具有运行时变量raid保护方案的方法、固态驱动器控制器以及数据存储设备的制造方法_2

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2的尺寸是可变的。由于数据的可压缩性不同,所以4KB量的一种类型的数据可以被压缩成2KB的L页,而4KB量的另一种类型的数据可以被压缩成IKB的L页。由于这样的压缩,根据一个实施例,不需要对齐物理尺寸和逻辑尺寸,这会在本文进一步发展。因此,L页212及其相关联的L页号可以被配置为使控制器102能够对被存储在E页210中的一个或多个中的数据(例如,主机数据)进行逻辑地引用。也可以利用L页212作为压缩的基本单元。实际上,根据一个实施例,与F页208和E页210不同,L页212在尺寸上是不固定的,并且可以在一个范围内变化,所述范围例如由最小压缩尺寸(大约24字节)到最大解压缩尺寸(大约4KB或4KB+)进行定义。
[0024]如图1A和图2所示,L页212不需要与E页210的边界对齐。实际上,L页212可以被配置为具有与F页208和/或E页210边界对齐的起始地址,但也可以被配置为不与F页208或E页210的任一边界对齐。S卩,L页起始地址可以位于与以下之一非零偏移处:F页208的起始地址或结束地址、或者E页210的起始地址或结束地址,如图1A所示。由于L页212的尺寸是不固定的并且可能小于固定尺寸的E页210,所以多于一个L页212可以安置在单个E页210中。类似地,由于L页212在尺寸上可能大于E页210,所以L页212可能跨越多于一个E页210并且甚至可能跨过F页208的边界,如图1A中附图标记117处所示。如下文更详细描述的,L页112也可以跨越块边界,诸如将是以下情况:其中边界117中的一个表不块边界。
[0025]例如,在LBA尺寸是512或512+字节的情况,假定解压缩的L页212可以是4KB到4KB+,最大八个连续的LBA可以被组装至4KB的L页212。根据一个实施例,应当注意的是,L页212的确切逻辑尺寸不重要,这是因为在压缩之后物理尺寸可以跨越从最小尺寸的几个字节到完整尺寸的上千字节。例如,对于4TB的SSD设备,可以使用30位编址来对每一个L页112进行编址以覆盖可能潜在地呈现在这样的SSD中的L页的量。
[0026]图2示出了根据一个实施例的逻辑到物理地址转换映射250及其示例性条目。由于存储的数据在L页212中由主机引用,并且由于SSD将L页212存储在一个或多个E页210中,所以要求逻辑到物理地址转换映射使控制器202能够将L页212与一个或多个E页210相关联。这样的逻辑到物理地址转换映射(实际上,L页到E页地址转换映射)在图2中250处示出,并且在一个实施例中,逻辑到物理地址转换映射是具有每L页212 —个条目的线性阵列。这样的地址转换映射250可以存储在诸如DRAM的易失性存储器中。
[0027]图2还示出了针对四个不同的L页号的地址转换映射250中的条目,其中,L页号在图2中标注为L页1、L页2、L页3、以及L页4。根据一个实施例,存储在SSD中的每一个L页可以由地址转换映射250中单个并且唯一的L页号条目所指向。因此,在以此发展的示例中,示出了四个条目。如所示出,L页到E页转换映射250中的每一个条目可以包括L页号,其可以包括包含被引用的L页的起始地址的E页的标识、在E页内的起始地址的偏移以及L页的长。另外,多个ECC位可以针对映射条目提供错误纠正功能。例如,如图2所示,并且假设E页尺寸为2KB,L页I可以在地址转换映射250中被引用如下:E页1003、偏移800、长1624,紧接着是预定数量的ECC位(未示出)。S卩,在物理地址项中,由L页号L页I所引用的L页的起始是在E页1003内(不与E页1003对齐),并且位于与E页1003的起始物理位置相距等于800字节的偏移处。而且,与L页号L页I相关联的压缩的L页扩展1624字节,从而跨过E页边界到达E页1004。因此,E页1003和E页1004的每一个都存储与L页号L页I相关联的L页的一部分。
[0028]类似地,与L页号L页2相关联的压缩的L页全部存储在E页1004内,并且在其中偏移400字节处起始,并仅在E页1004内扩展696字节,从而全部保持在指定为E页1004的起始地址和结束地址范围内。与L页号L页3相关联的压缩的L页起始于E页1004内偏移1120字节处(距离L页2的边界正好24字节),并且扩展4096字节越过E页1005并进入E页1006内。因此,与L页号L页3相关联的L页跨越E页1004的一部分、E页1005的全部以及E页1006的一部分。最后,与L页号L页4相关联的L页起始于E页1006内偏移1144字节处,并且扩展3128字节以完全跨越E页1007、跨过F页边界进入到下一个F页的E页1008中。
[0029]共同地,组成了地址转换映射250的每一个条目的这些构成标识符字段(E页、偏移、长度和ECC)中的每一个在尺寸上都可以是例如8字节。S卩,对于示例性4TB的驱动器,E页的地址在尺寸上可以是32位,偏移在尺寸上可以是12位(对于E页数据部分多达4KB),长度可以是13位,并且可以提供ECC字段。每当写入或改变L页时,可以创建这样的8字节条目,使得控制器102能够记录在闪存存储装置内的(被写入到L页的)数据。如上所示,在地址转换映射250中的该8字节条目可以被称为逻辑页号或LPN。应当注意到,在4KB扇区尺寸的情况下,LBA与LPN相同。因此,LPN可以构成在逻辑到物理地址转换表250内的L页的索引,并且包括在非易失性存储器内的条目的地址。因此,当控制器102从主机118接收到读取命令时,可以从所提供的LBA中得到LPN,并且其可以被用于索引至地址转换映射250,以提取闪存中要被读取的数据的位置。当控制器102从主机118接收到写入命令时,LPN可以从LBA构建,并且可以对地址转换映射250进行修改。例如,可以在其中创建新的条目。取决于存储地址转换映射250的易失性存储器的尺寸,LPN可以存储在单个条目中或被拆分为例如两个条目。例如,第一条目可以标识包含正讨论的L页的起始地址的E页(加ECC位),以及第二条目可以标识偏移和长度(加ECC位)。这两个条目可以一起与闪存内的单个L页相对应并且指向闪存内的单个L页。在其他实施例中,地址转换映射条目的特定格式可以与以上所示出的示例不同。
[0030]以各种方式使用E页内的可变的数据部分尺寸,以适应闪存设备的阵列中存储器块的变化的条件。下文参考图3和图4进一步讨论块的条件。图3示出了显示针对常规设备和方法以及根据各种实施例的那些设备和方法的坏块与PE周期的百分比的图。图4是示出了根据一个实施例的块失效率与诸如SSD的数据存储设备的生命期之间关系、以及可以变化E页的ECC部分和数据部分以扩展数据存储设备的有用生命期的方式的图。块的生命周期根据不同块而不同,并且根据不同管芯而不同,一些块比其他块更快老化(变得较不能够可靠地存储数据)。这些差异可能归因于管芯与管芯的制程差异、在管芯上的块位置,以及归因于一个块到下一个块的使用模式和不均匀的PE周期,以及其他不均匀老化的原因。
[0031]根据一个实施例,数据存储设备可以被配置为至少部分地基于(多个)块的条件来确定应用多个ECC配置项(profile)中的哪个和/或调节ECC部分116的尺寸并且相应地调节在一个或多个F页和/或一个或多个块中的E页210的数据部分114的尺寸。块的条件可以包括例如块的PE数、ECC错误率、闪存错误信息、温度、驻留时间(dwell time)(擦除事件之间的时间)、以及内部闪存状态信息、或诸如操作条件、温度、使用年限(age)等的大部分任意其他可测量的物理特性。根据一个实施例,控制器可以被配置为基于主机提供(host-provided)的(例如,作为诸如TRIM命令的主机专用(host-specified)的数据集管理命令的结果而生成的)元数据和/或数据存储设备中的全部空闲空间来调节ECC部分的尺寸和/或数据部分的尺寸。这样做时,一个实施例可以操作以将块的有用生命从图3中300处所示的初始PE数PE1扩展到更大的PE数PE 1+x,其中“x”大于0,如302处所示。这是因为已经降级的块能够利用较大量的ECC来保护,因此扩展其有用生命。另外,在块/页级别的ECC的可变性也意味着所应用的ECC能够为单独的块/页的唯一条件而定制,并且能够追踪那些单独的块/页所经历的降级路径。
[0032]如图3所提出的,SSD的有用生命扩展到这样的PE数:在该PE数,坏块的百分比达到预定的最大值。在实践中,该预定的最大值可以由SSD垃圾收集的能力所指定。当垃圾收集不再可能时,由于空闲块的数量不够,SSD实际上到达其有用生命的结束,或者至少到达其存储新数据的能力的结束。根据一个实施例,至少部分地基于(多个)块的条件,通过明智地调节ECC部分116的尺寸并且相应地调节一个或多个块中的E页210的数据部分114的尺寸,被认为是“坏块”的存储器块的数量可以相对于PE周期上升得更慢,结果是增加了通过PE周期的数量来测量的SSD的生命。应当注意的是,根据一个实施例,针对一个块所选择的ECC配置项可以被保持,直到至少该正在讨论的块已被垃圾收集。
[0033]如图4所示,针对SSD的生命周期中的不同点,所观察到的坏块的百分比可以不同。在早期生命(当PE周期数低时)中,失效率可以稍高;S卩,可以存在页/块相关的失效的相对较高的发生率。这些早期生命的页/块失效中的至少一些实际上可能是使用E页的ECC不可纠正的。为了处理这些ECC不可纠正的实例,一些实施例提供了在一个或多个F页中的称为“校验页”的另外的纠错机制,其具有根据跨过多个F页的数据所计算的校验数据,这将结合图8-10进一步描述。由于使用校验页来处理这些早期的ECC不可纠正的失效,在早期生命中,E页可以被配置为具有与生命的后期阶段相比相对较弱的ECC。而且,与相对较强的ECC所必需的相比,可以以较少的字节提供较弱的ECC。因此,如所示出,ECC部分H6earw可以被调节为占据E页中的相对较小的字节数。反过来,假定E页尺寸固定,这允许相对较大的数据部分114.γ。有利地,该较大数据部分114EARW空出来额外的字节,收益更大的空闲空间以用于数据存储和垃圾收集,并且增加了预留空间(
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