JP2008021335A - 不揮発性記憶装置、不揮発性記憶装置の書込み方法およびコントローラ - Google Patents

Abstract

【課題】メモリーカードにおいて、書込み単位の大きなフラッシュメモリを用いた場合に、書込み時間に占めるデータ転送の時間の割合が大きくなり、書込み性能が低下する。
【解決手段】ホスト１０２からの第一の書込みデータをバッファメモリＡに保管し、次にホスト１０２からの第二の書込みデータをバッファメモリＢに保管するとともにバッファメモリＡに保管された第一の書込みデータをフラッシュメモリ１０３に転送する。次に、バッファメモリＢに保管された第二の書込みデータをフラッシュメモリ１０３に転送する。そして、第一と第二の書込みデータを同時にフラッシュメモリ１０３に書き込む。これにより、バッファメモリ１０５への入出力転送を同時に行えるので書込みが高速化する。
【選択図】図４

Description

本発明は、データの書き込み方法に特徴を有する半導体メモリを使用した不揮発性記憶装置、不揮発性記憶装置の書込み方法およびコントローラに関する。

近年、不揮発性メモリを搭載した不揮発性記憶装置は、デジタルカメラや携帯電話のメモリーカードとして市場を拡大している。そしてメモリーカードの記憶容量の増加に伴い、データファイルや静止画等の小容量の記録から、より大容量が必要となる動画記録へとその用途は広がっている。

しかし、メモリーカードの不揮発性メモリとして主に使用されているＮＡＮＤタイプのフラッシュメモリは、その容量の増加に伴いデータの書込み単位となる物理ページの容量も増大している。例えば、主に１２８ＭＢ以下のフラッシュメモリの物理ページの容量が５１２Ｂであるのに対して、主に１２８ＭＢ以上のフラッシュメモリのものは２ｋＢになっている。そのために一般的な書込み単位である物理ページの書込み時間である２００μｓｅｃは変化しないのに対して書込みデータの転送時間が長くなり、メモリーカードの書込み時間に占めるデータの転送時間の割合が大きくなってきている。

特許文献１に開示された実施例では、不揮発性メモリの書込み単位のバッファメモリを複数毎備えることで書込みの高速化を実現している。また特許文献２では不揮発性メモリの書込み単位以下のバッファメモリによって書込みを実現している。

以下に従来の技術として、特許文献１に基づく不揮発性メモリの書込み方法を本発明の実施の形態で説明している１２８ＭＢのＮＡＮＤ型フラッシュメモリに適用したケースについて簡単に説明する。

図５は従来の不揮発性記憶装置によるデータ書込み時のタイミングチャートである。同図において、上段は外部のホストから不揮発性記憶装置内のバッファへの書込みデータの転送を表し、中段は不揮発性記憶装置内のバッファから不揮発性記憶装置内の不揮発性メモリへの書込みデータの転送を表し、下段は不揮発性記憶装置内の不揮発性メモリの動作を表している。

ホストは、不揮発性記憶装置にデータを書込みするために、まず不揮発性記憶装置に書き込むデータを転送する必要がある。時間Ｔ１からＴ２の期間、ホストは不揮発性記憶装置にデータを転送する。不揮発性記憶装置内部では内部バッファメモリに一時的にデータが格納される。書込み単位である２ｋＢのデータの転送を行うのに、２５ＭＨｚのクロックで４ビットのデータが転送できるインターフェースでは、２ｋＢ／４ｂｉｔ／２５ＭＨｚ≒１６４μｓｅｃとなり、１６４μｓｅｃかかる。

次に時間Ｔ２〜Ｔ３の期間、不揮発性記憶装置内部においてバッファメモリからフラッシュメモリに書込みデータが転送する。これに要する時間もＴ１〜Ｔ２と同程度であり１６４μｓｅｃである。次に時間Ｔ３〜Ｔ４でフラッシュメモリに対してデータの書込みコマンドが発行される。この時間はデータの転送時間に比べて無視できるほど短い。

この後、時間Ｔ４〜Ｔ５の期間、不揮発低記憶装置内部のフラッシュメモリに対してデータの書込みが行われる。この書込みに要する時間は長く、一般的に２００μｓｅｃ程度を要する。結果、２ｋＢのデータを書込みするのに要する時間Ｔ１〜Ｔ５は、５２８μｓｅｃと長く、書込み性能は３．７ＭＢ／ｓｅｃとなる。
特開平７−２２６０９５号公報 特開２０００−２９３４２７号公報

上記の様にフラッシュメモリのメモリ容量の増加に伴い、書込み単位が増加して、メモリーカードの書込み時間に占めるデータ転送の時間の割合が長くかかり、結果として書込み性能が低いという課題が存在していた。

上記課題を解決するために本発明の不揮発性記憶装置は、不揮発性メモリと、コントローラと、バッファメモリとを有し外部から与えられる書込みデータを不揮発性メモリに書込み、または不揮発性メモリに書きこまれたデータを外部に対して読み出す不揮発性記憶装置であって、不揮発性メモリは、独立して消去可能な複数の物理ブロックから成り、各物理ブロックは独立して書込み可能な複数のページから成るものであり、コントローラは、外部からの第一の書込みデータをバッファメモリに格納し、外部からの第二の書込みデータをバッファメモリに格納するとともにバッファメモリに格納された第一の書込みデータを不揮発性メモリに転送し、バッファメモリに格納された第二の書込みデータを不揮発性メモリに転送し、不揮発性メモリに転送された第一の書込みデータと第二の書込みデータを同時に不揮発性メモリに書込むようにバッファメモリ及び不揮発性メモリを制御するものである。

同時に書込みを行うことの出来るデータを外部（ホスト機器）から不揮発性記憶装置に転送するとともに、不揮発性記憶装置の内部でバッファメモリから不揮発性メモリにデータを転送することにより書込みデータの転送に要する時間を短くすることができ、不揮発性記憶装置の書込み性能が高くなる。

本発明は、不揮発性メモリと、コントローラと、バッファメモリとを有し外部から与えられる書込みデータを前記不揮発性メモリに書込み、または前記不揮発性メモリに書きこまれたデータを外部に対して読み出す不揮発性記憶装置であって、前記不揮発性メモリは、独立して消去可能な複数の物理ブロックから成り、前記各物理ブロックは独立して書込み可能な複数のページから成るものであり、前記コントローラは、外部からの第一の書込みデータを前記バッファメモリに格納し、外部からの第二の書込みデータを前記バッファメモリに格納するとともに前記バッファメモリに格納された前記第一の書込みデータを前記不揮発性メモリに転送し、前記バッファメモリに格納された前記第二の書込みデータを前記不揮発性メモリに転送し、前記不揮発性メモリに転送された前記第一の書込みデータと前記第二の書込みデータを同時に前記不揮発性メモリに書込むように前記バッファメモリ及び前記不揮発性メモリを制御する。

また、本発明は、不揮発性メモリと、コントローラと、バッファメモリとを有し外部から与えられる書込みデータを前記不揮発性メモリに書込み、または前記不揮発性メモリに書きこまれたデータを外部に対して読み出す不揮発性記憶装置の書き込み方法であって、前記不揮発性メモリは、独立して消去可能な複数の物理ブロックから成り、前記各物理ブロックは独立して書込み可能な複数のページから成るものであり、前記コントローラにおいて、外部からの第一の書込みデータを前記バッファメモリに格納する第一のステップと、外部からの第二の書込みデータを前記バッファメモリに格納するとともに前記バッファメモリに格納された前記第一の書込みデータを前記不揮発性メモリに転送する第二のステップと、前記バッファメモリに格納された前記第二の書込みデータを前記不揮発性メモリに転送する第三のステップと、前記不揮発性メモリに転送された前記第一の書込みデータと前記第二の書込みデータを同時に前記不揮発性メモリに書込む第四のステップとを制御することにより書込みを行う。

また、独立して消去可能な複数の物理ブロックから成り、前記各物理ブロックは独立して書込み可能な複数のページから成る不揮発性メモリに対し、バッファメモリを用いて外部から与えられる書込みデータを書込み、または外部に読み出すための制御を行うコントローラであって、外部からの第一の書込みデータを前記バッファメモリに格納し、外部からの第二の書込みデータを前記バッファメモリに格納するとともに前記バッファメモリに格納された前記第一の書込みデータを前記不揮発性メモリに転送し、前記バッファメモリに格納された前記第二の書込みデータを前記不揮発性メモリに転送し、前記不揮発性メモリに転送された前記第一の書込みデータと前記第二の書込みデータを同時に前記不揮発性メモリに書込むように前記バッファメモリと前記不揮発性メモリを制御する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の不揮発性記憶装置と不揮発性記憶装置に対してデータの読出し・書込みを行うホストとを示した概略図である。

基本的な構成は従来と同じであるが、後に説明するがバッファメモリの容量が不揮発性メモリの書込み単位よりも小さなことが従来とは異なる。

図１において、１０１は不揮発性記憶装置であるメモリーカード、１０２はメモリーカード１０１に対してデータの読出し・書込みを行うホストである。ホスト１０２とメモリーカード１０１の間には４本のデータバスがあり、最大２５ＭＨｚのクロックでデータの転送を行う。メモリーカード１０１の内部において、１０３は不揮発性のメモリであるフラッシュメモリであり、本実施の形態においては、容量が１２８ＭＢの場合を例にとって説明する。１０４はホスト１０２の書込み・読出しのコマンドを受けてフラッシュメモリ１０３を制御するコントローラ、１０５はホスト１０２からフラッシュメモリ１０３への書込みデータ、またはフラッシュメモリ１０３からホスト１０２への読出しデータを一時格納するためのバッファメモリＡ，Ｂである。バッファメモリＡ１０５とバッファメモリＢ１０５の容量はそれぞれ５１２Ｂである。１０６はホスト１０２とバッファメモリ１０５の間、およびフラッシュメモリ１０３とバッファメモリ１０５の間にあり、書込み・読出しデータの振り分けを行うセレクタであり、コントローラ１０４がセレクタ１０６の動作を制御する。

図２は、図１のフラッシュメモリ１０３の内部を示した概念図である。１２８ＭＢのフラッシュメモリ１０３の内部には１０２４個の物理ブロック２０１がある。各物理ブロック２０１の容量は１２８ｋＢであり、これが、データの消去を行うときの最小消去単位である。

図３は、図２の物理ブロック２０１の内部を示した概念図である。１２８ｋＢの物理ブロック２０１の内部には６４個の物理ページ３０１がある。物理ページ３０１の容量は２ｋＢであり、これがデータの書込みを行うときの最小単位である。

図４は、データの書込みを行う際のタイミングチャートである。データの書込みにおいてはホスト１０２から書込みデータがメモリーカード１０１に送られ、メモリーカード１０１の内部においてバッファメモリＡ１０５とバッファメモリＢ１０５に格納された書込みデータをコントローラ１０４が制御してフラッシュメモリ１０３に書込む。

まず、時間Ｔ１においてホスト１０２からメモリーカード１０１へのデータ転送が開始される。メモリーカード１０１に転送されたデータは、セレクタ１０６を介してバッファメモリＡ１０５に格納される。この５１２Ｂのデータの転送に要する時間は、５１２Ｂ／４ｂｉｔ／２５ＭＨｚ≒４１μｓｅｃである。約４１μｓｅｃ後の時間Ｔ２にホスト１０２からの最初の５１２Ｂの転送は終わる。ここでコントローラ１０４はセレクタ１０６を切り替えて、今後ホスト１０２からのデータがバッファメモリＢ１０５に転送されるようにするとともに、バッファメモリＡ１０５のデータのフラッシュメモリ１０３への転送を、セレクタ１０６を介して開始する。ホスト１０２は次の５１２Ｂの転送を開始する。

時間Ｔ２からの期間は、ホスト１０２はバッファメモリＢ１０５に書込みデータを転送し、バッファメモリＡ１０５のデータはフラッシュメモリ１０３に転送される。ホスト１０２からの５１２Ｂ単位のデータ転送が終わり、かつフラッシュメモリ１０３へのデータ転送が終わったら、コントローラ１０４はセレクタ１０６を切り替えてホスト１０２からのデータがバッファメモリＡ１０５に転送されるようにするとともに、バッファメモリＢ１０５のデータのフラッシュメモリ１０３への転送を開始する。

以上のようにしてコントローラ１０４はバッファメモリＡ１０５とバッファメモリＢ１０５を適宜セレクタ１０６で切り替えながらホスト１０２からの書込みデータを受け付けるとともに、フラッシュメモリ１０３に書込みデータを転送する。

時間Ｔ３ではホスト１０２はフラッシュメモリ１０３への書込み単位である物理ページ３０１と同容量の書込みデータである２ｋＢのデータの転送を終える。時間Ｔ４ではコントローラ１０４はフラッシュメモリ１０３に対してホスト１０２からの書込みデータを全て転送し終える。コントローラ１０４は書込みデータをフラッシュメモリ１０３に転送し終えたらフラッシュメモリ１０３に対して転送したデータの書込みを実行するコマンドを発行する。このコマンド発行に要する時間は５１２Ｂ単位のデータ転送時間である４１μｓｅｃに比べて短く無視できる。

コントローラ１０４からの書込みコマンドを受けてフラッシュメモリ１０３は時間Ｔ５から書込みを開始する。時間Ｔ６で書込みを終了するが、この書込みに要する時間は長く、一般的に２００μｓｅｃ程度を要する。

以上の様にしてホスト１０２が２ｋＢのデータをメモリーカード１０１に書き込みするのに要する時間は、４１μｓｅｃ×５＋２００μｓｅｃ＝４０５μｓｅｃであり、書込み性能は４．８ＭＢ／ｓｅｃである。

以上のように本実施の形態によれば、従来に比べて短い時間でデータの書込みが行えるとともに、従来に比べてバッファメモリ容量も小さく出来る。

本発明にかかる不揮発性記憶装置の書込み方法は、一括で書込みを行うことの出来る単位が大きな不揮発性メモリを用いた場合でも書込みデータの転送に要する時間を短縮して高速に書込みを行うことが出来る書込み方法であり、今後の大容量化されるメモリーカードにおいて高速に書込みを行う分野、たとえば携帯型の動画撮影機のためのメモリーカードやメモリーカード用コントローラとして有用である。

本発明の実施の形態１による不揮発性記憶装置の概略図 本発明の実施の形態１によるフラッシュメモリの概念図 本発明の実施の形態１によるフラッシュメモリの物理ブロックの概念図 本発明の実施の形態１による書込み方法のタイミングチャート 従来の書込み方法のタイミングチャート

符号の説明

１０１ メモリーカード
１０２ ホスト
１０３ フラッシュメモリ
１０４ コントローラ
１０５ バッファメモリ
１０６ セレクタ
２０１ 物理ブロック
３０１ 物理ページ

Claims (3)

1. 不揮発性メモリと、コントローラと、バッファメモリとを有し外部から与えられる書込みデータを前記不揮発性メモリに書込み、または前記不揮発性メモリに書きこまれたデータを外部に対して読み出す不揮発性記憶装置であって、
   前記不揮発性メモリは、独立して消去可能な複数の物理ブロックから成り、前記各物理ブロックは独立して書込み可能な複数のページから成るものであり、
   前記コントローラは、外部からの第一の書込みデータを前記バッファメモリに格納し、外部からの第二の書込みデータを前記バッファメモリに格納するとともに前記バッファメモリに格納された前記第一の書込みデータを前記不揮発性メモリに転送し、前記バッファメモリに格納された前記第二の書込みデータを前記不揮発性メモリに転送し、前記不揮発性メモリに転送された前記第一の書込みデータと前記第二の書込みデータを同時に前記不揮発性メモリに書込むように前記バッファメモリ及び前記不揮発性メモリを制御する不揮発性記憶装置。
2. 不揮発性メモリと、コントローラと、バッファメモリとを有し外部から与えられる書込みデータを前記不揮発性メモリに書込み、または前記不揮発性メモリに書きこまれたデータを外部に対して読み出す不揮発性記憶装置の書き込み方法であって、
   前記不揮発性メモリは、独立して消去可能な複数の物理ブロックから成り、前記各物理ブロックは独立して書込み可能な複数のページから成るものであり、
   前記コントローラにおいて、外部からの第一の書込みデータを前記バッファメモリに格納する第一のステップと、外部からの第二の書込みデータを前記バッファメモリに格納するとともに前記バッファメモリに格納された前記第一の書込みデータを前記不揮発性メモリに転送する第二のステップと、前記バッファメモリに格納された前記第二の書込みデータを前記不揮発性メモリに転送する第三のステップと、前記不揮発性メモリに転送された前記第一の書込みデータと前記第二の書込みデータを同時に前記不揮発性メモリに書込む第四のステップとを制御することにより書込みを行う不揮発性記憶装置の書込み方法。
3. 独立して消去可能な複数の物理ブロックから成り、前記各物理ブロックは独立して書込み可能な複数のページから成る不揮発性メモリに対し、バッファメモリを用いて外部から与えられる書込みデータを書込み、または外部に読み出すための制御を行うコントローラであって、
   外部からの第一の書込みデータを前記バッファメモリに格納し、
   外部からの第二の書込みデータを前記バッファメモリに格納するとともに前記バッファメモリに格納された前記第一の書込みデータを前記不揮発性メモリに転送し、
   前記バッファメモリに格納された前記第二の書込みデータを前記不揮発性メモリに転送し、
   前記不揮発性メモリに転送された前記第一の書込みデータと前記第二の書込みデータを同時に前記不揮発性メモリに書込むように前記バッファメモリと前記不揮発性メモリを制御するコントローラ。

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