的電介質材料。

在第一摻雜區5311與第二摻雜區5312之間的襯底5111之上的區域中,可以設置多
個柱體5113,多個柱體5113沿第一方向依次布置并且沿第二方向穿過電介質材料5112。
多個柱體5113可以分別穿過電介質材料5112并且可以與襯底5111電耦接。每個柱體5113
可以由多種材料構成。每個柱體5113的表面層5114可以包括摻雜有第一類型雜質的硅
材料。每個柱體5113的表面層5114可以包括摻雜有與襯底5111相同類型雜質的硅材料。
雖然這里假設每個柱體5113的表面層5114可以包括p型硅,但是每個柱體5113的表面
層5114不局限于是p型硅。

每個柱體5113的內層5115可以由電介質材料形成。每個柱體5113的內層5115可
以由諸如氧化硅的電介質材料填充。

在第一摻雜區5311與第二摻雜區5312之間的區域中,電介質層5116可以沿電介
質材料5112、柱體5113和襯底5111的暴露表面設置。電介質層5116的厚度可以小于電
介質材料5112之間的距離的一半。換句話說,其中可布置除電介質材料5112和電介質
層5116之外的材料的區域可以設置在(i)設置在電介質材料5112的第一電介質材料的
底表面之上的電介質層5116與(ii)設置在電介質材料5112的第二電介質材料的頂表面
之上的電介質層5116之間。電介質材料5112位于第一電介質材料之下。

在第一摻雜區5311與第二摻雜區5312之間的區域中,導電材料5211至5291可以
設置在電介質層5116的暴露表面之上。沿第一方向延伸的導電材料5211可以設置在鄰
近襯底5111的電介質材料5112與襯底5111之間。具體地,沿第一方向延伸的導電材料
5211可以設置在(i)布置在襯底5111之上的電介質層5116與(ii)布置在鄰近襯底5111
的電介質材料5112的底表面之上的電介質層5116之間。

沿第一方向延伸的導電材料可以設置在(i)布置在電介質材料5112的一個電介質
材料的頂表面之上的電介質層5116與(ii)布置在電介質材料5112的另一電介質材料(其
布置在該特定電介質材料5112之上)的底表面之上的電介質層5116之間。沿第一方向
延伸的導電材料5221至5228可以設置在電介質材料5112之間。沿第一方向延伸的導電
材料5291可以設置在最上電介質材料5112之上。沿第一方向延伸的導電材料5211至
5291可以是金屬材料。沿第一方向延伸的導電材料5211至5291可以是諸如多晶硅的導
電材料。

在第二摻雜區5312與第三摻雜區5313之間的區域中,可以設置與第一摻雜區5311
和第二摻雜區5312之間的結構相同的結構。例如,在第二摻雜區5312與第三摻雜區5313
之間的區域中,可以設置沿第一方向延伸的多個電介質材料5112、沿第一方向依次布置
且沿第二方向穿過多個電介質材料5112的多個柱體5113、設置在多個電介質材料5112
和多個柱體5113的暴露表面之上的電介質層5116、以及沿第一方向延伸的多個導電材
料5212至5292。

在第三摻雜區5313與第四摻雜區5314之間的區域中,可以設置與第一摻雜區5311
和第二摻雜區5312之間的結構相同的結構。例如,在第三摻雜區5313與第四摻雜區5314
之間的區域中,可以設置沿第一方向延伸的多個電介質材料5112、沿第一方向依次布置
且沿第二方向穿過多個電介質材料5112的多個柱體5113、設置在多個電介質材料5112
和多個柱體5113的暴露表面之上的電介質層5116、以及沿第一方向延伸的多個導電材
料5213至5293。

漏極5320可以分別設置在多個柱體5113之上。漏極5320可以是摻雜有第二類型
雜質的硅材料。漏極5320可以是摻雜有n型雜質的硅材料。雖然假設漏極5320包括n
型硅,但是要注意的是,漏極5320不局限于是n型硅。例如,每個漏極5320的寬度可
以大于每個對應柱體5113的寬度。每個漏極5320可以以焊盤的形狀設置在每個對應柱
體5113的頂表面之上。

沿第三方向延伸的導電材料5331至5333可以設置在漏極5320之上。導電材料5331
至5333可以沿第一方向依次布置。各個導電材料5331至5333可以與對應區域的漏極
5320電耦接。漏極5320和沿第三方向延伸的導電材料5331至5333可以通過接觸插塞
電耦接。沿第三方向延伸的導電材料5331至5333可以是金屬材料。沿第三方向延伸的
導電材料5331至5333可以是諸如多晶硅的導電材料。

在圖5和圖6中,各個柱體5113可以與電介質層5116以及沿第一方向延伸的導電
材料5211至5291、5212至5292和5213至5293一起形成串。各個柱體5113可以與電
介質層5116以及沿第一方向延伸的導電材料5211至5291、5212至5292和5213至5293
一起形成NAND串NS。每個NAND串NS可以包括多個晶體管結構TS。

圖7是圖6中所示的晶體管結構TS的剖面圖。

參照圖7,在圖6中所示的晶體管結構TS中,電介質層5116可以包括第一子電介
質層5117、第二子電介質層5118和第三子電介質層5119。

在每個柱體5113中的p型硅的表面層5114可以用作本體。鄰近柱體5113的第一
子電介質層5117可以用作隧道電介質層,并且可以包括熱氧化層。

第二子電介質層5118可以用作電荷儲存層。第二子電介質層5118可以用作電荷捕
獲層,并且可以包括氮化物層或者諸如氧化鋁層或氧化鉿層等的金屬氧化物層。

鄰近導電材料5233的第三子電介質層5119可以用作阻擋電介質層。鄰近沿第一方
向延伸的導電材料5233的第三子電介質層5119可以形成為單層或多層。第三子電介質
層5119可以是高-k電介質層(例如,氧化鋁層、氧化鉿層等),其具有比第一子電介質
層5117和第二子電介質層5118大的介電常數。

導電材料5233可以用作柵極或控制柵極。即,柵極或控制柵極5233、阻擋電介質
層5119、電荷儲存層5118、隧道電介質層5117和本體5114可以形成晶體管或存儲單元
晶體管結構。例如,第一子電介質層5117至第三子電介質層5119可以形成氧化物-氮化
物-氧化物(ONO)結構。在實施例中,在每個柱體5113中的p型硅的表面層5114將被
稱為沿第二方向的本體。

存儲塊BLKi可以包括多個柱體5113。即,存儲塊BLKi可以包括多個NAND串
NS。詳細地,存儲塊BLKi可以包括沿第二方向或垂直于襯底5111的方向延伸的多個
NAND串NS。

每個NAND串NS可以包括沿第二方向布置的多個晶體管結構TS。每個NAND串
NS的多個晶體管結構TS中的至少一個晶體管結構TS可以用作源極選擇晶體管SST。
每個NAND串NS的多個晶體管結構TS中的至少一個晶體管結構TS可以用作接地選擇
晶體管GST。

柵極或控制柵極可以對應于沿第一方向延伸的導電材料5211至5291、5212至5292
和5213至5293。換句話說,柵極或控制柵極可以沿第一方向延伸并且形成字線和至少
兩個選擇線(至少一個源極選擇線SSL和至少一個接地選擇線GSL)。

沿第三方向延伸的導電材料5331至5333可以電耦接至NAND串NS的一端。沿第
三方向延伸的導電材料5331至5333可以用作位線BL。即,在一個存儲塊BLKi中,多
個NAND串NS可以電耦接至一個位線BL。

沿第一方向延伸的第二類型摻雜區5311至5314可以設置至NAND串NS的另一端。
沿第一方向延伸的第二類型摻雜區5311至5314可以用作公共源極線CSL。

即,存儲塊BLKi可以包括沿垂直于襯底5111的方向(例如,第二方向)延伸的多
個NAND串NS,并且可以用作其中多個NAND串NS電耦接至一個位線BL的NAND
快閃存儲塊(例如,電荷捕獲型存儲器的NAND快閃存儲塊)。

雖然在圖5至圖7中圖示了沿第一方向延伸的導電材料5211至5291、5212至5292
和5213至5293被設置為9層,但是要注意的是,沿第一方向延伸的導電材料5211至
5291、5212至5292和5213至5293不局限于被設置為9層。例如,沿第一方向延伸的
導電材料可以被設置為8層、16層或任意多層。換句話說,在一個NAND串NS中,晶
體管的數量可以是8、16或更多。

雖然在圖5至圖7中圖示了3個NAND串NS電耦接至一個位線BL,但是要注意
的是,實施例不局限于使3個NAND串NS電耦接至一個位線BL。在存儲塊BLKi中,
m數量的NAND串NS可以電耦接至一個位線BL,m是正整數。根據電耦接至一個位
線BL的NAND串NS的數量,也可以控制沿第一方向延伸的導電材料5211至5291、5212
至5292和5213至5293的數量以及公共源極線5311至5314的數量。

此外,雖然在圖5至圖7中圖示了3個NAND串NS電耦接至沿第一方向延伸的一
個導電材料,但是要注意的是,實施例不局限于使3個NAND串NS電耦接至沿第一方
向延伸的一個導電材料。例如,n數量的NAND串NS可以電耦接至沿第一方向延伸的
一個導電材料,n是正整數。根據電耦接至沿第一方向延伸的一個導電材料的NAND串
NS的數量,也可以控制位線5331至5333的數量。

圖8是圖示具有參照圖5至圖7所描述的第一結構的存儲塊BLKi的等效電路圖。

參照圖8,在具有第一結構的塊BLKi中,NAND串NS11至NS31可以設置在第一
位線BL1與公共源極線CSL之間。第一位線BL1可以對應于圖5和圖6的沿第三方向
延伸的導電材料5331。NAND串NS12至NS32可以設置在第二位線BL2與公共源極線
CSL之間。第二位線BL2可以對應于圖5和圖6的沿第三方向延伸的導電材料5332。
NAND串NS13至NS33可以設置在第三位線BL3與公共源極線CSL之間。第三位線
BL3可以對應于圖5和圖6的沿第三方向延伸的導電材料5333。

每個NAND串NS的源極選擇晶體管SST可以電耦接至對應的位線BL。每個NAND
串NS的接地選擇晶體管GST可以電耦接至公共源極線CSL。存儲單元MC可以設置在
每個NAND串NS的源極選擇晶體管SST與接地選擇晶體管GST之間。

在該示例中,NAND串NS可以以行和列為單位來定義,電耦接至一個位線的NAND
串NS可以形成一列。電耦接至第一位線BL1的NAND串NS11至NS31對應于第一列,
電耦接至第二位線BL2的NAND串NS12至NS32對應于第二列,以及電耦接至第三位
線BL3的NAND串NS13至NS33對應于第三列。電耦接至一個源極選擇線SSL的NAND
串NS形成一行。電耦接至第一源極選擇線SSL1的NAND串NS11至NS13形成第一行,
電耦接至第二源極選擇線SSL2的NAND串NS21至NS23形成第二行,以及電耦接至
第三源極選擇線SSL3的NAND串NS31至NS33形成第三行。

在每個NAND串NS中定義高度。在每個NAND串NS中,鄰近接地選擇晶體管
GST的存儲單元MC1的高度具有值“1”。在每個NAND串NS中,當從襯底5111測量
時,存儲單元的高度隨存儲單元靠近源極選擇晶體管SST而增大。在每個NAND串NS
中,鄰近源極選擇晶體管SST的存儲單元MC6的高度是7。

同一行中的NAND串NS的源極選擇晶體管SST共享源極選擇線SSL。不同行中
的NAND串NS的源極選擇晶體管SST分別電耦接至不同的源極選擇線SSL1、SSL2和
SSL3。

在同一行的NAND串NS中的同一高度處的存儲單元共享字線WL。即,在同一高
度處,電耦接至不同行的NAND串NS的存儲單元MC的字線WL被電耦接。在同一行
的NAND串NS中的同一高度處的虛設存儲單元DMC共享虛設字線DWL。即,在同一
高度或水平處,電耦接至不同行的NAND串NS的虛設存儲單元DMC的虛設字線DWL
被電耦接。

位于同一水平或高度或層的字線WL或虛設字線DWL在其處設置有沿第一方向延
伸的導電材料5211至5291、5212至5292和5213至5293的層處彼此電耦接。沿第一方
向延伸的導電材料5211至5291、5212至5292和5213至5293通過接觸共同地電耦接至
上層。在上層處,沿第一方向延伸的導電材料5211至5291、5212至5292和5213至5293
電耦接。換句話說,同一行中的NAND串NS的接地選擇晶體管GST共享接地選擇線
GSL。此外,不同行中的NAND串NS的接地選擇晶體管GST共享接地選擇線GSL。
即,NAND串NS11至NS13、NS21至NS23和NS31至NS33電耦接至接地選擇線GSL。

公共源極線CSL電耦接至NAND串NS。在有源區之上和襯底5111之上,第一摻
雜區5311至第四摻雜區5314電耦接。第一摻雜區5311至第四摻雜區5314通過接觸電
耦接至上層,并且在上層處,第一摻雜區5311至第四摻雜區5314電耦接。

如圖8中所示,同一高度或水平的字線WL電耦接。因此,當特定高度處的字線
WL被選中時,電耦接至該字線WL的所有NAND串NS被選中。不同行中的NAND串
NS電耦接至不同的源極選擇線SSL。因此,在電耦接至同一字線WL的NAND串NS
之中,通過選擇源極選擇線SSL1至SSL3中的一個,在未選行中的NAND串NS與位
線BL1至BL3電隔離。換句話說,通過選擇源極選擇線SSL1至SSL3中的一個,一行
NAND串NS被選中。此外,通過選擇位線BL1至BL3中的一個,在選中行中的NAND
串NS以列為單位而被選中。

在每個NAND串NS中,設置有虛設存儲單元DMC。在圖8中,在每個NAND串
NS中,虛設存儲單元DMC設置在第三存儲單元MC3與第四存儲單元MC4之間。即,
第一存儲單元MC1至第三存儲單元MC3設置在虛設存儲單元DMC與接地選擇晶體管
GST之間。第四存儲單元MC4至第六存儲單元MC6設置在虛設存儲單元DMC與源極
選擇晶體管SST之間。每個NAND串NS的存儲單元MC被虛設存儲單元DMC劃分為
存儲單元組。在劃分的存儲單元組中,鄰近接地選擇晶體管GST的存儲單元(例如,
MC1至MC3)可以被稱為下存儲單元組,而鄰近源極選擇晶體管SST的存儲單元(例
如,MC4至MC6)可以被稱為上存儲單元組。

在下文中,將參照圖9至圖11做出詳細描述,圖9至圖11示出根據實施例的存儲
系統中的用不同于第一結構的三維(3D)非易失性存儲器件來實施的存儲器件。

圖9是示意性圖示用三維(3D)非易失性存儲器件來實施的存儲器件并且示出圖4
的多個存儲塊中的存儲塊BLKj的等距視圖。圖10是圖示沿圖9的線VII-VII′截取的存
儲塊BLKj的剖視圖。

參照圖9和圖10,圖1的存儲器件150的多個存儲塊之中的存儲塊BLKj可以包括
沿第一方向至第三方向延伸的結構。

可以設置襯底6311。例如,襯底6311可以包括摻雜有第一類型雜質的硅材料。例
如,襯底6311可以包括摻雜有p型雜質的硅材料,或可以是p型阱(例如,袋型p阱),
并且包括圍繞p型阱的n型阱。雖然在實施例中假設襯底6311是p型硅,但是要注意的
是,襯底6311不局限于是p型硅。

沿x軸方向和y軸方向延伸的第一導電材料6321至第四導電材料6324可以設置在
襯底6311之上。第一導電材料6321至第四導電材料6324可以沿z軸方向分離預定距離。

沿x軸方向和y軸方向延伸的第五導電材料6325至第八導電材料6328可以設置在
襯底6311之上。第五導電材料6325至第八導電材料6328可以沿z軸方向分離預定距離。
第五導電材料6325至第八導電材料6328可以沿y軸方向與第一導電材料6321至第四導
電材料6324分離。

可以設置穿過第一導電材料6321至第四導電材料6324的多個下柱體DP。每個下
柱體DP沿z軸方向延伸。此外,可以設置穿過第五導電材料6325至第八導電材料6328
的多個上柱體UP。每個上柱體UP沿z軸方向延伸。

下柱體DP和上柱體UP中的每個柱體可以包括內部材料6361、中間層6362和表
面層6363。中間層6362可以用作單元晶體管的溝道。表面層6363可以包括阻擋電介質
層、電荷儲存層和隧道電介質層。

下柱體DP和上柱體UP可以通過管道柵極PG電耦接。管道柵極PG可以布置在襯
底6311中。例如,管道柵極PG可以包括與下柱體DP和上柱體UP相同的材料。

沿x軸方向和y軸方向延伸的第二類型的摻雜材料6312可以設置在下柱體DP之上。
例如,第二類型的摻雜材料6312可以包括n型硅材料。第二類型的摻雜材料6312可以
用作公共源極線CSL。

漏極6340可以設置在上柱體UP之上。漏極6340可以包括n型硅材料。沿y軸方
向延伸的第一上導電材料6351和第二上導電材料6352可以設置在漏極6340之上。

第一上導電材料6351和第二上導電材料6352可以沿x軸方向分離。第一上導電材
料6351和第二上導電材料6352可以由金屬形成。第一上導電材料6351和第二上導電材
料6352與漏極6340可以通過接觸插塞電耦接。第一上導電材料6351和第二上導電材料
6352分別用作第一位線BL1和第二位線BL2。

第一導電材料6321可以用作源極選擇線SSL,第二導電材料6322可以用作第一虛
設字線DWL1,以及第三導電材料6323和第四導電材料6324分別用作第一主字線
MWL1和第二主字線MWL2。第五導電材料6325和第六導電材料6326分別用作第三主
字線MWL3和第四主字線MWL4,第七導電材料6327可以用作第二虛設字線DWL2,
以及第八導電材料6328可以用作漏極選擇線DSL。

下柱體DP和鄰近下柱體DP的第一導電材料6321至第四導電材料6324形成下串。
上柱體UP和鄰近上柱體UP的第五導電材料6325至第八導電材料6328形成上串。下
串和上串可以通過管道柵極PG電耦接。下串的一端可以電耦接至用作公共源極線CSL
的第二類型的摻雜材料6312。上串的一端可以通過漏極6340電耦接至對應的位線。一
個下串和一個上串形成一個單元串,該一個單元串電耦接在第二類型的摻雜材料6312
(用作公共源極線CSL)與上導電材料層6351和6352中的相應一個(用作位線BL)
之間。

即,下串可以包括源極選擇晶體管SST、第一虛設存儲單元DMC1、第一主存儲單
元MMC1和第二主存儲單元MMC2。上串可以包括第三主存儲單元MMC3、第四主存
儲單元MMC4、第二虛設存儲單元DMC2和漏極選擇晶體管DST。

在圖9和圖10中,上串和下串可以形成NAND串NS,NAND串NS可以包括多個
晶體管結構TS。由于以上參照圖7詳細描述了包括在圖9和圖10中的NAND串NS中
的晶體管結構,因此這里將省略其詳細描述。

圖11是圖示具有如上參照圖9和圖10描述的第二結構的存儲塊BLKj的等效電路
的電路圖。示出了在第二結構的存儲塊BLKj中形成對的第一串和第二串。

參照圖11,在存儲器件150的多個塊之中的具有第二結構的存儲塊BLKj中,可以
以定義多個對的方式來設置單元串,每個單元串用通過管道柵極PG而電耦接的一個上
串和一個下串來實施,如參照圖9和圖10描述的。

在具有第二結構的特定存儲塊BLKj中,沿第一溝道CH1(未示出)層疊的存儲單
元CG0至CG31(例如,至少一個源極選擇柵極SSG1和至少一個漏極選擇柵極DSG1)
形成第一串ST1,沿第二溝道CH2(未示出)層疊的存儲單元CG0至CG31(例如,至
少一個源極選擇柵極SSG2和至少一個漏極選擇柵極DSG2)形成第二串ST2。

第一串ST1和第二串ST2電耦接至同一漏極選擇線DSL和同一源極選擇線SSL。
第一串ST1電耦接至第一位線BL1,第二串ST2電耦接至第二位線BL2。

雖然在圖11中描述了第一串ST1和第二串ST2電耦接至同一漏極選擇線DSL和同
一源極選擇線SSL,但是可以預期第一串ST1和第二串ST2可以電耦接至同一源極選擇
線SSL和同一位線BL,第一串ST1可以電耦接至第一漏極選擇線DSL1而第二串ST2
可以電耦接至第二漏極選擇線DSL2。還可以預期第一串ST1和第二串ST2可以電耦接
至同一漏極選擇線DSL和同一位線BL,第一串ST1可以電耦接至第一源極選擇線SSL1
而第二串ST2可以電耦接至第二源極選擇線SSL2。

將參照圖12和圖13來對存儲器件150的數據處理操作做出詳細描述,具體地,對
根據實施例的存儲系統110中的存儲器件150的讀取/寫入操作期間的映射數據更新操作
做出詳細描述。

圖12是圖示根據實施例的存儲系統110中的存儲器件150的數據處理操作的示意
圖。

作為示例將對以下處理做出描述,即:當讀取數據或寫入數據被儲存于在控制器130
的存儲器144中包括的緩沖器/高速緩存中,然后從存儲器件150中包括的多個存儲塊中
讀取儲存在緩沖器/高速緩存中的數據或將儲存在緩沖器/高速緩存中的數據寫入至存儲
器件150中包括的多個存儲塊時,對與讀取數據/寫入數據相對應的映射數據進行的處理。

映射數據可以包括儲存在存儲器件150中的讀取/寫入數據的映射信息、地址信息、
頁信息、邏輯到物理(L2P)信息和物理到邏輯(P2L)信息。映射數據可以是包括這種
映射信息的元數據。

此外,雖然為了方便解釋起見,作為示例將在下面描述控制器130執行存儲系統110
中的數據處理操作,但是要注意的是,如上所描述的,控制器130中包括的處理器134
可以執行數據處理。

在以下將描述的實施例中,將對在編程操作或寫入操作之后更新映射數據的控制器
130的映射數據更新操作做出描述。在編程操作期間,控制器130將從主機102提供的
寫入數據儲存于在控制器130的存儲器144中包括的緩沖器/高速緩存中,然后儲存在緩
沖器/高速緩存中的數據被編程至存儲器件150中包括的多個存儲塊。在讀取操作期間,
控制器130從存儲器件150的相應塊讀取與讀取命令相對應的讀取數據,然后將讀取數
據儲存于在控制器130的存儲器144中包括的緩沖器/高速緩存中。然后,儲存在緩沖器
/高速緩存中的數據被提供至主機102。

參照圖12,控制器130執行寫入操作或讀取操作,并且更新與寫入操作和讀取操作
相對應的寫入數據和讀取數據的映射數據。

例如,控制器130在讀取/寫入邏輯頁碼2的數據(在下文中,被稱為“數據2”)
的情況下更新映射數據(在下文中,被稱為“映射數據2”),在讀取/寫入邏輯頁碼3的
數據(在下文中,被稱為“數據3”)的情況下更新映射數據(在下文中,被稱為“映射
數據3”),在讀取/寫入邏輯頁碼6的數據(在下文中,被稱為“數據6”)的情況下更新
映射數據(在下文中,被稱為“映射數據6”),在讀取/寫入邏輯頁碼7的數據(在下文
中,被稱為“數據7”)的情況下更新映射數據(在下文中,被稱為“映射數據7),在讀
取/寫入邏輯頁碼8的數據(在下文中,被稱為“數據8”)的情況下更新映射數據(在下
文中,被稱為“映射數據8”),在讀取/寫入邏輯頁碼9的數據(在下文中,被稱為“數
據9”)的情況下更新映射數據(在下文中,被稱為“映射數據9”),以及在讀取/寫入邏
輯頁碼11的數據(在下文中,被稱為“數據11”)的情況下更新映射數據(在下文中,
被稱為“映射數據11”)。

邏輯頁碼的數據(例如,數據2、數據3、數據6、數據7、數據8、數據9和數據
11)是根據數據位置的隨機數據或者是根據讀取/寫入操作的頻率/計數的熱數據。通過讀
取/寫入命令的模式來檢查數據位置和讀取/寫入操作的頻率/計數,控制器130通過檢查
讀取/寫入命令的模式而將與從主機102提供的讀取/寫入命令相對應的數據識別為隨機
數據或熱數據。

此外,控制器130在讀取/寫入邏輯頁碼組B的數據(在下文中,被稱為“數據B”)
的情況下更新映射數據(在下文中,被稱為“映射數據B”),在讀取/寫入邏輯頁碼組C
的數據(在下文中,被稱為“數據C”)的情況下更新映射數據(在下文中,被稱為“映
射數據C”),在讀取/寫入邏輯頁碼組F的數據(在下文中,被稱為“數據F”)的情況
下更新映射數據(在下文中,被稱為“映射數據F”),在讀取/寫入邏輯頁碼組G的數據
(在下文中,被稱為“數據G”)的情況下更新映射數據(在下文中,被稱為“映射數據
G”),在讀取/寫入邏輯頁碼組H的數據(在下文中,被稱為“數據H”)的情況下更新
映射數據(在下文中,被稱為“映射數據H”),在讀取/寫入邏輯頁碼組I的數據(在下
文中,被稱為“數據I”)的情況下更新映射數據(在下文中,被稱為“映射數據I”),
以及在讀取/寫入邏輯頁碼組K的數據(在下文中,被稱為“數據K”)的情況下更新映
射數據(在下文中,被稱為“映射數據K”)。

邏輯頁碼組的數據(例如,數據B、數據C、數據F、數據G、數據H、數據I和
數據K)是其中多個邏輯頁碼根據數據位置而連續的數據,或者是根據讀取/寫入操作的
頻率/計數的冷數據。如上所描述的,通過讀取/寫入命令的模式來檢查數據位置和讀取/
寫入操作的頻率/計數,控制器130通過檢查讀取/寫入命令的模式而將與從主機102提供
的讀取/寫入命令相對應的數據識別為連續數據或冷數據。

因此,控制器130基于從主機102提供的讀取/寫入命令來判斷讀取/寫入數據是隨
機數據/連續數據還是熱數據/冷數據。表示讀取/寫入數據是隨機數據/連續數據還是熱數
據/冷數據的類型信息可以以上下文(context)的形式而被包括在讀取/寫入命令中,控
制器130通過檢查包括在讀取/寫入命令中的信息或者如上所述通過從讀取/寫入命令的
模式中檢查位置和讀取/寫入操作的頻率/計數來識別讀取/寫入命令的類型信息。

控制器130從讀取/寫入命令中檢查讀取/寫入數據的優先級信息。優先級信息以上
下文(context)的形式或者以標記的形式而被包括在讀取/寫入命令中。包括在讀取/寫
入命令中的優先級信息表示當前讀取/寫入數據具有比先前讀取/寫入數據高的優先級還
是低的優先級。例如,在當前讀取/寫入數據具有比先前讀取/寫入數據高的優先級的情況
下,讀取/寫入數據的優先級值“1”可以被包括在讀取/寫入命令中。在當前讀取/寫入數
據具有比先前讀取/寫入數據低的優先級的情況下,讀取/寫入數據的優先級值“0”可以
被包括在讀取/寫入命令中。

通過根據讀取/寫入數據的種類的數據重要性以及根據讀取/寫入數據的處理(或更
新)計數、所需處理速度或數據大小的數據可處理性來確定讀取/寫入數據的優先級。例
如,在第一讀取/寫入數據具有比第二讀取/寫入數據高的數據重要性或高的數據可處理性
的情況下,第一讀取/寫入數據具有比第二讀取/寫入數據高的優先級。可以在第二讀取/
寫入數據之前執行用于更高優先級的第一讀取/寫入數據的讀取/寫入操作。由主機102
根據數據重要性或數據可處理性來確定讀取/寫入數據的優先級,優先級信息通過讀取/
寫入命令傳輸至控制器130。

控制器130響應于來自主機102的包括讀取/寫入數據的類型信息和優先級信息的讀
取/寫入命令來對讀取/寫入數據執行讀取/寫入操作。控制器130還執行用于更新映射數
據的映射數據更新操作,以將讀取/寫入操作的結果反映至映射數據。

在根據在特定時間t0 1210和1250從主機102提供的讀取/寫入命令來對讀取/寫入
數據執行讀取/寫入操作之后,控制器130根據讀取/寫入操作來對讀取/寫入數據執行映
射數據更新操作,并且將更新的映射數據儲存于在控制器130的存儲器144中包括的緩
沖器1200中。在緩沖器1200充滿了映射數據的情況下,控制器130將映射數據寫入在
存儲器件150的多個存儲塊之中的存儲塊M 1292中。

控制器130根據讀取/寫入數據的類型信息而將更新的映射數據儲存在緩沖器1200
的不同的緩沖器區域(例如,第一子緩沖器1202和第二子緩沖器1204)中。作為示例
還將描述隨機數據或熱數據的映射數據被儲存在第一子緩沖器1202中,以及連續數據或
冷數據的映射數據被儲存在第二子緩沖器1204中。

例如,根據在時間t0 1210和1250從主機102提供的讀取/寫入命令,將映射數據6
1212、映射數據11 1214、映射數據2 1216和映射數據9 1218儲存在第一子緩沖器1202
中作為與在時間t0 1210的命令相對應的映射數據,以及將映射數據I 1252、映射數據B
1254、映射數據K 1256和映射數據F 1258儲存在第二子緩沖器1204中作為與在時間t0
1250的命令相對應的映射數據。

根據讀取/寫入數據的包括在讀取/寫入命令中的優先級信息,儲存在第一子緩沖器
1202和第二子緩沖器1204中的映射數據具有優先級。例如,在儲存在時間t0 1210的第
一子緩沖器1202中的映射數據之中,映射數據2 1216可以具有最高優先級,映射數據
11 1214可以具有最低優先級,映射數據6 1212可以具有比映射數據9 1218高的優先級。
此外,在時間t0 1250儲存在第二子緩沖器1204中的數據之中,映射數據B 1254可以具
有最高優先級,映射數據K 1256可以具有最低優先級,映射數據F 1258可以具有比映
射數據I 1252高的優先級。

根據在時間t0 1210和1250以及在時間t0之前的時間從主機102提供的讀取/寫入
命令,對讀取/寫入數據執行讀取/寫入操作。由于對應于以這種方式執行的讀取/寫入操
作來更新讀取/寫入數據的映射數據,因此儲存在第一子緩沖器1202和第二子緩沖器
1204中的映射數據根據更新時間而具有更新的優先級。

例如,在于時間t0 1210儲存在第一子緩沖器1202中的映射數據之中,最近最多更
新的映射數據6 1212可以具有最高更新優先級,最近最少更新的映射數據9 1218可以具
有最低更新優先級,以及映射數據11 1214可以具有比映射數據2 1216高的更新優先級。
此外,在于時間t0 1250儲存在第二子緩沖器1204中的映射數據之中,最近最多更新的
映射數據I 1252可以具有最高更新優先級,最近最少更新的映射數據F 1258可以具有最
低更新優先級,以及映射數據B 1254可以具有比映射數據K 1256高的更新優先級。

在該示例中,具有最高更新優先級的映射數據6 1212和映射數據I 1252對應于在
時間t0 1210和1250的讀取/寫入命令。如上所述,在時間t0 1210和1250,在對數據6
和數據I執行讀取/寫入操作之后,執行用于映射數據6 1212和映射數據I 1252的更新操
作。

在下文中,將對在響應于讀取/寫入命令來對隨機數據和連續數據執行讀取/寫入操
作之后更新映射數據的操作做出詳細描述。

將映射數據6 1212、映射數據11 1214、映射數據2 1216和映射數據9 1218儲存在
第一子緩沖器1202中作為時間t0 1210的映射數據,以及將映射數據I 1252、映射數據
B 1254、映射數據K 1256和映射數據F 1258儲存在第二子緩沖器1204中作為時間t0
1250的映射數據。

然后,根據在緊接時間t0 1210和1250的時間t1 1220和1260從主機102提供的讀
取/寫入命令,對數據7和數據H執行讀取/寫入操作,并且將對應的映射數據7 1222和
映射數據H 1262更新并儲存在第一子緩沖器1202和第二子緩沖器1204中。此時,在第
一子緩沖器1202和第二子緩沖器1204中的每個已經充滿映射數據的情況下,在時間t0
1210和1250儲存在第一子緩沖器1202和第二子緩沖器1204中的映射數據之中的一個
映射數據被寫入至存儲塊M 1292。

控制器130根據映射數據的優先級來將在時間t0 1210和1250儲存在第一子緩沖器
1202和第二子緩沖器1204中的映射數據之中的具有最低優先級的映射數據11 1214和映
射數據K 1256編程在存儲塊M 1292中。此外,控制器130根據時間t1 1220和1260的
讀取/寫入命令來將映射數據7 1222和映射數據H 1262更新并儲存在第一子緩沖器1202
和第二子緩沖器1204中。

在時間t1 1220的讀取/寫入命令中,數據7的類型信息可以表示數據7是隨機數據
或熱數據,數據7的優先級信息可以表示數據7具有比時間t0 1210的數據6低的優先級。
此外,時間t1 1260的數據H的類型信息可以表示數據H是連續數據或冷數據,數據H
的優先級信息可以表示數據H具有比時間t0 1250的數據I高的優先級。

根據在時間t1 1220和1260從主機102提供的讀取/寫入命令,將映射數據7 1222、
映射數據6 1224、映射數據2 1226和映射數據9 1228儲存在第一子緩沖器1202中作為
與時間t1 1220的命令相對應的映射數據,以及將映射數據H 1262、映射數據I 1264、
映射數據B 1266和映射數據F 1268儲存在第二子緩沖器1204中作為與時間t1 1260的
命令相對應的映射數據。

在儲存在時間t1 1220的第一子緩沖器1202中的映射數據之中,映射數據2 1226
可以具有最高優先級,映射數據7 1222和映射數據9 1228可以具有最低優先級,以及映
射數據6 1224可以具有比映射數據7 1222高的優先級。此外,在儲存在時間t1 1260的
第二子緩沖器1204中的映射數據之中,映射數據B 1266可以具有最高優先級,映射數
據I 1264可以具有最低優先級,以及映射數據H 1262和映射數據F 1268可以具有比映
射數據I 1264高的優先級。

根據在時間t1 1220和1260以及在時間t1之前的時間從主機102提供的讀取/寫入
命令,對讀取/寫入數據執行讀取/寫入操作。由于對應于以這種方式執行的讀取/寫入操
作來更新讀取/寫入數據的映射數據,因此儲存在第一子緩沖器1202和第二子緩沖器
1204中的映射數據根據更新時間而具有更新的優先級。

例如,在儲存在時間t1 1220的第一子緩沖器1202中的映射數據之中,最近最多更
新的映射數據7 1222可以具有最高更新優先級,最近最少更新的映射數據9 1228可以具
有最低更新優先級,以及映射數據6 1224可以具有比映射數據2 1226高的更新優先級。
此外,在儲存在時間t1 1260的第二子緩沖器1204中的映射數據之中,最近最多更新的
映射數據H 1262可以具有最高更新優先級,最近最少更新的映射數據F 1268可以具有
最低更新優先級,以及映射數據I 1264可以具有比映射數據B 1266高的更新優先級。

在該示例中,具有最高更新優先級的映射數據7 1222和映射數據H 1262對應于時
間t1 1220和1260的讀取/寫入命令。如上所述,在時間t1 1220和1260,在對數據7和
數據H執行讀取/寫入操作之后,執行用于映射數據7 1222和映射數據H 1262的更新操
作。

然后,根據在緊接時間t1 1220和1260的時間t2 1230和1270從主機102提供的讀
取/寫入命令,對數據8和數據G執行讀取/寫入操作,并且將對應的映射數據8 1232和
映射數據G 1272更新并儲存在第一子緩沖器1202和第二子緩沖器1204中。此時,在第
一子緩沖器1202和第二子緩沖器1204中的每個已經充滿映射數據的情況下,在儲存在
時間t1 1220和1260的第一子緩沖器1202和第二子緩沖器1204中的映射數據之中的一
個映射數據被寫入至存儲塊M 1292。

控制器130根據映射數據的優先級來將在儲存在時間t1 1220和1260的第一子緩沖
器1202和第二子緩沖器1204中的映射數據之中的具有最低優先級的映射數據7 1222、
映射數據9 1229和映射數據I 1264編程在存儲塊M 1292中。此外,控制器130根據時
間t2 1230和1270的讀取/寫入命令來將映射數據8 1232和映射數據G 1272更新并且儲
存在第一子緩沖器1202和第二子緩沖器1204中。

由于儲存在時間t1 1220的第一子緩沖器1202中的映射數據7 1222和映射數據9
1228二者都具有最低優先級,因此將根據更新優先級而具有最低更新優先級的映射數據
9 1228編程至存儲塊M 1292,以及將根據時間t2 1230的讀取/寫入命令的映射數據8
1232儲存在第一子緩沖器1202中。

因此,在存在具有相同最低優先級的多個映射數據的情況下,將根據映射數據的更
新優先級而具有最低更新優先級的映射數據編程至存儲塊M 1292。即,當在映射數據更
新操作期間第一子緩沖器1202和第二子緩沖器1204已經充滿映射數據時,最近最少更
新的映射數據被編程至存儲塊M 1292。

在存在具有相同最低優先級的多個映射數據的情況下,當在映射數據更新操作期間
第一子緩沖器1202和第二子緩沖器1204已經充滿映射數據時,根據LRU(最近最少使
用)/MRU(最近最多使用)算法而將具有最低更新優先級的映射數據編程至存儲塊M
1292。

此時,如上所述,由于根據讀取/寫入命令中包括的優先級信息來將映射數據更新和
儲存在緩沖器1200中,因此對于來自主機102的讀取/寫入請求來說出現可能性更高的
讀取/寫入數據(例如,具有更高優先級的數據)的映射數據被儲存在緩沖器1200中。
相應地,因為可以省略用于將具有更高優先級的數據的映射數據從存儲器件150恢復至
緩沖器1200的操作,所以可以縮短讀取/寫入操作延遲,并且可以改善讀取/寫入操作性
能。

在實施例中,如上所述,當更新與時間t1 1220的命令相對應的映射數據時,由于
根據讀取/寫入命令中包括的優先級信息將具有最低優先級的映射數據11 1214傳輸至存
儲器件150并且將映射數據9 1228儲存在第一子緩沖器1202中,因此可以執行用于數
據9的讀取/寫入操作,而不需要執行用于從存儲器件150恢復映射數據9 1228的操作。

在時間t2 1230的讀取/寫入命令中,數據8的類型信息可以表示數據8是隨機數據
或熱數據,數據8的優先級信息可以表示數據8具有比時間t1 1220的數據7低的優先級。
此外,時間t2 1270的數據G的類型信息可以表示數據G是連續數據或冷數據,以及數
據G的優先級信息可以表示數據G具有比時間t1 1260的數據H高的優先級。

根據在時間t2 1230和1270從主機102提供的讀取/寫入命令,將映射數據8 1232、
映射數據7 1234、映射數據6 1236和映射數據2 1238儲存在第一子緩沖器1202中作為
與時間t2 1230的命令相對應的映射數據。將映射數據G 1272、映射數據H 1274、映射
數據B 1276和映射數據F 1278儲存在第二子緩沖器1204中作為與時間t2 1270的命令
相對應的映射數據。

在儲存在時間t2 1230的第一子緩沖器1202中的映射數據之中,映射數據2 1238
可以具有最高優先級,映射數據8 1232可以具有最低優先級,以及映射數據6 1236可以
具有比映射數據7 1234高的優先級。此外,在儲存在時間t2 1270的第二子緩沖器1204
中的映射數據之中,映射數據B 1276可以具有最高優先級,映射數據H 1274和映射數
據F 1278可以具有最低優先級,以及映射數據G 1272可以具有比映射數據H 1274高的
優先級。

根據在時間t2 1230和1270以及在時間t2之前的時間從主機102提供的讀取/寫入
命令,對讀取/寫入數據執行讀取/寫入操作。由于對應于以這種方式執行的讀取/寫入操
作來更新讀取/寫入數據的映射數據,因此儲存在第一子緩沖器1202和第二子緩沖器
1204中的映射數據根據更新時間而具有更新的優先級。

在儲存在時間t2 1230的第一子緩沖器1202中的映射數據之中,最近最多更新的映
射數據8 1232可以具有最高更新優先級,最近最少更新的映射數據2 1238可以具有最低
更新優先級,以及映射數據7 1234可以具有比映射數據6 1236高的更新優先級。此外,
在儲存在時間t2 1270的第二子緩沖器1204中的映射數據之中,最近最多更新的映射數
據G 1272可以具有最高更新優先級,最近最少更新的映射數據F 1278可以具有最低更
新優先級,以及映射數據H 1274可以具有比映射數據B 1376高的更新優先級。

在該示例中,具有最高更新優先級的映射數據8 1232和映射數據G 1272對應于在
時間t2 1230和1270的讀取/寫入命令。如上所述,在時間t2 1230和1270,在對數據8
和數據G執行讀取/寫入操作之后,執行用于映射數據8 1232和映射數據G 1272的更新
操作。

然后,根據在緊接時間t2 1230和1270的時間t3 1240和1280從主機102提供的讀
取/寫入命令,對數據3和數據C執行讀取/寫入操作,并且將對應的映射數據3 1242和
映射數據C 1282更新和儲存在第一子緩沖器1202和第二子緩沖器1204中。此時,在第
一子緩沖器1202和第二子緩沖器1204中的每個已經充滿映射數據的情況下,儲存在時
間t2 1230和1270的第一子緩沖器1202和第二子緩沖器1204中的映射數據之中的一個
映射數據被寫入至存儲塊M 1292。

控制器130將儲存在時間t2 1230和1270的第一子緩沖器1202和第二子緩沖器1204
中的映射數據之中的根據映射數據的優先級具有最低優先級的映射數據8 1232、映射數
據H 1274和映射數據F 1278編程在存儲塊M 1292中。此外,控制器130根據時間t3 1240
和1280的讀取/寫入命令來將映射數據3 1242和映射數據C 1282更新并儲存在第一子緩
沖器1202和第二子緩沖器1204中。

由于儲存在時間t2 1270的第二子緩沖器1204中的映射數據H 1274和映射數據F
1278二者都具有最低優先級,因此將根據更新優先級而具有最低更新優先級的映射數據
F 1278編程至存儲塊M 1292,以及將根據在時間t3 1240的讀取/寫入命令的映射數據3
1242儲存在第一子緩沖器1202中。

如上所述,在存在具有相同最低優先級的多個映射數據的情況下,當在映射數據更
新操作期間第一子緩沖器1202和第二子緩沖器1204已經充滿映射數據時,根據LRU(最
近最少使用)/MRU(最近最多使用)算法而將具有最低更新優先級的映射數據編程至
存儲塊M 1292。

此時,如上所述,由于根據讀取/寫入命令中包括的優先級信息來將映射數據更新和
儲存在緩沖器1200中,因此對于來自主機102的讀取/寫入請求來說出現可能性更高的
讀取/寫入數據(例如,具有更高優先級的數據)的映射數據被儲存在緩沖器1200中。
相應地,因為可以省略用于將具有更高優先級的數據的映射數據從存儲器件150恢復至
緩沖器1200的操作,所以可以縮短讀取/寫入操作延遲,并且可以改善讀取/寫入操作性
能。

在時間t3 1240的讀取/寫入命令中,數據3的類型信息可以表示數據3是隨機數據
或熱數據,數據3的優先級信息可以表示數據3具有比在時間t2 1230的數據8高的優先
級。此外,時間t3 1280的數據C的類型信息可以表示數據C是連續數據或冷數據,以
及數據C的優先級信息可以表示數據C具有比時間t2 1270的數據G高的優先級。

根據在時間t3 1240和1280從主機102提供的讀取/寫入命令,將映射數據3 1242、
映射數據7 1244、映射數據6 1246和映射數據2 1248儲存在第一子緩沖器1202中作為
與時間t3 1240的命令相對應的映射數據,將映射數據C 1282、映射數據G 1284、映射
數據H 1286和映射數據B 1288儲存在第二子緩沖器1204中作為與時間t3 1280的命令
相對應的映射數據。

在儲存在時間t3 1240的第一子緩沖器1202中的映射數據之中,映射數據2 1248
可以具有最高優先級,映射數據7 1244可以具有最低優先級,以及映射數據3 1242和映
射數據6 1246可以具有比映射數據7 1244高的優先級。此外,在儲存在時間t3 1280的
第二子緩沖器1204中的映射數據之中,映射數據C 1282和映射數據B 1288可以具有最
高優先級,映射數據H 1286可以具有最低優先級,以及映射數據G 1284可以具有比映
射數據H 1286高的優先級。

根據在時間t3 1240和1280以及在時間t3之前的時間從主機102提供的讀取/寫入
命令,對讀取/寫入數據執行讀取/寫入操作。由于對應于以這種方式執行的讀取/寫入操
作來更新讀取/寫入數據的映射數據,因此儲存在第一子緩沖器1202和第二子緩沖器
1204中的映射數據根據更新時間而具有更新的優先級。

在儲存在時間t3 1240的第一子緩沖器1202中的映射數據之中,最近最多更新的映
射數據3 1242可以具有最高更新優先級,最近最少更新的映射數據2 1248可以具有最低
更新優先級,以及映射數據7 1244可以具有比映射數據6 1246高的更新優先級。此外,
在儲存在時間t3 1280的第二子緩沖器1204中的映射數據之中,最近最多更新的映射數
據C 1282可以具有最高更新優先級,最近最少更新的映射數據B 1288可以具有最低更
新優先級,以及映射數據G 1284可以具有比映射數據H 1286高的更新優先級。

在該示例中,具有最高更新優先級的映射數據3 1242和映射數據C 1282對應于在
時間t3 1240和1280的讀取/寫入命令。如上所述,在時間t3 1240和1280,在對數據3
和數據C執行讀取/寫入操作之后,執行用于映射數據3 1242和映射數據C 1282的更新
操作。

在實施例中,以這種方式執行對從主機102提供的讀取/寫入數據的讀取/寫入,執
行對應于讀取/寫入數據的映射數據的更新,以及將映射數據儲存在緩沖器1200中。根
據讀取/寫入命令中包括的類型信息,將映射數據更新并儲存在緩沖器1200的相應的子
緩沖器1202和1204中。在緩沖器1200已經充滿映射數據的情況下,根據讀取/寫入命
令中包括的優先級信息來將具有最低優先級的映射數據編程至存儲器件150。在多個映
射數據具有相同最低優先級的情況下,根據LRU/MRU算法將最近最少更新的映射數據
編程至存儲器件150。

圖13是圖示根據實施例的存儲系統110的數據處理操作的流程圖。

參照圖13,存儲系統110在步驟1310處從主機接收讀取/寫入命令,以及在步驟1320
處識別從主機提供的讀取/寫入命令。讀取/寫入數據的類型信息和優先級信息被包括在讀
取/寫入命令中。由于以上對讀取/寫入數據的類型信息和優先級信息進行了詳細描述,因
此這里將省略其進一步的描述。

在步驟1330處,對從主機提供的讀取/寫入數據執行讀取/寫入操作。即,從存儲器
件150讀取讀取數據并將讀取數據提供至主機,以及將寫入數據寫入并儲存在存儲器件
150中。

然后,在步驟1340處,對應于讀取/寫入操作來更新讀取/寫入數據的映射數據。

由于以上參照圖12針對用于從主機提供的讀取/寫入數據的讀取/寫入操作以及用于
映射數據的更新操作(即,實施例中的數據處理操作)進行了詳細描述,因此這里將省
略其進一步的描述。

根據實施例的存儲系統及其操作方法可以使其復雜度和性能劣化最小化,從而快速
并且有效地處理至存儲器件的數據以及來自存儲器件的數據。

雖然已出于說明的目的描述了各種實施例,但是對于本領域技術人員來說將明顯的
是,在不脫離如所附權利要求限定的本發明的精神和范圍的情況下,可以做出各種改變
和變型。

關 鍵 詞:
存儲系統 及其 操作方法
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