[发明专利]混合非易失性固态存储器系统

说明书

相关申请交叉引用

本申请要求2006年12月7日提交的美国发明专利申请No.11/952,648以及2006年12月11日提交的美国临时申请No.60/869,493的优先权。上述申请的公开通过引用整体结合于此。

技术领域

本公开涉及固态存储器，更具体而言，涉及混合非易失性固态存储器。

背景技术

这里给出的背景技术描述是为了总地给出本公开的上下文。对于在该背景部分中描述的当前署名的发明人的工作和在提交时可能没有另行作为现有技术的所描述的各个方面，并不明示或者隐含地承认是本公开的现有技术。

闪存芯片使用电荷存储器件，已成为基于半导体的大容量存储设备的主流芯片类型。电荷存储器件尤其适于将存储包括音乐文件和图像文件在内的数据文件的应用。但是，电荷存储器件只可以维持有限个写周期，此后电荷存储器件可能不再能可靠地存储数据。

对于许多应用，例如，可移动USB(通用串行总线)驱动器、MP3(MPEG Layer 3)播放机和数字相机存储器卡，有限个写周期可能是可接受的。但是，在用作对计算机系统中的内置主数据驱动器的一般替换时，有限个写周期可能是不能被接受的。

较低密度的闪存器件(每个存储单元中存储一位)一般具有100,000个写周期数量级的可用寿命。为了降低成本，闪存器件可以每个存储单元存储2位。但是，每个存储单元存储2位可能使器件的可用寿命降低到10,000个写周期数量级的水平。

闪存器件可能不具有足够长的寿命来用作主存，尤其是在部分主存被用作虚拟存储器分页空间时。虚拟存储器分页空间由操作系统用来在RAM(随机存取存储器)中的可用空间较少时存储来自RAM的数据。仅为了说明目的，闪存芯片可能具有2GB(千兆字节)的容量，可以每单元存储2位，并且可以具有约4MB/s(兆字节每秒)的写吞吐量。在这种闪存芯片中，理论上可以每500秒将该芯片中的所有位写一次(即，2E9字节/4E6字节)。

理论上，在少于两个月的5E6秒(即，1E4字节×5E2秒)中可以对每个位写10,000次。实际上，但是，大多驱动存储设备将不会以100％的占空比被执行写。更现实的是，写占空比可能为10％，这在计算机处于连续活动并且执行虚拟存储器分页操作时可能发生。按照10％的写占空比，在约20个月内闪存器件的可用寿命将耗尽。相反，对于磁硬盘存储设备，寿命期望一般超过10年。

现在参考图1，该图示出了根据现有技术的固态盘的功能框图。固态盘100包括控制器102和闪存104。控制器102接收来自主机(未示出)的指令和数据。当请求了存储器访问时，控制器102从闪存104读数据或者将数据写到闪存104，并且将该信息传输到主机。

在闪存104的某区域已被写入或者擦除预定次后，该区域对于存储可能变为不可靠。这种预定次数被称作闪存104的写周期寿命。一旦超过了闪存104的写周期寿命，控制器102就不再能在闪存104中可靠地存储数据，因此固态盘100将不再可用。

发明内容

一种固态存储器系统，包括具有第一写周期寿命的第一非易失性半导体(NVS)存储器，具有与第一写周期寿命不同的第二写周期寿命的第二非易失性半导体(NVS)存储器，以及损耗水平测量模块。该损耗水平测量模块基于第一和第二写周期寿命生成第一和第二NVS存储器的第一和第二损耗水平，并且基于第一和第二损耗水平将逻辑地址映射到第一和第二NVS存储器之一的物理地址。

在其他特征中，第一损耗级别是基于对第一NVS存储器执行的写操作的第一数目与第一写周期寿命的比例的。第二损耗级别是基于对第二NVS存储器执行的写操作的第二数目与第二写周期寿命的比例的。损耗水平测量模块在第二损耗水平小于第一损耗水平时，将逻辑地址映射到第二NVS存储器的物理地址。第一NVS存储器具有比第二NVS存储器的第二存储容量大的第一存储容量。

在其他特征中，该固态存储器系统还包括映射模块，其接收将数据写到逻辑地址中的第一和第二逻辑地址的第一和第二频率。损耗水平测量模块在第一频率大于第二频率并且第二损耗水平小于第一损耗水平时，将逻辑地址中的第一逻辑地址的映射偏移到第二NVS存储器的物理地址。

在其他特征中，损耗水平测量模块将逻辑地址中的第二逻辑地址的映射偏移到第一NVS存储器的物理地址。该固态存储器系统还包括写监控模块，其对将数据写到逻辑地址中的第一和第二逻辑地址的后续频率进行监控，并且基于后续频率更新第一和第二频率。