存储器系统及其操作方法与流程

存储器系统及其操作方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2021年8月10日提交的申请号为10-2021-0105634的韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请通过引用整体并入本文。
技术领域
3.本专利文件中公开的技术和实施方式总体涉及一种电子设备，并且更具体地，涉及存储器系统和操作该存储器系统的方法。


背景技术：

4.存储器系统是指被配置为基于诸如计算机或智能电话的主机装置的控制而存储数据的电子组件。存储器系统可以包括其中存储数据的存储器装置和控制该存储器装置的存储器控制器。这种存储器装置根据其在没有电力的情况下保持所存储的数据的能力，被分类为易失性存储器装置和非易失性存储器装置。
5.易失性存储器装置可以仅在供电时存储数据。因此，这种易失性存储器装置在没有电力的情况下丢失其数据。易失性存储器装置的示例包括静态随机存取存储器(sram)和动态随机存取存储器(dram)。
6.非易失性存储器装置可以在没有电力的情况下保持其数据。非易失性存储器装置的示例包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)和闪速存储器。


技术实现要素：

7.所公开技术的各个实施例涉及一种用于改善存储器装置的性能并预测存储器装置的寿命(lifetime)的存储器系统以及操作该存储器系统的方法。
8.本公开的实施例可以提供一种用于控制存储器装置的存储器控制器。该存储器控制器可以包括：工作负载管理器，与在其中写入和读取数据的存储器装置通信，该工作负载管理器被配置为在预设参考时间期间获取写入存储器装置的写入数据量，计算指示写入数据量与参考写入量的比率的工作负载参数，并且存储预设参考时间的工作负载参数；以及性能管理器，被配置为基于工作负载参数来控制由存储器装置在与工作负载参数相对应的时段期间执行的特定后台操作。
9.本公开的实施例可以提供一种存储器系统。该存储器系统可以包括：存储器装置，预先为该存储器装置设定参考数据量；以及存储器控制器，被配置为基于工作负载参数来控制该存储器装置，该工作负载参数表示针对多个时隙该存储器装置的使用水平，并且该存储器控制器可以包括工作负载管理器和性能管理器，该工作负载管理器被配置为基于针对多个时隙写入该存储器装置或从该存储器装置读取的数据来计算工作负载参数，并且存储分别与多个时隙相对应的工作负载参数，该性能管理器被配置为基于该工作负载参数，在没有接收和运行的命令的情况下调度由该存储器装置执行的特定后台操作。
10.本公开的实施例可以提供一种操作存储器控制器的方法，该存储器控制器控制存储器装置。该方法可以包括：生成多个时隙；基于写入存储器装置或从存储器装置读取的数据来获取存储器装置的数据量信息，该数据量信息对应于多个时隙；计算工作负载参数，该工作负载参数指示数据量信息与为存储器装置预设的参考数据量之间的差；存储分别与多个时隙相对应的工作负载参数；以及基于工作负载参数来控制是否执行在多个时隙中的每一个中执行的存储器装置的特定后台操作。
附图说明
11.图1是示出根据所公开技术的实施例的包括存储器装置的存储器系统的示图。
12.图2是示出图1的存储器装置的示图。
13.图3是示出图2的存储块中的任何一个存储块的结构的示图。
14.图4是示出根据所公开技术的实施例的存储工作负载参数的方法的示图。
15.图5是示出根据所公开技术的实施例的控制存储器装置的后台操作的方法的框图。
16.图6是示出根据所公开技术的实施例的控制存储器装置的后台操作的方法的示图。
17.图7是示出根据所公开技术的实施例的更新工作负载参数的方法的示图。
18.图8是示出根据所公开技术的实施例的控制存储器装置的后台操作的方法的流程图。
19.图9是示出根据所公开技术的实施例的包括固态驱动器的数据处理系统的示例的示图。
20.图10是示出图9的控制器的配置的示例的示图。
21.图11是示出包括根据所公开技术的实施例的数据存储装置的数据处理系统的示例的示图。
22.图12是示出包括根据所公开技术的实施例的数据存储装置的数据处理系统的示例的示图。
23.图13是示出包括根据所公开技术的实施例的数据存储装置的网络系统的示例的示图。
具体实施方式
24.具体结构或功能描述仅作为示例针对所公开技术的实施例提供，并且因此不应被解释为对所公开技术的限制。
25.图1是示出根据所公开技术的实施例的包括存储器装置的存储器系统的示图。
26.参照图1，存储器系统50是用于存储数据的装置，并且可以包括存储器装置100和存储器控制器200，存储器控制器200被联接以控制主机的访问及存储器装置的操作。存储器系统50可以是基于诸如以下的主机300的控制来存储数据的装置：移动电话、智能电话、mp3播放器、膝上型计算机、台式计算机、游戏机、tv、平板pc或车载信息娱乐系统。
27.存储器系统50可以根据作为与主机300通信的方案的主机接口而被制造为各种类型的存储器系统中的任意一种。例如，存储器系统50可以被实施为例如以下的各种类型的
存储装置中的任何一种：固态驱动器(ssd)，诸如mmc、嵌入式mmc(emmc)、尺寸减小的mmc(rs-mmc)或微型mmc的多媒体卡，诸如sd、迷你sd或微型sd的安全数字卡，通用串行总线(usb)存储装置，通用闪存(ufs)装置，个人计算机存储卡国际协会(pcmcia)卡型存储装置，外围组件互连(pci)卡型存储装置，高速pci(pci-e)卡型存储装置，紧凑型闪存(cf)卡，智能媒体卡和记忆棒。
28.存储器系统50可以以各种类型的封装形式中的任意一种来制造。例如，存储器系统50可以以诸如以下的各种类型的封装形式中的任意一种来制造：堆叠封装(pop)、系统级封装(sip)、片上系统(soc)、多芯片封装(mcp)、板上芯片(cob)、晶圆级制造封装(wfp)以及晶圆级堆叠封装(wsp)。
29.存储器装置100可以存储数据。存储器装置100可以响应于存储器控制器200的控制而操作。存储器装置100可以包括存储器单元阵列(未示出)，该存储器单元阵列包括存储数据的多个存储器单元。
30.存储器单元中的每一个可以被实施为能够存储一个数据位的单层单元(slc)、能够存储两个数据位的多层单元(mlc)、能够存储三个数据位的三层单元(tlc)或能够存储四个数据位的四层单元(qlc)。
31.存储器单元阵列(未示出)可以包括多个存储块。每个存储块可以包括多个存储器单元。单个存储块可以包括多个页面。在实施例中，页面可以是将数据存储在存储器装置100中或读取存储器装置100中存储的数据的单位。存储块可以是擦除数据的单位。
32.在实施例中，存储器装置100可以采用许多可选形式，诸如双倍数据速率同步动态随机存取存储器(ddr sdram)、第四代低功率双倍数据速率(lpddr4)sdram、图形双倍数据速率(gddr)sdram、低功率ddr(lpddr)sdram、rambus动态随机存取存储器(rdram)、nand闪速存储器、垂直nand闪速存储器、nor闪速存储器装置、电阻式ram(rram)、相变ram(pram)、磁阻式ram(mram)、铁电ram(fram)、或自旋转移力矩ram(stt-ram)。在本说明书中，为了便于描述，将在存储器装置100是nand闪速存储器的假设下进行描述。
33.存储器装置100可以从存储器控制器200接收命令cmd及地址addr，并且可以访问存储器单元阵列的由该地址选择的区域。存储器装置100可以对由地址addr选择的区域执行由命令cmd指示的操作。例如，存储器装置100可以执行编程操作、读取操作和擦除操作。在编程操作期间，存储器装置100可以将数据存储在由地址addr选择的区域中。在读取操作期间，存储器装置100可以从由地址addr选择的区域读取数据。在擦除操作期间，存储器装置100可以擦除由地址addr选择的区域中存储的数据。
34.在实施例中，存储器装置100可以包含多个平面。每个平面可以是能够独立执行操作的单位。例如，存储器装置100可以包含两个、四个或八个平面。多个平面可以独立地并且同时地执行编程操作、读取操作或擦除操作。
35.存储器控制器200可以控制存储器系统50的全部操作。
36.当将电力施加到存储器系统50时，存储器控制器200可以运行固件(fw)。当存储器装置100为闪速存储器装置时，固件(fw)可以包括控制与主机300的通信的主机接口层(hil)、控制主机300与存储器装置100之间的通信的闪存转换层(ftl)以及控制与存储器装置100的通信的闪存接口层(fil)。
37.存储器控制器200可以从主机300接收写入数据和逻辑块地址(lba)，并且可以将
逻辑块地址(lba)转换为物理块地址(pba)，该物理块地址(pba)指示包括在存储器装置100中并且待在其中存储数据的存储器单元的地址。在本说明书中，可以使用“逻辑块地址(lba)”和“逻辑地址”来表达相同的含义。在本说明书中，可以使用“物理块地址(pba)”和“物理地址”来表达相同的含义。
38.存储器控制器200可以控制存储器装置100，以使得响应于从主机300接收到的请求执行编程操作、读取操作或擦除操作。在编程操作期间，存储器控制器200可以将编程命令、物理块地址(pba)以及数据提供到存储器装置100。在读取操作期间，存储器控制器200可以将读取命令以及物理块地址(pba)提供到存储器装置100。在擦除操作期间，存储器控制器200可以将擦除命令以及物理块地址(pba)提供到存储器装置100。
39.在实施例中，存储器控制器200可以在内部生成命令、地址和数据，而不管是否接收到来自主机300的请求，并且可以将它们传输到存储器装置100。例如，存储器控制器200可以向存储器装置100提供执行在执行损耗均衡、读取回收、垃圾收集等中涉及的读取操作和编程操作所需的命令、地址及数据。
40.在实施例中，存储器控制器200可以控制至少两个存储器装置100。在这种情况下，存储器控制器200可以根据交错方案来控制存储器装置100，以提高操作性能。交错方案可以是用于控制存储器装置100以使得至少两个存储器装置100的操作彼此重叠的方案。可选地，交错方案可以是用于使两个或更多个存储器装置100并行操作的方案。
41.缓冲存储器(未示出)可以临时存储从主机300提供的数据，即，待存储在存储器装置100中的数据，或者可以临时存储从存储器装置100读取的数据。在实施例中，缓冲存储器(未示出)可以是易失性存储器装置。例如，缓冲存储器(未示出)可以是动态随机存取存储器(dram)或静态随机存取存储器(sram)。
42.主机300可以使用诸如以下的各种通信方法中的至少一种与存储器系统50通信：通用串行总线(usb)、串行at附件(sata)、串列scsi(sas)、高速芯片间(hsic)、小型计算机系统接口(scsi)、外围组件互连(pci)、高速pci(pcie)、高速非易失性存储器(nvme)、通用闪存(ufs)、安全数字(sd)、多媒体卡(mmc)、嵌入式mmc(emmc)、双列直插式存储器模块(dimm)、寄存式dimm(rdimm)和低负载dimm(lrdimm)通信方法。
43.图2是示出图1的存储器装置的示图。
44.参照图2，存储器装置100可以包括存储器单元阵列110、地址解码器120、读取和写入电路130、控制逻辑140、电压生成器150和电流感测电路160。地址解码器120、读取和写入电路130、电压生成器150和电流感测电路160可以被称为由控制逻辑140控制的“外围电路”。
45.存储器单元阵列110可以包括多个存储块blk1至blkz。存储块blk1至blkz可以通过字线wl联接到地址解码器120。存储块blk1至blkz可以通过位线bl1至blm联接到读取和写入电路130。存储块blk1至blkz中的每一个可以包括多个存储器单元。在实施例中，多个存储器单元可以是非易失性存储器单元，并且可以被实现为具有竖直沟道结构的非易失性存储器单元。存储器单元阵列110可以被实现为具有二维(2d)结构的存储器单元阵列。在实施例中，存储器单元阵列110可以被实现为具有三维(3d)结构的存储器单元阵列。另一方面，存储器单元阵列110中包括的每个存储器单元可以存储至少一位数据。在实施例中，存储器单元阵列110中包括的每个存储器单元可以是存储一位数据的单层单元(slc)。在实施
例中，存储器单元阵列110中包括的每个存储器单元可以是存储两位数据的多层单元(mlc)。在实施例中，存储器单元阵列110中包括的每个存储器单元可以是存储三位数据的三层单元(tlc)。在实施例中，存储器单元阵列110中包括的每个存储器单元可以是存储四位数据的四层单元(qlc)。在实施例中，存储器单元阵列110可以包括每个存储五位或更多位数据的多个存储器单元。
46.地址解码器120可以通过字线wl联接到存储器单元阵列110。地址解码器120可以响应于控制逻辑140的控制而进行操作。地址解码器120可以通过设置在存储器装置100中的输入/输出缓冲器(未示出)接收地址。
47.地址解码器120可以对接收到的地址之中的块地址进行解码。地址解码器120可以基于经解码的块地址选择至少一个存储块。此外，在读取操作中的读取电压施加操作期间，地址解码器120可以将由电压生成器150生成的读取电压vread施加到所选存储块的所选字线，并且将通过电压vpass施加到其余字线，即，未选字线。此外，在编程验证操作期间，地址解码器120可以将由电压生成器150生成的验证电压施加到所选存储块的所选字线，并且将通过电压vpass施加到其余字线，即，未选字线。
48.地址解码器120可以对接收到的地址之中的列地址进行解码。地址解码器120可以将经解码的列地址传输到读取和写入电路130。
49.存储器装置100的读取和编程操作可以均以页面为基础来执行。响应于对读取和编程操作的请求而接收的地址可以包括块地址、行地址和列地址。地址解码器120可以根据块地址和行地址选择一个存储块和一条字线。列地址可以由地址解码器120解码，然后可以被提供到读取和写入电路130。在本说明书中，联接到一条字线的存储器单元可以被称为“物理页面”。
50.读取和写入电路130可以包括多个页面缓冲器pb1至pbm。读取和写入电路130可以在对存储器单元阵列110的读取操作期间作为“读取电路”进行操作，并且在写入操作期间作为“写入电路”进行操作。多个页面缓冲器pb1至pbm可以通过位线bl1至blm联接到存储器单元阵列110。为了在读取操作和编程验证操作期间感测存储器单元的阈值电压，页面缓冲器pb1至pbm中的每一个可以在向联接到存储器单元的位线连续地供应感测电流时，通过感测节点感测取决于相应存储器单元的编程状态的流动电流量的变化，并且将所感测的变化锁存为感测数据。读取和写入电路130可以响应于从控制逻辑140输出的页面缓冲器控制信号而进行操作。在本说明书中，写入电路的写入操作可以具有与对所选存储器单元执行的编程操作相同的含义。
51.在读取操作期间，读取和写入电路130可以感测存储在存储器单元中的数据并临时存储读取数据，然后可以将数据data输出到存储器装置100的输入/输出缓冲器(未示出)。在实施例中，读取和写入电路130可以包括列选择电路或其他电路，以及页面缓冲器(或页面寄存器)。在所公开技术的实施例中，读取和写入电路130可以是页面缓冲器。
52.控制逻辑140可以联接到地址解码器120、读取和写入电路130、电压生成器150和电流感测电路160。控制逻辑140可以通过存储器装置100的输入/输出缓冲器(未示出)接收命令cmd及控制信号ctrl。控制逻辑140可以响应于控制信号ctrl而控制存储器装置100的全部操作。而且，控制逻辑140可以输出用于控制多个页面缓冲器pb1至pbm的感测节点处的预充电电势电平的控制信号。控制逻辑140可以控制读取和写入电路130对存储器单元阵列
110执行读取操作。
53.控制逻辑140可以响应于从电流感测电路160接收的通过信号pass或失败信号fail，来确定针对特定目标编程状态的验证操作是通过还是失败。
54.电压生成器150可以响应于从控制逻辑140输出的控制信号而生成读取操作所需的读取电压vread和通过电压vpass。电压生成器150可以包括多个泵浦晶体管，其接收内部电源电压以便生成具有各种电压电平的多个电压。电压生成器150可以响应于控制逻辑140的控制，通过选择性地启用多个泵浦电容器来生成多个电压。
55.电流感测电路160可以响应于在验证操作期间从控制逻辑140接收的使能位vry_bti《#》，生成参考电流和参考电压。可以将所生成的参考电压与从读取和写入电路130中包括的页面缓冲器pb1至pbm接收的感测电压vpb进行比较，或者可选地，可以将所生成的参考电流与从读取和写入电路130中包括的页面缓冲器pb1至pbm接收的感测电流进行比较，从而可以输出通过信号pass或失败信号fail。
56.地址解码器120、读取和写入电路130、电压生成器150和电流感测电路160可以用作对存储器单元阵列110执行读取操作、写入操作和擦除操作的“外围电路”。外围电路可以基于控制逻辑140的控制来对存储器单元阵列110执行读取操作、写入操作和擦除操作。
57.图3是示出图2的存储块中的任何一个存储块的结构的示图。
58.存储块blkz示出了图2的存储块blk1至blkz中的任何一个存储块blkz。
59.参照图3，彼此平行布置的多条字线可以联接在第一选择线和第二选择线之间。这里，第一选择线可以是源极选择线ssl，第二选择线可以是漏极选择线dsl。详细地，存储块blkz可以包括联接在位线bl1至blm与源极线sl之间的多个串st。位线bl1至blm可以分别联接到串st，并且源极线sl可以共同联接到串st。由于串st可以相同地配置，因此将通过示例的方式详细描述联接到第一位线bl1的串st。
60.串st可以包括在源极线sl与第一位线bl1之间彼此串联联接的源极选择晶体管sst、多个存储器单元mc1至mc16以及漏极选择晶体管dst。单个串st可以包括至少一个源极选择晶体管sst和至少一个漏极选择晶体管dst，并且可以包括比图中所示的存储器单元mc1至mc16更多的存储器单元。
61.源极选择晶体管sst的源极可以联接到源极线sl，并且漏极选择晶体管dst的漏极可以联接到第一位线bl1。存储器单元mc1至mc16可以串联联接在源极选择晶体管sst与漏极选择晶体管dst之间。不同串st中包括的源极选择晶体管sst的栅极可以联接到源极选择线ssl，不同串st中包括的漏极选择晶体管dst的栅极可以联接到漏极选择线dsl，并且存储器单元mc1至mc16的栅极可以分别联接到多条字线wl1至wl16。不同串st中包括的存储器单元之中的、联接到相同字线的一组存储器单元可以被称为“物理页面(pg)”。因此，存储块blkz可以包括数量与字线wl1至wl16的数量相同的物理页面(pg)。
62.一个存储器单元可以存储一位数据。该单元通常被称为“单层单元(slc)”。在此情况下，一个物理页面(pg)可以存储与一个逻辑页面(lpg)相对应的数据。与一个逻辑页面(lpg)相对应的数据可以包括数量与一个物理页面(pg)中包含的单元的数量相同的数据位。
63.一个存储器单元可以存储两位或更多位数据。在这种情况下，一个物理页面(pg)可以存储与两个或更多个逻辑页面(lpg)相对应的数据。
64.图4是示出根据所公开技术的实施例的用于存储工作负载参数的工作负载参数表的示图。
65.参照图4，可以获取指示工作负载的工作负载参数。每个工作负载参数指示用户使用存储器装置的程度或使用水平。工作负载参数可以分别对应于多个时隙。在图4中，作为示例，可以假设工作负载参数每小时获取一次并且每周更新一次。该假设仅是示例，并且所公开技术的实施例不限于此。
66.在图4的示例中，横轴可以表示时间，纵轴可以表示星期几(day of the week)。图4的工作负载参数表400可以存储与特定时隙相对应的工作负载参数，该特定时隙具有一周的特定一天中的一定持续时间。
67.作为如图4所示的特定示例，工作负载参数可以在一周的每天的每小时获取一次。因此，一天可以被分成24个时隙，每个时隙是24小时的一个小时，并且对于一周，可以获取168个工作负载参数。工作负载参数可以指示用户在具有期望间隔或参考时间的各个时隙期间使用存储器装置的程度或使用水平。在上述特定示例中，每周有168个工作负载参数，其分别对应于168个时隙。
68.在图4中，符号
“‑”
表示存储了工作负载参数。附图标记410所指示的部分包括存储在工作负载参数表中的工作负载参数。附图标记420所指示的另一部分包括空白，并且表示没有存储工作负载参数。具体地，由于符号
“‑”
在星期一的上午0:00到下午15:00存在，因此可以认为工作负载参数在星期一从上午0:00到下午15:00被存储。可以看出，在星期一下午16:00之后，工作负载参数表400用空白420表示，因此可以看出工作负载参数还没有被存储。一旦用户在星期一下午16:00之后使用存储器装置，工作负载参数就可以被存储在工作负载参数表400的相应空白中。
69.可以基于在参考时间期间存储器装置的写入数据量和读取数据量之间的默认比率、多个时隙中的时隙的持续时间以及存储器装置的分别与时隙相对应的写入数据量来获取工作负载参数。默认比率用于获得参考写入数据量，该参考写入数据量将与通过执行写入操作而写入存储器装置的写入数据量进行比较。参考写入数据量也可以称为与默认比率相对应的写入数据量。在图4的特定示例中，当针对一周内每天的每小时获取工作负载参数时，获取与168个时隙相对应的168个工作负载参数，每个时隙对应于一个小时。例如，可以基于在参考时间期间存储器装置的写入数据量和读取数据量之间的默认比率以及通过在星期一的上午9:00到上午10:00执行存储器装置的写入操作而写入存储器装置的写入数据量，来计算与在星期一上午9:00开始的时隙相对应的工作负载参数。与默认比率相对应的写入数据量可以与从星期一上午9:00到上午10:00执行的存储器装置的写入操作所产生的写入数据量进行比较。
70.与默认比率相对应的写入数据量可以大于从星期一上午9:00到上午10:00执行的存储器装置的写入操作所产生的写入数据量。与星期一上午9:00相对应的时隙的工作负载参数可以是与默认比率相对应的写入数据量与从星期一上午9:00到上午10:00执行的存储器装置的写入操作所产生的写入数据量之间的比率。在这种情况下，工作负载参数的值可以是大于0且小于100的值。
71.与默认比率相对应的写入数据量可以小于或等于从星期一上午9:00到上午10:00执行的存储器装置的写入操作所产生的写入数据量。与星期一上午9:00的开始时间相对应
的时隙的工作负载参数可以是与默认比率相对应的写入数据量和从星期一上午9:00到上午10:00执行的存储器装置的写入操作所产生的写入数据量之间的比率。在这种情况下，工作负载参数的值可以是等于或大于100的值。
72.在所公开技术的实施例中，工作负载参数的值可以由1字节表示。工作负载参数可以是与分别对应于28个间隔的默认比率相对应的写入数据量和在特定时隙中写入的写入数据量之间的比率。
73.在所公开技术的实施例中，在参考时间期间，存储器装置的写入数据量与读取数据量之间的默认比率可以为预设值。默认比率可以是通过写入数据量和读取数据量的比例来指示存储器装置的数据吞吐量的值。
74.在所公开技术的实施例中，可以通过自我监视分析及报告技术(s.m.a.r.t)来获取与特定时隙相对应的写入数据量。自我监视分析及报告技术(s.m.a.r.t)可以是用于检查存储器装置的可靠性并且监视和报告预期即将发生的故障的可能性的技术。当通过自我监视分析及报告技术(s.m.a.r.t)预测到故障时，用户可以通过更换存储器装置来防止由于意外问题而造成的数据丢失。
75.通过自我监视分析及报告技术(s.m.a.r.t)获取的信息可以根据使用存储器装置的用户的使用模式而变化。
76.图5是示出根据所公开技术的实施例的控制存储器装置的后台操作的方法的框图。
77.参照图5，存储器控制器200可以基于工作负载参数来控制存储器装置100，为该存储器装置100设置了针对预设参考时间写入数据量和读取数据量之间的默认比率。存储器控制器200可以包括计算和存储工作负载参数的工作负载管理器210，以及基于工作负载参数控制存储器装置100的一个或多个后台操作的性能管理器220。后台操作可以指在没有通过从主机向存储器装置发送命令的主机干预的情况下以及在没有接收并运行来自主机的一个或多个命令的情况下，在存储器装置100内执行的操作。这种后台操作的一些示例包括将存储器装置的一部分中存储的数据复制和处理到另一部分，例如，后台媒体扫描操作、损耗均衡、读取回收和/或垃圾收集。
78.工作负载管理器210可以在与预设参考时间相对应的每个周期中获取关于存储器装置的写入数据量的写入量信息。工作负载管理器210可以计算指示工作负载的每个工作负载参数，该工作负载是用户使用存储器装置的程度或使用水平。每个工作负载参数可以对应于基于写入量信息和默认比率而预设的参考时间。工作负载管理器210可以在每个周期中存储工作负载参数。
79.在所公开技术的实施例中，工作负载管理器210可以通过将存储器装置的预设写入数据量与在用户执行的写入操作中写入的数据量进行比较来计算工作负载参数。当在用户执行的写入操作中写入的数据量大于预设的写入数据量时，可以确定用户的工作负载相当重。随着存储器装置100执行比正常情形下的写入操作多的写入操作，工作负载参数的值可能更大。每个工作负载参数可以指示与存储器装置中的预设的写入数据量相比，用户正在执行多少写入任务。例如，每个工作负载参数可以指示由存储器装置执行的写入任务是否小于预设写入数据量。
80.工作负载管理器210可以包括更新器211，用于将工作负载管理器210中存储的工
作负载参数的数量维持在一致值。因此，固定数量的工作负载参数被存储在工作负载管理器210中。更新器211可以根据在经过预设时间之后计算的第二工作负载参数，来改变工作负载管理器中存储的工作负载参数之中的、与特定时间相对应的第一工作负载参数。更新器211可以用第二工作负载参数替换第一工作负载参数。这里，工作负载管理器210中存储的工作负载参数的数量可以保持一致。例如，即使用户使用存储器装置100超过一周，工作负载管理器210中存储的工作负载参数的数量也可以保持在168。
81.在所公开技术的实施例中，更新器211可以用第一工作负载参数和第二工作负载参数的平均值来替换第一工作负载参数。用户的使用模式可以以工作负载管理器210中存储的工作负载参数来反映。类似地，即使用户使用存储器装置100超过一周，工作负载管理器210中存储的工作负载参数的数量也可以保持为168。
82.性能管理器220可以基于工作负载参数，在与工作负载参数相对应的周期内控制存储器装置的后台操作。性能管理器220可以在基于工作负载参数确定的时段期间限制后台操作。例如，性能管理器220可以在与等于或大于预设参考值的工作负载参数相对应的时段期间限制存储器装置的后台操作。因此，在与等于或大于预设参考值的工作负载参数相对应的时段期间，可以不执行后台操作。性能管理器220可以与工作负载参数的值成比例地调整后台操作被限制的程度或等级。
83.性能管理器220可以进一步包括：使用模式管理器221，其基于工作负载参数生成用户的使用模式；以及寿命管理器223，其计算存储器装置的寿命。使用模式管理器221可以确定与等于或大于预设参考值的工作负载参数相对应的第一时段。使用模式管理器221可以在第一时段期间限制存储器装置100的后台操作。使用模式管理器221可以确定与小于预设参考值的工作负载参数相对应的第二时段。使用模式管理器221可以执行控制，使得在第二时段期间执行在第一时段期间受到限制的、存储器装置100的后台操作。
84.由于在第一时段中用户的工作负载较大，因此使用模式管理器221可以限制存储器装置100的后台操作，以便提高提供给用户的服务质量(qos)。可以在用户的工作负载较小的第二时段期间执行存储器装置100的、受到限制的后台操作。
85.使用模式管理器221可以根据由更新器211改变的工作负载参数来改变第一时段或第二时段。在本公开的实施例中，更新器211可以针对每个参考时间改变工作负载参数，并且因此使用模式管理器221可以针对每个参考时间改变第一时段或第二时段。
86.使用模式管理器221可以基于工作负载参数对用户的使用模式进行建模。例如，可以假设用户日常在工作日(从星期一到星期五)从上午9:00到下午19:00使用存储器装置100。在用户日常使用存储器装置100时获得的写入数据量可能大于与存储器装置100的默认比率相对应的写入数据量。使用模式管理器221可以将第一时段设置为用户一周内日常使用存储器装置100的时间段，并且可以在第一时段期间限制或最小化存储器装置100的后台操作。使用模式管理器221可以设置第二时段，在该第二时段期间用户几乎不使用存储器装置100，并且可以执行控制，使得在第二时段期间执行存储器装置100的后台操作。
87.在所公开技术的其他实施例中，使用模式管理器221可以基于工作负载参数来改变存储器装置的写入数据量与读取数据量之间的默认比率。使用模式管理器221可以基于工作负载参数确定用户的写入数据量在预设时间期间持续增加。在这种情况下，使用模式管理器221可以改变默认比率。在一些实施方式中，即使当用户的写入数据量在预设时间期
间持续减少时，使用模式管理器221也可以减少默认比率。
88.寿命管理器223可以基于工作负载参数来预测用户的写入数据量，并且可以计算存储器装置的寿命。寿命管理器223可以在参考时间的基础上预测写入数据量。寿命管理器223可以将存储器装置的寿命计算为参考时间的倍数。根据所公开技术的实施例，可以基于时间来预测存储器装置100的寿命。
89.根据所公开技术的其他实施例，存储器控制器200可以通过将预设时间除以参考时间来生成多个时隙。工作负载管理器210可以获取分别与多个时隙相对应的、存储器装置的写入数据量的写入量信息。工作负载管理器210可以基于写入量信息和默认比率来计算各个工作负载参数。工作负载管理器210可以存储工作负载参数。此时，工作负载参数可以根据多个时隙来分别指示工作负载，每个工作负载是用户使用存储器装置的程度。性能管理器220可以基于工作负载参数在分别与多个时隙相对应的时段期间控制存储器装置的后台操作。
90.图6是示出根据所公开技术的实施例的控制存储器装置的后台操作的方法的示图。
91.参照图6，示出了所有工作负载参数都被存储在工作负载参数表600中的情况。与图4类似，图6示出了一个星期以一个小时为单位进行划分并且在各个时间单位期间存储工作负载参数的情况。
92.在图6中，可以假定用户在工作日(从星期一到星期五)从上午9:00到下午19:00持续使用存储器装置100，而用户从下午19:00到第二天上午8:00很少使用存储器装置100。
93.性能管理器220可以基于工作负载参数表600中存储的工作负载参数，每小时控制存储器装置100的后台操作。由于用户在工作日(从星期一到星期五)从上午9:00到下午19:00持续地使用存储器装置100，因此与在工作日(从星期一到星期五)从上午9:00到下午19:00的时段相对应的时隙610中的工作负载参数的值可以高于预设参考值。相反，与从工作日(从星期一到星期五)中的每一天的下午19:00到第二天上午8:00的时段相对应的时隙620和630中的工作负载参数可以小于预设参考值。在工作负载参数被存储之后，性能管理器220可以基于工作负载参数来控制存储器装置100的后台操作。
94.例如，性能管理器220可以根据所存储的工作负载参数的值，增加在与从星期一上午0:00到上午8:00的时段相对应的时隙620中执行的后台操作。性能管理器220可以在与从星期一上午9:00到下午19:00的时段相对应的时隙610中限制后台操作。性能管理器220可以根据工作负载参数的值暂停后台操作的执行或减少待执行的后台操作的比例。此后，性能管理器220可以在与从星期一下午19:00到下午24:00的时段相对应的时隙630中再次增加后台操作。
95.使用模式管理器221可以基于预设参考值和工作负载参数将多个时隙确定为第一时段和第二时段。第一时段可以是如下时段：在该时段期间，与时隙相对应的工作负载参数的值等于或大于参考值。第二时段可以是如下时段：在该时段期间，与时隙相对应的工作负载参数的值小于参考值。也就是说，图6的时隙610可以是第一时段。图6的时隙620和630可以是第二时段。
96.尽管在图6中，为了便于描述，使用模式的时段仅被划分为第一时段和第二时段，但是本公开的实施例不限于此。在本公开的其他实施例中，第一时段还可以根据工作负载
参数被划分成多个时段。例如，可以将与第一时段相对应的时隙划分为暂停执行后台操作的时段和减少执行的后台操作的比例的时段。
97.在本公开的其他实施例中，更新器211可以将与第一时段相对应的时隙中的工作负载参数改变为在经过预设时间之后计算的工作负载参数。例如，与一周中的第一时段相对应的时隙中的工作负载参数可以被改变为现有工作负载参数和新计算的工作负载参数的平均值。与之相对，与第二时段相对应的时隙中的工作负载参数可以用新计算的工作负载参数来替换。
98.在本公开的实施例中，寿命管理器223可以基于工作负载参数来预测用户的写入数据量，并且可以计算存储器装置的寿命。寿命管理器223可以根据工作负载参数，计算将针对下一周执行的写入操作产生的写入数据量。寿命管理器223可以基于用户过去使用的写入数据量在将来被同等使用的事实来预测存储器装置100的寿命。响应于更新器211做出的工作负载参数的改变，可以改变寿命管理器223所预测的存储器装置100的寿命。寿命管理器223可以将存储器装置100的寿命预测为参考时间单位的倍数。
99.图7是示出根据所公开技术的实施例的更新工作负载参数的方法的示图。
100.参照图7，现有的工作负载参数可以根据在经过了预设时间之后新计算的工作负载参数而改变。可以假定图7的工作负载参数表700是通过更新图6的工作负载参数表600而获得的。可以假定用户的工作负载从每天下午22:00到第二天上午2:00增加的情况710和720。
101.性能管理器220可以基于图6的工作负载参数表600中存储的工作负载参数，从星期一上午0:00控制存储器装置100。然而，由于用户的工作负载从星期一上午0:00到上午2:00增加(由“710”指示)，因此更新器211可以用新计算的工作负载参数替换与从星期一上午0:00到上午2:00的时段相对应的时隙中的工作负载参数。当从星期一上午0:00到星期日24:00的时段过去时，更新器211可以将图6的工作负载参数表600改变为图7的工作负载参数表700。
102.更新器211可以根据在经过预设时间之后计算的第二工作负载参数，改变工作负载管理器中存储的工作负载参数之中的、与特定时间相对应的第一工作负载参数。更新器211可以将工作负载管理器210中存储的工作负载参数的数量维持在统一值。
103.在所公开技术的实施例中，更新器211可以用第二工作负载参数替换第一工作负载参数。即使用户使用存储器装置100的时段增加，也可以保持工作负载管理器210中存储的工作负载参数的数量。
104.在所公开技术的其他实施例中，更新器211可以用第一工作负载参数和第二工作负载参数的平均值来替换第一工作负载参数。类似地，即使用户使用存储器装置100的时段增加，也可以保持工作负载管理器210中存储的工作负载参数的数量。这里，用户在先前的周期中的工作负载可以以工作负载管理器210中存储的工作负载参数来反映。随着用户使用存储器装置100的时段的增加，工作负载参数的值的变化范围可以减小。
105.使用模式管理器221可以基于由更新器211改变的工作负载参数来确定第一时段或第二时段。例如，使用模式管理器221可以将与在工作日(从星期一到星期五)从上午9:00到下午19:00的时段相对应的时隙610以及与从每天上午22:00到第二天上午2:00的时段相对应的时隙710和720确定为第一时段。性能管理器220可以基于工作负载参数表700来控制
下一周存储器装置100的后台操作。
106.当用户的使用模式改变时，工作负载管理器210中存储的工作负载参数已被更新器211改变，因此使用模式管理器221可以在经过了预设时间的情况下改变与第一时段或第二时段相对应的时隙。
107.根据所公开技术的其他实施例，工作负载参数可以以天(1天)为基础、以周(1周)为基础、以月(30天)为基础或以年(365天)为基础来进行管理。例如，工作负载管理器210可以以天为基础来管理工作负载参数。工作负载管理器210可以以小时为单位来划分一天，并且可以管理与24个时隙相对应的工作负载参数。
108.工作负载管理器210可以以月(30天)为基础来管理工作负载参数。工作负载管理器210可以通过以下方式来管理工作负载参数：将以一个小时为单位划分的一天设置为横轴，并且将以一天为单位划分的一个月(30天)设置为纵轴。假设与一个小时相对应的工作负载参数的大小是1字节，则与一个月相对应的工作负载参数的大小可以是720字节。
109.工作负载管理器210可以以年(365天)为基础来管理工作负载参数。工作负载管理器210可以通过以下方式来管理工作负载参数：将以一个小时为单位划分的一天设置为横轴，并且将以一天为单位划分的一年(365天)设置为纵轴。假设与一个小时相对应的工作负载参数的大小是1字节，则与一年相对应的工作负载参数的大小可以是8760字节。
110.根据本公开的实施例，考虑到用户的使用模式，控制存储器装置100的后台操作所需的存储器容量可以保持一致而不增加。
111.图8是示出根据所公开技术的实施例的控制存储器装置的后台操作的方法的流程图。
112.参照图8，存储器控制器200可以控制存储器装置100，为该存储器装置设置了针对参考时间写入数据量和读取数据量之间的默认比率。存储器控制器200可以考虑到用户的工作负载来控制存储器装置100的后台操作。这里，可以提高提供给用户的服务质量(qos)。图8中执行的操作可以对应于图4、图5、图6和图7的描述。
113.在步骤s810，存储器控制器200可以通过以参考时间为单位划分预设时间来生成多个时隙。在所公开技术的实施例中，参考时间为一个小时，预设时间可以为一周。在所公开技术的其他实施例中，预设时间可以是一个月或一年。
114.在步骤s830，工作负载管理器210可以获取分别与多个时隙相对应的、存储器装置的写入数据量的写入量信息。在所公开技术的实施例中，可以通过自我监视分析及报告技术(s.m.a.r.t)来获取写入量信息。自我监视分析及报告技术(s.m.a.r.t)可以是用于检查存储器装置的可靠性并且监视和报告预期即将发生的故障的可能性的技术。当通过自我监视分析及报告技术(s.m.a.r.t)预测到故障时，用户可以通过更换存储器装置来防止由于意外问题而造成的数据丢失。
115.通过自我监视分析及报告技术(s.m.a.r.t)获取的信息可以根据使用存储器装置的用户的使用模式而变化。
116.在所公开技术的其他实施例中，工作负载管理器210可以在与预设参考时间相对应的每个周期中获取存储器装置的写入数据量的写入量信息。
117.在步骤s850，工作负载管理器210可以基于写入量信息和默认比率来计算各个工作负载参数。工作负载管理器210可以存储工作负载参数。此时，工作负载参数可以根据多
个时隙来分别指示工作负载，每个工作负载是用户使用存储器装置的程度。
118.在所公开技术的其他实施例中，工作负载管理器210可以计算指示工作负载的工作负载参数，该工作负载是用户使用存储器装置的程度。工作负载参数可以对应于基于写入量信息和默认比率而预设的参考时间。工作负载管理器210可以在每个周期中存储工作负载参数。
119.在步骤s870，性能管理器220可以基于工作负载参数在分别与多个时隙相对应的时段期间控制存储器装置的后台操作。使用模式管理器221可以确定与等于或大于预设参考值的工作负载参数相对应的第一时段。使用模式管理器221可以在第一时段期间限制存储器装置100的后台操作。使用模式管理器221可以确定与小于预设参考值的工作负载参数相对应的第二时段。使用模式管理器221可以执行控制，使得在第二时段期间执行在第一时段期间受到限制的、存储器装置100的后台操作。
120.由于在第一时段中用户的工作负载较大，因此使用模式管理器221可以限制存储器装置100的后台操作，以便提高提供给用户的服务质量(qos)。可以在用户的工作负载较小的第二时段期间执行存储器装置100的、受到限制的后台操作。
121.使用模式管理器221可以根据由更新器211改变的工作负载参数来改变第一时段或第二时段。在所公开技术的实施例中，更新器211可以针对每个参考时间改变相应工作负载参数，并且因此使用模式管理器221可以针对每个参考时间改变第一时段或第二时段。
122.在所公开技术的其它实施例中，性能管理器220可以基于工作负载参数，在与工作负载参数相对应的周期中控制存储器装置的后台操作。性能管理器220可以在基于工作负载参数确定的时段期间限制后台操作。例如，性能管理器220可以在与等于或大于预设参考值的工作负载参数相对应的时段期间限制存储器装置的后台操作。性能管理器220可以与工作负载参数的值成比例地调整后台操作被限制的程度。
123.图9是示出根据所公开技术的实施例的包括固态驱动器(ssd)的数据处理系统的示例的示图。参照图9，数据存储系统2000可以包括主机装置2100和ssd 2200。
124.ssd 2200可以包括控制器2210、缓冲存储器装置2220、非易失性存储器2231至223n、电源2240、信号连接器2250和电源连接器2260。控制器2210可控制ssd 2200的全部操作。
125.缓冲存储器装置2220可以临时存储待被存储在非易失性存储器2231至223n中的数据。此外，缓冲存储器装置2220可以临时存储从非易失性存储器2231至223n读取的数据。在控制器2210的控制下，可以将临时存储在缓冲存储器装置2220中的数据传输到主机装置2100或非易失性存储器2231至223n。
126.非易失性存储器2231至223n可以用作ssd 2200的存储介质。非易失性存储器2231至223n可以分别通过多个通道ch1至chn联接到控制器2210。一个或多个非易失性存储器可以联接到一个通道。联接到每个通道的非易失性存储器可以联接到相同的信号总线和数据总线。
127.电源2240可以将通过电源连接器2260输入的电力pwr提供到ssd 2200的内部。电源2240可以包括辅助电源2241。当发生突然断电时，辅助电源2241可以供应电力以允许ssd 2200正常地终止。辅助电源2241可以包括能够以电力pwr充电的大容量电容器。
128.控制器2210可以通过信号连接器2250与主机装置2100交换信号sgl。这里，信号
sgl可以包括命令、地址、数据等。信号连接器2250可以根据主机装置2100与ssd 2200之间的接口方案而使用各种类型的连接器来配置。
129.图10是示出图9的控制器的配置的示例的示图。参照图10，控制器2210可以包括主机接口2211、控制组件2212、随机存取存储器2213、错误校正码(ecc)电路2214和存储器接口2215。
130.主机接口2211可以根据主机装置2100的协议对主机装置2100与ssd 2200进行接口连接。例如，主机接口2211可以通过诸如以下的任何一种接口协议与主机装置2100通信：安全数字、通用串行总线(usb)、多媒体卡(mmc)、嵌入式mmc(emmc)、个人计算机存储卡国际协会(pcmcia)、并行高级技术附件(pata)、串行高级技术附件(sata)、小型计算机系统接口(scsi)、串列scsi(sas)、外围组件互连(pci)、高速pci(pci-e)和通用闪存(ufs)。此外，主机接口2211可以执行支持接口的磁盘仿真功能，以使得主机装置2100将ssd 2200识别为通用数据存储装置，例如硬盘驱动器(hdd)。
131.控制组件2212可以分析和处理从主机装置2100接收的信号scl。控制组件2212可以根据用于驱动ssd 2200的固件或软件来控制内部功能块的操作。随机存取存储器2213可以用作用于运行固件或软件的工作存储器。
132.错误校正码(ecc)电路2214可以生成待被传输到非易失性存储器2231至223n的数据的奇偶校验数据。所生成的奇偶校验数据可以与数据一起被存储在非易失性存储器2231至223n中。错误校正码(ecc)电路2214可以基于奇偶校验数据来检测从非易失性存储器2231至223n读取的数据中的错误。如果检测到的错误在可校正范围内，则错误校正码(ecc)电路2214可以校正检测到的错误。
133.存储器接口2215可以在控制组件2212的控制下向非易失性存储器2231至223n提供诸如命令和地址的控制信号。存储器接口2215可以在控制组件2212的控制下与非易失性存储器2231至223n交换数据。例如，存储器接口2215可以将缓冲存储器装置2220中存储的数据提供给非易失性存储器2231至223n，或者可以将从非易失性存储器2231至223n读取的数据提供给缓冲存储器装置2220。
134.图11是示出包括根据所公开技术的实施例的数据存储装置的数据处理系统的示例的示图。参照图11，数据处理系统3000可以包括主机装置3100和数据存储装置3200。
135.主机装置3100可以以诸如印刷电路板的板的形式来配置。尽管在附图中未示出，但是主机装置3100可以包括用于执行主机装置的功能的内部功能块。
136.主机装置3100可以包括诸如插座、插槽或连接器的连接端子3110。数据存储装置3200可以安装在连接端子3110上。
137.数据存储装置3200可以以诸如印刷电路板(pcb)的板的形式来配置。数据存储装置3200可以被称为存储器模块或存储卡。数据存储装置3200可以包括控制器3210、缓冲存储器装置3220、非易失性存储器3231和3232、电源管理集成电路(pmic)3240以及连接端子3250。
138.控制器3210可以控制数据存储装置3200的全部操作。控制器3210可以具有与图10中所示的控制器2210相同的配置。
139.缓冲存储器装置3220可以临时存储待存储在非易失性存储器3231和3232中的数据。此外，缓冲存储器装置3220可以临时存储从非易失性存储器3231和3232读取的数据。在
控制器3210的控制下，临时存储在缓冲存储器装置3220中的数据可以被传输到主机3100或非易失性存储器3231和3232。
140.非易失性存储器3231和3232可以用作数据存储装置3200的存储介质。
141.pmic 3240可以将通过连接端子3250输入的电力提供到数据存储装置3200的内部。pmic 3240可以在控制器3210的控制下管理数据存储装置3200的电力。
142.连接端子3250可以联接到主机装置3100的连接端子3110。可以通过连接端子3250在主机装置3100和数据存储装置3200之间传送电力和诸如命令、地址、数据等的信号。连接端子3250可以根据主机装置3100和数据存储装置3200之间的接口连接方法以各种形式来配置。连接端子3250可以布置在数据存储装置3200的任意一侧。
143.图12是示出包括根据所公开技术的实施例的数据存储装置的数据处理系统的示例的示图。参照图12，数据处理系统4000可以包括主机装置4100和数据存储装置4200。
144.主机装置4100可以以诸如印刷电路板的板的形式来配置。尽管在附图中没有示出，但是主机装置4100可以包括用于执行主机装置的功能的内部功能块。
145.数据存储装置4200可以以表面安装型封装的形式来配置。数据存储装置4200可以通过焊球4250安装在主机装置4100上。数据存储装置4200可以包括控制器4210、缓冲存储器装置4220和非易失性存储器4230。
146.控制器4210可以控制数据存储装置4200的全部操作。控制器4210可以具有与图10中所示的控制器2210相同的配置。
147.缓冲存储器装置4220可以临时存储待存储在非易失性存储器4230中的数据。此外，缓冲存储器装置4220可以临时存储从非易失性存储器4230读取的数据。在控制器4210的控制下，临时存储在缓冲存储器装置4220中的数据可以被传输到主机装置4100或非易失性存储器4230。
148.非易失性存储器4230可以用作数据存储装置4200的存储介质。
149.图13是示出包括根据所公开技术的实施例的数据存储装置的网络系统的示例的示图。参照图13，网络系统5000可以包括通过网络5500联接的服务器系统5300和多个客户端系统5410至5430。
150.服务器系统5300可以响应于从多个客户端系统5410至5430接收的请求而服务数据。例如，服务器系统5300可以存储从多个客户端系统5410至5430提供的数据。在示例中，服务器系统5300可以向多个客户端系统5410至5430提供数据。
151.服务器系统5300可以包括主机装置5100和数据存储装置5200。数据存储装置5200可以被实现为图1的存储器装置100、图9的ssd 2200、图11的数据存储装置3200或图12的数据存储装置4200。
152.根据所公开技术的一些实施方式，可以提供一种用于提高存储器装置的性能并预测存储器装置的寿命的存储器系统以及操作该存储器系统的方法。
153.上述实施例在所有方面都应该被理解为示例性的而不是限制性的。可以基于本专利文件中公开的内容对所公开的实施例和其他实施例进行各种修改和增强。