[发明专利]一种提高基于NAND的固态存储器数据保持时间的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于非易失介质的固态存储器，尤其涉及一种提高基于NAND的固态存储器数据保持时间的方法。

背景技术

固态存储器就是指使用固态电子存储芯片阵列组成的存储器件，其中最典型的是使用NAND(NOT AND) Flash作为存储介质的固态硬盘（Solid State Drive），和传统硬盘相比，固态硬盘具有低功耗、无噪音、抗震动的特点。这些特点不仅使得数据能更加安全地得到保存，而且也延长了靠电池供电的设备的连续运转时间。

作为存储介质最重要的特质之一就是数据的可靠性，但是因为NAND本身的特质，如果数据写入NAND后，长时间没有被更新，可能出现数据位存储的状态翻转的情况，从而导致数据在被读取时与被存入其中时不一致，导致严重的数据可靠性问题，造成用户数据的损失。

随着NAND制程工艺的发展，器件本身的可靠性也越来越低，数据保持时间问题即Data retention问题，已经成为使用NAND为介质的固态存储行业越来越关心的问题。解决数据保持时间的问题本质，就是希望及早发现出错的数据，利用ECC纠错功能进行纠错，或者是尽可能保持数据的新鲜程度。

基于上述问题本质，通常有这样几种针对措施。一种是存储器并不做任何主动的行为，完全依靠主机数据更新行为保持数据的新鲜程度，这种方式适合于全部数据都是被频繁更新的应用，否则，存储的“冷”数据在同一个存储单元保持较长时间后就可能出现ECC无法纠正的错误，导致数据失效；另一种措施是主动在存储器后端巡检读（background patrol read），分为随机读取和全部空间遍历读取两种，目的都是为了及早发现已经出错的数据，或者出错程度已经接近ECC纠错能力阈值的数据，进行纠错后写入新的存储单元。其中前者随机的目的是为了减小后台操作的代价，缺点是只能一定程度上发现问题，并不一定能够覆盖存储器上所有数据；后者可以无遗漏的覆盖所有数据，但是后台操作的代价较大，并且主机本身就有大量数据更新的情况下，这样全部遍历产生的操作更是多余和无用的，例如主机刚刚更新了逻辑数据段X，这时候数据的新鲜度是很好的，而遍历巡检也可能刚刚遍历到数据段X，这时候对X的巡检就是多余和无用的。

综上看来，在现有的技术中，依赖主机的行为来保持数据新鲜度的方法过于依赖主机的I/O模型；额外开销代价小的随机巡检方式不能确保巡检的数据完整性；能够确保用户数据完整性的全遍历方式会产生大量的多余的操作开销，对NAND的颗粒磨损和I/O性能带来负面影响。这些问题的根本原因就是存储器无法识别用户数据的“冷”“热”程度，热数据指的是主机频繁更新的逻辑数据段，因为频繁更新，数据本身就具备很好的新鲜度，不用考虑其数据保持时间问题；冷数据则与之相反，是数据巡检需要重点关注的对象。

申请号为“200610059788”，发明名称为“半导体存储装置”的中国专利申请公开了一种能够适当进行数据保持时间不同的存储器单元的更新的装置，但是该装置无法识别用户数据的冷热程度，无法实现高效的数据保持问题。

申请号为：US2005232012 ，发明名称为：“NAND flash memory device and method of programming the same”的美国专利申请公开了一种NAND存储器及其编程的方法，其可以减少NAND存储器的干扰，从而减少能源浪费，但是该方案并没有针对现有技术中存在的数据新鲜度保持问题和数据更新问题提出有效的解决方案。

因此，基于上述问题，需要提供一种简单易行的方式区分出了用户数据的冷/热程度，基于这个信息，主动地且有针对性地只对冷数据执行巡检操作，从而可以付出最小的成本以实现用户数据的安全性。

发明内容

本发明的一个目的是识别出存储器的冷数据，仅针对冷数据进行巡检，这样既确保了数据巡检的完整性，又做到带来的额外操作最小。

本发明的另一个目的在于针对数据保持时间问题，提出一种易于实现的低代价的数据巡检方式，目的是即确保全部用户数据的安全性，又以较低的开销和代价实现。

本发明的技术方案如下: