[发明专利]一种3D MLC闪存设备的请求处理方法

说明书

本发明公开了一种3D MLC闪存设备的请求处理方法，包括：以读请求优先的方式执行读请求；待晶圆空闲时再执行写请求；并保证在执行读/写请求时所属晶圆的工作模式与所属块的工作模式一致；待晶圆空闲时再执行垃圾回收请求，并在设备当前容量不充足时，选择SLC模式的块中有效页最少的块为待回收块，在设备当前队列拥塞时，选择SLC模式的空闲块为目标块，以及在设备当前容量不充足时，将已擦除的待回收块的工作模式设置为MLC模式；若所有晶圆的总擦除次数增加一定数量，则循环地设置下一晶圆的工作模式为SLC模式。本发明能够充分利用3D MLC闪存芯片的新特性，减少垃圾回收的时延，并提升闪存设备的使用寿命。

技术领域

本发明属于SSD(Solid State Disk，固态硬盘，简称固态盘)存储控制领域，更具体地，涉及一种3D MLC闪存设备的请求处理方法。

背景技术

闪存由于其性能、能耗等优势，广泛应用于个人电脑、服务器以及数据中心等场景。然而NAND闪存在制程20nm以内时达到了物理极限，许多闪存厂商将发展重心转移到3D闪存上。3D闪存相对于2D闪存密度更高、价格更低。3D闪存芯片也提供了更多的高级命令支持。首先，3D闪存芯片可中断芯片上正在执行的写操作或擦除操作，在执行完其它操作后，恢复先前的写操作或擦除操作。其次，3D MLC闪存支持通过高级命令动态调整晶圆内闪存块的工作模式，即将闪存块设置为SLC模式或者MLC模式。SLC模式和MLC模式的区别在于，SLC模式每个存储单元仅存储1位而MLC模式存储2位。和MLC模式相比，SLC模式由于存储单元存储密度低，SLC模式下闪存块内页数目减少一半，闪存读写操作的时延减少。与此同时，SLC模式下闪存块可靠性和寿命比MLC模式更好。最后，为了保证3D闪存的可靠性，每个晶圆额外提供一些备用块。当部分块过早成为坏块时，备用块则替换坏块。

3D闪存也带来了新的问题。首先，3D闪存的块容量更大，在垃圾回收和磨损均衡时迁移的有效页的数目更多、时延更长。3D闪存的块容量增加的同时，块擦除的时间也随之增加。过长的擦除时间导致其他请求的响应时间也随之增长，降低系统的整体性能。其次，3D闪存中页容量增加，数据传输的时延随之增加，请求队列排队时延增加，请求间冲突的可能性增加，导致固态盘系统资源利用率降低，性能下降。最后，随着固态盘擦写次数的增加，部分块由于磨损严重，数据出错率增长，而被视为坏块而不再使用，导致固态盘容量损失。在3D闪存的块容量、页容量大幅度增加的情况下，磨损坏块导致损失的容量更多。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种3D MLC闪存设备的请求处理方法，其目的在于充分利用3D MLC闪存芯片可通过高级命令中断写/擦除操作以及动态调整晶圆内闪存块的工作模式的特性，减少垃圾回收的时延，以缓解3D MLC应用于固态盘系统中过长的垃圾回收时延所带来的性能下降问题，同时减少闪存设备的擦除次数，从而延长固态盘的寿命。

为实现上述目的，本发明提供了一种一种3D MLC闪存设备的请求处理方法，包括如下步骤：

(1)判断所到达的请求的类型，若为读请求，则转入步骤(2)；若为写请求，则转入步骤(3)；若为垃圾回收请求，则转入步骤(4)；

(2)以读请求优先的方式执行读请求，并转入步骤(6)；

(3)执行写请求，并转入步骤(6)；

(4)执行垃圾回收请求，并转入步骤(5)；

(5)若芯片内所有晶圆的总擦除次数E满足：E％M＝0，则将第(i+1)％N+1个晶圆的工作模式设定为为SLC模式，并将第i个晶圆的工作模式设定为MLC模式，并转入步骤(6)；否则，直接转入步骤(6)；其中，M为预设的阈值，i为当前工作模式为SLC模式的晶圆编号，N为闪存芯片内的晶圆数目；

(6)请求处理结束。

进一步地，步骤(2)中，以读请求优先的方式执行读请求，包括如下步骤：