[发明专利]在基于相变存储器的存储设备中减轻写入放大的方法和系统

说明书

一个实施例有助于减轻基于相变存储器的存储设备中的写入放大。在操作期间，系统通过存储设备的控制器接收要存储在存储设备的相变存储器(PCM)中的数据。该系统通过控制器将数据写入同一存储设备的易失性存储器的扇区中，以获得该扇区的更新部分。响应于检测到预定条件，系统将更新部分写入PCM。

技术领域

本公开总体上涉及数据存储领域。更具体地，本公开涉及用于减轻基于相变存储器的存储设备中的写入放大的方法和系统。

背景技术

互联网和电子商务的激增继续创造了大量的数字内容。已经创建了各种存储系统来访问和存储这些数字内容。一种这样的存储系统使用相变存储器(PCM)，这是一种非易失性随机存取存储器。PCM使用特定类型的玻璃，并且可以在一个单元(或扇区)中容纳多个位。基于标准PCM的存储设备通常使用相对大的块或扇区大小(例如，4千字节(KB))来写入数据。在以小的块大小频繁地进行输入/输出更新的情况下，基于标准PCM的存储设备可能遭受显著的写入放大(例如，当实际写入到存储介质的信息量是打算写入的逻辑量的倍数时)。

例如，给定一个大小为4KB的扇区，并且只有128个字节的数据的单个更新(例如，写入)，基于标准PCM的存储设备系统必须执行以下三个操作：1)从PCM中读出整个4KB扇区；2)用更新的128字节修改读出扇区；以及3)用更新的128字节写回整个4KB扇区。具有三个操作的单次更新可能会导致比直接覆写数据高2-3倍的延时。此外，所得到的写入放大具有32(即，4KB/128字节)的高值。假设PCM介质的使用寿命大约为10^-7个程序周期(因为单元被写入10^-7次后就磨损了)，则基于标准PCM的设备的使用寿命可能是设计和部署存储系统的限制因素。因此，写入放大和较高的延时都会降低存储系统的效率。

发明内容

一个实施例减轻基于相变存储器的存储设备中的写入放大。在操作期间，系统通过存储设备的控制器接收要存储在存储设备的相变存储器(PCM)中的数据。系统通过控制器将数据写入同一存储设备的易失性存储器的扇区，以获得扇区的更新部分。响应于检测到预定条件，系统将更新部分写入PCM。在一些实施例中，系统将更新部分写入PCM而不将整个扇区写入PCM。

在一些实施例中，扇区包括原始数据和原始奇偶校验位。系统通过以下步骤将更新部分写入PCM：将所述扇区的更新部分中的数据与对应的原始数据进行比较以获得第一差异；通过将零预先前置和附加到第一差异来对齐第一差异；对对齐的第一差异进行编码以获得第二差异；将原始奇偶校验位与第二差异进行比较，以获得新的奇偶校验位；以及将更新部分和新的奇偶校验位写入PCM。

在一些实施例中，预定条件基于以下一项或更多项：对于更新部分，达到预定超时或到期时间；达到易失性存储器的预定容量阈值；执行指令以将数据从易失性存储器写入PCM；功率损失；以及检测到用于将数据从易失性存储器写入PCM的预定时间间隔或频率。

在一些实施例中，将更新部分写入PCM是响应于确定更新部分的长度小于预定长度。

在一些实施例中，响应于确定接收到的数据的长度小于对应于与PCM的块大小的预定长度，系统将数据写入易失性存储器的扇区。此外，响应于确定接收到的数据的长度不小于对应于PCM的块大小的预定长度，系统将接收到的数据写入PCM。

在一些实施例中，在将更新部分写入PCM之前，系统：确定已被写入多个扇区的数据；将数据聚合到第二扇区；以及响应于检测到预定条件，将聚合数据写入PCM。

在一些实施例中，系统基于以下一项或更多项来确定已被写入多个扇区的数据：访问频率；预定的访问频率；优先映射算法；可观察条件；以及预定条件。

在一些实施例中，在将聚合数据写入PCM之前，系统：为聚合数据生成奇偶校验位；以及包括与聚合数据一起生成的奇偶校验位。