具有动态电压调节超级电容的存储控制器制造技术

一种存储控制器具有用于存储电能以在主电源中断时供应电能的电容器组、可感测该电容器组温度的温度传感器、以及ＣＰＵ，所述存储控制器当操作在第一电压值时检测电容器组的温度是否已超过预设阈值，并且确定电容器组的预期寿命是否小于保证寿命。若预期寿命小于保证寿命，则ＣＰＵ将电容器组的操作电压降低到第二值，以便增加电容器组寿命。在一个实施例中，若电容器组的累积标准化运行时间大于累积日历运行时间，则ＣＰＵ降低电压。在另一实施例中，若电容器组的电容量下降百分率大于日历电容量下降百分率，则ＣＰＵ降低电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及使用电容器组作为在存储控制器中的可再充电的备用能源供应的领域，更具体地，本专利技术涉及对提供电容器组的保证寿命的可能性进行增加。
技术介绍
廉价冗余磁盘阵列(Redundant Array of InexpensiveDisk/RAID)系统已成为现今市面上大多数电脑系统中大容量存储系统的主流，其应用在需要高性能、大容量存储空间和/或高数据可用性上，例如金融交易处理、银行事务、医疗应用、数据库服务器、网络服务器、邮件服务器、科学运算以及许多其它应用。RAID控制器控制了包括多个物理磁盘驱动器的群组，使该群组能以单一逻辑磁盘驱动器(或者多个逻辑磁盘驱动器)方式呈现在电脑操作系统之下。RAID控制器运用数据分割和数据冗余的技术以提升性能和数据可用性。 RAID控制器的主要特征尤其在于其运用在诸如金融交易处理或者从大量数据流的实时数据采集的特定应用上时，可提供快速写入的性能。尤其，当RAID控制器的写入等待时间(write latency)较短时，该电脑系统的整体性能将大为提升。写入等待时间是指RAID控制器需要完成从该电脑系统所发出的写入请求时所需的时间。 大多数RAID控制器包括较大的高速缓冲存储器以用于从这些磁盘驱动器缓存用户数据。因为RAID控制器无须执行从磁盘驱动器读取数据的冗长操作，所以当所请求的数据在高速缓冲存储器中时，对数据进行缓存使RAID控制器能够将数据快速回传到电脑系统。高速缓冲存储器也可以经所谓的后写入操作(posted-writeoperation)以用于减少写入请求等待时间。在后写入操作中，RAID控制器从电脑系统将该电脑系统所指定的数据读取到RAID控制器的高速缓冲存储器中，然后立即告知该电脑系统该写入请求已完成，即使该RAID控制器未将该数据写入这些磁盘驱动器中。后写入操作在RAID控制器中特别有用，因为在部分冗余的RAID级别中(RAIDlevel)，在多个磁盘驱动器上必须执行读取-修改-写入操作(read-modify-write operation)以完成该系统的写入请求。换言之，除了所指定的系统数据必须写入至这些磁盘驱动器外，这些磁盘驱动器的部分也必须在用户数据和冗余数据可以被写入到这些磁盘驱动器前先被读取，此动作若不凭借后写入操作的优势来执行将会使RAID控制器的写入等待时间拉长甚至超过未用RAID控制器。 然而，后写入操作容易由于掉电而造成系统的数据丢失。这是因为高速缓冲存储器是易失性存储器，所以当掉电时，暂存于该高速缓冲存储器中的尚未写入到磁盘驱动器的数据将丢失。 为解决此问题，有些RAID控制器包括电池以持续提供高速缓冲存储器在主电源损耗时所需的电能。虽然电池降低用户数据丢失的可能性，然而由于电池所存储的电能是有限的，因此仍然存在当电池的电能耗尽时并且主电源仍无法恢复时，用户数据将丢失的可能性。不同用户的RAID系统所需电池供应给其高速缓冲存储器的电能的最短时间长度并不相同，但在一般情况下，大部分用户需要至少72小时以备在一周中可能发生的断电。 另外，使用电池在应用上还有不少众所周知的限制，如下所述。首先，电池对RAID控制器而言无疑是相对昂贵的部件。第二，目前电池相关技术也显示电池所能维持的电能在2到3年后便开始减弱，并且此寿命也比RAID控制器的预期寿命短。因此，RAID控制器必须将电池纳入设计中并且将其视为现场可替换单元(field-replaceable unit)，并且通常情况下，其是可热插拔的现场可替换单元。也因此提高了RAID控制器的成本。第三，在不影响电池寿命和性能降低情况下的操作温度范围相当窄。第四，当电池电能为弥补主电源短缺而耗尽时，RAID控制器将必须以低性能的直写式(write-through)高速缓存模式下操作直到电池电能重新充足，而此电池充电时间较长。第五，当高速缓冲存储器的容量增大时，同样地，所需的电池电能以弥补主电源断电也相对增加；若将其所需的电能视为电池电能密度，则当需求的电能增加时，电池的大小也将相对的增加并且甚至可能会超过RAID控制器上所提供的电池容纳空间。 为解决上述问题，2005年9月14日提交的美国专利申请No.11/226,825公开了包括电容器组或者电池的存储控制器，以及诸如闪速存储器(flash memory)的非易失性存储器。当主电源中断时，该电容器组或者电池可以从存于其中的电能提供给该控制器以用于将写缓存的数据备份或者刷写到该非易失性存储器。因而，即使该电容器组或者电池的电能耗尽时并且无法在主电源恢复前提供所需电能，将该写缓存的数据保存在该非易失性存储器中，以致当主电源恢复时并且该控制器重新启动后，该写缓存的数据可以恢复或者还原至该写缓存中，然后再刷写到磁盘驱动器。 无论是用电池或者电容器组作为充电式能源以供应备用电源，监测该能源以确保该能源持续具有可以提供足够电能以执行备份操作是非常重要，并且以此防止写缓存的数据的丢失。当电源不再存有足够电能以执行其所需功能时，例如供应执行备份操作所需的电能，则可以认为该电源的寿命已耗尽。若该电源是电池，则监测该电池的寿命较为单纯，因为电池的寿命通常对于特定的电池技术是相对不变的。例如，常用于诸如写缓存存储控制器的应用的锂离子电池的寿命约为3年。因此，电池的所剩寿命可以单纯直接地凭借记录实际时间或者日历时间来监测，电池例如凭借实时时钟电路(real-timeclock circuit)是现在。 不同于电池，电容器的寿命与其温度、工作电压、电极变化以及过强电流呈非线性函数关系，并且其寿命可以基于这些因素改变而有所不同。例如，在特定应用中的特定工作电压下，电容器的寿命在操作温度为10摄氏度时为一百万小时；而当同一电容器在操作温度为80摄氏度时，该电容器的寿命可能仅只有一千个小时。同样地，在特定温度下，电容器在操作电压为1.8V中可能会有比在2.5V的操作电压中长近三倍的寿命。因此，单纯地使用用于监测电池寿命的实时时钟技术对电容器而言在许多应用上并不合适，因为电容器的不同寿命也会造成用于写缓存存储控制器的数据丢失的不可接受危险。 电容器制造商所建议的用于测量电容器的电容量(其是有效测量其寿命的方法，因其电容量决定了可存储电能的多少)的方法是放电然后充电该电容器以测量充电时所需的时间和最大电流，并且凭借所测量的数值进而计算出其电容量。然而，此方法对写缓存存储控制器的相关应用并不合适，由于此方法当该电容器在放电/充电过程中时，需要将该写缓存设在直写式模式中，以避免当主电源中断而不能执行备份操作时可能产生的写缓存的数据的丢失。 因此，需要的是有别于监测电容器组的实际存在时间或者凭借放电和充电来测量其电容量的方法，以确定电容器组的寿命。 除此之外，不同于电池，电容器组可以设计为非现场可替换的，并且该存储控制器的制造商可以对消费者或用户保证该存储控制器的电容器组的寿命。因此，当电容器组的寿命可以大幅度改变时，需要的是如何提供方法以使该电容器组达到该存储控制器制造商对用户保证的寿命。
技术实现思路
本专利技术当有必要时由存储控制器调节电容器组的操作电压，以便增加电容器组达到保证寿命的可能性。在一个实施例中，存储控制器基于此电容器组的采样操作温度和电压值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对提供存储控制器中的电容器组的保证寿命的可能性进行增加的方法，所述方法包括：当所述电容器组在第一电压值操作时，检测所述电容器组的温度是否已超过预设阈值；确定所述电容器组的预期寿命是否小于所述保证寿命；以及若所 述电容器组的所述预期寿命小于所述保证寿命，则将所述电容器组的操作电压降低到第二值，以便增加所述电容器组的所述预期寿命。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-8-4 60/705,997;US 2006-6-2 11/421,9951.一种用于对提供存储控制器中的电容器组的保证寿命的可能性进行增加的方法，所述方法包括当所述电容器组在第一电压值操作时，检测所述电容器组的温度是否已超过预设阈值；确定所述电容器组的预期寿命是否小于所述保证寿命；以及若所述电容器组的所述预期寿命小于所述保证寿命，则将所述电容器组的操作电压降低到第二值，以便增加所述电容器组的所述预期寿命。2.如权利要求1所述的方法，还包括确定将所述电容器组的所述操作电压降低到所述第二值，是否会导致所述电容器组存储比用以将所述存储控制器的易失性写缓存备份到所述存储控制器的非易失性存储器所需的电能少的电能；以及若将所述电容器组的所述操作电压降低到所述第二值会导致所述电容器组存储比用以将所述易失性写缓存备份到所述非易失性存储器所需的电能少的电能，则在所述将所述操作电压降低之前，先减小所述易失性写缓存的大小。3.如权利要求2所述的方法，还包括计算新大小，在所述新大小上，操作在所述第二操作电压值的所述电容器组具有容量以存储用以将所述易失性写缓存备份到所述非易失性存储器的足够电能；其中，所述减小所述易失性写缓存的所述大小包括将所述易失性写缓存的所述大小减小到所述新大小。4.如权利要求1所述的方法，还包括确定所述第一操作电压值是否已经是所述电容器组的预设最小操作电压；以及若所述第一操作电压值已经是所述预设最小操作电压，则警告用户，而不是所述将所述电容器组的所述操作电压降低到所述第二值。5.如权利要求1所述的方法，还包括基于在所述存储控制器的操作期间所述电容器组的温度和操作电压读数的历史记录，计算所述电容器组的所述预期寿命。6.如权利要求5所述的方法，还包括(1)初始化所述电容器组的累积标准化运行时间；(2)在所述初始化之后，感测所述电容器组在所述电容器组操作的时间间隔内的所述温度和所述操作电压；(3)若所述电容器组在寿命期间是在所述温度和所述操作电压下操作时，确定所述电容器组具有用于存储至少预设量的电能的电容量时的所述寿命；(4)利用所述保证寿命相对于所述寿命的比值而标准化所述时间间隔；(5)将所述标准化时间间隔加到所述累积标准化运行时间上；以及(6)在所述存储控制器操作时，重复所述步骤(2)至(5)；其中，所述计算所述预期寿命包括用所述保证寿命乘以所述累积日历运行时间与所述电容器组的所述累积标准化运行时间的比值。7.如权利要求6所述的方法，还包括(7)在所述步骤(2)之前，初始化所述电容器组的所述累积日历运行时间；以及(8)将所述时间间隔加到所述累积日历运行时间上；其中，所述步骤(6)包括当所述存储控制器操作时，重复所述步骤(2)至(5)以及(8)。8.如权利要求1所述的方法，还包括基于在所述存储控制器的操作期间所述电容器组的温度读数的历史记录，计算所述电容器组的所述预期寿命。9.如权利要求8所述的方法，还包括(1)初始化所述电容器组的累积标准化运行时间；(2)在所述初始化之后，感测所述电容器组在所述电容器组操作的时间间隔内的所述温度；(3)若所述电容器组在寿命期间内在所述温度下操作时，确定所述电容器组具有用于存储至少预设量的电能的电容量时的所述寿命；(4)利用所述保证寿命相对于所述寿命的比值而标准化所述时间间隔；(5)将所述标准化时间间隔加到所述累积标准化运行时间上；以及(6)在所述存储控制器操作时，重复所述步骤(2)至(5)；其中，所述计算所述预期寿命包括用所述保证寿命乘以所述累积日历运行时间与所述电容器组的所述累积标准化运行时间的比值。10.如权利要求9所述的方法，还包括(7)在所述步骤(2)之前，初始化所述电容器组的所述累积日历运行时间；以及(8)将所述时间间隔加到所述累积日历运行时间上；其中，所述步骤(6)包括在所述存储控制器操作时，重复所述步骤(2)至(5)以及(8)。11.如权利要求1所述的方法，其中，所述保证寿命指定一段时间，在该时间上保证所述电容器组在供应给所述存储控制器的主电源中断期间，具有用以存储足够电能的电容量，以使所述存储控制器将所述存储控制器的易失性写缓存备份至所述存储控制器的非易失性存储器。12.如权利要求1所述的方法，其中，所述保证寿命指定一段时间，在该时间上保证所述电容器组具有用以存储足够电能的电容量，以在预设时间内将电能提供给所述存储控制器的易失性写缓存，以在供应给所述存储控制器的主电源中断期间内，保持其中存储的写缓存数据。13.如权利要求1所述的方法，还包括在所述将所述电容器组的所述操作电压降低到所述第二值后，确定所述电容器组的所述预期寿命大于所述保证寿命；以及增加所述电容器组的所述操作电压，以增加存储在所述电容器组内的电能的量。14.如权利要求1所述的方法，还包括若在所述将所述电容器组的所述操作电压降低至所述第二值后，所述电容器组的所述预期寿命仍小于所述保证寿命，则将所述电容器组的所述操作电压降低到第三值，以增加所述电容器组的所述预期寿命。15.如权利要求1所述的方法，还包括检测所述电容器组的所述温度是否已超过第二预设阈值，其中，所述第二预设阈值大于所述第一预设阈值；若所述温度已超过所述第二预设阈值，则停止所述电容器组的充电。16.如权利要求1所述的方法，还包括检测所述电容器组所汲取的电流是否已超过预设电流阈值；若所述电容器组的所述所汲取的电流已超过所述预设电流阈值，则停止所述电容器组的充电。17.一种用于在存储控制器中提供电容器组的保证寿命的方法，所述方法包括当操作在第一电压值时，检测所述电容器组的温度是否超过预设阈值；确定所述电容器组的累积标准化运行时间是否大于所述电容器组的累积日历运行时间；以及若所述累积标准化运行时间大于所述累积日历运行时间，则将所述电容器组的所述操作电压降低到第二值，以增加所述电容器组的预期寿命。18.如权利要求17所述的方法，还包括确定所述将所述电容器组的所述操作电压降低到所述第二值是会否导致所述电容器组存储比用以将所述存储控制器的易失性写缓存备份到所述存储控制器的非易失性存储器所需的电能少的电能；以及若所述将所述电容器组的所述操作电压降低到所述第二值将导致所述电容器组存储比用以将所述易失性写缓存备份到所述非易失性存储器所需的电能少的电能，则在所述将所述操作电压降低之前，先减小所述易失性写缓存的大小。19.如权利要求17所述的方法，其中，根据如下步骤计算所述累积标准化运行时间，所述这些步骤包括(1)初始化所述累积标准化运行时间；(2)在所述初始化之后，感测所述电容器组在所述电容器组操作的时间间隔内的所述温度和所述操作电压；(3)若所述电容器组在寿命期间是在所述温度和所述操作电压下操作时，确定所述电容器组具有用于存储至少预设量的电能的电容量时的所述寿命；(4)利用所述保证寿命相对于所述寿命的比值而标准化所述时间间隔；(5)将所述标准化时间间隔加到所述累积标准化运行时间上；以及(6)在所述存储控制器操作时，重复所述步骤(2)至(5)。20.如权利要求19所述的方法，还包括(7)在所述步骤(2)之前，初始化所述电容器组的所述累积日历运行时间；以及(8)将所述时间间隔加到所述累积日历运行时间上；其中，所述步骤(6)包括在所述存储控制器操作时，重复所述步骤(2)至(5)以及(8)。21.如权利要求17所述的方法，其中，根据如下步骤计算所述累积标准化运行时间，所述这些步骤包括(1)初始化所述累积标准化运行时间；(2)在所述初始化之后，在所述电容器组操作的时间间隔内感测所述电容器组的所述温度；(3)若所述电容器组在寿命期间是在所述温度下操作时，确定所述电容器组具有用于存储至少预设量的电能的电容量时的所述寿命；(4)利用所述保证寿命相对于所述寿命的比值而标准化所述时间间隔；(5)将所述标准化时间间隔加到所述累积标准化运行时间上；以及(6)在所述存储控制器操作时，重复所述步骤(2)至(5)。22.如权利要求21所述的方法，还包括(7)在所述步骤(2)之前，初始化所述电容器组的所述累积日历运行时间；以及(8)将所述时间间隔加到所述累积日历运行时间上；其中，所述步骤(6)包括在所述存储控制器操作时，重复所述步骤(2)至(5)以及(8)。23.如权利要求17所述的方法，其中，所述保证寿命指定一段时间，在该时间上保证所述电容器组在供应给所述存储控制器的主电源中断期间，具有用以存储足够电能的电容量，以使所述存储控制器将所述存储控制器的易失性写缓存备份至所述存储控制器的非易失性存储器。24.如权利要求17所述的方法，其中，所述保证寿命指定一段时间，在该时间上保证所述电容器组具有用以存储足够电能的电容量，以在预设时间内将电能提供到所述存储控制器的易失性写缓存，以在供应给所述存储控制器的主电源中断期间内，保持其中存储的写缓存数据。25.一种用于在存储控制器中提供电容器组的保证寿命的方法，所述方法包括当操作电压为第一值时，检测所述电容器组的温度是否超过预设阈值；确定所述电容器组的电容量下降百分率是否大于所述电容器组的日历时间电容量下降百分率；以及若所述电容量下降百分率大于所述日历时间电容量下降百分率，则将所述电容器组的所述操作电压降低到第二值，以增加所述电容器组的预期寿命。26.如权利要求25所述的方法，还包括确定所述将所述电容器组的所述操作电压降低到所述第二值是否会导致所述电容器组存储比用以将所述存储控制器的易失性写缓存备份到所述存储控制器的非易失性存储器所需的电能少的电能；以及若所述将所述电容器组的所述操作电压降低到所述第二值将导致所述电容器组存储...

【专利技术属性】
技术研发人员：VK佩科尼，YF王，
申请(专利权)人：达西系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]