特開 2025-16066 ストレージ装置、ホスト装置、情報処理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025016066

(43)【公開日】2025-01-31

(54)【発明の名称】ストレージ装置、ホスト装置、情報処理システム

(51)【国際特許分類】

   G06F 12/02 20060101AFI20250124BHJP

   G06F 12/00 20060101ALI20250124BHJP

   G11C 11/56 20060101ALI20250124BHJP

【ＦＩ】

G06F12/02 510A

G06F12/00 597U

G11C11/56 220

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023119086

(22)【出願日】2023-07-21

(71)【出願人】

【識別番号】318010018

【氏名又は名称】キオクシア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】本多 慶伍

【テーマコード（参考）】

5B160

5B225

【Ｆターム（参考）】

5B160AA06

5B160AA14

5B160AA20

5B225BA19

5B225CA27

5B225DA03

5B225DE15

5B225EA05

5B225EA08

5B225EF17

5B225FA02

(57)【要約】

【課題】平均レイテンシとスループットを改善可能とするストレージ装置、ホスト装置、情報処理システムを提供する。
【解決手段】本発明の実施形態によれば、不揮発メモリとコントローラとを備えたストレージ装置であって、不揮発メモリは、電圧印加回数が１回又は２回でデータ読み出し可能な第１の領域と、電圧印加回数が３回以上でデータ読み出し可能な第２の領域と、を有し、コントローラは、読出し要求単位のセグメントごとのリードコマンドの発行回数を示す情報を含む読出し頻度情報を有し、コントローラは、読出し頻度情報に基づいて、発行回数が所定の基準値以上の第１のセグメントを第１の領域又は第２の領域に書込み制御し、発行回数が所定の基準値未満の第２のセグメントを第２の領域に書込み制御する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

不揮発メモリとコントローラとを備えたストレージ装置であって、
前記不揮発メモリは、
電圧印加回数が１回又は２回でデータ読み出し可能な第１の領域と、
電圧印加回数が３回以上でデータ読み出し可能な第２の領域と、を有し、
前記コントローラは、
読出し要求単位のセグメントごとのリードコマンドの発行回数を示す情報を含む読出し頻度情報を有し、
前記コントローラは、前記読出し頻度情報に基づいて、
前記発行回数が所定の基準値以上の第１のセグメントを前記第１の領域又は前記第２の領域に書込み制御し、
前記発行回数が所定の基準値未満の第２のセグメントを前記第２の領域に書込み制御する、
ストレージ装置。

【請求項2】

前記コントローラは、
前記セグメントごとに前記読出し頻度情報を生成可能に構成され、
前記読出し頻度情報に基づいて、前記第１の領域および前記第２の領域とは異なる第３の領域に格納され前記発行回数が所定の基準値以上の第３のセグメントを前記第１の領域又は前記第２の領域に移動させ、前記第１ないし第３の領域とは異なる第４の領域に格納され前記発行回数が所定の基準値未満の第４のセグメントを前記第２の領域に移動させるか否かを判定し、
前記第１の領域又は前記第２の領域に前記第３のセグメントの有効データを書込み制御し、前記第２の領域に前記第４のセグメントの有効データを書込み制御する
請求項１に記載のストレージ装置。

【請求項3】

前記コントローラは、
データの書込みコマンドに含まれる前記読出し頻度情報を保持可能に構成され、
保持された前記読出し頻度情報に基づいてガベージコレクション又はウェアレベリングを実行可能に構成された
請求項２に記載のストレージ装置。

【請求項4】

前記コントローラは、
受信したコマンドに含まれる前記読出し頻度情報を解釈可能に構成され、
前記第１のセグメントを受信した場合に前記第４の領域から前記第４のセグメントを読み出し、前記第１の領域又は前記第２の領域に前記第１のセグメントを書込み制御し、前記第２の領域に前記第４のセグメントを書込み制御する、
請求項２に記載のストレージ装置。

【請求項5】

前記コントローラは、
受信したコマンドに含まれる前記読出し頻度情報を解釈可能に構成され、
前記第２のセグメントを受信した場合に前記第３の領域から前記第３のセグメントを読み出し、前記第１の領域又は前記第２の領域に前記第３のセグメントを書込み制御し、前記第２の領域に前記第２のセグメントを書込み制御する、
請求項２に記載のストレージ装置。

【請求項6】

前記不揮発メモリは、
第１のセルと、
第２のセルと、を有し、
前記第１のセルは、
前記第１の領域及び前記第２の領域を有し、
前記第２のセルは、
前記第１の領域及び前記第２の領域のうち前記第２の領域を有し、
前記コントローラは、
前記第１のセル及び前記第２のセルの割当情報を含むネームスペースの設定コマンドを受信可能に構成され、
前記設定コマンドに基づいて前記不揮発メモリに前記第１のセルと前記第２のセルを割当可能に構成された
請求項１に記載のストレージ装置。

【請求項7】

請求項１記載のストレージ装置と接続可能なホスト装置であって、
前記読出し頻度情報を生成可能なモジュールと、
前記読出し頻度情報を含むコマンドを前記ストレージ装置に送信可能で、前記ストレージ装置のネームスペースの設定コマンドを送信可能なホストコントローラと、
を備えたホスト装置。

【請求項8】

前記ホストコントローラは、
前記読出し頻度情報を含むコマンドを前記ストレージ装置に送信し、前記第１のセグメントの有効データを前記第１の領域に書込みさせる
請求項７に記載のホスト装置。

【請求項9】

前記ホストコントローラは、
前記読出し頻度情報を含むコマンドを前記ストレージ装置に送信し、前記第２のセグメントの有効データを前記第２の領域に書込みさせる
請求項７に記載のホスト装置。

【請求項10】

請求項１記載のストレージ装置と、
請求項７記載のホスト装置と、
を備えた情報処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、ストレージ装置、ホスト装置、情報処理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

マス・メディアの発達、とくにインターネットの普及により、人々の前に表出する情報は加速度的に増大している。ＩｏＴを活用したセンシング技術の発達や、深層学習を代表とした大規模データの活用も活発化しており、日々蓄積される情報はますます膨大な量となっている。こうしたデータを更新頻度によって階層化管理することにより、ファイルシステムやデータベースにおいてデータ書込みのパフォーマンスが大きく向上してきた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０２２／００７６７５３号明細書

【特許文献2】米国特許出願公開第２０１２／０２９７１２１号明細書

【特許文献3】米国特許第７８５９９３２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の実施形態は、平均レイテンシとスループットを改善可能とするストレージ装置、ホスト装置、情報処理システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の実施形態によれば、不揮発メモリとコントローラとを備えたストレージ装置であって、不揮発メモリは、電圧印加回数が１回又は２回でデータ読み出し可能な第１の領域と、電圧印加回数が３回以上でデータ読み出し可能な第２の領域と、を有し、コントローラは、読出し要求単位のセグメントごとのリードコマンドの発行回数を示す情報を含む読出し頻度情報を有し、コントローラは、読出し頻度情報に基づいて、発行回数が所定の基準値以上の第１のセグメントを第１の領域又は第２の領域に書込み制御し、発行回数が所定の基準値未満の第２のセグメントを第２の領域に書込み制御する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本発明の第１実施形態に係る情報処理システムのハードウェア構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る情報処理システムの機能構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係る情報処理システムの機能構成の変形例を示すブロック図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係る情報処理システムのホストメモリの構成を示すブロック図である。

【図5】本発明の第１実施形態に係る情報処理システムのリードカウントマップのデータ構造を示す図である。

【図6】本発明の第１実施形態に係る情報処理システムの不揮発メモリにおける書込み領域の分割の概要を示す図である。

【図7】本発明の第１実施形態に係る情報処理システムの不揮発メモリにおける４－４－３－４グレイコーディングのビット配置の例を示す図である。

【図8】本発明の第１実施形態に係る情報処理システムの不揮発メモリにおける１－４－５－５グレイコーディングのビット配置の例を示す図である。

【図9】本発明の第１実施形態に係る不揮発メモリにおけるデータプログラム後のしきい値領域を示す図である。

【図10】不揮発メモリにおける４－４－３－４グレイコーディングで書き込まれたセルにおけるLowerページのデータリードの際にワードラインに印加される電圧波形の例を示す図である。

【図11】不揮発メモリにおける１－４－５－５グレイコーディングで書き込まれたセルにおけるLowerページのデータリードの際にワードラインに印加される電圧波形の例を示す図である。

【図12】本発明の第１実施形態に係る情報システムのコマンド処理動作を示すフローチャートである。

【図13】本発明の第１実施形態に係るストレージデバイスの初期化動作の例を示すフローチャートである。

【図14】本発明の第１実施形態に係るRead Coldデータのガベージコレクション候補セグメントリストへの登録動作の例を示すフローチャートである。

【図15】本発明の第１実施形態に係るストレージデバイスのRead Hotデータを含むコピーコマンド受信の動作例を示すフローチャートである。

【図16】本発明の第１実施形態に係るストレージデバイスのRead Coldデータを含むコピーコマンド受信の動作例を示すフローチャートである。

【図17】本発明の第１実施形態に係るＣＰＵのガベージコレクションの動作例を示すフローチャートである。

【図18】本発明の第２実施形態に係るガベージコレクションの動作例を示すフローチャートである。

【図19】本発明の第２実施形態に係るCleaning処理におけるRead Coldデータの移動動作例を示すフローチャートである。

【図20】本発明の第３実施形態に係るRead Hotデータのコピー動作例を示すフローチャートである。

【図21】本発明の第３実施形態に係るRead Coldデータのコピー動作例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下の説明において、リード頻度の高いデータを「Read Hot」、リード頻度の低いデータを「Read Cold」のように呼ぶ。また、「Read Hot」「Read Cold」の分類をHot Coldセパレーションと称する。実施形態の情報処理システムは、リード頻度の高いデータを、ＱＬＣ（Quad Level Cell）や、ＱＬＣよりも多値化されたNANDのグレイコーディングにおけるデータリード時の電圧印加回数が少ないページ（電圧印加回数が１回又は２回の領域）に配置する。同様に、実施形態の情報処理システムは、リード頻度の低いデータを、ＱＬＣや、ＱＬＣよりも多値化されたNANDのグレイコーディングにおけるデータリード時の電圧印加回数が多いページ（電圧印加回数が３回以上の領域）に配置する。ここで、グレイコーディングは、前後に隣接する符号間のハミング距離が必ず１となるように符号化する符号化方法である。グレイコーディングされた符号は、ある値から隣接した値に変化する際に、常に１ビットしか変化しない。

【0008】

また、実施形態の情報処理システムにおけるストレージデバイスは、データがRead Hotであることを示す情報をホストから受け取るインタフェースを具備する。さらに、実施形態のストレージデバイスは、Read Hotデータを配置する領域のサイズをホストが指定するインタフェースを具備する。

【0009】

（第１実施形態）
第１実施形態の情報処理システムは、セグメントのリード頻度に基づくHot Coldセパレーションを実施する。Hot Coldセパレーションの結果に基づき、情報処理システムは、リード頻度が高いデータをストレージデバイスの読出しが高速な領域（ＳＬＣ領域）に格納し、リード頻度が低いデータはストレージデバイスの読出しが低速な領域（ＱＬＣ領域）に格納する。

【0010】

図１は、第１実施形態の情報処理システム１０１の構成を示す。第１実施形態の情報処理システム１０１は、ホスト１０２及びストレージデバイス１０５を有する。

【0011】

ホスト１０２は、例えば、サーバ、パーソナルコンピュータ、車載デバイス、又はモバイル機器に例示される情報処理装置である。ホスト１０２は、所定のコマンドを発行してストレージデバイス１０５に送信する。

【0012】

ストレージデバイス１０５は、不揮発メモリを用いてデータを永続的に記憶する装置である。ストレージデバイス１０５は、ＵＦＳ規格やｅＭＭＣ規格、ＮＶＭｅ規格などに準拠した組み込み用途のフラッシュメモリやＳＳＤである。ストレージデバイス１０５は、ホスト１０２と通信可能に接続される。ストレージデバイス１０５は、ホスト１０２に対する外部記憶装置として機能する。ストレージデバイス１０５は、受信したコマンドに応じてデータの書込み（ライト）、読出し（リード）、消去（イレース）、コピーなどを実行する。

【0013】

ホスト１０２は、ホストコントローラ１０３とホストメモリ１０４を有する。

【0014】

ホストコントローラ１０３は、ストレージデバイス１０５と接続するハードウェアである。ホストコントローラ１０３は、例えば、ＳｏＣとして実装され得る。ホストコントローラ１０３は、ＣＰＵを有し（図示せず）、ストレージデバイス１０５にコマンドを発行するための処理を行う。

【0015】

ホストメモリ１０４は、例えば、ＤＲＡＭなどに例示される揮発性メモリである。ホストメモリ１０４は、ホストコントローラ１０３の処理に用いるデータを記憶する。

【0016】

ストレージデバイス１０５は、コントローラ１０６、バッファメモリ１１１および不揮発メモリ１１２を有する。

【0017】

コントローラ１０６は、不揮発メモリ１１２へのアクセスを実現するハードウェアである。コントローラ１０６は、ホスト１０２からのコマンドを受けてデータ処理を実行する。コントローラ１０６は、ホスト１０２からライト（Write）処理を要求するコマンド（以下「ライトコマンド」と称する。）を受けることがある。

【0018】

バッファメモリ１１１は、例えば、ＳＲＡＭやＤＲＡＭなどに例示される揮発性メモリである。バッファメモリ１１１は、ホスト１０２から入力される書込みデータを一時的に保持するメモリとして機能する。また、バッファメモリ１１１は、不揮発メモリ１１２から読み出された読み出しデータをホスト１０２に転送する前に一時的に保持するメモリとして機能する。

【0019】

不揮発メモリ１１２は、外部からの給電がなくても記憶内容を維持可能なメモリ素子である。不揮発メモリ１１２は、例えば、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリにより構成され得る。不揮発メモリ１１２は、フラッシュコントローラと複数のフラッシュメモリチップを有する（図示せず）。フラッシュコントローラは、フラッシュメモリチップに対するデータの書込み、読出し、及び消去を制御する機能部である。フラッシュメモリチップは、チップ内に配列された多数のメモリセルにビットデータを書き込み、又は、書込まれたデータを読み出し、又は、書込まれたデータをブロック単位で消去したりできるように構成された素子である。

【0020】

コントローラ１０６は、ホストインタフェース１０７、バッファインタフェース１０８、メモリインタフェース１０９、ＣＰＵ１１０を有する。

【0021】

ホストインタフェース１０７は、ホスト１０２との通信を制御するコントローラである。ホストインタフェース１０７は、ホスト１０２と接続するインタフェースとして機能する。

【0022】

バッファインタフェース１０８は、コントローラ１０６のバッファメモリ１１１へのアクセスを制御するコントローラである。

【0023】

メモリインタフェース１０９は、不揮発メモリ１１２との通信を制御するコントローラである。メモリインタフェース１０９は、バスを介して不揮発メモリ１１２と接続される。

【0024】

ＣＰＵ１１０は、演算装置（Central Processing Unit）である。ＣＰＵ１１０は、ホストインタフェース１０７が受けたコマンドを解釈し実行する。

【0025】

（機能構成）
図２を参照して、実施形態の情報処理システム１０１の機能構成を説明する。図２は、情報処理システムの機能構成を示すブロック図である。先に説明した通り、第１実施形態の情報処理システム１０１は、ホスト１０２及びストレージデバイス１０５を有する。

【0026】

まず、ホスト１０２の機能について説明する。ホスト１０２は、機能として、アプリケーション２０１およびＯＳ２０２を有する。

【0027】

アプリケーション２０１は、ストレージデバイス１０５にデータアクセスする機能部である。アプリケーション２０１は、データアクセスを実行するためＶＦＳコールをＯＳ２０２に発行する。ＶＦＳコールは、ＯＳ２０２の一機能である後述する仮想ファイルシステム（Virtual File System: VFS）に対してリードやライトなどの実行を依頼する通信である。

【0028】

ＯＳ２０２は、ホスト１０２の基幹システムをなす機能部である。ＯＳ２０２は、デバイス操作やプロセス操作を管理する。ＯＳ２０２は、その機能の一つとしてＶＦＳ２０３を有する。

【0029】

ＶＦＳ２０３は、アプリケーション２０１と実体のファイルシステムの間を仲介する仮想ファイルシステムをなす機能部である。ＶＦＳ２０３は、アプリケーション２０１が発行したＶＦＳコールを受信する。

【0030】

ＶＦＳ２０３は、ＶＦＳコール処理部２０４、Ｉ／Ｏ送信部２０５、書込領域管理部２０６ａ、Ｉ／Ｏ完了処理部２０９を具備する。

【0031】

ＶＦＳコール処理部２０４は、アプリケーション２０１が発行したＶＦＳコールを処理する機能部である。ＶＦＳコールは、例えば、リード（read）やライト（write）などのコマンドを含んでいる。

【0032】

Ｉ／Ｏ送信部２０５は、ＶＦＳコール処理部２０４が処理したＶＦＳコールに基づいて送信コマンドを生成する機能部である。Ｉ／Ｏ送信部２０５は、生成した送信コマンドをストレージデバイス１０５に送信する。

【0033】

書込み領域管理部２０６ａは、ストレージデバイス１０５のＬＢＡ（Logical Block Addressing）、Stream、Zoneなどの領域に格納されたデータを、書込み、読出し、又はデータ消去単位のセグメントで管理する機能部である。ＬＢＡが指し示すデータとセグメントのデータサイズとが同じとなり得る。図２に示す例では、書込み領域管理部２０６ａはＯＳ２０２における機能として例示するが、これには限定されない。データベース等のアプリケーション２０１の機能部としても実装し得る。

【0034】

Ｉ／Ｏ完了処理部２０９は、ストレージデバイス１０５から送られるコマンド処理完了通知を受け、ＶＦＳコールの完了をアプリケーション２０１に通知する機能部である。

【0035】

書込み領域管理部２０６ａは、リードカウントマップ２０７ａおよびビットマップ２０８ａを具備する。

【0036】

リードカウントマップ２０７ａは、セグメントに対してリードコマンドを実行した回数のカウント値を保持する機能部である。リードカウントマップ２０７ａは、ガベージコレクションやウェアレベリングによってデータの移動が発生するときに参照され、リード頻度に基づいてデータを分類するために使用され得る。

【0037】

ビットマップ２０８ａは、セグメントに含まれる有効なデータを管理する機能部である。ビットマップ２０８ａは、ガベージコレクションやウェアレベリングでデータを移動させる領域の選択に使用され得る。

【0038】

次に、ストレージデバイス１０５の機能について説明する。ストレージデバイス１０５は、機能として、ホストインタフェース部２１０、メモリ変換層２１１、メモリインタフェース部２１２、不揮発メモリ部２１３を有する。

【0039】

ホストインタフェース部２１０は、Ｉ／Ｏ送信部２０５が送信した送信コマンドを解釈し、不揮発メモリ部２１３についてデータの格納や取得を実行する機能部である。ホストインタフェース部２１０は、送信コマンドの内容を実行すると、コマンド処理完了の通知を発行する。

【0040】

ＣＰＵ１１０のメモリ変換層２１１は、論理アドレスと物理アドレスの変換を行う機能部である。

【0041】

メモリインタフェース部２１２は、メモリ変換層２１１が変換した物理アドレスに基づいて不揮発メモリ部２１３へのアクセスを実行する機能部である。

【0042】

不揮発メモリ部２１３は、データを格納する機能部である。

【0043】

（情報処理システムの変形例）
ここで、図３を参照して、実施形態の情報処理システム１０１の変形例の機能構成を説明する。図３は、情報処理システムの機能構成の変形例を示すブロック図である。この変形例の情報処理システム１０１ａは、ホスト１０２におけるＶＦＳ２０３の書込み領域管理部２０６ａに代えて、ストレージデバイス１０５におけるＣＰＵ１１０の機能として書込み領域管理部２０６ｂを備えたものである。以下の説明において、情報処理システム１０１と共通する要素については同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。

【0044】

図３に示すように、実施形態の変形例の情報処理システム１０１ａでは、ストレージデバイス１０５のＣＰＵ１１０が書込み領域管理部２０６ｂを具備する。

【0045】

書込み領域管理部２０６ｂは、図２における書込み領域管理部２０６ａに対応し、共通の機能を有する機能部である。書込み領域管理部２０６ｂは、ＬＢＡ、Stream、Zoneなどの領域に格納されたデータを、書込み、読出し、又はデータ消去単位のセグメントで管理する。

【0046】

書込み領域管理部２０６ｂは、リードカウントマップ２０７ｂ及びビットマップ２０８ｂ具備する。リードカウントマップ２０７ｂ及びビットマップ２０８ｂは、リードカウントマップ２０７ａ及びビットマップ２０８ａと対応し、それぞれ共通する機能を有する。

【0047】

情報処理システム１０１ａは、ＶＦＳ２０３上の書込み領域管理部２０６ａおよびＣＰＵ１１０上の２０６ｂの両者を具備し得る。この場合、採用するインタフェース（例えば、ＰＣＩｅ）によっては、ホスト１０２とストレージデバイス１０５のどちらがマスターとして機能し得る。

【0048】

図４を参照して、ホスト１０２のホストメモリ１０４の機能構成の一例について詳細に説明する。図４は、実施形態の情報処理システムのホストメモリ１０４の構成を示すブロック図である。ホストメモリ１０４は、Ｉ／Ｏコマンド送信キュー３０１、Ｉ／Ｏコマンド完了キュー３０２、データバッファ領域３０３を有する。図４に示すホストメモリ１０４の機能構成は一例であり、Ｉ／Ｏコマンド送信キュー３０１やＩ／Ｏコマンド完了キュー３０２は、ホストメモリ１０４から独立したハードウェアで実装され得る。

【0049】

Ｉ／Ｏコマンド送信キュー３０１は、Ｉ／Ｏ送信部２０５が送信するコマンドを一時的に記憶する。Ｉ／Ｏコマンド送信キュー３０１は、例えば、リングバッファにより実現されるメモリである。Ｉ／Ｏコマンド送信キュー３０１は、発行されたコマンドをエンキューする。Ｉ／Ｏコマンド送信キュー３０１は、エントリを備える。エントリは、ヘッド（Ｈｅａｄ）とテール（Ｔａｉｌ）という２つの変数によって管理され得る。ストレージデバイス１０５は、ヘッドポインタおよびテールポインタに基づいて、各キューの参照箇所を特定することができる。例えば、新たにエンキューされたコマンド情報の場所を特定することができる。

【0050】

Ｉ／Ｏコマンド完了キュー３０２は、Ｉ／Ｏ完了処理部２０９が通知するＶＦＳコールの完了通知を一時的に記憶する。Ｉ／Ｏコマンド完了キュー３０２は、例えば、リングバッファにより実現されるメモリである。Ｉ／Ｏコマンド完了キュー３０２は、通知するＶＦＳ完了通知をエンキューする。Ｉ／Ｏコマンド完了キュー３０２は、エントリを備える。エントリは、ヘッド（Ｈｅａｄ）とテール（Ｔａｉｌ）という２つの変数によって管理され得る。ホスト１０２は、ヘッドポインタおよびテールポインタに基づいて、各キューの参照箇所を特定することができる。例えば、新たにエンキューされたＶＦＳ完了通知の場所を特定することができる。

【0051】

データバッファ３０３は、ストレージデバイス１０５に書込むデータやストレージデバイス１０５から読み出すデータを一時的に記憶する。

【0052】

図５は、書込み領域管理部２０６ａが備えるリードカウントマップ２０７ａのデータ構造の具体例を示す。リードカウントマップ２０７ａは、セグメント番号（Segment Number）４０１、リードカウント（Read Count）４０２、リードフラグ（Read Flag）４０３を対応付ける情報（読出し頻度情報）である。リードカウントマップ２０７ａは、二次元的なデータ構造を有し得る。例えば、リードカウントマップ２０７ａは、リードカウント４０２のデータ列とリードフラグ４０３のデータ列を有し得る。

【0053】

同様に、書込み領域管理部２０６ｂは、リードカウントマップ２０７ｂを有する。リードカウントマップ２０７ｂは、リードカウントマップ２０７ａと共通の構成を有する。

【0054】

セグメント番号４０１は、セグメントを特定するエントリである。図５に示す例では、セグメント番号４０１は、筆頭のエントリ４０４ａとして「１」、続くエントリ４０４ｂ～４０４ｄとして「２」～「４」を有する。すなわち、セグメント番号４０１は、エントリ毎に固有の値を有する。

【0055】

リードカウント４０２は、セグメントごとにリードコマンドを発行した回数のカウント結果を保持するエントリである。図５に示す例では、リードカウント４０２は、筆頭のエントリ４０４ａとして「１００」、続くエントリ４０４ｂ～４０４ｄとして「２」「５」「１０」の値を有する。

【0056】

リードフラグ４０３は、書込み領域管理部２０６ａまたは２０６ｂがリードカウント４０２の列に保持されたデータをもとに判定した判定結果を保持するエントリである。図５に示す例では、判定結果として、エントリ４０４ａにおいてHotデータを示す「Hot」がエントリされ、エントリ４０４ｂにおいてColdデータを示す「Cold」がエントリされている。

【0057】

すなわち、読出し頻度情報をなすリードカウントマップ２０７ａ，２０７ｂは、セグメントごとにリードコマンドを発行した回数を示す情報と、当該リードコマンドを発行した回数に対応しHotデータ又はColdデータのいずれかを示す情報（読出し頻度を示す情報）が含まれ得る。

【0058】

図５に示す例において、エントリ４０４ｄでは、リード回数を示すリードカウント４０２が１０回である。HotデータとColdデータを判定する基準値の設定が、例えば、８であれば、エントリ４０４ｄのセグメントに格納されたデータはRead Hotデータであると判定され得る。エントリ４０４ｄがRead Hotデータと判定されると、ガベージコレクションやウェアレベリングによりデータの移動が発生する場合、当該セグメントのデータは、Read Hotデータとしてストレージデバイス１０５に格納される。併せて、エントリ４０４ｄのリードフラグ４０３のエントリとして「Hot」のフラグがリードカウントマップ２０７ａまたは２０７ｂに格納される。

【0059】

（不揮発メモリの書込み領域）
図６を参照して、不揮発メモリ１１２の書込み領域の分割と対応するデータ属性について説明する。図６は、不揮発メモリ１１２の書込み領域の分割の概要を示す図である。図６に示すように、不揮発メモリ１１２は、ＳＬＣ領域５０１とＱＬＣ領域５０４が含まれ得るＮＡＮＤ型フラッシュメモリである。すなわち、不揮発メモリ１１２は、１セル当たりに書き込むビット数が異なる領域が含まれ得る。ＳＬＣ領域５０１は、１セルに１ビットを格納するＳＬＣ方式の領域である。多値化されたセル領域としてのＱＬＣ領域は、１セルに４ビットを格納するＱＬＣ方式の領域である。

【0060】

図６に示すように、ＳＬＣ領域５０１は、リード頻度の高いRead Hotデータ５０２ａと上書き頻度の高いWrite Hotデータ５０３が格納され得る。これらのデータをＳＬＣ領域に書き込むことで、ＳＬＣ領域に空き容量がある間はライト性能を向上させるほか、データのリード性能が向上する。一方、ＳＬＣ領域５０１からＱＬＣ領域５０４へのデータ移動が頻繁に発生すると、Ｉ／Ｏ性能が下がるほかにＮＡＮＤ型フラッシュメモリの書込み／消去サイクルを早めてしまう。これは、データの誤り率が高いセルを増加させる要因になる。

【0061】

図６に示すように、ＱＬＣ領域５０４は、上書き頻度の低いWrite Coldデータ５０５が格納され得る。さらに、Write Coldデータ５０５は、Read Hotデータ５０２ｂとRead Coldデータ５０６に分類可能である。Read Hotデータ５０２ｂは、Read Hotデータ格納領域５０７に格納される。

【0062】

すなわち、セグメントごとのリードコマンド発行回数が所定の基準値以上の（リード頻度の高い）第１のセグメントに係るRead Hotデータ５０２ａおよび５０２ｂは、ＳＬＣ領域５０１（第１の領域）およびＱＬＣ領域５０４（第２の領域）のセル（第１のセル）に書込まれる。セグメントごとのリードコマンド発行回数が所定の基準値未満の（Read Hotデータ５０２ａ，５０２ｂよりもリード頻度の低い）第２のセグメントに係るRead Coldデータ５０６は、ＱＬＣ領域５０４（第２の領域）のセル（第２のセル）に書込まれる。

【0063】

（データの書込みとコーディング方式の選択）
ＮＡＮＤ型フラッシュメモリの１セルに多値のデータを書き込む場合、リード時のエラー率やリード速度によって適切なグレイコーディングが選択される。ＱＬＣ方式を例に説明をすると、ストレージデバイス１０５のＱｏＳを担保するため、ＱＬＣ方式の各ページのリードレイテンシは差がないことが望ましい。

【0064】

図７は、４－４－３－４コーディングを採用した場合のビット配置の例を示す図である。図７において、Ｓ０～Ｓ１５は、しきい値領域内のしきい値分布である。セルに書込みを行った後のビット配置は、そのしきい値分布の状態によってＳ０からＳ１５まで１６通りに表すことができる。４－４－３－４コーディングは、１６個のしきい値領域間の１５個の境界を４つのページに分配する際に、Lowerページに４つ、Middleページに４つ、Upperページに３つ、Topページに４つの境界を分配するコーディングである。このコーディングは、ページ間の境界数の偏りを小さく分配したものである。

【0065】

図７に示すように、それぞれのしきい値分布に対してTop、Upper、Middle、Lowerページのときのビットが割り当てられる。Lowerページのみデータを読み出す場合を例にとると、しきい値分布のＳ０とＳ１、Ｓ３とＳ４、Ｓ５とＳ６、Ｓ１０とＳ１１の間でビットの反転が発生するため、ビットの状態を確定するには少なくとも４回の判定を行う必要がある。

【0066】

一方、図８は、１－４－５－５コーディングを採用した場合のビット配置の例を示す図である。１－４－５－５コーディングは、１６個のしきい値領域間の１５個の境界を４つのページに分配する際に、Lowerページに１つ、Middleページに４つ、Upperページに５つ、Topページに５つの境界を分配するコーディングである。

【0067】

Lowerページのみデータを読み出す場合を例にとると、しきい値分布のＳ７とＳ８の間でのみビット反転が発生するため、ビットの状態を確定するには少なくとも１回の判定を行えばよい。１－４－５－５コーディングの採用により、ビットを確定させるための判定回数を大幅に減少させることが可能になる。Read Hotデータ５０２ｂをLowerページに書き込むことで高速なデータ読み出し・書き込みを実現する。一方、Read Coldデータ５０６をＴｏｐページ、Ｕｐｐｅｒページ、Ｍｉｄｄｌｅページに書き込むことで、システム全体のパフォーマンスが微増する読み出し時間の影響を受けにくくする。

【0068】

また、Lowerページに対してはＳＬＣのランダマイズが行われ、それ以外のページではＳ０からＳ７とＳ８からＳ１５とでＴＬＣのランダマイズが行われることで、特定のしきい値分布に集中した書込みを防ぎ、ＮＡＮＤセルの寿命を均一化することができる。

【0069】

この実施形態の説明では１－４－５－５コーディングを例示したが、これには限定されない。判定回数（電圧印加回数）が１回又は２回でデータ読み出し可能なコーディングであれば、同様の効果を奏することができる。

【0070】

図９は、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリにＱＬＣ方式のデータを書き込む場合のしきい値領域の例を示す図である。図９において、「（Ｔ１）」は、イレース状態を示し、「（Ｔ２）」は、ＱＬＣデータが書き込まれた状態を示す。図９のＳ０からＳ１５のしきい値分布は、図７及び図８に示すＳ０からＳ１５に対応する。

【0071】

それぞれの分布の間にしきい値電圧Ｖｒｅａｄ１～Ｖｒｅａｄ１５を設定し、しきい値分布を判定することにより、図７及び図８のコーディングによるビット割り当てと合わせてページに書き込まれた値を確定する。例えば、しきい値電圧Ｖｒｅａｄ８を印加し、ビットラインに電流が流れればＳ０からＳ７の分布、ビットラインに電流が流れなければＳ８からＳ１５の分布であると判定する。図８の１－４－５－５コーディングを採用した場合、しきい値電圧Ｖｒｅａｄ８の電圧印加１回でLowerページのデータ読み出しを完了させることが可能になる。

【0072】

図１０は、図７に示す４－４－３－４コーディングを用いる場合にLowerページのデータを読み出す際にワードラインに印加される電圧波形の例を示す図である。図１０では、コマンドをストレージデバイス１０５が受信した時刻ｔが０である。図１０において、コマンドを受信してから電圧が印加されるまでの時間は、アドレスの転送などのセットアップ時間である（図中「setup」）。その後、図７のLowerページにおいてビットが反転する境界にあたるしきい値の電圧を、Ｖｒｅａｄ１、Ｖｒｅａｄ４、Ｖｒｅａｄ６、Ｖｒｅａｄ１１と順番に印加してデータを読み出す。

【0073】

図１１は、図８に示す１－４－５－５コーディングを用いる場合にLowerページのデータを読み出す際にワードラインに印加される電圧波形の例を示す図である。図１１においても、コマンドをストレージデバイス１０５が受信した時刻ｔが０である。セットアップ後（図中「setup」）、図８のLowerページにおいてビットが反転する境界にあたるしきい値の電圧Ｖｒｅａｄ８を印加してデータを読み出す。すなわち、図１０に示す例と比較して、リード時に電圧を印加する時間が大幅に削減され、Read Hotデータ５０２ｂの高速な読み出しを可能にする。

【0074】

（コマンド処理動作）
次に、図１２を参照して、実施形態の情報システムのコマンド処理動作を説明する。図１２は、情報システムのコマンド処理動作を示すフローチャートである。

【0075】

アプリケーション２０１は、ＶＦＳコールを発行する（Ｓ８００）。ＶＦＳコールは、リード、ライト、デリート、コピーなどのコマンド要求を含み得る。

【0076】

ＶＦＳコール処理部２０４は、ＶＦＳコールを受信すると、対応するコマンドを発行する（Ｓ８０１）。

【0077】

発行されたコマンドは、Ｉ／Ｏコマンド送信キュー３０１にエンキューされる（Ｓ８０２）。

【0078】

Ｉ／Ｏ送信部２０５は、ストレージデバイス１０５にコマンド発行を通知する（Ｓ８０３）。

【0079】

通知を受けると、ホストインタフェース部２１０は、Ｉ／Ｏコマンド送信キュー３０１にアクセスしてコマンドを取得する（Ｓ８０４）。

【0080】

ホストインタフェース部２１０は、受信したコマンドを解釈する（Ｓ８０５）。

【0081】

ホストインタフェース部２１０は、データの書込み領域情報を取得する（Ｓ８０６）。書込み領域情報は、リードコマンドやデリートコマンドであればデータが書き込まれている不揮発メモリ１１２の領域の情報である。ライトコマンドやコピーコマンドの場合、コマンドの書込み先情報に書込み領域情報が含まれる。

【0082】

ホストインタフェース部２１０は、書込み領域情報に基づきコマンド処理を駆動する（Ｓ８０７）。

【0083】

メモリ変換層２１１は、ホストインタフェース部２１０のコマンド処理に係るアドレスを変換する（Ｓ８０８）。

【0084】

メモリインタフェース部２１２は、不揮発メモリ１１２に対してデータのリード、ライト、デリートを実施する（Ｓ８０９）。メモリインタフェース部２１２は、コマンドがリードの場合はデータバッファ領域３０３にデータを送信する。メモリインタフェース部２１２は、コマンドがライトの場合は、データバッファ領域３０３からデータを取得する。

【0085】

ホストインタフェース部２１０は、コマンドの実行が完了すると、書込み領域情報を含むＣＱＥを作成する（Ｓ８１０）。

【0086】

ホストインタフェース部２１０は、Ｉ／Ｏコマンド完了キュー３０２にアクセスし、ＣＱＥをエンキューする（Ｓ８１１）。ホストインタフェース部２１０は、コマンドの終了をＩ／Ｏ完了処理部２０９に通知する。

【0087】

Ｉ／Ｏ完了処理部２０９は、受け付けた通知に基づいてＶＦＳコールの完了をアプリケーション２０１に通知する。アプリケーション２０１は、Ｉ／Ｏコマンド完了キュー３０２を確認することでコマンドの実行完了を取得することができる（Ｓ８１２）。

【0088】

（初期化動作）
次に、図１３を参照して、ストレージデバイス１０５の初期化動作を説明する。図１３は、ストレージデバイス１０５の初期化動作の例を示すフローチャートである。初期化動作において、Read Hotデータ格納領域５０７のサイズも設定され得る。

【0089】

ホスト１０２は、ストレージデバイス１０５のデバイスハンドルを取得する（Ｓ９０１）。

【0090】

デバイスハンドルを取得すると、ホスト１０２は、Read Hot用のＱＬＣ領域の割当情報を含むｎａｍｅｓｐａｃｅ管理コマンドを生成する（Ｓ９０２）。

【0091】

ホスト１０２は、ストレージデバイス１０５に対して生成したｎａｍｅｓｐａｃｅ管理コマンドを送信する（Ｓ９０３）。ｎａｍｅｓｕｐａｃｅ管理コマンドを受信したストレージデバイス１０５は、Read Hot用のＱＬＣデータ領域を設定する。

【0092】

（Read Coldデータの登録）
次に、図１４を参照して、書込み領域管理部２０６ａがRead Coldデータをガベージコレクション（ＧＣ）候補セグメントリストに登録する動作について説明する。図１４は、Read Coldデータのガベージコレクション候補セグメントリストへの登録動作の例を示すフローチャートである。

【0093】

書込み領域管理部２０６ａは、不揮発メモリ１１２にデータが書き込まれた時刻とビットマップ２０８ａをもとにＧＣ候補セグメントを決定する。ガベージコレクションは大きく分けると２通りの目的があり、一つはホスト１０２のＩ／Ｏ処理を止めてフォアグラウンドで実施し空き容量を確保する場合、もう一つはＩ／Ｏ要求が少ないタイミングにおいてバックグラウンドで実施しストレージデバイス１０５のパフォーマンスを向上させる場合である。ＧＣ候補セグメントリストに登録されたセグメントは、後者のガベージコレクションに使用されることによりストレージデバイスのパフォーマンスを向上させることができる。ただし、前者のガベージコレクションに使用され得る。

【0094】

書込み領域管理部２０６ａは、リードカウントマップ２０７ａをもとにＧＣ候補セグメントリストを作成する。書込み領域管理部２０６ａは、リードカウントマップ２０７ａを参照し、Coldのフラグが立っている静的なRead Coldデータを含むセグメントを抽出する（Ｓ１００１）。

【0095】

書込み領域管理部２０６ａは、リードカウントマップ２０７ａを参照し、Coldフラグが立っていないセグメントのうち読み出し回数が基準値よりも少ないセグメントを動的なRead Coldデータを含むセグメントと判定する（Ｓ１００２）。

【0096】

書込み領域管理部２０６ａは、ファイルの作成時刻またはストレージデバイスのメタデータ領域に含まれる不揮発メモリ１１２への書込み時刻情報をもとに、書込みから所定の時間が経っているセグメントを抽出する（Ｓ１００３）。

【0097】

抽出されたセグメント中の有効データが所定の基準値よりも多い場合（Ｓ１００４でｎｏ）、処理を終了する。抽出されたセグメント中の有効データが所定の基準値よりも少なければ（Ｓ１００４でｙｅｓ）、当該セグメントをRead ColdデータのＧＣ候補セグメントリストに登録する（Ｓ１００５）。

【0098】

なお、書込み領域管理部２０６ａに代えて、又は、書込み領域管理部２０６ａに加えて、書込み領域管理部２０６ｂを備える場合も同様の動作をする。書き込み領域管理部２０６ｂは、リードカウントマップ２０７ｂとビットマップ２０８ｂを参照し、同様の処理を実施する。

【0099】

（Read Hotデータライトコマンドの受信動作）
次に、図１５を参照して、ホストインタフェース１０７がRead Hotデータのライトまたはコピーコマンドを受信したときの動作について説明する。図１５は、ストレージデバイス１０５におけるRead Hotデータを含むコピーコマンド受信の動作例を示すフローチャートである。

【0100】

ホストインタフェース１０７は、Ｉ／Ｏコマンド送信キュー３０１にアクセスし、Read Hotデータを示すフラグを含むコマンドを受信する（Ｓ１１０１）。図５に示す例では、セグメント番号１番のデータ（第１のセグメント）が該当する。

【0101】

ホストインタフェース１０７は、コマンドを解釈し、コピーコマンドであるか否かを判定する（Ｓ１１０２）。

【0102】

コマンドがコピーコマンドの場合（Ｓ１１０２でｙｅｓ）、メモリインタフェース１０９は、コマンドに含まれる移動元情報をもとにRead Hotデータを不揮発メモリ１１２から読み出す（Ｓ１１０３）。

【0103】

コマンドがコピーコマンドではない場合（Ｓ１１０２でｎｏ）、ホストインタフェース１０７は、ホストメモリ１０４にアクセスし、ホストからRead Hotデータを受信する（Ｓ１１０４）。

【0104】

ＣＰＵ１１０は、Read ColdデータのＧＣ候補セグメントリストにRead ColdデータのＧＣ候補セグメント（第４のセグメント）が登録されているか否か判定する（Ｓ１１０５）。

【0105】

Read ColdデータのＧＣ候補セグメントリストに登録されている場合（Ｓ１１０５でｙｅｓ）、メモリインタフェース１０９は、Read ColdデータのＧＣ候補セグメントからデータを読み出す（Ｓ１１０６）。

【0106】

ＣＰＵ１１０は、Read HotデータとRead Coldデータで不揮発化するデータブロックを構成する（Ｓ１１０７）。

【0107】

メモリインタフェース１０９は、ＱＬＣ領域５０４（第２の領域）に図８に示した不均衡コーディングでデータを書き込む（Ｓ１１０８）。

【0108】

Read ColdデータのＧＣ候補セグメントリストに登録されていない場合（Ｓ１１０５でｎｏ）、ＣＰＵ１１０は、Read HotデータをＳＬＣ領域５０１（第１の領域）に書き込む（Ｓ１１０９）。

【0109】

データの書込みが完了したら、ＣＰＵ１１０は、メモリ変換層２１１に含まれるアドレス管理マップと、書込み領域管理部２０６に含まれるリードカウントマップ２０７を更新する（Ｓ１１１０）。ＣＰＵ１１０は、新たに書き込んだデータのアドレス情報を登録してからガベージコレクションにより移動した元データの無効化を行い、Hot Coldデータのフラグ設定を行う。

【0110】

実施形態の情報処理システム１０１によれば、ブロックを構成するために必要なRead Coldデータをホストがライトするまで待つ必要がなくなる。

【0111】

（Read Coldデータのライトコマンドの受信動作）
次に、図１６を参照して、ホストインタフェース１０７がRead Coldデータのライトまたはコピーコマンドを受信したときの動作を説明する。図１６は、ストレージデバイスにおけるRead Coldデータを含むコピーコマンド受信の動作例を示すフローチャートである。

【0112】

ホストインタフェース１０７は、Ｉ／Ｏコマンド送信キュー３０１にアクセスし、Read Coldデータを示すフラグを含むコマンドを受信する（Ｓ１２０１）。図５に示す例では、セグメント番号２番のデータ（第２のセグメント）が該当する。

【0113】

ホストインタフェース１０７は、コマンドを解釈し、コピーコマンドであるか否かを判定する（Ｓ１２０２）。

【0114】

コマンドがコピーコマンドの場合（Ｓ１２０２でｙｅｓ）、メモリインタフェース１０９は、コマンドの移動元情報をもとにRead Coldデータを不揮発メモリ１１２から読み出す（Ｓ１２０３）。

【0115】

コマンドがコピーコマンドではない場合（Ｓ１２０２でｎｏ）、ホストインタフェース１０７は、ホストメモリ１０４にアクセスし、ホストからRead Coldデータを受信する（Ｓ１２０４）。

【0116】

ＣＰＵ１１０は、Write ColdでRead Hotなデータ（第３のセグメント）がＳＬＣ領域５０１に存在するか判定する（Ｓ１２０５）。

【0117】

存在する場合（Ｓ１２０５でｙｅｓ）、ＳＬＣ領域５０１のRead Hotデータを読み出す（Ｓ１２０６）。

【0118】

ＣＰＵ１１０は、Read HotデータとRead Coldデータで不揮発化するデータブロックを構成する（Ｓ１２０７）。

【0119】

メモリインタフェース１０９は、ＱＬＣ領域５０４（第２の領域）に図８に示した不均衡コーディングでデータを書き込む（Ｓ１２０８）。

【0120】

存在しない場合（Ｓ１２０５でｎｏ）、Read ColdデータをＱＬＣ領域５０４（第２の領域）に書き込む（Ｓ１２０９）。

【0121】

データの書込みが完了したら、メモリ変換層２１１に含まれるアドレス管理マップと、書込み領域管理部２０６に含まれるリードカウントマップ２０７を更新し（Ｓ１２１０）、新たに書き込んだデータのアドレス情報の登録をしてからガベージコレクションにより移動した元データの無効化を行い、Hot Coldのフラグ設定を行う。

【0122】

実施形態の情報処理システム１０１によれば、ブロックを構成するために必要なRead Hotデータをホストがライトするまで待つ必要がなくなる。

【0123】

（リード頻度に基づくセパレーション動作）
図１７を参照して、ＣＰＵ１１０によるリード頻度に基づくHot Coldセパレーションを実現するガベージコレクションの動作を説明する。図１７は、ＣＰＵ１１０におけるガベージコレクションの動作例を示すフローチャートである。

【0124】

ＣＰＵ１１０は、リードカウントマップ２０７を参照し、Read Hotなセグメントを抽出する（Ｓ１３０１）。

【0125】

また、ＣＰＵ１１０は、Read Hotなセグメントのうち、Hot Coldセパレーションを実施されていないセグメントをRead HotのＧＣ候補セグメントとして抽出する（Ｓ１３０２）。

【0126】

ＣＰＵ１１０は、Read HotのＧＣ候補セグメントが書込みから時間が経過しているか否か、あるいは有効データが少ないか否かを判定する（Ｓ１３０３）。

【0127】

条件を満たさない場合（Ｓ１３０３でｎｏ）、処理を終了する。条件を満たす場合（Ｓ１３０３でｙｅｓ）、ＣＰＵ１１０は、Read ColdのＧＣ候補セグメントが存在するか判定する（Ｓ１３０４）。

【0128】

存在しない場合（Ｓ１３０４でｎｏ）、処理を終了する。存在する場合（Ｓ１３０４でｙｅｓ）、ＣＰＵ１１０は、ガベージコレクションのフローを実施する。

【0129】

メモリインタフェース１０９は、Read HotのＧＣ候補セグメントからデータを読み出す（Ｓ１３０５）。

【0130】

また、ＣＰＵ１１０は、Read ColdデータをRead ColdのＧＣ候補セグメントから読み出す（Ｓ１３０６）。

【0131】

ＣＰＵ１１０は、Read HotデータとRead Coldデータで不揮発化するデータブロックを構成する（Ｓ１３０７）。

【0132】

メモリインタフェース１０９は、ＱＬＣ領域５０４に図８に示した不均衡コーディングでデータを書き込む（Ｓ１３０８）。

【0133】

データの書込みが完了したら、ＣＰＵ１１０は、メモリ変換層２１１に含まれるアドレス管理マップと、書込み領域管理部２０６に含まれるリードカウントマップ２０７を更新し（Ｓ１３０９）、新たに書き込んだデータのアドレス情報の登録をしてからガベージコレクションにより移動した元データの無効化を行い、Hot Coldのフラグ設定を行う。

【0134】

本発明の実施形態の情報処理システムにより、NANDの書込／消去サイクルを縮めることなく、高速なReadを実現することができる。

【0135】

また、本発明の実施形態の情報処理システムにおけるストレージデバイスにより、ホストとストレージデバイスとが協調したRead頻度に基づくHot Coldセパレーションを実現する。

【0136】

本発明の実施形態の情報処理システムにより、平均レイテンシとスループットを改善することができる。この実施形態の情報処理システムは、不揮発メモリの同一のセルに読み出し速度が高速な領域と低速な領域を持つ。

【0137】

本発明の実施形態における書込み領域管理部によれば、ホストが明示的にデータのリード頻度を指示しなくとも、ストレージデバイスがHot Coldを判定し、ガベージコレクションやウェアレベリングによりセパレーションを実現することができる。

【0138】

実施形態の情報処理システム１０１によれば、Hotデータはリードレイテンシが小さい領域に配置される。Hotデータは、ＱＬＣ領域に書き込まれているものの、多値ＮＡＮＤをＳＬＣとして利用する疑似ＳＬＣと同程度のリードレイテンシを実現することができる。

【0139】

実施形態の情報処理システム１０１によれば、コマンド受信およびバックグラウンドで処理されるガベージコレクションにおけるデータブロックの作成に要する処理時間を短縮することができる。

【0140】

実施形態の情報処理システム１０１によれば、バックグラウンドのガベージコレクション完了後のリードコマンドに対する平均レイテンシやスループットを改善することができる。

【0141】

実施形態の情報処理システム１０１によれば、不均衡コーディングを採用したページに対してRead Coldデータを配置することで平均レイテンシとスループットの悪化を抑えることができる。また、実施形態の情報処理システム１０１によれば、不均衡コーディングとして１－４－５－５コーディングなどを採用することで、極端なテールレイテンシの増加を防ぐことができる。

【0142】

（第２実施形態）
続いて、図１８を参照して第２実施形態の動作を詳細に説明する。図１８は、第２実施形態に係るガベージコレクションの動作例を示すフローチャートである。第２実施形態では、ガベージコレクションがホスト側で実施され得る。例えば、ＬＳＦ（Ｌｏｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ Ｆｉｌｅｓｙｓｔｅｍ）では、ホストで実施されるガベージコレクションをＣｌｅａｎｉｎｇと呼んでいる。以下、ホストで実施されるガベージコレクション処理をクリーニング処理と称する。また、以下の説明において、第１実施形態と共通する要素については共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。

【0143】

ホスト１０２の書込み領域管理部２０６ａは、リードカウントマップ２０７ａを参照し、Read Hotなセグメントを抽出する（Ｓ１４０１）。

【0144】

書込み領域管理部２０６ａは、Read Hotなセグメントのうち、Hot Coldセパレーションを実施されていないセグメントをRead HotのＧＣ候補セグメントとして抽出する（Ｓ１４０２）。

【0145】

書込み領域管理部２０６ａは、Read HotのＧＣ候補セグメントが書込みから所定の時間が経過しているか否か、有効データが少ないか否かを判定する（Ｓ１４０３）。

【0146】

条件を満たさない場合（Ｓ１４０３でｎｏ）、書込み領域管理部２０６ａは処理を終了する。条件を満たす場合（Ｓ１４０３でｙｅｓ）、ホスト１０２は、Ｃｌｅａｎｉｎｇのフローを実施する。ホスト１０２はＩ／Ｏを発行し、ストレージデバイス１０５からRead HotのＧＣ候補セグメントを読み出す（Ｓ１４０４）。

【0147】

ホスト１０２は、読み出したRead Hotデータから不揮発化するデータブロックを構成する（Ｓ１４０５）。

【0148】

ホスト１０２は、Read Hotデータを示すフラグを立て、ストレージデバイス１０５に対してライトコマンドを生成してデータを送信する（Ｓ１４０６）。

【0149】

ホスト１０２は、データの移動に伴い新たに書き込んだデータのアドレス情報の登録を行い、アドレス管理マップおよびリードカウントマップ２０７ａを更新して、Read Hotのフラグを設定する（Ｓ１４０７）。

【0150】

アドレス管理マップの更新後、ホスト１０２は、Read HotのＧＣ候補セグメントのデリートコマンドをストレージデバイス１０５に送信し、使用されていた領域を解放する（Ｓ１４０８）。

【0151】

続いて、図１９を参照して、Ｃｌｅａｎｉｎｇ処理におけるRead Coldデータの移動について説明する。図１９は、第２実施形態に係るCleaning処理におけるRead Coldデータの移動動作例を示すフローチャートである。

【0152】

ホスト１０２は、ストレージデバイス１０５に対してＩ／Ｏを発行し、Read ColdのＧＣ候補セグメントを読み出す（Ｓ１５０１）。

【0153】

ホスト１０２は、読み出したRead Hotデータから不揮発化するデータブロックを構成する（Ｓ１５０２）。

【0154】

ホスト１０２は、Read Coldデータを示すフラグをたて、ストレージデバイス１０５に対してライトコマンドを発行してデータを送信する（Ｓ１５０３）。

【0155】

ホスト１０２は、データの移動に伴い新たに書き込んだデータのアドレス情報の登録を行い、アドレス管理マップおよびリードカウントマップ２０７を更新して、Read Coldのフラグを設定する（Ｓ１５０４）。

【0156】

アドレス管理マップの更新後、ホスト１０２は、Read ColdのＧＣ候補セグメントのデリートコマンドをストレージデバイス１０５に送信し、使用されていた領域を解放する。（Ｓ１５０５）。

【0157】

実施形態の情報処理システム１０１によれば、Zoned Storageのような追記型のストレージを使用する場合やＬＳＦのようにホストが主体となってＧＣを行う情報処理システムにおいても、リードのHot Coldセパレーションが可能となり、リードの平均レイテンシやスループットを改善することができる。

【0158】

（第３実施形態）
続いて、図２０を参照して第３実施形態の動作を詳細に説明する。図２０は、第３実施形態に係るRead Hotデータのコピー動作例を示すフローチャートである。第３実施形態では、ガベージコレクションがホストで実施される情報処理システム１０１において、データのコピーコマンドが実装される例である。また、以下の説明において、第１及び第２実施形態と共通する要素については共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。

【0159】

図２０は、コピーコマンドの発行によりRead Hotデータを移動する動作を示す。ホスト１０２の書込み領域管理部２０６ａは、リードカウントマップ２０７を参照し、Read Hotなセグメントを抽出する（Ｓ１６０１）。

【0160】

また、書込み領域管理部２０６ａは、Read Hotなセグメントのうち、Hot Coldセパレーションが実施されていないセグメントをRead HotのＧＣ候補セグメントとして抽出する（Ｓ１６０２）。

【0161】

ホスト１０２は、Read HotのＧＣ候補セグメントが書込みから所定の時間が経過しているか否か、有効データが少ないか否かを判定する（Ｓ１６０３）。

【0162】

条件を満たさない場合（Ｓ１６０３でｎｏ）、処理を終了する。条件を満たす場合（Ｓ１６０３でｙｅｓ）、ホスト１０２は、コピーコマンドを用いたＣｌｅａｎｉｎｇのフローを実施する。ホスト１０２は、Read Hotデータを示すフラグを立て、移動元セグメントの有効データのビットマップと移動先セグメント情報を含むコピーコマンドを生成しストレージデバイス１０５に送信する（Ｓ１６０４）。

【0163】

ホスト１０２は、データの移動に伴い新たに書き込んだデータのアドレス情報の登録を行い、アドレス管理マップおよびリードカウントマップ２０７を更新して、Read Hotのフラグを設定する（Ｓ１６０５）。

【0164】

アドレス管理マップの更新後、ホスト１０２は、Read HotのＧＣ候補セグメントのデリートコマンドをストレージデバイス１０５に送信し、使用されていた領域を解放する（Ｓ１６０６）。

【0165】

続いて、図２１を参照して、コピーコマンドの発行によりRead Coldデータを移動する動作について説明する。図２１は、第３実施形態に係るRead Coldデータのコピー動作例を示すフローチャートである。

【0166】

ホスト１０２は、Read Coldデータを示すフラグを立て、移動元セグメントの有効データのビットマップと移動先セグメント情報を含むコピーコマンドを生成し、ストレージデバイス１０５に送信する（Ｓ１７０１）。

【0167】

ホスト１０２は、データの移動に伴い新たに書き込んだデータのアドレス情報の登録を行い、アドレス管理マップおよびリードカウントマップ２０７を更新して、Read Coldのフラグを設定する（Ｓ１７０２）。

【0168】

アドレス管理マップの更新後、ホスト１０２は、Read ColdのＧＣ候補セグメントのデリートコマンドをストレージデバイス１０５に送信し、使用されていた領域を解放する（Ｓ１７０３）。

【0169】

実施形態の情報処理システム１０１によれば、ＧＣ処理のＩ／Ｏにおけるデータ転送量の削減、ホストのメモリ使用量の削減、処理時間の短縮を実現することができる。

【0170】

実施形態は例示であり、発明の範囲はそれらに限定されない。

【符号の説明】

【0171】

１０１，１０１ａ…情報処理システム
１０２…ホスト
１０３…ホストコントローラ
１０４…ホストメモリ
１０５…ストレージデバイス
１０６…コントローラ
１０７…ホストインタフェース
１０８…バッファインタフェース
１０９…メモリインタフェース
１１０…ＣＰＵ
１１１…バッファメモリ
１１２…不揮発メモリ
２０１…アプリケーション
２０２…オペレーティングシステム（ＯＳ）
２０３…仮想ファイルシステム（ＶＦＳ）
２０４…ＶＦＳコール処理部
２０５…Ｉ／Ｏ送信部
２０６ａ，２０６ｂ…書込み領域管理部
２０７ａ，２０７ｂ…リードカウントマップ
２０８ａ，２０８ｂ…ビットマップ
２０９…Ｉ／Ｏ完了処理部
２１０…ホストインタフェース部
２１１…メモリ変換層
２１２…メモリインタフェース部
２１３…不揮発メモリ部
３０１…Ｉ／Ｏコマンド送信キュー
３０２…Ｉ／Ｏコマンド完了キュー
３０３…データバッファ領域
４０１…セグメント番号を記録した列
４０２…Ｒｅａｄ回数を記録した列
４０３…Read HotまたはColdを示すフラグを記録した列
４０４…リードカウントマップのエントリ
５０１…ＳＬＣ領域
５０２ａ…ＳＬＣ領域に格納されたRead Hot データ
５０２ｂ…ＱＬＣ領域に格納されたRead Hot データ
５０３…ＳＬＣ領域に格納されたWrite Hot データ
５０４…ＱＬＣ領域
５０５…ＱＬＣ領域に格納されたWrite Cold データ
５０６…ＱＬＣ領域に格納されたRead Cold データ
５０７…Read Hot データを配置する領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】