[发明专利]支持低延时操作的SSD架构

说明书

在一个实施例中，一种固态驱动器SSD包括：多个非易失性存储器裸片，其通信地布置在一或多个通信通道中，所述多个非易失性存储器裸片中的每一者包括多个物理块；一或多个通道控制器，其分别通信地耦合到所述一或多个通信通道；及存储器控制器，其经由所述一或多个通道控制器通信地耦合到所述多个非易失性存储器裸片，其中所述存储器控制器经配置以：(i)将所述多个非易失性存储器裸片中的第一裸片的所述多个物理块仅指派给第一区且(ii)将所述多个非易失性存储器裸片中的第二裸片的所述多个物理块仅指派给第二区；在第一操作模式中对所述第一区仅执行读取操作；且在所述第一操作模式中对所述第一区执行读取操作的同时在第二操作模式中对所述第二区执行写入操作或维护操作。

相关申请案的交叉参考

本申请案是2017年11月1日申请的第15/800,742号申请案的延续且基于并主张2017年8月7日申请的第62/542,108号临时申请案的权益，所述申请案的全部内容以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及固态驱动器(SSD)架构，且更特定来说，涉及支持低延时操作的SSD架构。

背景技术

常规上，SSD架构及设计主要专注于获得用于输入及输出(I/O)操作(即，读取及写入数据)的高平均带宽或处理量。与传统磁性存储装置(例如硬盘驱动器(HDD))相比，SSD能够执行的I/O操作每秒比HDD快数百甚至数千倍。此类常规SSD能够通过其架构中的并行性获得此高平均带宽。

SSD通常包括布置成耦合到由通道控制器控制的通道的群组的数个非易失性存储器裸片，例如NAND快闪存储器。例如，128个非易失性存储器裸片经布置为由八个裸片组成的十六个群组，每一群组经耦合到通道。通常选择来自非易失性存储器裸片中的每一者的物理存储块以创建用于一或多个主机装置(例如计算机或存储设备)的逻辑块或超级块，以分别写入数据及读取数据。从非易失性存储器裸片中的每一者选择物理块以形成超级块允许跨所有通道并行存取所有非易失性存储器裸片，从而实现最大带宽或处理量。裸片可进一步组织成多个“平面”(每一裸片包括两个、四个或更多个平面)，其中每一平面可并行处理I/O操作。

尽管此SSD架构最大化SSD的带宽或处理量，但这个架构还遭受影响I/O延时(即，完成I/O操作所花费的时间量)的数个问题。由于非易失性存储器裸片的物理限制，每个非易失性存储器裸片的每个平面的仅单个物理块一次可执行一个I/O操作，这导致同一非易失性存储器裸片的同一平面的不同物理块的I/O操作之间的冲突，其中I/O操作必须等待直到同一平面中的不同块的先前操作已完成为止。相关地，因为每个通道控制器存在多个非易失性存储器裸片，所以在通道控制器处也可能存在不同超级块的I/O操作的命令之间的冲突，原因在于通道的共享性质，其中在任何时间在控制器与任何非易失性存储器裸片之间仅进行一次数据传送，从而导致在SSD的每一通道控制器处出现瓶颈。

除来自主机的I/O操作之外，SSD还必须在SSD的整个生命周期期间执行维护操作，例如垃圾收集，以合并有效数据且擦除无效数据以创建自由区域以供写入新数据，并执行数据可靠性操作以读取存储在非易失性存储器裸片中的数据且根据需要重写数据以确保数据不会由于非易失性存储器裸片(例如NAND快闪存储器裸片)的性质而随时间推移丢失。这些维护操作根据需要在SSD的整个生命周期期间的通常不确定的时间进行且持续达不确定时间段，这不可避免地导致与通道控制器及非易失性存储器裸片两者处的主机I/O操作的冲突。这些冲突(由于主机I/O操作或SSD维护操作)导致不一致且不可预测的SSD延时性能。