[发明专利]提高闪存芯片存储单元利用率的方法、装置和系统

说明书

技术领域

本发明涉及固态存储器领域，尤其涉及一种利用数据可压缩性提高闪存芯片存储单元利用率的方法、装置及系统。

背景技术

作为唯一主流的固态非挥发数据储存技术，闪存已经成为了全球半导体产业体系中发展最为迅速的一环。2010年市场研究报告显示，闪存产品的市场已突破200亿美元。虽然目前闪存主要用于消费性电子产品例如数字照相机和手机，以闪存作为存储介质的固态存储系统正在得到业界的广泛关注。使用闪存作为存储介质的固态存储系统比传统存储系统的速度可提高10至100倍。除了速度上的优势，由于完全没有机械结构，固态存储系统在抗震性能、发热功耗、使用噪音和体积重量方面都有着显著的优势。固态存储系统主要包含一个固态存储系统控制器和一个以上闪存芯片。   

浮栅金属氧化物半导体晶体管是闪存芯片的基本信息存储单元。浮栅金属氧化物半导体晶体管的阈值电压可以通过注射一定数量的电子进入浮栅而改变。因此，通过对浮栅内电子数目的精确控制，每个存储单元，即浮栅金属氧化物半导体晶体管,可储存多个比特信息。精确控制浮栅内电子数目的过程通常被称为编程。在每一个存储单元可以被编程之前，其浮栅内的所有电子必须被移走，从而使得其阈值电压被置为最低，这个过程被称为擦除。闪存芯片内的信息存储单元阵列被划分成为多个存储块，而每一个存储块包含多个存储页面。每一个存储块内的所有存储单元必须被同时擦除，但存储单元的编程和读取则以页面为单位。

重复的编程／擦除的操作会逐渐降低浮栅金属氧化物半导体晶体管的噪音容限，从而使得闪存芯片只有一定的编程／擦除次数限度，加上随着闪存制造工艺精度的不断提高，闪存器件的存储密度不断升高、价格不断下降，这样更加重了重复编程／擦除操作对于信息存储单元的副作用，使得闪存芯片的使用寿命和可靠性不断下降，由此固态存储系统控制器必须采用越来越强大而复杂的纠错码来应付不断下降的闪存信息存储单元可靠性，以保证整个固态存储系统的可靠性和使用寿命。

随着闪存制造工艺精度的不断提高，信息存储单元的缺陷率也会不断上升。 若闪存芯片中的某一存储页面含有过多的缺陷存储单元，此存储页面就会被标示为坏页面而被禁止使用。随着信息存储单元缺陷率的不断上升，越来越多的存储页面会被标志为坏存储页面而被禁止参与任何的数据存储，这会导致急剧下降的信息存储单元使用效率。

申请号为“201110148048.3”，发明名称为“提高大容量固态数据存储系统运行速度的装置及方法”中国专利申请公开了一种可以提高大容量固态数据存储系统运行速度的装置，包括固态数据存储系统主控制器芯片，该固态数据存储系统主控制器芯片通过一条以上的信道同一个以上的协数据处理控制芯片相通信连接，而每一个协数据处理控制芯片通过一条以上的信道连接一定数量的闪存芯片，所以固态数据存储系统主控制器芯片与协数据处理控制芯片之间信道的速率可以远高于协数据处理控制芯片与闪存芯片之间信道的速率；还可直接提高系统运行速度，加上用户数据纠错编解码操作由分布式的协数据处理控制芯片完成，可直接提高信道的有效利用率、进而提高系统运行速度。

该申请仅仅针对如何提高闪存芯片传输速率问题进而提高系统运行速度问题提供了解决方案，对于如何提高闪存芯片的利用效率问题仍未得到解决。

公开号为“US8095765 B2”，发明名称为“MEMORY BLOCK MANAGEMENT”的美国专利申请公开了一种存储器芯片中存在缺陷物理块时的管理方法，但是该申请未提出如何解决随着存储单元缺陷率的不断上升如何解决芯片存储效率的问题。

如上所述，在现有实现中，固态存储系统保持一个预先确定的缺陷信息存储单元个数阈值，若某一存储页面内缺陷信息存储单元个数超过此固定阈值，固态存储系统控制器会立即将此存储页面标志为坏页面而禁止对此页面的使用。由于闪存制造工艺精度的不断提高不可避免地会使得信息存储单元的缺陷率不断上升，现有技术会导致较低的闪存芯片存储效率。

发明内容

为了克服现有技术中的上述不足，本发明的目的在于提供一种提高闪存芯片缺陷容忍度的方法，可有效地利用数据本身的可压缩性来容忍缺陷信息存储单元，使得固态存储系统最充分地使用所有闪存芯片存储单元以达到延长使用寿命的目的。