SSD设备的读电压优化处理方法、装置及SSD设备

摘要

本发明提供了一种SSD设备的读电压优化处理方法、装置及SSD设备，所述方法包括：获取存储单元的最佳读电压；在以所述最佳读电压读取所述存储单元中存储的数据时，在所述最佳读电压周围按照指定的读电压扫描范围继续进行读电压扫描。本发明提出的SSD设备的读电压优化处理方法、装置及SSD设备，在获取到最佳读电压的基础上，通过在最佳读电压的周围，按照指定的读电压扫描范围进行小范围的读电压扫描，以解决当前最佳读电压与真实最佳读电压存在差异的问题，最大限度降低NAND Flash UNC的风险。

权利要求

1.一种SSD设备的读电压优化处理方法，其特征在于，所述方法包括：获取存储单元的最佳读电压，包括：通过采用预设的建模方式或算法找到相邻两个态之间的最低点，将该最低点对应的读电压作为存储单元的最佳读电压；

根据所述存储单元的存储密度及存储态的阈值电压分布确定读电压扫描范围；

在以所述最佳读电压读取所述存储单元中存储的数据时，在所述最佳读电压周围按照指定的读电压扫描范围继续进行读电压扫描。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述读电压扫描范围小于所述存储单元对应的阈值电压分布中两个相邻电压峰值间隔的三分之一。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述读电压扫描范围分布在所述最佳读电压左右两侧。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在按照指定的读电压扫描范围继续进行读电压扫描之前，所述方法还包括：根据所述存储单元的每个存储位里面的数据0/1随机翻转概率和/或整机读延时的时间限制设置读电压扫描的扫描间隔。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当存储单元为高密度存储单元时，所述方法还包括：在读取所述存储单元中存储的数据时，采用迭代方式依次在存储单元的多个最佳读电压周围按照指定的读电压扫描范围进行读电压扫描。

6.一种SSD设备的读电压优化处理装置，其特征在于，所述装置包括：获取模块，用于获取存储单元的最佳读电压，包括：通过采用预设的建模方式或算法找到相邻两个态之间的最低点，将该最低点对应的读电压作为存储单元的最佳读电压；

处理模块，用于在以所述最佳读电压读取所述存储单元中存储的数据时，在所述最佳读电压周围按照指定的读电压扫描范围继续进行读电压扫描；

所述装置还包括：

配置模块，用于在处理模块以所述最佳读电压读取所述存储单元中存储的数据之前，根据所述存储单元的存储密度及存储态的阈值电压分布确定所述读电压扫描范围。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述读电压扫描范围小于所述存储单元对应的阈值电压分布中两个相邻电压峰值间隔的三分之一。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述读电压扫描范围分布在所述最佳读电压左右两侧。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1‑5任一项所述方法的步骤。

10.一种SSD设备，其特征在于，该SSD设备包括存储控制器，所述存储控制器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1‑5任一项所述方法的步骤。

说明书

SSD设备的读电压优化处理方法、装置及SSD设备

技术领域

[0001] 本发明涉及数据存储技术领域，尤其涉及一种SSD设备的读电压优化处理方法、装置及SSD设备。

背景技术

[0002] NAND Flash因其存储密度存储容量大、低功耗、与硅工艺兼容、多态特性佳、非易失性等优点在存储领域得到了广泛的应用，但同时由于其读写次数的限制，导致使用后期性能降低，出现错误不可恢复(UNC，Uncorrectable Error)的风险增大。其根本原因是在信息初始写入NAND Flash中时，阈值电压分布正常且每个存储态之间分界明晰，但因为编程擦除次数，Retention时间和温度，读操作，存储单元之间，物理存储层与层之间存在差异等因素的影响会导致阈值电压分布出现漂移，分布变宽、分布变形，使存储态之间分界变得模糊，通过默认的读电压读出的信息出现大量错误，信息出现UNC的风险越来越大。通常NAND Flash内部提供了read retry方式即固定的偏移读电压的方式来纠错，但这个方式是不够的。

[0003] 目前为了解决阈值电压分布变形和邻近态交叉严重的问题，通常的方式是通过建模预测或对多次读出的数据采用不同算法来获取最佳读电压来防止出现UNC，但是这些方式都存在本质的缺陷，比如，在预测最佳读电压方式中，通过分析建模，考虑主要的几个影响阈值电压分布的因素，不同的建模方式考虑的主要因素不同，模型考虑无法完全与真实的应用场景吻合，预测的最佳读电压与真实的读电压存在差异。再比如，在通过多次读取数据，再按照一定的算法分析处理数据获得最佳读电压的方式中，阈值电压分布在最低处由于存储单元存储信息0/1存在一定的固有随机翻转概率导致抖动很明显，另外，不同的算法获得的最佳读电压可能不同，且读出的数据本身存在一定的误差，再通过这些数据获得的最佳读电压与真实的最佳读电压必然会存在差异，导致读出的信息依然UNC。

发明内容

[0004] 鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的SSD设备的读电压优化处理方法、装置及SSD设备。

[0005] 本发明的一个方面，提供了一种SSD设备的读电压优化处理方法，该方法包括：

[0006] 获取存储单元的最佳读电压；

[0007] 在以所述最佳读电压读取所述存储单元中存储的数据时，在所述最佳读电压周围按照指定的读电压扫描范围继续进行读电压扫描。

[0008] 进一步地，在以所述最佳读电压读取所述存储单元中存储的数据之前，所述方法还包括：

[0009] 根据所述存储单元的存储密度及存储态的阈值电压分布确定所述读电压扫描范围，具体的，读电压扫描范围小于所述存储单元对应的阈值电压分布中两个相邻电压峰值间隔的三分之一。

[0010] 进一步地，所述读电压扫描范围分布在所述最佳读电压左右两侧。

[0011] 进一步地，在按照指定的读电压扫描范围继续进行读电压扫描之前，所述方法还包括：

[0012] 根据所述存储单元的每个存储位里面的数据0/1随机翻转概率和/或整机读延时的时间限制设置读电压扫描的扫描间隔。

[0013] 进一步地，当存储单元为高密度存储单元时，所述方法还包括：

[0014] 在读取所述存储单元中存储的数据时，采用迭代方式依次在存储单元的多个最佳读电压周围按照指定的读电压扫描范围进行读电压扫描。

[0015] 本发明的又一个方面，提供了一种SSD设备的读电压优化处理装置，该装置包括：

[0016] 获取模块，用于获取存储单元的最佳读电压；

[0017] 处理模块，用于在以所述最佳读电压读取所述存储单元中存储的数据时，在所述最佳读电压周围按照指定的读电压扫描范围继续进行读电压扫描。

[0018] 进一步地，所述装置还包括：

[0019] 配置模块，用于在处理模块以所述最佳读电压读取所述存储单元中存储的数据之前，根据所述存储单元的存储密度及存储态的阈值电压分布确定所述读电压扫描范围，具体的，读电压扫描范围小于所述存储单元对应的阈值电压分布中两个相邻电压峰值间隔的三分之一。

[0020] 进一步地，所述读电压扫描范围分布在所述最佳读电压左右两侧；

[0021] 进一步地，所述处理模块，还用于在按照指定的读电压扫描范围继续进行读电压扫描之前，根据所述存储单元的每个存储位里面的数据0/1随机翻转概率和/或整机读延时的时间限制设置读电压扫描的扫描间隔。

[0022] 进一步地，当存储单元为高密度存储单元时，所述处理模块，还用于在读取所述存储单元中存储的数据时，采用迭代方式依次在存储单元的多个最佳读电压周围按照指定的读电压扫描范围进行读电压扫描。

[0023] 此外，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。

[0024] 此外，本发明实施例还提供了一种SSD设备，该SSD设备包括存储控制器，所述存储控制器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述方法的步骤。

[0025] 本发明实施例提供的SSD设备的读电压优化处理方法、装置及SSD设备，在获取到最佳读电压的基础上，通过在最佳读电压的周围，按照指定的读电压扫描范围进行小范围的读电压扫描，以解决当前最佳读电压与真实最佳读电压存在差异的问题，最大限度降低NAND Flash UNC的风险。

[0026] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

[0027] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

[0028] 图1为TLC NAND闪存中八个阈值电压分布初始状态和后续状态对比图；

[0029] 图2为本发明实施例的一种SSD设备的读电压优化处理方法的流程图；

[0030] 图3为最佳读电压和默认读电压的比对示意图；

[0031] 图4为最佳读电压和真实最佳读电压的比对示意图；

[0032] 图5为本发明实施例的最佳读电压进行两侧电压读扫描的示意图；

[0033] 图6为本发明实施例的一种SSD设备的读电压优化处理装置的结构示意图。

具体实施方式

[0034] 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

[0035] 本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

[0036] 本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

[0037] NAND Flash因其高性能、低功耗、体积小、抗振动和与硅工艺兼容等特点已经成为目前主流的非易失性存储器，主要产品形态为SSD设备。为了追求更大存储密度和更优性能，NAND Flash芯片已由最初的二维结构发展成为三维结构且层数不断倍数级增加，单元存储容量已从1个bit(SLC)变成存储2个bit(MLC)、3个bit(TLC)到4个bit(QLC)甚至更多。由于层与层之间的工艺差异，存储态阈值电压分布之间的窗口越来越小，受到retention和编程擦除次数限制等因素的影响越来越大，信息出现UNC的风险越来越大。

[0038] 如图1黑色实线线条所示，是TLC NAND闪存八个存储态Level0～7的初始阈值电压分布图，随着各种因素的影响，阈值电压分布形状发生了变化，如图中虚线线条所示，图1中只选着了两个level(Level0/1)做演示说明。从初始状态黑色实线线条和后续状态虚线线条的变化可以看出，初始阈值电压分布近似正态分布，各存储态之间分界明显，后续状态虚线线条显示的各个态的阈值电压分布变宽，形状出现扭曲变形，不同存储态之间交叉明显，继续使用默认读电压会造成UNC。

[0039] 为了解决图1中分布态之间交叉出现的问题，本发明提出一种SSD设备的读电压优化处理方法，可以应用于存储设备，该存储设备可以是采用固态硬盘(即SSD)存储数据的设备。

[0040] 图2示意性示出了本发明一个实施例的SSD设备的读电压优化处理方法的流程图。参照图2，本发明实施例的SSD设备的读电压优化处理方法具体包括以下步骤：

[0041] S11、获取存储单元的最佳读电压。

[0042] 本实施例中，通过采用预设的建模方式或算法找到相邻两个态之间的最低点，将该最低点对应的读电压作为存储单元的最佳读电压。如图3所示，SSD从NAND Flash中读出的信息如图中灰色的线条所示，最佳读电压即为灰色的线条相邻两个态之间的最低点。

[0043] S12、在以所述最佳读电压读取所述存储单元中存储的数据时，在所述最佳读电压周围按照指定的读电压扫描范围继续进行读电压扫描。

[0044] 实际中，获得的阈值电压分布并没有图3中的理想。如图中4所示，由于受到其他分布态读电压的影响，NAND自身的读电压抖动等因素的影响，外部收集到的阈值分布与实际的阈值电压分布存在差异，如图中阈值电压分布曲线中中间黑色实线条部分所示，导致获取的最佳读电压与真实的最佳读电压存在差异。同样的，如果通过建模的方式预测的方式获得的最佳读电压，无疑考虑模型的建立条件和影响的因素的偏差(真实情况会更复杂)预测的最佳阈值电压也会与真实的最佳读电压存在差异。这种差异在图中用δ表示，特别在NAND可靠性达到极限时，δ的影响很严重，这种最佳读电压的差异会继续导致UNC。

[0045] 本发明在通过模型预测或一定算法收集的NAND Flash最佳读电压的基础上，通过在找到的最佳读电压的周围，按照指定的读电压扫描范围进行小范围的读电压扫描，解决这些方式寻找到的最佳读电压与真实最佳读电压存在的天然差异的问题，最大限度降低NAND Flash UNC的风险。

[0046] 本发明实施例中，在以所述最佳读电压读取所述存储单元中存储的数据之前，可以根据所述存储单元的存储密度及存储态的阈值电压分布确定所述读电压扫描范围。具体的，读电压扫描范围小于所述存储单元对应的阈值电压分布中两个相邻电压峰值间隔的三分之一。

[0047] 本实施例中，为了能够在最佳读电压周围的读电压扫描范围中包括真实的最佳读电压，这个小范围可根据存储容量即存储密度SLC/MLC/TLC/QLC的不同进行确定。优先地，可以控制在阈值电压分布中两个相邻电压峰值间隔的三分之一以内。

[0048] 假设通过模型预测或算法获得的最佳读电压记为RVbest，与真实最佳读点的差的绝对值为ΔV，通常情况下ΔV小于或等于阈值电压分布中两个相邻电压峰值间隔的六分之一，那么读电压扫描的理想扫描范围为[RVbest–ΔV,RVbest+ΔV]，如图5所示。

[0049] 在本发明其他实施例中，读电压扫描范围分布在所述最佳读电压左右两侧。根据实际nand flash存储产品包含相当数量的存储单元，存储单元之间存在差异，导致获取的最佳读电压和真实最佳读电压之间的相对位置不固定，因此为了提高读电压扫描范围准确性，读电压扫描范围分布在最佳读电压左右两侧。

[0050] 其中，最佳读电压左右扫描的范围可以不相同。具体的，可以根据所述最佳读电压的预测模型或获取算法预测所述最佳读电压与真实最佳读电压的相对位置偏移，根据预测出的相对位置偏移确定读电压扫描范围在所述最佳读电压左右两侧的分布范围。

[0051] 本实施例中，可以预先对最佳读电压的预测模型或获取算法的预测结果进行数据分析，根据数据分析结果预测获取到的最佳读电压与真实最佳读电压的相对位置偏移情况，以便于根据得到的相对位置偏移情况确定读电压扫描范围在最佳读电压左右两侧的分布范围，进一步提高读电压扫描范围准确性。

[0052] 在本发明其他实施例中，在按照指定的读电压扫描范围继续进行读电压扫描之前，根据所述存储单元的每个存储位里面的数据0/1随机翻转概率和/或整机读延时的时间限制设置读电压扫描的扫描间隔。

[0053] 本发明实施例中，读电压扫描的扫描间隔可以根据实际情况进行调整，比如根据模型预测或算法获得的最佳读电压的准确性，整机读延时的限制，存储单元每个存储位里面的数据0/1随机翻转概率等来调整，如果设置合理的ΔV，那么真实的最佳读电压一定会包含在扫描的范围之内，可以最大限度减小UNC的风险。

[0054] 在本发明的一个实施例中，当存储单元为高密度存储单元时，则在读取所述存储单元中存储的数据时，可采用迭代方式依次在存储单元的多个最佳读电压周围按照指定的读电压扫描范围进行读电压扫描。通常高密度存储单元如MLC/TLC/QLC等存在多个读电压，有些信息位由其中的几个读电压共同判决出，可以通过迭代方式扫描读电压，比如先扫描读电压1，再扫描读电压2等等，具体迭代算法根据实际场景使用确定。

[0055] 本发明实施例的SSD设备的读电压优化处理方法，具有以下有益效果：

[0056] 1)可以将通过改变读电压来降低UNC的效果达到100％。

[0057] 2)因为只需要在最佳读电压周围小范围内进行读电压扫描，最大限度的降低了设备的读延迟。

[0058] 对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

[0059] 图6示意性示出了本发明一个实施例的SSD设备的读电压优化处理装置的结构示意图。参照图6，本发明实施例的SSD设备的读电压优化处理装置具体包括获取模块201以及处理模块202，其中：

[0060] 获取模块201，用于获取存储单元的最佳读电压；

[0061] 处理模块202，用于在以所述最佳读电压读取所述存储单元中存储的数据时，在所述最佳读电压周围按照指定的读电压扫描范围继续进行读电压扫描。

[0062] 本发明实施例提供的SSD设备的读电压优化处理装置还包括附图中未示出的配置模块，所述的配置模块，用于在处理模块202以所述最佳读电压读取所述存储单元中存储的数据之前，根据所述存储单元的存储密度及存储态的阈值电压分布确定所述读电压扫描范围。具体的，读电压扫描范围小于所述存储单元对应的阈值电压分布中两个相邻电压峰值间隔的三分之一。

[0063] 在本发明实施例中，所述读电压扫描范围分布在所述最佳读电压左右两侧。

[0064] 进一步地，配置模块，还用于根据所述最佳读电压的预测模型或获取算法预测所述最佳读电压与真实最佳读电压的相对位置偏移；根据预测出的相对位置偏移确定读电压扫描范围在所述最佳读电压左右两侧的分布范围。

[0065] 在本发明实施例中，所述处理模块202，还用于在按照指定的读电压扫描范围继续进行读电压扫描之前，根据所述存储单元的每个存储位里面的数据0/1随机翻转概率和/或整机读延时的时间限制设置读电压扫描的扫描间隔。

[0066] 在本发明实施例中，当存储单元为高密度存储单元时，处理模块202，还用于在读取所述存储单元中存储的数据时，采用迭代方式依次在存储单元的多个最佳读电压周围按照指定的读电压扫描范围进行读电压扫描。

[0067] 对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

[0068] 此外，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。

[0069] 本实施例中，所述SSD设备的读电压优化处理装置集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read‑Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

[0070] 此外，本发明实施例还提供了一种SSD设备，该SSD设备包括存储控制器，所述存储控制器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述方法的步骤。例如图1所示的S11～S12。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述SSD设备的读电压优化处理装置实施例中各模块/单元的功能，例如图6所示的获取模块201以及处理模块202。

[0071] 本发明实施例提供的SSD设备的读电压优化处理方法、装置及SSD设备，在获取到最佳读电压的基础上，通过在最佳读电压的周围，按照指定的读电压扫描范围进行小范围的读电压扫描，以解决当前最佳读电压与真实最佳读电压存在差异的问题，最大限度降低NAND Flash UNC的风险。

[0072] 以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

[0073] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

[0074] 此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

[0075] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。