프로그램 가능한 내구력을 가진 플래시 메모리 document_id A220623054954

비휘발성 메모리 비휘발성 메모리는 파워 소스 없이 그것의 저장된 데이터를 보유할 수 있는 타입의 메모리이다. 판독, 기록, 및 삭제 능력, 액세스 시간, 데이터 보존력, 및 데이터 내구력 사이클에 의해 차별되는, 몇 가지 타입의 비휘발성 메모리가 존재한다. 전기적 소거 가능한 프로그램가능한 판독 전용 메모리(EEPROM)는 바이트 당 레벨에서 판독 및 기록 오퍼레이션을 수행할 수 있고, 이는 각각의 메모리 위치가 개별적으로 판독되고 기록될 수 있음을 의미한다. 플래시-타입 플로팅-게이트 트랜지스터로 구성된 플래시 메모리는 EEPROM 메모리와 기능 및 성능이 유사한 비휘발성 메모리이고, 플래시 메모리는 그 오퍼레이팅에 특정한 제한은 있지만, 비교적 값싸다는 장점을 가진다. 이것은 전체 메모리 섹션을 먼저 삭제하지 않고, 플래시 메모리 상의 전에 기록된 위치에 재기록하는 것이 불가능하다, 즉, 플래시 셀은 그들이 다시 프로그래밍되기 전에 삭제되어야(예컨대, "1"로 프로그래밍되어야) 한다. 플래시 메모리는 비교적 큰 그룹의 셀만 삭제할 수 있고, 이를 통상적으로 (전형적으로, 현재의 상업적인 디바이스에 대하여 16 내지 128KB 크기인) 블록 삭제라 한다. 그러므로, 단일 바이트, 또는 심지어 1KB의 정크의 컨텐츠를 업데이트하는 것 조차도 - 업데이트되지 않은 삭제 블록 부분을 그 외의 부분으로 먼저 이동시키고, 삭제 오퍼레이션 동안 보존한 다음, 업데이트된 후 다시 그 위치로 이동시키는 - 하우스키핑 오퍼레이션을 필요로 한다. 전기적 소거가능한 비휘발성 메모리는 기록 및 삭제 오퍼레이션을 수행할 때, 마모되는 단점을 가진다. 각각의 메모리 위치는 제한된 수의 기록/삭제 사이클을 견딜 수 있다. 특정 횟수 이상 기록된 플래시 영역은 신뢰할 수 없고, 초과사용된 위치로부터 판독된 데이터는 틀린 값일 수 있다. 신뢰할 수 없게 되기 전까지 견딜 수 있는 비휘발성 메모리 영역의 기록 오퍼레이션의 횟수를 내구력이라 한다. 전형적인 내구력 레벨은 100,000번의 기록/삭제 사이클이다. 이러한 내구력 레벨은 디바이스 제조자에 의해 보증되고, 실제로 최악의 경우를 고려한 횟수이며, 플래시 메모리에 포함된 대부분의 셀은 훨씬 더 많은 횟수의 기록/삭제 사이클을 견딜 수 있을 것이다. 플래시 메모리는 사용된 메모리 셀 상호연결 아키텍처의 타입을 기초로, NOR 및 NAND 플래시로 더 분류된다. NAND 플래시에 대한 비트당 비용은 NOR 플래시에 대한 비트당 비용보다 낮다. 그러나, 기록된 위치가 삭제된다면(즉, 모두 "1"을 포함한다면), NAND 플래시는 바이트 레벨에서 판독할 수 있고 기록 오퍼레이션이 가능한 NOR 플래시 메모리와 비교되는, 블록 판독 및 기록 오퍼레이션으로 제한된다. 또한, 전형적으로 NAND 플래시 메모리는 신뢰할 수 없고 데이터를 저장하기 위해 사용하지 않아야 하는 작은 일부분의 배드 블록을 포함한다. 배드 블록은 플래시 메모리를 처음 테스트할 때 제조자에 의해 검증되거나, 또는 현장에서 사용하는 동안 블록의 장애를 탐지한 때 소프트웨어에 의해 검증된다. NAND 플래시 메모리의 이러한 한계를 극복하기 위해, 플래시 파일 시스템(FFS)이 개발되었다. FFS는 플래시 메모리를 탑재하고, 자기 디스크 상에서 데이터 저장을 에뮬레이팅하는 디바이스 상에 데이터 저장 및 처리 시스템을 제공한다. 이러한 FFS는 본 명세서에 그 전체가 참조로서 합치된, 미국특허 제5,937,425호에 개시되어 있다. 세 타입의 비휘발성 메모리(EEPROM, NOR 플래시, 및 NAND 플래시)는 모두 현재 사용되는 것이며, 그 어플리케이션에 따라 특정 타입이 결정된다. NAND 플래시 메모리는 대용량 저장장치가 요구되는데 주로 사용되지만, 블록 액세스 특성으로 인해, 소프트웨어 어플리케이션은 NAND 플래시로부터 직접적으로 구동할 수 없다. 소프트웨어 어플리케이션이 메모리 디바이스로부터 직접적으로 실행되어야 할 때, NOR 플래시 메모리가 사용되어야 한다. EEPROM은 비교적 작은 크기의 메모리가 요구되는데 사용되고, 바이트 레벨에서 데이터가 기록된다. 메모리 블록 디바이스는 자기 디스크 파티션과 유사하게, 몇몇 파티션으로 논리적으로 분할될 수 있다. 각각의 파티션은 개별 논리 유닛 또는 디스크와 같이 동작한다. 또한, FFS를 구현하는 플래시 컨트롤러는 통상적으로 디바이스 파티션을 관리할 책임이 있다. 몇몇 어플리케이션과 함께, EEPROM 디바이스는 NOR 플래시 메모리를 사용하여 에뮬레이팅될 수 있다. 에뮬레이팅된 EEPROM은 NOR 메모리에 단일 바이트를 기록하고, 원할 때 NOR 메모리 블록을 삭제하는 것이 가능하게 한다. 에뮬레이팅된 EEPROM은 하드웨어, 펌웨어, 또는 이 둘의 조합으로 구현될 수 있다. 몇몇 어플리케이션과 함께, 플래시 메모리의 제한된 내구력은, 예를 들어, 가상 메모리로서 블록 디바이스를 사용하는 운영체제에서 문제점을 가질 수 있다. 어플리케이션을 위해 사용가능한 랜덤 액세스 메모리(RAM)의 양을 증가시키기 위해, 운영체제는 디스크 스와핑을 구현할 수 있다. 디스크 스와핑에서, 운영체제는 그것의 RAM의 몇몇 섹션을 그것의 대용량 저장 디바이스에 저장하고, 어플리케이션이 그것에 액세스할 필요가 있을 때 가능한 빨리 RAM 데이터를 리로딩한다. 대용량 저장장치의 스와핑 영역으로 사용된 영역은 코드 또는 정적 데이터를 저장하기 위해 사용되는 대용량 저장 디바이스의 다른 섹션과 비교하여 상대적으로 높은 마모를 일으키는 집중적인 판독/삭제/기록 또는 삭제 사이클을 견뎌야한다. 다른 예는 파일 (시스템) 할당 테이블(FAT)이다. FAT는 새로운 파일이 생성되거나, 기존의 파일의 크기가 변할 때마다 매우 자주 업데이트된다. 비휘발성 메모리 디바이스의 수명 연장 NAND 플래시를 탑재한 대부분의 시스템은 마모-레벨링 알고리즘을 구현한다. 마모-레벨링 알고리즘은 각각의 플래시 메모리 블록 상에 실행될 수 있는 기록 오퍼레이션의 횟수를 최적화한다. 이 알고리즘에 따라, 각각의 플래시 메모리 블록은 대략적으로 동등한 횟수만큼 기록된다. 논리 블록이 물리 블록으로 번역될 때, 동일한 논리 블록이 상이한 물리 위치에 기록될 수 있다. 그러므로, 마모 레벨링 알고리즘은 디바이스 상에 사용가능한 논리적으로 어드레싱 가능한 메모리의 크기를 부수적으로 줄이지 않고 플래시 메모리 디바이스의 수명을 연장하기 위한 많은 상황에서 유용할 수 있다. 미국특허 제5,367,484호는 선택된 블록이 "높은 내구력"을 제공하도록 설계된 다수의 데이터 저장 블록을 가진 EEPROM 디바이스를 개시한다. 이 선택된 블록은 스위칭 유닛을 사용하는 유사한 리둔던트 블록과 병렬로 설치되고, 동일한 데이터가 두 블록에 동시에 기록된다. 미국특허 제5,367,484호에 따라, 이 리둔던시는 선택된 블록 및 리둔던트 블록 중 하나만 고장난다면, 대응 논리 영역에 데이터를 기록하는 것이 가능할 것이기 때문에, 선택된 블록의 내구력을 증가시킨다. 미국특허 제5,793,684호는 높은 신뢰도 및 리둔던시가 후속적으로 요구되지 않을 때, 증가된 크기의 어드레스 위치를 가진 메모리 디바이스를 생산하기 위해 리둔던트 제2메모리 어레이의 대응 어드레스 위치로부터 제1메모리 어레이의 어드레스 위치를 연결해제하기 위해 스위칭 유닛에 신호가 전송될 수 있음을 개시한다. EEPROM과 다른 메모리의 내구력 레벨을 증가시키는 개시물 또는 제안은 없었다. 또한, 앞서 언급한 특허들은 얼마나 많은 추가적인 내구력 "높은" 내구력 레벨을 제공하는지 개시하지 않았고, 요구된 내구력을 제공하도록 비휘발성 메모리를 구성하는 단계를 개시하거나 교시하지 않았다. 미국 특허출원 2003/0028733은 호스트로부터 데이터를 저장하기 위한 휘발성 메모리, 휘발성 메모리에 저장된 데이터를 저장하고 그 데이터를 전기적으로 삭제할 수 있는 비휘발성 메모리, 및 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리 사이의 데이터 전송을 컨트롤하는 컨트롤 회로를 가진 메모리 장치를 개시한다. 개시된 메모리 디바이스는, 예컨대, 휘발성 메모리의 데이터 저장 영역의 용량이 비휘발성 메모리의 데이터 저장 영역의 용량보다 큰 휘발성 메모리 디바이스이다. 개시된 디바이스는 비교적 작은 비휘발성 메모리 백업을 가진 휘발성 메모리 디바이스이고, 본 명세서에서 언급한 바와 같은 비휘발성 메모리의 개시물은 없었다. 개선된 비휘발성 디바이스 및 개선된 메모리 내구력을 제공하도록 비휘발성 메모리 디바이스를 구성하는 방법에 대한 필요성이 존재한다. 메모리 일부 또는 전체 비휘발성 메모리가 얼마나 많은 기록 또는 삭제 사이클을 신뢰성 있게 유지할 수 있는지 대략적으로 미리 아는 것이 적절한 계획 및 디바이스 사용을 가능하게 할 것임을 알아야 한다. 그러므로, 특정의 요구되는 메모리 내구력을 제공하도록 구성될 수 있는 디바이스에 대한 필요성이 존재한다.