[发明专利]用于存储设备的用低预留空间实现低写入放大的方法

说明书

一种固态硬盘(SSD)包括SSD控制模块，被配置为确定与关联于所述SSD的相应的逻辑地址中所存储的数据多长时间被更新一次所对应的频率并且根据所述频率形成所述逻辑地址的群组；以及存储器控制模块，被配置为基于所述群组将所述数据重新写入至SSD存储区的区块中的物理地址。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年5月2日提交的美国专利申请第13/461,899号的优先权以及于2011年5月24日提交的美国临时申请第61/489,628号的权益。通过引用上述申请的全文而将上述申请的公开并入于此。

技术领域

本公开涉及使得存储设备中的写入放大最小化。

背景技术

这里所提供的背景技术的描述是出于总体上呈现本公开的背景的目的。当前署名的发明人的工作(到该背景技术中所描述的工作的程度)以及在提交时可能无法以其它方式作为现有技术的衡量的说明书的各方面，既非明确地也非隐含地承认是本公开的现有技术。

诸如固态硬盘(SSD)之类的存储设备可以包括一个或多个闪存设备。仅作为示例，闪存设备可以包括基于NAND的闪存。通常，闪存的存储区按区块进行布置，其中每个区块被划分为可寻址的页面。在区块内数据以逐个页面为基础而写入并存储在闪存之中。相反地，为了重写或擦除数据，整个相对应的区块都被擦除。

当在特定页面中存储的数据被更新时，区块中所有的有效数据(即，对没有改变或更新的数据进行存储的任何页面)都需要被擦除并重写。无效数据(即，对已经被改变或更新的数据进行存储并因此已经在其它地方被重写的页面)可以简单地被擦除。例如，向存储设备进行写入的主机将数据写入到诸如逻辑块地址(LBA)之类的逻辑地址。相反地，存储设备将该数据映射并写入到对应于该逻辑地址的物理地址。当存储设备需要在特定物理地址中(即，区块中的一个或多个页面中)对数据进行更新时，整个区块都被擦除并且被写入到相同或不同的区块，但是相对应的逻辑地址仍然保持相同。因此，包括该存储设备的系统执行比主机更大数目的写入操作。

换句话说，物理写入的数目大于逻辑写入的数目。物理写入的数目与逻辑写入的数目之比可以被称之为写入放大(write amplification，WA)。相对高的写入放大(例如，5或更大的WA)在存储设备上导致更多的磨损，并且因此缩短存储设备的寿命。相反地，相对低的写入放大(例如，接近1的WA)对存储设备的性能和寿命有所改善。

存储设备可以实施磨损均衡(wear-leveling)和预留空间(overprovisioning)以使得写入放大最小化。例如，预留空间是指在存储设备中提供比与主机相关联的逻辑地址(即，主机的逻辑容量)相对应的数目更大数目的物理位置。换句话说，存储设备包括比主机所包括的逻辑位置更多的物理位置。剩余的物理位置为存储设备提供了额外的物理容量。存储设备的额外物理容量与存储设备的总体物理容量(和主机的逻辑容量)之比被称作预留空间比(OPR)。例如，如果存储设备具有100吉字节(GB)的总体物理容量和75GB的逻辑容量，则OPR为25：100或25％。

存储设备的OPR可以与存储设备的写入放大直接相关。例如，当闪存数据的单个页面中所存储的数据被更新时，该数据能够被写入该闪存的不同区块中的额外物理位置中的空页面而不是擦除当前存储数据的整个区块。存储数据的原始页面可以简单地被标记为陈旧或无效，而避免整个区块被完全重写。这能够针对附加的写入进行重复直至整个区块充满无效数据或者无效数据与有效数据之比大于阈值，和/或根据清理和融合操作(例如，垃圾回收)进行重复。因此，由于能够避免附加的重写的数目，所以随着存储设备的OPR增大，存储设备的写入放大减小。仅作为示例，10％的OPR可以对应于大约5的写入放大，25％的OPR可以对应于大约2的写入放大，以及50％的OPR可以对应于大约1的写入放大。

发明内容