非易失性存儲器裝置中的易失性存儲器架構及相關控制器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明的實施例大體上涉及電子器件，且特定地說，涉及非易失性存儲器裝置及/或相關聯(lián)控制器。
【背景技術】
[0002]例如NAND快閃存儲器裝置的非易失性存儲器裝置可集成到管理存儲器裝置中。管理存儲器裝置的嵌入式控制器及其相關聯(lián)固件可基于既定協(xié)議將來自主機平臺的讀取及/或編程請求轉(zhuǎn)譯成用于非易失性存儲器裝置的命令序列。例如，嵌入式控制器可根據(jù)開放NAND快閃接口( ONFI)協(xié)議將來自主機的請求轉(zhuǎn)譯成用于NAND快閃存儲器裝置的命令。管理存儲器裝置的控制器的易失性存儲器(例如靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM))消耗越來越多的面積且使此類控制器更為昂貴。
[0003]嵌入式多媒體卡(eMMC)裝置是管理存儲器裝置的實例。eMMC裝置的固件可將塊寫入請求轉(zhuǎn)譯成用于NAND快閃存儲器裝置的讀取及/或編程命令序列。在一些實例中，用戶數(shù)據(jù)的實際編程可經(jīng)由NAND頁編程命令發(fā)生。NAND快閃存儲器裝置的寄存器(例如數(shù)據(jù)寄存器及高速緩沖存儲器寄存器)的協(xié)議及架構的當前定義可限制管理存儲器裝置的性能。
[0004]因此，需要提高管理存儲器裝置的性能。還需要減少管理存儲器裝置的控制器的易失性存儲器的量。
【附圖說明】
[0005]本文中提供這些圖式及相關聯(lián)描述以說明本發(fā)明的特定實施例且這些圖式及相關聯(lián)描述不希望是限制性的。
[0006]圖1是說明性NAND快閃存儲器裝置的框圖。
[0007]圖2是說明將數(shù)據(jù)編程到NAND快閃存儲器陣列的常規(guī)方式的管理存儲器裝置的圖式。
[0008]圖3是根據(jù)實施例的說明NAND快閃存儲器裝置的頁編程操作的管理存儲器裝置的圖式。
[0009]圖4是根據(jù)實施例的說明針對讀取命令及編程命令使用NAND快閃裝置的單獨寄存器的管理存儲器裝置的圖式。
[0010]圖5是根據(jù)實施例的說明讀取存儲于寄存器中且尚未編程到NAND快閃存儲器陣列的數(shù)據(jù)的管理存儲器裝置的圖式。
[0011]圖6是根據(jù)實施例的說明NAND快閃存儲器裝置的頁編程操作的管理存儲器裝置的圖式。
[0012]圖7是根據(jù)實施例的說明其中將來自高速緩沖存儲器寄存器的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)寄存器的從NAND快閃存儲器陣列的交錯讀取的管理存儲器裝置的圖式。
[0013]圖8是根據(jù)實施例的包含實施分布式易失性高速緩沖存儲器的多個NAND快閃存儲器裝置的管理存儲器裝置的框圖。
[0014]圖9是根據(jù)另一實施例的說明性NAND快閃存儲器裝置的圖式。
[0015]圖1OA及1B是說明在多平面NAND快閃存儲器裝置的寄存器之間交換數(shù)據(jù)的實施例的圖式。
[0016]圖11A、IIB及IIC是說明根據(jù)實施例的用交錯高速緩沖存儲器讀取操作將第一數(shù)據(jù)暫時加載于寄存器中以讀取第二數(shù)據(jù)的過程的圖式。
[0017]圖12A、12B及12C是說明根據(jù)實施例的用交錯高速緩沖存儲器編程操作將第一數(shù)據(jù)暫時加載于寄存器中以將第二數(shù)據(jù)編程到陣列的過程的圖式。
[0018]為了避免重復描述，可通過相同參考數(shù)字指代具有相同或類似功能的組件。
【具體實施方式】
[0019]雖然本文中描述特定實施例，但是所屬領域一般技術人員將明白包含未提供本文中闡述的全部優(yōu)點及特征的實施例的其它實施例。
[0020]如上文所討論，NAND快閃存儲器裝置的寄存器(例如數(shù)據(jù)寄存器及高速緩沖存儲器寄存器)的協(xié)議及/或架構的當前定義可限制管理存儲器裝置的性能。例如，指定數(shù)據(jù)寄存器及高速緩沖存儲器寄存器用于NAND快閃存儲器的讀取命令及寫入命令兩者可限制管理存儲器裝置的性能。性能可受限于還可稱為隨機寫入操作的隨機編程操作。
[0021]解決管理存儲器裝置中的隨機編程性能問題的一種方式是:實施固態(tài)磁盤(SSD)或eMMC裝置中的易失性高速緩沖存儲器。運用易失性高速緩沖存儲器，可執(zhí)行相對快速的編程操作。此性能可改善NAND快閃存儲器及/或其它非易失性存儲器的每秒輸入/輸出操作(10PS)。同時，易失性高速緩沖存儲器可顯著增加控制器的大小。增加的控制器大小可導致更高成本。
[0022]—般地描述，本發(fā)明的方面涉及針對非易失性存儲器裝置實現(xiàn)相對良好的隨機編程性能，同時在與所述非易失性存儲器相關聯(lián)的控制器上使用相對有限量的易失性存儲器。本文中描述NAND快閃存儲器裝置的寄存器架構。單獨寄存器可用于讀取操作及編程操作。因而，根據(jù)某些實施例，NAND快閃存儲器裝置的一個寄存器可用于編程操作，且NAND快閃存儲器裝置的另一寄存器可同時用于讀取操作。例如，高速緩沖存儲器寄存器可用于讀取操作且數(shù)據(jù)寄存器可用于編程操作。本文中描述的一些寄存器架構可使得能夠在寄存器之間交換數(shù)據(jù)。因此，可將待編程到存儲器陣列的第一數(shù)據(jù)加載到寄存器中，且可在保留加載到寄存器中的第一數(shù)據(jù)的同時執(zhí)行交錯讀取及/或交錯編程操作。例如，可在高速緩沖存儲器寄存器與數(shù)據(jù)寄存器之間交換待編程到存儲器陣列的第一數(shù)據(jù)，以使能夠在保留所述第一數(shù)據(jù)時執(zhí)行一或多個其它讀取及/或編程操作。作為另一實例，可將待編程到存儲器陣列的第一數(shù)據(jù)從高速緩沖存儲器寄存器移動到獨立于數(shù)據(jù)寄存器及高速緩沖存儲器寄存器的虛擬高速緩沖存儲器寄存器，同時執(zhí)行一或多個讀取及/或編程操作。接著，可將待編程到存儲器陣列的第一數(shù)據(jù)從虛擬高速緩沖存儲器寄存器移動回到高速緩沖存儲器寄存器。在某些實施例中，NAND快閃存儲器裝置的寄存器可實施管理存儲器裝置內(nèi)的分布式虛擬高速緩沖存儲器。此可加強隨機編程操作的性能，而對隨機讀取操作的性能具有較小影響或不具影響。在一些實施例中，一或多個數(shù)據(jù)寄存器可實施分布式虛擬高速緩沖存儲器。雖然本文中為說明性目的參考NAND快閃存儲器裝置描述一些實例，但是應了解，可結合任何適合非易失性存儲器裝置來實施本文中描述的原理及優(yōu)點。例如，可結合相變存儲器(PCM)來實施本文中描述的原理及優(yōu)點。
[0023]圖1是說明性NAND快閃存儲器裝置100的框圖。如所說明，NAND快閃存儲器裝置100包含高速緩沖存儲器寄存器110、數(shù)據(jù)寄存器120及非易失性存儲器的陣列130。根據(jù)某些實施方案，本文中描述的任何寄存器可稱為頁緩沖器或鎖存器。數(shù)據(jù)寄存器120還可稱為頁寄存器。高速緩沖存儲器寄存器110及數(shù)據(jù)寄存器120可各自包括易失性存儲器。在寫入操作期間，將來自主機的數(shù)據(jù)加載于高速緩沖存儲器寄存器110中。在將數(shù)據(jù)編程到陣列130的頁之前及/或在從陣列130檢索數(shù)據(jù)之后，高速緩沖存儲器寄存器110及數(shù)據(jù)寄存器120可用以保持數(shù)據(jù)。通常，以串行方式將待編程的數(shù)據(jù)定時送入(clocked into)到高速緩沖存儲器寄存器110中。接著，通常以并行方式將待編程的數(shù)據(jù)從高速緩沖存儲器寄存器110移動到數(shù)據(jù)寄存器120。此釋放高速緩沖存儲器寄存器110以接收用于其它頁的編程或讀取的數(shù)據(jù)。從陣列130檢索待讀取的數(shù)據(jù)且將其加載于寄存器120中。接著，將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)寄存器120移動到高速緩沖存儲器寄存器110，數(shù)據(jù)被從高速緩沖存儲器寄存器110定時取出(clocked out)到主機。高速緩沖存儲器寄存器110及/或數(shù)據(jù)寄存器120可保持至少一頁數(shù)據(jù)。陣列130可包含單電平單元132及多電平單元134。單電平單元132經(jīng)配置以存儲一個數(shù)位(digit)的信息，例如一位信息。多電平單元134經(jīng)配置以存儲一個數(shù)位以上的信息，例如多位信息。
[0024]圖2是說明將數(shù)據(jù)編程到NAND快閃存儲器陣列的常規(guī)方式的管理存儲器裝置200的圖式。管理存儲器裝置200可包含控制器210及經(jīng)由通道CHO及CHl與控制器210通信的多個NAND閃存裝置100。如所說明，多個NAND快閃存儲器裝置100包含第一NAND快閃存儲器裝置10a及第二 NAND快閃存儲器裝置100b。管理存儲器裝置200可為例如eMMC裝置或SSD。第一 NAND快閃存儲器裝置10a及第二 NAND快閃存儲器裝置10b可由分別通過兩個通道CHO及CHl連接到控制器210的不同裸片實施。第一 NAND快閃存儲器裝置10a及第二 NAND快閃存儲器裝置10b除外部連接之外可基本上彼此相同。
[0025]控制器210可為嵌入式控制器?？刂破?10可經(jīng)由主機總線HB從主機接收數(shù)據(jù)?？刂破?10可經(jīng)由主機總線HB接收用以存取第一 NAND快閃存儲器裝置10a及/或第二 NAND快閃存儲器裝置10b的請求。控制器210還可經(jīng)由主機總線HB接收用戶數(shù)據(jù)段。例如固態(tài)驅(qū)動器及快閃驅(qū)動器的大容量存儲裝置可以稱為“±夬”的數(shù)據(jù)為單位傳送數(shù)據(jù)。由控制器210接收的用戶數(shù)據(jù)段不同于描述快閃存儲器中的最小可擦除存儲器單元的塊。可以段為單位將用戶數(shù)據(jù)從主機發(fā)送到控制器210。快閃存儲器陣列130a及/或130b的頁包括多個段。作為一個非限制性實例，如圖2中所說明，用戶數(shù)據(jù)段可為4千字節(jié)(KB)的數(shù)據(jù)。其它大小的段也將可適用。在圖2中展示的實例中，控制器210可接收用以存取第一NAND快閃存儲器裝置10a的請求CMD25，接著接收用戶數(shù)據(jù)段DATA 4KB，且接著接收忙碌請求BUSY。
[0026]控制器210可將請求轉(zhuǎn)譯成用于第一 NAND快閃存儲器裝置10a的命令。圖2中展示由控制器210基于從主機接收的請求針對一個NAND快閃存儲器裝置上的頁編程操作中的塊寫入操作產(chǎn)生的實例命令。這些命令可經(jīng)由控制器210與第一 NAND快閃存儲器裝置10a之間的通道CHO提供到第一 NAND快閃存儲器裝置I OOa。
[0027]由第一NAND快閃存儲器裝置10a接收的命令致使用戶數(shù)據(jù)段被加載于高速緩沖存儲器寄存器IlOa中，且接著致使用戶數(shù)據(jù)段被編程到非易失性存儲器的陣列130a。因此，第一 NAND快閃存儲器裝置10a—次將一個數(shù)據(jù)段編程到陣列130a。各自與一或多個數(shù)據(jù)段相關聯(lián)的多個編程操作可將一頁用戶數(shù)據(jù)編程到陣列130a。
[0028]在根據(jù)當前ONFI標準操作的NAND快閃存儲器裝置100中，在與頁讀取、頁高速緩沖存儲器讀取、頁編程及頁高速緩沖存儲器編程操作相關聯(lián)的命令期間使用高速緩沖存儲器寄存器110及/或數(shù)據(jù)寄存器120。例如，頁編程操作(80h到1h)使主機能夠?qū)?shù)據(jù)加載到高速緩沖存儲器寄存器110且接著將高速緩沖存儲器寄存器110的內(nèi)容編程到快閃存儲器的陣列130中的指定塊及頁地址。作為另一實例，頁高速緩沖存儲器編程操作(80h到15h)使主機能夠:將數(shù)據(jù)加載到高速緩沖存儲器寄存器110;將所接收的數(shù)據(jù)從高速緩沖存儲器寄存器110移動到數(shù)據(jù)寄存器120;且接著將數(shù)據(jù)寄存器120的內(nèi)容編程到NAND快閃存儲器的陣列130中的指定塊及頁地址，而高速緩沖存儲器寄存器110可用于一或多個額外頁高速緩沖存儲器編程操作(80h到15h)及/或頁編程操作(80h到10h)。因此，在例如頁高速緩沖存儲器編程操作(及頁高速緩沖存儲器讀取操作)的一些操作中使用高速緩沖存儲器寄存器110及數(shù)據(jù)寄存器120兩者，且在例如頁編程(及頁讀取)操作的一些其它操作中只使用這些寄存器中的一個寄存器。
[0029]在來自主機的隨機塊編程的情況中，可通過NAND頁編程時間驅(qū)動管理存儲器的性能。然而，NAND存儲器陣列中頁的大小通常大于由主機經(jīng)由主機總線HB提供到控制器210的用戶數(shù)據(jù)段的大小。NAND頁大小隨時間增加。為了提高隨機編程性能，嵌入式SRAM可包含于一些嵌入式控制器中且用作編程操作的緩沖器。此SRAM可用以建立匯總與一或多個數(shù)據(jù)段相關聯(lián)的數(shù)個編程請求的頁或頁條帶(page str