一种固态硬盘刷新方法、装置及固态硬盘制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种固态硬盘刷新方法、装置及固态硬盘，属于计算机存储领域，包括：若数据的容错比特误码率TBER＝0，则识别为精确数据；若0<TBER≤CBER，则识别为低近似数据；若CBER<TBER≤RBER

A refresh method, device and SSD

【技术实现步骤摘要】
一种固态硬盘刷新方法、装置及固态硬盘
本专利技术属于计算机存储领域，更具体地，涉及一种固态硬盘刷新方法、装置及固态硬盘。
技术介绍
随着大数据时代的到来，计算机需存储的数据呈指数级增长，而固态硬盘以其读写速度快、能耗低、体积小等特点，正被广泛地应用于个人电脑、数据存储中心等场景中，被认为是下一代主流存储设备。在存储数据过程中，为了保证未来被读取的数据没有比特错误，通过使用额外的校验数据对用户数据进行编码来提高闪存的可靠性。并且当一个或多个位损坏时，可以使用这些冗余校验数据来重建用户数据。在读取数据时，常规的精确数据通过校验码进行纠错后必须完全准确，而有许多应用程序可以容忍数据的比特位出错，例如图像处理，科学计算以及视频存储和流传输等，将这些具有内在容错性的应用程序(简称近似应用程序)中的数据称之为近似数据。当这些近似数据经过纠错码的错误检查与修正后，可根据数据还可以容忍的错误比特的数量计算出数据的容错比特误码率。由于固态硬盘数据存储过程中存在电荷流失以及读写干扰等因素的问题，存储在固态硬盘上的数据会出现错误，因此需要定期执行数据刷新来应对可靠性问题。传统固态硬盘刷新方法周期性地选择闪存块，顺序选择有效数据页读入固态硬盘缓存并纠正数据页中出错的比特位，将其写入新的空闲页中，修改映射关系，同时将原始有效页置为失效页。这一简单灵活的机制可确保长期数据完整性，但是，额外的读取和编程操作可能会影响正常的I/O请求，从而阻碍固态硬盘为现代应用程序提供所需的高性能服务。此外，刷新引起的写入消耗更多的擦写周期，会导致固态硬盘的使用寿命降低。因此，如何设置更好的刷新方法，有效地降低刷新开销，提升固态硬盘性能与寿命，成为本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种固态硬盘刷新方法、装置及固态硬盘，其目的在于，减少固态硬盘的刷新开销，以提升固态硬盘的性能与寿命。为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种固态硬盘刷新方法，包括：数据分类：获取数据的容错比特误码率TBER，若TBER＝0，则将数据识别为精确数据；若TBER>0，则将数据识别为近似数据；在近似数据中，若0<TBER≤CBER，则将近似数据识别为低近似数据；若CBER<TBER≤RBERmax，则将近似数据识别为中近似数据；若TBER>RBERmax，则将近似数据识别为高近似数据；数据分配：将固态硬盘中类型相同的近似数据进行聚类后，将属于相同聚类类别的近似数据分配到固态硬盘中相同的数据块中；根据数据类型执行刷新操作：针对高近似数据，不进行刷新操作；针对精确数据或低近似数据，实时获取数据的原始比特误码率RBER，并在RBER＝CBER时，采用传统刷新方法对固态硬盘进行刷新；针对中近似数据，若数据保留时间RT(TBER)与数据保留时间RT(CBER)之间的差值ΔRT≤threshold，则实时获取数据的原始比特误码率RBER，并在RBER＝CBER时，采用传统刷新方法对固态硬盘进行刷新；针对中近似数据，若ΔRT>threshold，则实时获取数据的原始比特误码率RBER，并在RBER＝CBER时，结合数据热度和增强型纠错码对固态硬盘进行刷新；其中，CBER为固态硬盘中原始纠错码的可修正比特误码率；RBERmax为最大比特误码率，表示数据保留时间达到制造商提供的保证保留时间时，数据的原始比特误码率；数据保留时间RT(TBER)表示数据的原始比特误码率达到容错比特误码率时，数据的保留时间；数据保留时间RT(CBER)表示数据的原始比特误码率达到固态硬盘中原始纠错码的可修正比特误码率时，数据的保留时间；threshold为预设的阈值；增强型纠错码的可修正比特误码率高于固态硬盘原始纠错码的可修正比特误码率。在传统的固态硬盘刷新方法中，对所有的数据采用统一的刷新方法；本专利技术根据数据的容错比特误码率对数据进行分类，对于不同类型的数据执行不同的刷新操作，对于高近似数据不进行刷新，对于中近似数据延迟刷新，从而能够充分利用数据的内在容错性，有效减少刷新开销，使得对正常I/O请求的影响以及额外引入的写入消耗均相应减少，有效提高了固态硬盘的性能和使用寿命。进一步地，若ΔRT>threshold，则实时获取数据的原始比特误码率RBER，并在RBER＝CBER时，结合数据热度和增强型纠错码对固态硬盘进行刷新，包括：(S1)根据所读取数据的热度，将所读取的数据页分为冷读数据页和热读数据页，若为冷读数据页，则转入步骤(S2)；否则，转入步骤(S6)；(S2)若RBER＝CBER，则转入步骤(S3)；若CBER<RBER≤TBER，则转入步骤(S4)；若TBER<RBER≤RBERmax，则转入步骤(S5)；(S3)将数据读取出来后，利用原始纠错码进行错误修正，并根据第一增强型纠错码计算第一校验数据，之后转入步骤(S10)；(S4)直接读取原始的冷读数据页，并且不进行错误检查和修正，之后转入步骤(S10)；(S5)同时读取原始的冷读数据页和相应的第一校验数据后，利用第一增强型校验码对冷读数据页进行错误检查和修正，之后转入步骤(S10)；针对冷读数据页，进行错误检查和修正后，无需进行第二阶段刷新；(S6)若RBER＝CBER，则转入步骤(S7)；若CBER<RBER<TBER，则转入步骤(S8)；若RBER≥TBER，则转入步骤(S9)；(S7)将数据读取出来后，利用原始纠错码进行错误修正，并根据第二增强型纠错码计算第二校验数据，之后转入步骤(S10)；(S8)直接读取原始的热读数据页，并且不进行错误检查和修正，之后转入步骤(S10)；(S9)同时读取原始的热读数据页和相应的第二校验数据后，利用第二增强型校验码对热读数据页进行错误检查和修正，并将错误修正之后的热读数据页重新编程到固态硬盘中，即进行第二阶段刷新，之后转入步骤(S10)；(S10)刷新操作结束；其中，第一增强型纠错码的可修正比特误码率CBER1≥RBERmax，第二增强型纠错码的可修正比特误码率CBER2≥TBER。本专利技术在结合增强型纠错码对固态硬盘进行刷新时，当原始比特误码率等于原始纠错码的可修正比特误码率时，在使用原始纠错码对读取的数据进行错误检查和修正后，并不立即将数据编程入固态硬盘中，而是利用增强型纠错码计算新的校验数据并聚合，因此能够有效减少刷新过程中的写入消耗；进一步根据数据热度将读取的数据页划分为冷读数据页和热读数据页，当原始比特误码率超过容错比特误码率时，会结合增强型纠错码进行错误检查和纠错，并且在纠错之后，仅将热读数据页编程入固态硬盘中，因此能够在保证数据正常应用的情况下，进一步减少写入消耗。进一步地，本专利技术第一方面提供的固态硬盘刷新方法，还包括：将计算得到的第一校验数据聚合，当聚合后的数据量超过一个数据页的大小时，将聚合后的数据编程到固态硬盘中，同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态硬盘刷新方法，其特征在于，包括：/n数据分类：获取数据的容错比特误码率TBER，若TBER＝0，则将数据识别为精确数据；若TBER>0，则将数据识别为近似数据；在近似数据中，若0<TBER≤CBER，则将近似数据识别为低近似数据；若CBER<TBER≤RBER

【技术特征摘要】
1.一种固态硬盘刷新方法，其特征在于，包括：
数据分类：获取数据的容错比特误码率TBER，若TBER＝0，则将数据识别为精确数据；若TBER>0，则将数据识别为近似数据；在近似数据中，若0<TBER≤CBER，则将近似数据识别为低近似数据；若CBER<TBER≤RBERmax，则将近似数据识别为中近似数据；若TBER>RBERmax，则将近似数据识别为高近似数据；
数据分配：将固态硬盘中类型相同的近似数据进行聚类后，将属于相同聚类类别的近似数据分配到固态硬盘中相同的数据块中；
根据数据类型执行刷新操作：针对高近似数据，不进行刷新操作；针对精确数据或低近似数据，实时获取数据的原始比特误码率RBER，并在RBER＝CBER时，采用传统刷新方法对固态硬盘进行刷新；针对中近似数据，若数据保留时间RT(TBER)与数据保留时间RT(CBER)之间的差值ΔRT≤threshold，则实时获取数据的原始比特误码率RBER，并在RBER＝CBER时，采用传统刷新方法对固态硬盘进行刷新；针对中近似数据，若ΔRT>threshold，则实时获取数据的原始比特误码率RBER，并在RBER＝CBER时，结合数据热度和增强型纠错码对固态硬盘进行刷新；
其中，CBER为固态硬盘中原始纠错码的可修正比特误码率；RBERmax为最大比特误码率，表示数据保留时间达到制造商提供的保证保留时间时，数据的原始比特误码率；数据保留时间RT(TBER)表示数据的原始比特误码率达到容错比特误码率时，数据的保留时间；数据保留时间RT(CBER)表示数据的原始比特误码率达到固态硬盘中原始纠错码的可修正比特误码率时，数据的保留时间；threshold为预设的阈值；增强型纠错码的可修正比特误码率高于固态硬盘原始纠错码的可修正比特误码率。


2.如权利要求1所述的固态硬盘刷新方法，其特征在于，若ΔRT>threshold，则实时获取数据的原始比特误码率RBER，并在RBER＝CBER时，结合数据热度和增强型纠错码对固态硬盘进行刷新，包括：
(S1)根据所读取数据的热度，将所读取的数据页分为冷读数据页和热读数据页，若为冷读数据页，则转入步骤(S2)；否则，转入步骤(S6)；
(S2)若RBER＝CBER，则转入步骤(S3)；若CBER<RBER≤TBER，则转入步骤(S4)；若TBER<RBER≤RBERmax，则转入步骤(S5)；
(S3)将数据读取出来后，利用原始纠错码进行错误修正，并根据第一增强型纠错码计算第一校验数据，之后转入步骤(S10)；
(S4)直接读取原始的冷读数据页，并且不进行错误检查和修正，之后转入步骤(S10)；
(S5)同时读取原始的冷读数据页和相应的第一校验数据后，利用第一增强型校验码对冷读数据页进行错误检查和修正，之后转入步骤(S10)；
(S6)若RBER＝CBER，则转入步骤(S7)；若CBER<RBER<TBER，则转入步骤(S8)；若RBER≥TBER，则转入步骤(S9)；
(S7)将数据读取出来后，利用原始纠错码进行错误修正，并根据第二增强型纠错码计算第二校验数据，之后转入步骤(S10)；
(S8)直接读取原始的热读数据页，并且不进行错误检查和修正，之后转入步骤(S10)；
(S9)同时读取原始的热读数据页和相应的第二校验数据后，利用第二增强型校验码对热读数据页进行错误检查和修正，并将错误修正之后的热读数据页重新编程到固态硬盘中，之后转入步骤(S10)；
(S10)刷新操作结束；
其中，第一增强型纠错码的可修正比特误码...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊伟，崔金华，刘伟光，朱皓然，杨天若，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42