特許 7466655 キャッシュ内のデータブロックの書き込みモードの変更に基づくメディア管理動作の実施

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-04

(45)【発行日】2024-04-12

(54)【発明の名称】キャッシュ内のデータブロックの書き込みモードの変更に基づくメディア管理動作の実施

(51)【国際特許分類】

   G06F 12/02 20060101AFI20240405BHJP

   G06F 12/00 20060101ALI20240405BHJP

【ＦＩ】

G06F12/02 530E

G06F12/00 560B

G06F12/00 597U

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2022541912

(86)(22)【出願日】2021-01-08

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-15

(86)【国際出願番号】 US2021012782

(87)【国際公開番号】W WO2021142325

(87)【国際公開日】2021-07-15

【審査請求日】2022-09-05

(31)【優先権主張番号】16/737,662

(32)【優先日】2020-01-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】595168543

【氏名又は名称】マイクロン テクノロジー，インク．

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(72)【発明者】

【氏名】ラットナム サムパス ケー．

(72)【発明者】

【氏名】ムチェラ キショール クマール

(72)【発明者】

【氏名】フィーリー ピーター

(72)【発明者】

【氏名】マルシェ アシュトシュ

【審査官】田名網 忠雄

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１８６５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０４６０３７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０６Ｆ １２／０２

Ｇ０６Ｆ １２／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

メモリサブシステムの１つ以上のデータブロック上でガベージコレクション動作を実施することであって、第１のデータが、第１の書き込みモードを使用して前記１つ以上のデータブロックに蓄積されることと、
前記ガベージコレクション動作と関連付けられたライトアンプリフィケーション値がパフォーマンス条件を満たすか否かを判定することと、
前記ライトアンプリフィケーション値が前記パフォーマンス条件を満たすと判定することに応答して、前記メモリサブシステムのキャッシュ領域のキャッシュデータブロックが耐久性条件を満たすか否かを判定することであって、第２のデータが、第２の書き込みモードを使用して前記キャッシュデータブロックに蓄積されることと、
前記キャッシュデータブロックが前記耐久性条件を満たすと判定することに応答して、処理デバイスによって、前記キャッシュデータブロックに対する書き込みモードを前記第２の書き込みモードから前記第１の書き込みモードに変更することと、
前記ガベージコレクション動作で前記キャッシュデータブロックを使用すること
を含む、方法。

【請求項2】

前記第１の書き込みモードは、前記キャッシュデータブロックのメモリセルあたり第１の数のビットで前記第１のデータを蓄積し、前記第２の書き込みモードは、メモリセルあたり、前記第１の数のビットよりも少ない第２の数のビットで前記第２のデータを蓄積する、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ライトアンプリフィケーション値は、一定量のデータを１つ以上の新たなデータブロックに書き込むために前記ガベージコレクション動作で使用される書き込み動作の数に基づいて特定される、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記耐久性条件は、前記キャッシュデータブロック上で実行されている前記第１の書き込みモードを使用する書き込み動作の閾値数に対応する、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記第１の書き込みモードは、マルチレベルセル（ＭＬＣ）モード、トリプルレベルセル（ＴＬＣ）モード、及びクアッドレベルセル（ＱＬＣ）モードの内の少なくとも１つを含み、前記第２の書き込みモードは、シングルレベルセル（ＳＬＣ）モードを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記キャッシュデータブロックが前記耐久性条件を満たすか否かを判定することは、
前記キャッシュ領域に対する平均耐久性値が前記耐久性条件を満たすか否かを判定することと、
前記キャッシュ領域に対する前記平均耐久性値が前記耐久性条件を満たすと判定することに応答して、前記キャッシュ領域と関連付けられた複数の追加のデータブロックから前記キャッシュデータブロックを選択すること
を更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記平均耐久性値は、前記複数の追加のデータブロックのそれぞれの追加のデータブロック上で実施されている前記第１の書き込みモードを使用する書き込み動作の平均数に対応する、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

メモリコンポーネントと、
前記メモリコンポーネントと関連付けられたキャッシュ領域のキャッシュデータブロックの第２の書き込みモードを起動することであって、前記キャッシュデータブロックは、前記メモリコンポーネントと関連付けられた複数のデータブロック上のガベージコレクション動作で使用され、前記第２の書き込みモードは、前記キャッシュデータブロックのメモリセルあたり第２の数のビットを蓄積することと、
前記ガベージコレクション動作と関連付けられたライトアンプリフィケーション値がパフォーマンス要件を満たしていると判定することと、
前記ライトアンプリフィケーション値が前記パフォーマンス要件を満たしていると判定することに応答して、前記キャッシュデータブロックの書き込みモードを、前記第２の書き込みモードから、前記キャッシュデータブロックのメモリセルあたり、前記第２の数のビットよりも少ない第１の数のビットを蓄積する第１の書き込みモードに変更することによって、後続のデータをキャッシュデータとして前記キャッシュデータブロックに蓄積すること
を行う、前記メモリコンポーネントと動作可能に結合された処理デバイスと
を含む、システム。

【請求項9】

前記第１の書き込みモードは、シングルレベルセル（ＳＬＣ）モードを含み、前記第２の書き込みモードは、マルチレベルセル（ＭＬＣ）モード、トリプルレベルセル（ＴＬＣ）モード、及びクアッドレベルセル（ＱＬＣ）モードの内の少なくとも１つを含む、請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

前記ライトアンプリフィケーション値は、１つ以上の新たなデータブロックに一定量のデータを書き込むために前記ガベージコレクション動作で使用される書き込み動作の数に基づいて特定される、請求項８に記載のシステム。

【請求項11】

前記ライトアンプリフィケーション値が前記パフォーマンス要件を満たしていると判定するために、前記処理デバイスは、
前記一定量のデータを書き込むために前記ガベージコレクション動作で使用される書き込み動作の前記数が、高い閾値を下回ると判定すること
を更に行う、請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

メモリサブシステムの１つ以上のデータブロック上でガベージコレクション動作を実施することであって、第１のデータが、第１の書き込みモードを使用して前記１つ以上のデータブロックに蓄積されることと、
前記ガベージコレクション動作と関連付けられたライトアンプリフィケーション値がパフォーマンス条件を満たすか否かを判定することと、
前記ライトアンプリフィケーション値が前記パフォーマンス条件を満たすと判定することに応答して、前記メモリサブシステムのキャッシュ領域のキャッシュデータブロックが耐久性条件を満たすか否かを判定することであって、第２のデータが、第２の書き込みモードを使用して前記キャッシュデータブロックに蓄積されることと、
前記キャッシュデータブロックが前記耐久性条件を満たすと判定することに応答して、前記キャッシュデータブロックに対する書き込みモードを前記第２の書き込みモードから前記第１の書き込みモードに変更することと、
前記ガベージコレクション動作で前記キャッシュデータブロックを使用すること
を含む動作を、プロセッサデバイスにより実行される場合に、前記プロセッサデバイスに実施させる命令を含む、非一時的コンピュータ可読媒体。

【請求項13】

前記第１の書き込みモードは、前記キャッシュデータブロックのメモリセルあたり第１の数のビットで前記第１のデータを蓄積し、前記第２の書き込みモードは、メモリセルあたり、前記第１の数のビットよりも少ない第２の数のビットで前記第２のデータを蓄積する、請求項１２に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

【請求項14】

前記ライトアンプリフィケーション値は、１つ以上の新たなデータブロックに一定量のデータを書き込むために前記ガベージコレクション動作で使用される書き込み動作の数に基づいて特定される、請求項１２に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

【請求項15】

前記耐久性条件は、前記キャッシュデータブロック上で実施されている前記第１の書き込みモードを使用する書き込み動作の閾値数に対応する、請求項１２に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

【請求項16】

前記第１の書き込みモードは、マルチレベルセル（ＭＬＣ）モード、トリプルレベルセル（ＴＬＣ）モード、及びクアッドレベルセル（ＱＬＣ）モードの内の少なくとも１つを含み、前記第２の書き込みモードは、シングルレベルセル（ＳＬＣ）モードを含む、請求項１２に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

【請求項17】

前記キャッシュデータブロックが前記耐久性条件を満たすか否かを判定するために、前記動作は、
前記キャッシュ領域に対する平均耐久性値が前記耐久性条件を満たすか否かを判定することと、
前記キャッシュ領域に対する前記平均耐久性値が前記耐久性条件を満たすと判定することに応答して、前記キャッシュ領域と関連付けられた複数の追加のデータブロックから前記キャッシュデータブロックを選択すること
を更に含む、請求項１２に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

【請求項18】

前記平均耐久性値は、前記複数の追加のデータブロックのそれぞれの追加のデータブロック上で実施されている前記第１の書き込みモードを使用する書き込み動作の平均数に対応する、請求項１７に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般的に、メモリサブシステムに関し、より具体的には、メモリサブシステムに対するキャッシュ内のデータブロックの書き込みモードを変更することに基づいてメディア管理動作を実施することに関する。

【背景技術】

【0002】

メモリサブシステムは、データを蓄積する１つ以上のメモリデバイスを含み得る。メモリデバイスは、例えば、不揮発性メモリデバイス及び揮発性メモリデバイスであり得る。一般的に、ホストシステムは、メモリサブシステムにデータを蓄積するため、及びメモリデバイスからデータを取得ためにメモリサブシステムを利用し得る。

【0003】

本開示は、以下に与えられる詳細な説明から、及び開示の様々な実装の添付の図面からより完全に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0004】

【図1】開示の幾つかの実施形態に従ったメモリサブシステムを含む例示的なコンピューティングシステムを説明する。

【図2】メモリサブシステムに対するキャッシュ内のデータブロックの書き込みモードを変更することに基づいてガベージコレクション動作を実施するための例示的な方法のフロー図である。

【図3】Ａ～Ｂは、本開示の幾つかの実施形態に従ったキャッシュ内のデータブロックの書き込みモードを変更することに基づいてガベージコレクション動作を実施している間のメモリサブシステムのデータ構成の例を説明する。

【図4】メモリサブシステムに対する書き込みモードを変更することに基づいてガベージコレクション動作を実行した後にキャッシュデータブロックの書き込みモードを復元するための例示的な方法のフロー図である。

【図5】開示の実装が動作し得る例示的なコンピュータシステムのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0005】

本開示の態様は、メモリサブシステムに対するキャッシュ内のデータブロックの書き込みモードを変更することに基づいてメディア管理動作を実施することに向けられている。メモリサブシステムは、ストレージデバイス、メモリモジュール、又はストレージデバイスとメモリモジュールとのハイブリッドであり得る。ストレージデバイス及びメモリモジュールの例は、図１に関連して以下に説明される。一般的に、ホストシステムは、データを蓄積するメモリデバイス等の１つ以上のコンポーネントを含むメモリサブシステムを利用し得る。ホストシステムは、メモリサブシステムに蓄積されるデータを提供し得、メモリサブシステムから取得されるデータをリクエストし得る。

【0006】

メモリデバイスは不揮発性メモリデバイスであり得る。不揮発性メモリデバイスは、１つ以上のダイのパッケージである。各ダイは、１つ以上のプレーンで構成し得る。幾つかのタイプの不揮発性メモリデバイス（例えば、ネガティブａｎｄ（ＮＡＮＤ）デバイス）では、各プレーンは、物理ブロックのセットで構成される。各ブロックはページのセットで構成される。各ページは、データのビットを蓄積するメモリセルのセットで構成される。ＮＡＮＤデバイス等の幾つかのメモリデバイスでは、ブロックは消去され得る最小の領域であり、ブロック内のページは個々に消去できない。こうしたデバイスでは、消去動作は一度に１ブロックずつ実施される。

【0007】

ブロックのページは、有効なデータ、無効なデータ、又はデータなしを含み得る。無効なデータは、新たなバージョンのデータがメモリデバイス上に蓄積されるために古くなったとマーキングされたデータである。無効なデータは、以前に書き込まれたが、物理から論理（Ｐ２Ｌ）へのマッピングテーブルにおいてホストシステムにより参照される論理アドレス等、有効な論理アドレスともはや関連付けられなくなったデータを含む。有効なデータは、メモリデバイス上に蓄積されている最新のバージョンのそうしたデータである。メモリサブシステムは、例えば、オペレーティングシステムから受信した情報に基づいて、データを無効としてマーキングし得る。データを含まないページは、以前に消去され、まだ書き込まれていないページを含む。

【0008】

メモリサブシステムコントローラは、ウェアレベリング、リフレッシュ、ガベージコレクション、スクラブ等のメディア管理アルゴリズムに対する動作を実施し得る。ブロックは、有効なデータを含む幾つかのページと無効なデータを含む幾つかのページを有し得る。ブロックを消去して再利用するためにブロック内の全てのページが無効なデータを有するのを待機することを回避するために、“ガベージコレクション”と以下で称するアルゴリズムが、後続の書き込み動作のためにブロックを消去して空きブロックとして解放するために呼び出され得る。ガベージコレクションは、例えば、有効なデータと無効なデータとを含むブロックを選択すること、有効なデータを含むブロック内のページを選択すること、新たな位置（例えば、別のブロックの空きページ）に有効なデータをコピーすること、以前に選択されたページ内のデータを無効としてマーキングすること、及び選択されたブロックを消去することを含むメディア管理動作のセットである。

【0009】

以下、“ガベージコレクション”は、ブロックを選択し、選択されたブロックから別のブロックに有効なデータを再書き込みし、選択されたブロックに蓄積された全ての無効なデータ及び有効なデータを消去することを指す。選択された複数のブロックからの有効なデータは、少数の他のブロックにコピーにされ得、選択されたブロックはその後消去され得る。その結果、消去されたブロックの数は、ホストシステムからの後続のデータを蓄積するためにより多くのブロックが利用可能であるように増加し得る。

【0010】

メモリサブシステムは、データを蓄積するためのホストアプリケーションへの空きデータブロックの継続的な供給を維持又は生成するために、ガベージコレクション動作を実装し得る。ガベージコレクションは、有効なデータをあるデータブロックから別のデータブロックにコピーするための動作である。ソースデータブロック（例えば、そこから有効なデータがコピーされるデータブロック）はその後消去され得、後続のホスト書き込みのための空きブロックとして解放され得る。ガベージコレクション動作中におけるデータブロック内の有効なデータのこの追加の再書き込みは、ライトアンプリフィケーションをもたらす。ライトアンプリフィケーションは、動作寿命を縮め得、メモリサブシステムのパフォーマンスに影響を与え得る。メモリサブシステムは、ユーザー空間として公開されるメモリデバイスの論理サイズを超える幾らかの量の追加のブロックを含み得る。この追加の空間は、通常、オーバープロビジョニング又はＯＰと称される。ガベージコレクション動作の効率は、しばしば、メモリサブシステムに対するＯＰの関数であり得る。ガベージコレクション中に、ＯＰからの追加の空間は、ライトアンプリフィケーションを減らすのに役立つ。より多くの量のＯＰは、データブロックを解放するするためにガベージコレクションがメモリサブシステム内の有効なデータを再書き込みする回数を減らすことによって、ライトアンプリフィケーションを減らし得る。例えば、１２８ギガバイト（Ｇｂ）のユーザー空間のサイズを公開するメモリデバイスでは、物理サイズが１４０Ｇｂである場合、ＯＰは１２Ｇｂである。ＯＰ空間が小さいほど、不要なデータのデータブロックをクリアする場合にライトアンプリフィケーションの影響を減らすためにガベージコレクション中に使用され得る追加の空間が少なくなるので、こうした実例では、ガベージコレクション動作は、同じユーザー空間のサイズを有するが、より大きなＯＰサイズを有するデバイスよりも効率が低下し得る。

【0011】

メモリデバイスは、シングルレベルセル（ＳＬＣ）メモリ、マルチレベルセル（ＭＬＣ）メモリ、トリプルレベルセル（ＴＬＣ）メモリ、又はクアッドレベルセル（ＱＬＣ）メモリ等のメモリセルの１つ以上のアレイを含み得る。各タイプは、異なるデータ密度を有し得、これは、メモリデバイスのメモリセルごとに蓄積され得るデータの量（例えば、データのビット）に対応する。フラッシュベースのメモリの例を使用すると、トリプルレベルセル（ＴＬＣ）は３ビットのデータを蓄積し得る一方、シングルレベルセル（ＳＬＣ）は１ビットのデータを蓄積し得る。したがって、ＴＬＣメモリセルを含むメモリデバイスは、ＳＬＣメモリセルを含むメモリデバイスよりも高いデータ密度を有するであろう。また、各タイプのメモリセルは、データを蓄積するための異なる耐久性を有し得る。メモリデバイスの耐久性は、データがメモリセルにもはや確実に蓄積されなくなり得る前に、メモリデバイスのメモリセル上で実施される書き込み動作の数又はプログラミング／消去動作の数である。例えば、より低いデータ密度を有するＳＬＣメモリセルは、より高いデータ密度を有するＴＬＣメモリセルよりも高い耐久性閾値を有し得る。幾つかの実例では、ＳＬＣメモリセルは、ＴＬＣメモリセルの３～４０倍の範囲の耐久性閾値を有し得る。したがって、ＳＬＣメモリセルは、より少ない合計データを蓄積し得るが、より長い期間使用され得る一方、ＴＬＣメモリセルは、より多くの合計データを蓄積し得るが、より短い期間使用され得る。

【0012】

従来のメモリサブシステムは、ＯＰ空間の一部分が他の目的のためにリザーブされ得るようにメモリデバイスを更に構成し得る。例えば、ＯＰの幾らかの部分は、ファームウェア関連の情報を蓄積するためにリザーブされ得る。同様に、ＯＰ空間の一部分は、Ｉ／Ｏ動作に対する改善されたパフォーマンスを提供するために、静的キャッシュとしてプロビジョニングされ得る。リザーブ領域が割り当てられた後のＯＰの残部は、通常、オペレーティングＯＰと称される。したがって、キャッシュ領域のサイズを増加させることは、オペレーティングＯＰを減少させ得る。静的キャッシュ領域のためにリザーブされたブロックは、ユーザーデータをメモリデバイスに書き込むためにより高い耐久性閾値を提供するために、低いデータ密度のメモリセルで構成され得る。例えば、ＱＬＣとして構成可能なブロックは、ＳＬＣ、ＭＬＣ、又はＴＬＣ等のより低いデータ密度のメモリセルで構成され得る。同様に、ＴＬＣとして構成可能なブロックは、ＳＬＣ又はＭＬＣ等のより低いデータ密度のメモリセルで構成され得る。一旦構成されると、静的キャッシュに対してリザーブされたブロックは、通常、デバイスの寿命中にこのように構成され、より高いデータ密度を有するメモリセルとして後で再構成されない。

【0013】

このように構成された従来のメモリサブシステムは、より低いデータ密度に起因してより高い耐久性を有するメモリセルでキャッシュを割り当てることに起因して、ホストＩ／Ｏ動作に長期的なパフォーマンス上の利点を提供し得る。これらの構成は、しかしながら、ガベージコレクション動作中に利用可能なオペレーティングＯＰが減少することに起因して、ライトインテンシブワークロードに対してより低いランダム書き込みパフォーマンスを有し得る。ライトインテンシブワークロードのこうした期間中に、メモリデバイスのユーザー空間全体とオペレーティングＯＰがいっぱいになり得、このことは、空きブロックバランスを維持するためのガベージコレクションをトリガーすることをもたらし得る。この状態は通常、“定常状態”条件と称され、ガベージコレクションがフォアグラウンドで、又はホストデータの書き込みと同時に発生する。従来のメモリサブシステムは、ガベージコレクション動作のための静的キャッシュ領域へのアクセスを提供しない。その結果、減少したオペレーティングＯＰは、ライトアンプリフィケーションのレベルが大幅に増加し、定常状態条件下でのライトインテンシブワークロードに対するランダム書き込みパフォーマンスの低下をもたらす。

【0014】

本開示の態様は、メモリサブシステムに対するキャッシュ内のデータブロックの書き込みモードを変更することに基づいてガベージコレクション動作を実施することによって、上記及びその他の欠陥に対処する。キャッシュマネージャーは、ワークロードアクティビティ（例えば、観測されたライトアンプリフィケーション）を監視し得、定常状態条件期間中は、定常状態条件が治まるまで静的キャッシュ領域がオペレーティングＯＰを補足することを可能にし得る。例えば、ガベージコレクション動作が実行されている定常状態条件中、メモリデバイスに対する現在のワークロード条件は、ライトアンプリフィケーションの観点から評価され得る。定常状態のワークロード中に、測定されたライトアンプリフィケーションが閾値パフォーマンス条件を満たすのに十分なレベルまで上昇した場合、キャッシュマネージャーは、オペレーティングＯＰを補足するために静的キャッシュ領域を使用するか否かを判定し得る。また、幾つかの実装では、キャッシュマネージャーは、オペレーティングＯＰを補足するために静的キャッシュ領域を使用するか否かを判定するために、状態キャッシュ内のデータブロックの耐久性を評価し得る。そうした実例では、より高いデータ密度モードからより低いデータ密度モードへのセル劣化の比率の関数である静的キャッシュの耐久性閾値が使用され得る。幾つかの実装では、キャッシュマネージャーは、キャッシュ領域内のデータブロックの書き込みモードをＳＬＣから、より高いデータ密度を提供するモード（例えば、ＭＬＣ、ＴＬＣ、ＱＬＣ等）に一時的に変更し得、キャッシュ領域を定常状態条件中にガベージコレクション動作に利用可能なキャッシュ領域を作り得る。定常状態条件が落ち着いた場合（例えば、ライトアンプリフィケーションが低下した場合）、及び／又は静的キャッシュ領域内のデータブロックが耐久性条件を満たさない場合、キャッシュマネージャーは、キャッシュ領域の書き込みモードをＳＬＣに戻し得、ガベージコレクション動作が通常のワークロード下でキャッシュ領域を利用することを妨げる制約に回復し得る。

【0015】

本開示の利点は、書き込みパフォーマンスの向上、並びにライトインテンシブワークロードの期間中のフォアグラウンドガベージコレクションの効率の向上を含むが、これらに限定されない。キャッシュ内のデータブロックの書き込みモードをより高いデータ密度を有するモードに切り替えることは、ライトインテンシブワークロード期間中のガベージコレクションに対するＯＰの増加を提供し得、それらの期間中のライトアンプリフィケーションを低減し得る。また、静的キャッシュをガベージコレクションでインテリジェントに使用可能にするためにワークロードの下でライトアンプリフィケーションを監視することによって、パフォーマンスが最も低下するそれらの期間にモード切り替えを制約することにより、キャッシュ領域のブロックに対するいずれの追加の耐久性の影響も最小限にし得る。更に、オペレーティングＯＰを補足するためにキャッシュ領域を利用することによって、キャッシュに対して意図的に割り当てられるブロックの数はメモリサブシステムの寿命中に増加し得る。したがって、キャッシュサイズを大きくすることの利点は、メモリサブシステムの早期の寿命中のライトインテンシブワークロードに対するより大きなオペレーティングＯＰの利点を達成しながら、メモリサブシステムの寿命全体に渡って実現され得る（例えば、通常のワークロード条件中の書き込みパフォーマンスを向上させ得る）。

【0016】

図１は、本開示の幾つかの実施形態に従ったメモリサブシステム１１０を含む例示的なコンピューティングシステム１００を説明する。メモリサブシステム１１０は、１つ以上の揮発性メモリデバイス（例えば、メモリデバイス１４０）、１つ以上の不揮発性メモリデバイス（例えば、メモリデバイス１３０）、又はそれらの組み合わせ等の媒体を含み得る。

【0017】

メモリサブシステム１１０は、ストレージデバイス、メモリモジュール、又はストレージデバイスとメモリモジュールとのハイブリッドであり得る。ストレージデバイスの例は、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、フラッシュドライブ、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）フラッシュドライブ、組み込みマルチメディアコントローラ（ｅＭＭＣ）ドライブ、ユニバーサルフラッシュストレージ（ＵＦＳ）ドライブ、セキュアデジタル（ＳＤ）カード、及びハードディスクドライブ（ＨＤＤ）を含む。メモリモジュールの例は、デュアルインラインメモリモジュール（ＤＩＭＭ）、スモールアウトラインＤＩＭＭ（ＳＯ－ＤＩＭＭ）、及び様々なタイプの不揮発性デュアルインラインメモリモジュール（ＮＶＤＩＭＭ）を含む。

【0018】

コンピューティングシステム１００は、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ネットワークサーバ、モバイルデバイス、車両（例えば、航空機、ドローン、列車、自動車、若しくはその他の輸送手段）、モノのインターネット（ＩｏＴ）対応デバイス、組み込みコンピュータ（例えば、車両、産業用機器、若しくはネットワーク化された商用デバイス内に含まれるもの）等のコンピューティングデバイス、又はメモリ及び処理デバイスを含むそうしたコンピューティングデバイスであり得る。

【0019】

コンピューティングシステム１００は、１つ以上のメモリサブシステム１１０に結合されたホストシステム１２０を含み得る。幾つかの実施形態では、ホストシステム１２０は、異なるタイプのメモリサブシステム１１０に結合される。図１は、１つのメモリサブシステム１１０に結合されたホストシステム１２０の一例を説明する。本明細書で使用するとき、“に結合される”又は“と結合される”は、一般的に、電気的、光学的、及び磁気的等の接続を含む有線又は無線の間接的通信接続又は（例えば、介在するコンポーネント若しくはデバイスのない）直接的通信接続であり得るコンポーネント間の接続を指す。

【0020】

ホストシステム１２０は、プロセッサチップセットと、プロセッサチップセットにより実行されるソフトウェアスタックとを含み得る。プロセッサチップセットは、１つ以上のコア、１つ以上のキャッシュ、メモリコントローラ（例えば、ＮＶＤＩＭＭコントローラ）、及びストレージプロトコルコントローラ（例えば、ＰＣＩｅコントローラ、ＳＡＴＡコントローラ）を含み得る。ホストシステム１２０は、例えば、メモリサブシステム１１０にデータを書き込み、メモリサブシステム１１０からデータを読み出すために、メモリサブシステム１１０を使用する。

【0021】

ホストシステム１２０は、物理ホストインターフェースを介してメモリサブシステム１１０に結合され得る。物理ホストインターフェースの例は、シリアルアドバンスドテクノロジーアタッチメント（ＳＡＴＡ）インターフェース、ペリフェラルコンポーネントインターコネクトエクスプレス（ＰＣＩｅ）インターフェース、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）インターフェース、ファイバーチャネル、シリアルアタッチドＳＣＳＩ（ＳＡＳ）、スモールコンピュータシステムインターフェース（ＳＣＳＩ）、ダブルデータレート（ＤＤＲ）メモリバス、デュアルインラインメモリモジュール（ＤＩＭＭ）インターフェース（例えば、ダブルデータレート（ＤＤＲ）をサポートするＤＩＭＭソケットインターフェース）、オープンＮＡＮＤフラッシュインターフェース（ＯＮＦＩ）、ダブルデータレート（ＤＤＲ）、低電力ダブルデータレート（ＬＰＤＤＲ）、又はその他の任意のインターフェースを含むが、これらに限定されない。物理ホストインターフェースは、ホストシステム１２０とメモリサブシステム１１０との間でデータを送信するために使用され得る。ホストシステム１２０は、メモリサブシステム１１０がＰＣＩｅインターフェースによりホストシステム１２０と結合された場合にコンポーネント（例えば、メモリデバイス１３０）にアクセスするために、ＮＶＭ Ｅｘｐｒｅｓｓ（ＮＶＭｅ）インターフェースを更に利用し得る。物理ホストインターフェースは、メモリサブシステム１１０とホストシステム１２０との間で制御、アドレス、データ、及びその他の信号を渡すためのインターフェースを提供し得る。図１は、例としてメモリサブシステム１１０を説明している。一般的に、ホストシステム１２０は、同じ通信接続、複数の別個の通信接続、及び／又は通信接続の組み合わせを介して複数のメモリサブシステムにアクセスし得る。

【0022】

メモリデバイス１３０、１４０は、異なるタイプの不揮発性メモリデバイス及び／又は揮発性メモリデバイスの任意の組み合わせを含み得る。揮発性メモリデバイス（例えば、メモリデバイス１４０）は、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）及び同期型ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＳＤＲＡＭ）等のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）であり得るが、これらに限定されない。

【0023】

不揮発性メモリデバイス（例えば、メモリデバイス１３０）の幾つかの例は、不揮発性メモリセルのクロスポイントアレイである３次元クロスポイント（“３Ｄクロスポイント”）等のネガティブａｎｄ（ＮＡＮＤ）タイプのフラッシュメモリ及びライトインプレースメモリを含む。不揮発性メモリのクロスポイントアレイは、積み重ね可能なクロスグリッドデータアクセスアレイと組み合わせて、バルク抵抗の変化に基づいてビットストレージを実施し得る。また、多くのフラッシュベースのメモリとは対照的に、クロスポイント不揮発性メモリは、不揮発性メモリセルを事前に消去せずに不揮発性メモリセルがプログラミングされ得るライトインプレース動作を実施し得る。ＮＡＮＤタイプのフラッシュメモリは、例えば、２次元ＮＡＮＤ（２Ｄ ＮＡＮＤ）及び３次元ＮＡＮＤ（３Ｄ ＮＡＮＤ）を含む。

【0024】

メモリデバイス１３０の各々は、メモリセルの１つ以上のアレイを含み得る。一タイプのメモリセル、例えば、シングルレベルセル（ＳＬＣ）は、セルごとに１ビットを蓄積し得る。マルチレベルセル（ＭＬＣ）、トリプルレベルセル（ＴＬＣ）、及びクアッドレベルセル（ＱＬＣ）等の他のタイプのメモリセルは、セルごとに複数のビットを蓄積し得る。幾つかの実施形態では、メモリデバイス１３０の各々は、ＳＬＣ、ＭＬＣ、ＴＬＣ、ＱＬＣ、又はそれらの任意の組み合わせ等のメモリセルの１つ以上のアレイを含み得る。幾つかの実施形態では、特定のメモリデバイスは、メモリセルのＳＬＣ部分、及びＭＬＣ部分、ＴＬＣ部分、又はＱＬＣ部分を含み得る。メモリデバイス１３０のメモリセルは、データを蓄積するために使用されるメモリデバイスの論理ユニットを指し得るページとしてグループ化され得る。幾つかのタイプのメモリ（例えば、ＮＡＮＤ）では、ページは、ブロックを形成するようにグループ化され得る。

【0025】

ＮＡＮＤタイプのメモリ（例えば、２Ｄ ＮＡＮＤ、３Ｄ ＮＡＮＤ）及び不揮発性メモリセルの３Ｄクロスポイントアレイ等の不揮発性メモリデバイスが説明されているが、メモリデバイス１３０は、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、相変化メモリ（ＰＣＭ）、自己選択メモリ、その他のカルコゲナイドベースのメモリ、強誘電体トランジスタランダムアクセスメモリ（ＦｅＴＲＡＭ）、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）、スピン転送トルク（ＳＴＴ）－ＭＲＡＭ、導電性ブリッジＲＡＭ（ＣＢＲＡＭ）、抵抗変化型ランダムアクセスメモリ（ＲＲＡＭ）、酸化物ベースＲＲＡＭ（ＯｘＲＡＭ）、ネガティブｏｒ（ＮＯＲ）フラッシュメモリ、及び電気的消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）等の任意のその他のタイプの不揮発性メモリに基づき得る。

【0026】

メモリサブシステムコントローラ１１５（又は簡単にするためにコントローラ１１５）は、メモリデバイス１３０でのデータの読み出し、データの書き込み、又はデータの消去等の動作及び（例えば、コントローラ１１６によりコマンドバス上でスケジュールリングされたコマンドに応答した）その他のそうした動作を実施するために、メモリデバイス１３０と通信し得る。メモリサブシステムコントローラ１１５は、１つ以上の集積回路及び／若しくはディスクリートコンポーネント、バッファメモリ、又はそれらの組み合わせ等のハードウェアを含み得る。ハードウェアは、本明細書に説明する動作を実施するための専用の（すなわち、ハードコードされた）ロジックを備えたデジタル回路を含み得る。メモリサブシステムコントローラ１１５は、マイクロコントローラ、特殊目的ロジック回路（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等）、又はその他の適切なプロセッサであり得る。

【0027】

メモリサブシステムコントローラ１１５は、ローカルメモリ１１９内に蓄積された命令を実行するように構成された処理デバイス１１７（プロセッサ）を含み得る。説明する例では、メモリサブシステムコントローラ１１５のローカルメモリ１１９は、メモリサブシステム１１０とホストシステム１２０との間の通信の処理を含む、メモリサブシステム１１０の動作を制御する様々なプロセス、動作、論理フロー、及びルーチンを実施するための命令を蓄積するように構成された組み込みメモリを含む。

【0028】

幾つかの実施形態では、ローカルメモリ１１９は、メモリポインタ、フェッチされたデータ等を蓄積するメモリレジスタを含み得る。ローカルメモリ１１９は、マイクロコードを蓄積するためのリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）をも含み得る。図１の例示的なメモリサブシステム１１０は、メモリサブシステムコントローラ１１５を含むものとして説明されているが、本開示の別の実施形態では、メモリサブシステム１１０は、メモリサブシステムコントローラ１１５を含まず、代わりに、（例えば、外部ホストによって、又はメモリサブシステムとは別のプロセッサ若しくはコントローラによって提供される）外部制御に依存し得る。

【0029】

一般的に、メモリサブシステムコントローラ１１５は、ホストシステム１２０からコマンド又は動作を受信し得、コマンド又は動作を、メモリデバイス１３０及び／又はメモリデバイス１４０への所望のアクセスを達成するための命令又は適切なコマンドに変換し得る。メモリサブシステムコントローラ１１５は、ウェアレベリング動作、ガベージコレクション動作、誤り検出及び誤り訂正コード（ＥＣＣ）動作、暗号化動作、キャッシング動作、及びメモリデバイス１３０と関連付けられた論理アドレス（例えば、論理ブロックアドレス（ＬＢＡ）、名前空間）と物理アドレス（例えば、物理ブロックアドレス）との間のアドレス変換等のその他の動作を担当し得る。メモリサブシステムコントローラ１１５は、物理ホストインターフェースを介してホストシステム１２０と通信するためのホストインターフェース回路を更に含み得る。ホストインターフェース回路は、ホストシステムから受信したコマンドを、メモリデバイス１３０及び／又はメモリデバイス１４０にアクセスするためのコマンド命令に変換し得ると共に、メモリデバイス１３０及び／又はメモリデバイス１４０と関連付けられた応答を、ホストシステム１２０に対する情報に変換し得る。

【0030】

幾つかの実装では、メモリサブシステム１１０は、ストライピングスキームを使用し得、それに従えば、ペイロードがダイのサブセットを通じて分散される一方、残りの１つ以上のダイが誤り訂正情報（パリティビット等）を蓄積するために使用されるように、あらゆるデータペイロード（例えば、ユーザデータ）は、メモリデバイス１３０（例えば、ＮＡＮＤタイプのフラッシュメモリデバイス）の複数のダイを利用する。したがって、ストライピングスキームを使用してメモリデバイスのダイのセットに渡って分散されたブロックのセットは、本明細書では“スーパーブロック”と称される。

【0031】

メモリサブシステム１１０はまた、説明されていない追加の回路又はコンポーネントを含み得る。幾つかの実施形態では、メモリサブシステム１１０は、キャッシュ又はバッファ（例えば、ＤＲＡＭ）と、メモリサブシステムコントローラ１１５からアドレスを受信し得、メモリデバイス１３０にアクセスするためにアドレスをデコードし得るアドレス回路（例えば、行デコーダ及び列デコーダ）とを含み得る。

【0032】

幾つかの実施形態では、メモリデバイス１３０は、メモリデバイス１３０の１つ以上のメモリセル上で動作を実行するためにメモリサブシステムコントローラ１１５と連動して動作するローカルメディアコントローラ１３５を含む。外部コントローラ（例えば、メモリサブシステムコントローラ１１５）は、メモリデバイス１３０を外部で管理し得る（例えば、メモリデバイス１３０上でメディア管理動作を実施し得る）。幾つかの実施形態では、メモリデバイス１３０はマネージドメモリデバイスであり、これは、同じメモリデバイスパッケージ内のメディア管理のためにローカルコントローラ（例えば、ローカルコントローラ１３５）と組み合わされたローメモリデバイスである。マネージドメモリデバイスの例は、マネージドＮＡＮＤ（ＭＮＡＮＤ）デバイスである。

【0033】

メモリサブシステム１１０は、メモリデバイス１３０に蓄積されたデータブロックに対するキャッシュ内のデータブロックの書き込みモードを変更することに基づいてメディア管理動作、例えば、ガベージコレクション動作を実施するために使用され得るキャッシュマネージャーコンポーネント１１３を含む。幾つかの実施形態では、コントローラ１１５は、キャッシュマネージャーコンポーネント１１３の少なくとも一部分を含む。例えば、コントローラ１１５は、本明細書に説明する動作を実施するためのローカルメモリ１１９内に蓄積された命令を実行するように構成されたプロセッサ１１７（処理デバイス）を含み得る。幾つかの実施形態では、キャッシュマネージャーコンポーネント１１３は、ホストシステム１２０、アプリケーション、又はオペレーティングシステムの一部である。

【0034】

キャッシュマネージャーコンポーネント１１３は、メモリサブシステム１１０のワークロード条件（例えば、観測されたライトアンプリフィケーション）を監視し得、ガベージコレクション動作のパフォーマンスがパフォーマンス条件を満たす場合（例えば、メモリサブシステム１１０が定常状態条件下で動作していることを、観測されたライトアンプリフィケーションが指し示す場合）、キャッシュマネージャーコンポーネント１１３は、メモリデバイス１３０のキャッシュ領域内のブロックが耐久性条件を満たすか否かを判定し得る。両方の条件が満たされる場合、キャッシュマネージャーコンポーネント１１３は、キャッシュ領域内のデータブロックに対する書き込みモードを、低データ密度モード（例えば、ＳＬＣ）からより高いデータ密度（例えば、ＭＬＣ、ＴＬＣ、ＱＬＣ等。以下、ＸＬＣと総称する）を有する書き込みモードに変更し得、該データブロックをガベージコレクション動作で使用し得る。また、定常状態のパフォーマンス条件がもはや存在しないことをワークロード条件が一旦指し示すと、キャッシュマネージャーコンポーネント１１３は、キャッシュ領域内の後続のデータブロックに対する書き込みモードを、それらの元のデータ密度に戻し得る（例えば、ＳＬＣに戻し得る）。キャッシュマネージャーコンポーネント１１３の動作に関する更なる詳細は、以下に説明される。

【0035】

図２は、メモリサブシステムに対するキャッシュ内のデータブロックの書き込みモードを変更することに基づいてガベージコレクション動作を実施するための例示的な方法２００のフロー図である。方法２００は、ハードウェア（例えば、処理デバイス、回路、専用ロジック、プログラミング可能ロジック、マイクロコード、デバイスのハードウェア、集積回路等）、ソフトウェア（例えば、処理デバイス上で実行する又は実行される命令）、又はそれらの組み合わせを含み得る処理ロジックによって実施され得る。幾つかの実施形態では、方法２００は、図１のキャッシュマネージャーコンポーネント１１３によって実施される。特定のシーケンス又は順序で示されているが、特に明記しない限り、プロセスの順序は修正され得る。したがって、説明する実施形態は例としてのみ理解すべきであり、説明するプロセスは異なる順序で実施され得、幾つかのプロセスは並行して実施され得る。また、様々な実施形態では、１つ以上のプロセスが省略され得る。したがって、あらゆる実施形態において全てのプロセスが必要とされるわけではない。その他のプロセスフローも可能である。

【0036】

図２に示すように、動作２０５において、処理ロジックは、メモリサブシステムの１つ以上のデータブロック上でガベージコレクション動作を実施する。データは、データブロックのメモリセルごとに特定の数のビットを使用してデータを蓄積する書き込みモードを使用して、メモリサブシステムの１つ以上のブロックに蓄積され得る。幾つかの実装では、データは、メモリサブシステムのキャッシュ領域内に蓄積されるブロックよりも高いデータ密度を有する書き込みモードを使用して蓄積され得る。説明する一例では、データは、ＱＬＣメモリセルで構成されたブロックに蓄積され得る一方、キャッシュ領域内に蓄積されるブロックは、（各々がＱＬＣメモリセルよりも低いデータ密度を有するので）ＳＬＣ、ＭＬＣ、又はＴＬＣメモリセルで構成され得る。説明する別の例では、データは、ＴＬＣメモリセルで構成されたブロックに蓄積され得る一方、キャッシュ領域内に蓄積されるブロックは、（各々がＴＬＣメモリセルよりも低いデータ密度を有するので）ＳＬＣ又はＭＬＣメモリセルで構成され得る。

【0037】

動作２１０において、処理ロジックは、ガベージコレクション動作がパフォーマンス条件を満たすか否かを判定する。幾つかの実施形態では、パフォーマンス条件は、一定量のデータを１つ以上の新たなデータブロックに書き込むためにガベージコレクション動作で使用される書き込み動作の数（例えば、ガベージコレクション中に観測されるライトアンプリフィケーション）に基づき得る。言い換えれば、パフォーマンス条件は、有効なデータをあるブロックから別のブロックにコピーするためにガベージコレクション中に発生した追加の書き込みの数に基づき得る。処理ロジックは、観測されたライトアンプリフィケーションに基づいて定常状態条件が存在するか否かを判定するために、メモリサブシステムのワークロード条件を監視し得る。上記のように、メモリサブシステムは、不要なデータのデータブロックをクリアするために新たなホストデータを書き込むことと並行してガベージコレクション動作が必要になった場合に、データ書き込み量が多い期間に定常状態にあり得る。例えば、ガベージコレクション動作時に観測されたライトアンプリフィケーションの測定値が閾値を満たす場合、パフォーマンス条件が満たされ得る。動作２１０において、パフォーマンス条件が満たされていると処理ロジックが判定した場合、処理は動作２１５に続く。そうでない場合、処理は動作２３０に進む。

【0038】

動作２１５において、処理ロジックは、メモリサブシステムのキャッシュ領域のデータブロックが耐久性条件を満たすか否かを判定する。上記のように、幾つかの実装では、ガベージコレクション動作によりアクセスされるデータブロックのデータ密度よりも低いデータ密度を有する第２の書き込みモードを使用して、キャッシュ領域のデータブロックにデータが蓄積され得る。言い換えれば、第２の書き込みモードは、動作２０５において指定された第１の書き込みモード書き込みを使用して書き込まれたブロックに対するビットの数よりも少ないデータブロックのメモリセルあたりのビットの数を使用してデータを蓄積し得る。例えば、第１の書き込みモードがＱＬＣである場合、第２の書き込みモードは、各々がＱＬＣよりも低いデータ密度を有するのでＳＬＣ、ＭＬＣ、又はＴＬＣであり得る。動作２１５において、処理ロジックは、メモリサブシステムのキャッシュ領域に割り当てられたデータブロックが、より高いデータ密度の書き込みモードの内の１つと関連付けられた閾値を満たす耐久性値を有するか否かを判定し得る。例えば、キャッシュデータブロックの耐久性をＴＬＣメモリセルに対する高い閾値耐久性値と処理ロジックが比較し得る場合である。キャッシュデータブロックの観測された耐久性がＴＬＣ耐久性閾値よりも小さい場合、処理ロジックは、キャッシュデータブロックが耐久性条件を満たし、ＴＬＣモードで使用され得ると判定し得る。データブロックが耐久性条件を満たすと処理ロジックが判定した場合、処理は動作２２０に続く。それ以外の場合、処理は動作２３０に進む。

【0039】

動作２２０において、処理ロジックは、キャッシュ領域のデータブロックに対する書き込みモードを第２の書き込みモードから第１の書き込みモードに変更する。例えば、動作２１５において、キャッシュ領域のデータブロックが、より高いデータ密度の書き込みモードと関連付けられた最大耐久性閾値よりも低い観測された耐久性を有すると処理ロジックが判定した場合、処理ロジックは、その現在の書き込みモード（例えば、ＳＬＣ）からより高いデータ密度を有する書き込みモード（例えば、ＭＬＣ、ＴＬＣ等）にキャッシュ領域のデータブロックの書き込みモードを変更し得る。動作２２５において、処理ロジックは、ガベージコレクション動作でキャッシュ領域のデータブロックを使用する。言い換えると、処理ロジックは、新たなより高いデータ密度の書き込みモード（例えば、ＸＬＣモードの内の１つ）を使用して、ガベージコレクション動作中にキャッシュ領域のデータブロックにデータをここで書き込み得る。

【0040】

動作２１０において、ガベージコレクション動作がパフォーマンス条件を満たさない（例えば、メモリサブシステムが定常状態のワークロード条件を経験していない）と処理ロジックが判定した場合、処理は、ガベージコレクション動作がキャッシュ領域の外部からのデータブロックを使用する（例えば、ガベージコレクション動作がキャッシュ領域からのデータブロックを使用しない）ブロック２３０に進む。同様に、動作２１５において、キャッシュ領域内のどのデータブロックも耐久性条件を満たさない（例えば、キャッシュ内のデータブロックの各々が、メモリサブシステムにより使用されるより高いデータ密度の書き込みモードと関連付けられた閾値を超える観測された耐久性値を有する）と処理ロジックが判定した場合、処理は、ガベージコレクション動作がキャッシュ領域の外部からのデータブロックを使用するブロック２３０に進む。

【0041】

上記の動作に関する更なる詳細は、図３Ａ及び図３Ｂに関連して以下に説明される。

【0042】

図３Ａ～図３Ｂは、本開示の幾つかの実施形態に従ったキャッシュ内のデータブロックの書き込みモードを変更することに基づいてガベージコレクション動作を実施している間のメモリサブシステムのデータ構成の例を説明する。幾つかの実施形態では、ガベージコレクション動作は、図２に関して上で説明し、図４に関して以下で説明するように、図１のキャッシュマネージャーコンポーネント１１３によって実施され得る。

【0043】

図３Ａに示すように、データ構成３００は、ユーザデータブロック３０１、ファームウェアリザーブデータブロック３０２、キャッシュデータブロック３０３、及びオペレーティングＯＰデータブロック３０４を含み得る。幾つかの実装では、データ構成３００のＯＰ領域全体は。ファームウェアリザーブデータブロック３０２、キャッシュデータブロック３０３、及びオペレーティングＯＰデータブロック３０４（例えば、ユーザデータブロック３０１に割り当てられないデータブロック）を含み得る。上記のように、ファームウェアリザーブデータブロック３０２及びキャッシュデータブロック３０３は、データ構成３００のＯＰ領域全体から割り当てられ得、それによって、オペレーティングＯＰデータブロック３０４のみ含むようにオペレーティングＯＰ領域３０５を縮小する。また、上記のように、キャッシュデータブロック３０３に割り当てられたデータブロック（例えば、データブロック３０６）は、低密度の書き込みモード（例えば、ＳＬＣ）を使用して書き込まれるように構成され得る。

【0044】

上記のように、ホストデータは、書き込まれるメモリサブシステムによって受信されるので、最初にキャッシュデータブロック３０３をキャッシュするように書き込まれ得、その後、ユーザデータブロック３１０内のデータブロックに移動させられ得る。データがメモリサブシステムに書き込み続けられると、キャッシュデータブロック３０３がいっぱいになり始め得、その後受信されたホストデータがユーザデータブロック３０１に直接書き込まれるようになる。書き込みが処理され続けられると、利用可能な空間が減少し、不要なデータのデータブロックをクリアするためにガベージコレクション動作が必要になる。上記のように、書き込み量が多い期間中、メモリサブシステムは、新たなデータの書き込みと同時にガベージコレクションが発生する定常状態条件を経験し得る。

【0045】

図２に関して上に説明したように、ガベージコレクション動作中、メモリサブシステムのワークロードパフォーマンス（例えば、観測されたライトアンプリフィケーション）は、定常状態条件が存在するか否か（例えば、それがパフォーマンス条件を満たすか否か）を評価するために監視される。ガベージコレクション動作時のデータブロックのライトアンプリフィケーションが閾値以上の場合、ガベージコレクション動作はパフォーマンス条件を満たし得る。ライトアンプリフィケーションは、上に説明したように、１つ以上の新たなデータブロックに一定量のデータを書き込むためにガベージコレクション動作で使用される書き込み動作の数に基づく。例えば、１Ｇｂのホストデータをメモリサブシステムに書き込むために、ガベージコレクションは、１Ｇｂのホストデータよりも遥かに多くの書き込みをもたらす複数の書き込み又は再書き込み動作を含む場合があり得る。したがって、ガベージコレクション中に１Ｇｂのホストデータを処理するために合計２Ｇｂのデータを効果的に書き込むことは、２のライトアンプリフィケーション値をもたらし得る。定常状態条件中、書き込み動作の数は、書き込まれるホストデータの量の大きな乗数であり得る。

【0046】

ガベージコレクション動作がパフォーマンス条件を満たす場合（例えば、ガベージコレクションのライトアンプリフィケーションに基づいて定常状態条件が観測される場合）、キャッシュデータブロック３０３は、オペレーティングＯＰ領域３０５を補足するために使用され得るものがあるか否かを判定するために分析され得る。キャッシュマネージャーは、該データブロックがＸＬＣ書き込みモードに対する耐久性条件を満たすか否かを判定するために、キャッシュデータブロック３０３からデータブロック３０６をその後選択し得る。幾つかの実装では、耐久性条件は、データブロック３０６上で実施されているＸＬＣ書き込みモードを使用する書き込み動作の閾値数に対応する。言い換えれば、耐久性条件は、データブロックのメモリセルが信頼できなくなる前にＸＬＣ書き込みモードに対して使用され得るプログラミング／消去サイクルの最大数を表し得る。

【0047】

例えば、ユーザデータブロック３０１及びオペレーティングＯＰデータブロック３０４がＴＬＣ書き込みモードを使用するように構成されている場合、キャッシュマネージャーは、データブロック３０６に対する観測された耐久性値をＴＬＣ書き込みモードに対する耐久性閾値と比較し得る。同様に、その他のより高いデータ密度の書き込みモード（例えば、ＭＬＣ、ＱＬＣ等）がメモリサブシステムにより使用されている場合、キャッシュマネージャーは、使用されている書き込みモードに対する耐久性閾値を使用し得る。耐久性条件は、それ故、キャッシュ内のデータブロックが、該書き込みモードに切り替わる前に、より高密度の書き込みモードに適することを保証し得る。

【0048】

幾つかの実装では、キャッシュマネージャーは、キャッシュデータブロック３０３内の全てのデータブロックに対する平均耐久値が耐久条件を満たすか否かを最初に判定することによって、データブロック３０６が耐久条件を満たすか否かを判定し得る。キャッシュデータブロック３０３全体に対する平均耐久性が耐久性条件を満たす場合、キャッシュマネージャーは、データブロック３０６をその後選択し得る。平均耐久性値が耐久性条件を満たさない場合、このことは、ＸＬＣ書き込みモードをサポートし得るキャッシュデータブロック３０３内にデータブロックがないことを指し示し得る。そうした実例では、キャッシュデータブロック３０３は、キャッシュ動作に対してのみ使用され得、その後の任意のガベージコレクション動作に対する何れの書き込みモードの切り替えも無効化され得、又はバイパスされ得る。

【0049】

ガベージコレクション動作がパフォーマンス条件を満たし（例えば、ライトアンプリフィケーションが定常状態のガベージコレクション中に閾値以上であり）、キャッシュデータブロック３０３内の少なくとも１つのデータブロックが耐久性条件を満たす（例えば、データブロック３０６がＸＬＣ書き込みモードをサポートし得る）ことをキャッシュマネージャーが判定した場合、キャッシュマネージャーは、データブロック３０６の書き込みモードを変更する（例えば、ＸＬＣ書き込みモードをサポートするようにデータブロック３０６に対するデータ密度を増加させる）ために変更書き込みモード３４０を実施し得る。

【0050】

変更書き込みモード３４０は、図３Ｂのデータ構成３５０をもたらすようにデータ構成３００をその後修正し得る。図３Ｂに示すように、データ構成３５０は、ユーザデータブロック３５１、ファームウェアリザーブデータブロック３５２、キャッシュデータブロック３５３、及びオペレーティングＯＰデータブロック３５４を含み得る。データ構成３００と同様に、データ構成３５０のＯＰ領域全体は、ファームウェアリザーブデータブロック３５２、キャッシュデータブロック３５３、及びオペレーティングＯＰデータブロック３５４（例えば、ユーザデータブロック３５１に割り当てられないデータブロック）を含む。しかしながら、変更書き込みモード３４０を実施することは、（例えば、一時オペレーティングＯＰ領域３５５により説明されるように）キャッシュデータブロック３５３の内の幾つか又は全てを含むようにオペレーティングＯＰ領域を増加させ得る。また、変更書き込みモード３４０を実施した結果、キャッシュデータブロック３５３に割り当てられたデータブロック（例えば、データブロック３５６）は、より高密度の書き込みモード（例えば、ＸＬＣ）を使用して書き込まれるように構成され得る。幾つかの実装では、キャッシュデータブロック３５３内のデータブロックの内の幾つかは、耐久性条件を満たさないことがある（例えば、幾つかのブロックは、ＸＬＣ閾値を超える耐久性値を有し得る）。こうした実例では、これらのブロックは、ガベージコレクションに対するＸＬＣモードでの使用を制限され得る。

【0051】

ガベージコレクション動作が継続すると共に、キャッシュマネージャーは、定常状態がいつ終了したかを判定するために、メモリサブシステムの進行中のワークロード条件（例えば、観測されたライトアンプリフィケーション）を監視し続け得る。後続のガベージコレクション動作が確立されたパフォーマンス条件を満たさない（例えば、観測されたライトアンプリフィケーションが定常状態のガベージコレクション中に閾値を下回った）とキャッシュマネージャーが判定した場合、キャッシュデータブロック３５３内のデータブロックに対する書き込みモードを以前の状態に戻す（例えば、書き込みモードの構成をＳＬＣモードに復元する）ために、復元書き込みモード３６０が実施され得る。したがって、キャッシュ内のデータブロックは、定常状態条件の間はＸＬＣモードで使用され得るが、それらの条件が終了した場合にはＳＬＣモードに復元され得る。キャッシュデータブロックの書き込みモードをそれらの元の構成に復元することは、図４を参照して以下で詳細に説明される。

【0052】

例示の目的で、図３Ａ～図３Ｂは、キャッシュデータブロック３０６の書き込みモードをＳＬＣからＸＬＣ書き込みモードに切り替えることを描写し、本開示の様々な実装の態様では、その他の書き込みモードを使用するように実装され得ることに留意されたい。例えば、幾つかの実装では、キャッシュデータブロック３０６は、最初にＭＬＣメモリセルで構成され得、その後、ＴＬＣ又はＱＬＣメモリセルに切り替えられ得る。

【0053】

図４は、本開示の幾つかの実施形態に従ったメモリサブシステムに対する書き込みモードを変更することに基づいてガベージコレクション動作を実施した後にキャッシュデータブロックの書き込みモードを復元するための例示的な方法４００のフロー図である。方法４００は、ハードウェア（例えば、処理デバイス、回路、専用ロジック、プログラミング可能なロジック、マイクロコード、デバイスのハードウェア、集積回路等）、ソフトウェア（例えば、処理デバイス上で実行する又は実行される命令）、又はそれらの組み合わせを含み得る処理ロジックによって実施され得る。幾つかの実施形態では、方法４００は、図１のキャッシュマネージャーコンポーネント１１３によって実施される。特定のシーケンス又は順序で示されているが、特に明記しない限り、プロセスの順序は修正され得る。したがって、説明する実施形態は例としてのみ理解すべきであり、説明するプロセスは異なる順序で実施され得、幾つかのプロセスは並行して実施され得る。また、様々な実施形態では、１つ以上のプロセスが省略され得る。したがって、あらゆる実施形態で全てのプロセスが必要とされるわけではない。その他のプロセスフローも可能である。

【0054】

図４に示すように、動作４０５において、処理ロジックは、データブロックに蓄積されるビットの数を第１の数から第２の数に変更することによって、メモリデバイスと関連付けられたデータブロックのグループ上でのガベージコレクション動作が、メモリデバイスと関連付けられたキャッシュ領域のデータブロックを使用していると判定し、第１の数は第２の数よりも小さい。図２及び図３Ａ～３Ｂに関して上記したように、幾つかの実装では、ガベージコレクション動作は、データブロックの書き込みモードをデータブロックに僅かなビットが蓄積される低データ密度モードから、データブロックにより多くのビットが蓄積されるより高いデータ密度モードに切り替えることによって、キャッシュ領域のデータブロックを使用し得る。例えば、ＳＬＣメモリセルで構成されたデータブロックの書き込みモードは、ＸＬＣ書き込みモードの内の１つに切り替えられ得る。同様に、ＭＬＣメモリセルで構成されたデータブロックの書き込みモードは、ＴＬＣ又はＱＬＣ書き込みモードに切り替えられ得る。

【0055】

動作４１０において、処理ロジックは、ガベージコレクション動作がパフォーマンス要件を満たしていると判定する。幾つかの実装では、パフォーマンス要件は、一定量のデータを１つ以上の新たなデータブロックに書き込むためにガベージコレクション動作で使用される書き込み動作の数（例えば、ガベージコレクション中に観測されるライトアンプリフィケーション）に基づき得る。処理ロジックは、観測されたライトアンプリフィケーションに基づいて、定常状態条件がもはや存在しなくなった時期を判定するために、メモリサブシステムのワークロード条件を監視し得る。例えば、ガベージコレクション動作時に観測されたライトアンプリフィケーションの測定値が高い閾値を下回った場合、パフォーマンス要件は満たされ得る。

【0056】

動作４１５において、ガベージコレクション動作がパフォーマンス要件を満たしていると判定することに応答して、処理ロジックは、データブロックに蓄積されたビットの数を第２の数（例えば、より高いデータ密度の書き込みモードに対するビットの数）から第１の数（より低いデータ密度の書き込みモードに対するビットの数）に変更することによって、後続のデータをキャッシュデータとしてデータブロックに蓄積する。上に説明したように、処理ロジックは、データブロックの書き込みモードを、定常状態のワークロード条件に遭遇する前に存在していたその元の書き込みモードに復元し得る。例えば、キャッシュ領域内のデータブロックが最初にＳＬＣメモリセルで構成され、その後ＸＬＣ書き込みモードに切り替えられた場合、処理ロジックは、メモリサブシステムのキャッシュ領域内のデータブロックに対する書き込みモードをＸＬＣ書き込みモードからそれらの元々構成されたＳＬＣ書き込みモードに戻し得る。

【0057】

図５は、本明細書で論じる方法論の内の何れか１つ以上をマシンに実施させるための命令のセットがその中で実行され得るコンピュータシステム５００の例示的なマシンを説明する。幾つかの実施形態では、コンピュータシステム５００は、メモリサブシステム（例えば、図１のメモリサブシステム１１０）を含み、結合され、又は利用するホストシステム（例えば、図１のホストシステム１２０）に対応し得、又はコントローラの動作を実施するために（例えば、図１のキャッシュマネージャーコンポーネント１１３に対応する動作を実施するためにオペレーティングシステムを実行するために）使用され得る。代替の実施形態では、マシンは、ＬＡＮ、イントラネット、エクストラネット、及び／又はインターネット内の他のマシンに接続（例えば、ネットワーク化）され得る。マシンは、クライアントサーバーネットワーク環境ではサーバー若しくはクライアントマシンの能力で、ピアツーピア（若しくは分散）ネットワーク環境ではピアマシンとして、又はクラウドコンピューティングインフラストラクチャ若しくは環境ではサーバー若しくはクライアントマシンとして動作し得る。

【0058】

マシンは、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレットＰＣ、セットトップボックス（ＳＴＢ）、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話、ウェブアプライアンス、サーバー、ネットワークルータ、スイッチ若しくはブリッジ、デジタル若しくは非デジタル回路、又は該マシンによって実行されるアクションを指定する命令のセット（シーケンシャル又はその他）を実行可能な任意のマシンであり得る。更に、単一のマシンが説明されているが、用語“マシン”はまた、本明細書で論じる方法論の内の何れか１つ以上を実施するための命令のセット（又は複数のセット）を個々に又は共同で実行するマシンの任意の集合を含むと解釈されるであろう。

【0059】

例示的なコンピュータシステム５００は、処理デバイス５０２、メインメモリ５０４（例えば、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、同期型ＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）又はランバスＤＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）等のダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）等）、静的メモリ５０６（例えば、フラッシュメモリ、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）等）、及びデータストレージシステム５１８を含み、それらは、バス５３０を介して相互に通信する。

【0060】

処理デバイス５０２は、マイクロプロセッサ又は中央処理装置等の１つ以上の汎用処理デバイスを表す。より具体的には、処理デバイスは、複合命令セットコンピューティング（ＣＩＳＣ）マイクロプロセッサ、縮小命令セットコンピューティング（ＲＩＳＣ）マイクロプロセッサ、超長期命令語（ＶＬＩＷ）マイクロプロセッサ、若しくはその他の命令セットを実装するプロセッサ、又は命令セットの組み合わせを実装するプロセッサであり得る。処理デバイス５０２はまた、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、又はネットワークプロセッサ等の１つ以上の専用処理デバイスであり得る。処理デバイス６０２は、本明細書で論じる動作及びステップを実施するための命令５２６を実行するように構成される。コンピュータシステム５００は、ネットワーク５２０を介して通信するためのネットワークインターフェースデバイス５０８を更に含み得る。

【0061】

データストレージシステム５１８は、本明細書に説明する方法論又は機能の内の何れか１つ以上を具体化する命令５２６又はソフトウェアの１つ以上のセットがその上に蓄積されるマシン可読ストレージ媒体５２４（コンピュータ可読媒体としても知られている）を含み得る。命令５２６はまた、コンピュータシステム５００によるその実行中にメインメモリ５０４内及び／又は処理デバイス５０２内に完全に又は少なくとも部分的に常駐し得、メインメモリ５０４及び処理デバイス５０２はまた、マシン可読ストレージ媒体を構成する。マシン可読ストレージ媒体５２４、データストレージシステム５１８、及び／又はメインメモリ５０４は、図１のメモリサブシステム１１０に対応し得る。

【0062】

一実施形態では、命令５２６は、キャッシュマネージャーコンポーネント（例えば、図１のキャッシュマネージャーコンポーネント１１３）に対応する機能を実装するための命令を含む。マシン可読ストレージ媒体５２４は、例示的な実施形態では単一の媒体であることが示されているが、用語“マシン可読ストレージ媒体”は、命令の１つ以上のセットを蓄積する単一の媒体又は複数の媒体を含むと解釈されるべきである。用語“マシン可読ストレージ媒体”はまた、マシンによる実行のための命令のセットを蓄積又は符号化可能であり、本開示の方法論の内の何れか１つ以上をマシンに実施させる任意の媒体を含むと解釈されるであろう。用語“マシン可読ストレージ媒体”は、非限定的に、固体メモリ、光学媒体、及び磁気媒体を含むと解釈されるであろう。

【0063】

前述の詳細な説明の幾つかの部分は、コンピュータメモリ内のデータビットに対する動作のアルゴリズム及び記号表現に関して提示されている。これらのアルゴリズムの説明及び表現は、データ処理技術の当業者が、当技術分野の他の者にそれらの作業の内容を最も効果的に伝えるために使用される方法である。アルゴリズムはここにあり、一般的に、望ましい結果につながる自己矛盾のない一連の動作であると考えられる。動作は、物理量の物理的な操作を必要とする動作である。通常、必ずしもそうとは限らないが、これらの量は、蓄積、結合、比較、及びその他の方法で操作可能な電気又は磁気信号の形式をとる。主に一般的な使用法の理由から、これらの信号をビット、値、要素、記号、文字、用語、又は数値等と称すると便利な場合がある。

【0064】

しかしながら、これらの及び類似の用語の全ては、適切な物理量と関連付けられるべきであり、これらの量に適用される単なる便利なラベルであることに留意すべきである。本開示は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内の物理的（電子的）量として表されるデータを操作し、コンピュータシステムのメモリ若しくはレジスタ又はその他のそうした情報ストレージシステム内の物理量として同様に表される他のデータに変換するコンピュータシステム又は同様の電子コンピューティングデバイスのアクション及びプロセスを指し得る。

【0065】

本開示はまた、本明細書の動作を実施するための装置に関する。この装置は、意図する目的のために特別に構築され得、又はコンピュータ内に蓄積されたコンピュータプログラムにより選択的に起動又は再構成される汎用コンピュータを含み得る。こうしたコンピュータプログラムは、非限定的に、コンピュータシステムバスに各々結合される、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、及び磁気光学ディスクを含む任意のタイプのディスク、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気若しくは光カード、又は電子命令の蓄積に適した任意のタイプの媒体等のコンピュータ可読ストレージ媒体内に蓄積され得る。

【0066】

本明細書に提示されるアルゴリズム及び表示は、特定のコンピュータ又はその他の装置に本質的に関連しない。本明細書の教示に従ったプログラムで様々な汎用システムが使用され得、又は方法を実施するためのより特殊な装置を構築することが便利であることが証明され得る。様々なこれらのシステムの構造は、以下の説明に記載されるように解されるであろう。また、本開示は、何れの特定のプログラミング言語に言及して説明されていない。本明細書に説明するように、開示の教示を実装するために様々なプログラミング言語が使用され得ることは理解されるであろう。

【0067】

本開示は、本開示に従ったプロセスを実施するようにコンピュータシステム（又はその他の電子デバイス）をプログラミングするために使用され得る、命令をその上に蓄積したマシン可読媒体を含み得るコンピュータプログラム製品又はソフトウェアとして提供され得る。マシン可読媒体は、マシン（例えば、コンピュータ）によって可読な形式で情報を蓄積するための任意のメカニズムを含む。幾つかの実施形態では、マシン可読（例えば、コンピュータ可読）媒体は、リードオンリーメモリ（“ＲＯＭ”）、ランダムアクセスメモリ（“ＲＡＭ”）、磁気ディスクストレージ媒体、光ストレージ媒体、フラッシュメモリコンポーネント等のマシン（例えば、コンピュータ）可読ストレージ媒体を含む。

【0068】

前述の明細書において、開示の実施形態は、それらの具体的で例示的な実施形態に言及して説明されている。以下の特許請求の範囲に記載されるように、開示の実施形態のより広い精神及び範囲から逸脱することなく、それらに様々な修正がなされ得ることは明らかであろう。明細書及び図面は、したがって、限定的な意味ではなく、例示的な意味で考慮されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】