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JP7358031B2 - Lifespan prediction device, lifespan prediction method, and lifespan prediction program for nonvolatile semiconductor storage devices - Google Patents

Lifespan prediction device, lifespan prediction method, and lifespan prediction program for nonvolatile semiconductor storage devices Download PDF

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JP7358031B2 JP2018045066A JP2018045066A JP7358031B2 JP 7358031 B2 JP7358031 B2 JP 7358031B2 JP 2018045066 A JP2018045066 A JP 2018045066A JP 2018045066 A JP2018045066 A JP 2018045066A JP 7358031 B2 JP7358031 B2 JP 7358031B2
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Description

本発明は、メモリカード等の不揮発性半導体記憶装置の寿命を予測する寿命予測装置、寿命予測方法、及び寿命予測プログラムに関する。 The present invention relates to a lifespan prediction device, a lifespan prediction method, and a lifespan prediction program for predicting the lifespan of a nonvolatile semiconductor storage device such as a memory card.

近年、メモリカード(SDカード等)、USBメモリ、ソリッドステートドライブ(SSD)といった不揮発性半導体記憶装置が普及している。不揮発性半導体記憶装置は、NAND型フラッシュメモリ等の不揮発性半導体メモリと、不揮発性半導体メモリのアクセス制御を行うコントローラを内蔵している。不揮発性半導体メモリの寿命を予測する方法として、不揮発性半導体メモリの読み出し電圧を内部でモニタすることにより、寿命を予測し、外部に報知する手法が提案されている(例えば特許文献1参照)。 In recent years, nonvolatile semiconductor storage devices such as memory cards (SD cards, etc.), USB memories, and solid state drives (SSD) have become widespread. A nonvolatile semiconductor memory device includes a nonvolatile semiconductor memory such as a NAND flash memory, and a controller that controls access to the nonvolatile semiconductor memory. As a method for predicting the lifespan of a nonvolatile semiconductor memory, a method has been proposed in which the read voltage of the nonvolatile semiconductor memory is internally monitored to predict the lifespan and notify the outside (see, for example, Patent Document 1).

不揮発性半導体記憶装置に内蔵されている不揮発性メモリ及びコントローラの種類は多種多様であり、その組み合わせも多種多様である。上述のような寿命予測機能を搭載しない不揮発性半導体記憶装置も多く販売されている。 There are a wide variety of types of nonvolatile memories and controllers built into nonvolatile semiconductor storage devices, and there are also a wide variety of combinations thereof. Many nonvolatile semiconductor memory devices that are not equipped with the above-mentioned life prediction function are also on sale.

また不揮発性半導体記憶装置に所定のアクセスパターンでデータを書き込み、単位記憶領域ごとのアクセス時間を測定し、測定したアクセス時間に基づき不揮発性半導体記憶装置の製品使用上の閾値を決定する手法が提案されている(例えば特許文献2参照)。 In addition, a method has been proposed in which data is written in a nonvolatile semiconductor memory device using a predetermined access pattern, the access time for each unit storage area is measured, and the threshold value for product use of the nonvolatile semiconductor memory device is determined based on the measured access time. (For example, see Patent Document 2).

特開2013-122793号公報Japanese Patent Application Publication No. 2013-122793 特開2016-157227号公報Japanese Patent Application Publication No. 2016-157227

メモリカード等の不揮発性半導体記憶装置は、デジタルカメラやスマートフォン等の電子機器にバンドルされて販売されることも多い。電子機器のメーカは、バンドルして販売する不揮発性半導体記憶装置の寿命を予測する必要性が高い。 Nonvolatile semiconductor storage devices such as memory cards are often sold bundled with electronic devices such as digital cameras and smartphones. Manufacturers of electronic equipment have a strong need to predict the lifespan of nonvolatile semiconductor memory devices sold in bundles.

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、不揮発性半導体記憶装置の寿命を外部から予測する技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of these circumstances, and its purpose is to provide a technique for predicting the lifespan of a nonvolatile semiconductor memory device from the outside.

本発明のある態様の寿命予測装置は、不揮発性半導体メモリおよびコントローラを含む不揮発性半導体記憶装置の寿命を予測する寿命予測装置であって、不揮発性半導体記憶装置に所定のアクセスパターンでデータを書き込む書込処理の応答時間に基づいて、平均または最頻アクセス時間を算出するアクセス時間算出部と、前記アクセス時間算出部により算出された平均または最頻アクセス時間が寿命到達安全閾値以下であるか否かを判定する比較処理部と、前記比較処理部による判定結果に基づいて不揮発性半導体記憶装置の寿命を判断する寿命判断部と、を備える。 A lifespan prediction device according to an aspect of the present invention is a lifespan prediction device that predicts the lifespan of a nonvolatile semiconductor storage device including a nonvolatile semiconductor memory and a controller, and writes data to the nonvolatile semiconductor storage device in a predetermined access pattern. an access time calculation unit that calculates an average or most frequent access time based on the response time of a write process; and whether the average or most frequent access time calculated by the access time calculation unit is less than or equal to a lifetime safety threshold. and a lifespan determination part that determines the lifespan of the nonvolatile semiconductor memory device based on the determination result by the comparison processing part.

また本発明の別の態様は寿命予測方法である。この寿命予測方法は、不揮発性半導体メモリおよびコントローラを含む不揮発性半導体記憶装置の寿命を予測する寿命予測方法であって、不揮発性半導体記憶装置に所定のアクセスパターンでデータを書き込む書込処理の応答時間に基づいて、平均または最頻アクセス時間を算出するアクセス時間算出ステップと、前記アクセス時間算出ステップにより算出された平均または最頻アクセス時間が寿命到達安全閾値以下であるか否かを判定する比較処理ステップと、前記比較処理ステップによる判定結果に基づいて不揮発性半導体記憶装置の寿命を判断する寿命判断ステップと、を備える。 Another aspect of the present invention is a lifespan prediction method. This lifespan prediction method is a lifespan prediction method for predicting the lifespan of a nonvolatile semiconductor storage device including a nonvolatile semiconductor memory and a controller. An access time calculation step of calculating the average or most frequent access time based on time, and a comparison of determining whether the average or most frequent access time calculated by the access time calculation step is less than or equal to a life safety threshold. and a lifespan determination step of determining the lifespan of the nonvolatile semiconductor memory device based on the determination result from the comparison processing step.

本発明によれば、不揮発性半導体記憶装置の寿命を外部から予測する技術を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a technique for externally predicting the lifespan of a nonvolatile semiconductor memory device.

アクセス時間の分布を示すグラフである。It is a graph showing the distribution of access times. 実施形態に係る寿命予測装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a life prediction device according to an embodiment. 書き込み時のアクセスパターンを示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing an access pattern during writing. 寿命予測前の事前処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of preliminary processing before life prediction. 寿命予測処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of life prediction processing. 寿命予測処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of life prediction processing. 閾値カウンターの内部構造を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the internal structure of a threshold counter.

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図1から図7を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。 Hereinafter, the present invention will be explained based on a preferred embodiment with reference to FIGS. 1 to 7. Identical or equivalent components and members shown in each drawing are designated by the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted as appropriate. Further, the dimensions of members in each drawing are shown enlarged or reduced as appropriate to facilitate understanding. Further, in each drawing, some members that are not important for explaining the embodiments are omitted.

本発明の実施形態に係る不揮発性半導体装置の寿命評価装置は、不揮発性半導体記憶装置に対して、規格に基づく外部インタフェースからアクセスし、アクセス時間を測定する。当該アクセス時間をもとに不揮発性半導体記憶装置の寿命を予測する。 The nonvolatile semiconductor device life evaluation device according to the embodiment of the present invention accesses the nonvolatile semiconductor memory device from an external interface based on a standard, and measures the access time. The lifespan of the nonvolatile semiconductor memory device is predicted based on the access time.

従来の不揮発性半導体記憶装置の寿命予測方法の一つに、内部のコントロールチップが、不揮発性半導体メモリ(以下、本明細書では不揮発性メモリという)の書き込み電圧を直接監視する構成を持つものがある。当該コントロールチップは、書き込み電圧をリアルタイムに監視することにより、不揮発性メモリの寿命予測を行い、不揮発性メモリにおいて障害が発生するであろう閾値を決定する。その閾値をもとに、障害が発生していると推測される不揮発性メモリへの書き込みを抑制することにより、システム運用に問題が発生しないようにしている。このように、コントロールチップで不揮発性メモリの書き込み時の電圧を直接監視することにより、不揮発性メモリの寿命を直接予測する手法は既に存在する。 One conventional method for predicting the lifespan of nonvolatile semiconductor memory devices is one in which an internal control chip directly monitors the write voltage of a nonvolatile semiconductor memory (hereinafter referred to as nonvolatile memory). be. The control chip predicts the lifetime of the nonvolatile memory by monitoring the write voltage in real time, and determines a threshold at which a failure will occur in the nonvolatile memory. Based on this threshold, writing to non-volatile memory that is presumed to be faulty is suppressed to prevent problems in system operation. As described above, there already exists a method of directly predicting the lifespan of a nonvolatile memory by directly monitoring the voltage during writing to the nonvolatile memory using a control chip.

不揮発性半導体記憶装置のメーカは、内部の不揮発性メモリの延命を図るため、アクセスに対してウェアレベリングを行い、できるだけ同じ不揮発性メモリをアクセスしないようにチューニングしている。従って、不揮発性半導体記憶装置の外側からは、どの不揮発性メモリを何回アクセスしたかを正確に把握することが難しく、どの不揮発性メモリが寿命に達しているかを判断することは基本的にできない。 Manufacturers of nonvolatile semiconductor memory devices perform wear leveling on accesses and tune to avoid accessing the same nonvolatile memory as much as possible in order to extend the life of internal nonvolatile memory. Therefore, from outside the nonvolatile semiconductor storage device, it is difficult to accurately determine which nonvolatile memory has been accessed and how many times, and it is basically impossible to determine which nonvolatile memory has reached the end of its lifespan. .

また、市場に流通している不揮発性半導体記憶装置に内蔵されている不揮発性メモリ及びコントロールチップの多くは、寿命に達したときに何らかのレスポンスを外部に返すように設計されていない。従って、一般に市場に流通している不揮発性半導体記憶装置の寿命を外部から予測することは非常に難しい。 Furthermore, many of the nonvolatile memories and control chips built into nonvolatile semiconductor memory devices on the market are not designed to return any kind of response to the outside when their lifetimes are reached. Therefore, it is extremely difficult to predict the life span of nonvolatile semiconductor memory devices that are generally available on the market from the outside.

本実施形態に係る寿命予測装置は、一般に市場に流通している、不揮発性メモリ及びコントロールチップを含む不揮発性半導体記憶装置全体の使用寿命を予測する。寿命予測装置は、規格に基づく外部インタフェースからのアクセスに対するアクセス時間を測定し、測定したアクセス時間により、不揮発性半導体記憶装置の製品使用上の寿命を予測する。寿命評価装置は、従来では寿命予測が困難であった使用時間がわからない不揮発性半導体記憶装置の寿命予測をも可能とする。 The lifetime prediction device according to the present embodiment predicts the lifetime of the entire nonvolatile semiconductor memory device, which is generally available on the market, and includes a nonvolatile memory and a control chip. The life prediction device measures the access time for access from an external interface based on the standard, and predicts the product usage life of the nonvolatile semiconductor memory device based on the measured access time. The lifespan evaluation device also makes it possible to predict the lifespan of a nonvolatile semiconductor memory device whose usage time is unknown, which was difficult to predict in the past.

以下、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の寿命予測の概要を説明する。本実施形態では、不揮発性半導体記憶装置に対し、特定セクタ量のデータの書き込み時のアクセス時間を測定する。測定された書き込み時のアクセス時間の変化から寿命を予測する。データ書き込み時のアクセス時間は、外部インタフェースから書き込みコマンドと書き込みデータを不揮発性半導体記憶装置に送信し、不揮発性半導体記憶装置から書き込み完了の応答コマンドを受信するまでの時間をいう。以下、単に「書き込み時間」と表記することもある。 Hereinafter, an overview of life expectancy of the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment will be explained. In this embodiment, the access time when writing a specific sector amount of data to a nonvolatile semiconductor memory device is measured. Predict the lifetime from the measured change in write access time. The access time during data writing refers to the time from transmitting a write command and write data from an external interface to a nonvolatile semiconductor memory device to receiving a write completion response command from the nonvolatile semiconductor memory device. Hereinafter, this may be simply referred to as "writing time."

不揮発性半導体記憶装置が寿命に達するまでの書き込み回数が何回であるかは、回数を数え始めた時点で既に何回書き込みをしていたか判らない限り、使用途中からの寿命予測が困難であった。しかしながら、固定された特定セクタ量の書き込みに対するアクセス時間の変化は、初期状態から徐々に早くなり、最終的に寿命に達すると常に一定のアクセス時間となる特徴があることが判っている。 It is difficult to predict the number of times a nonvolatile semiconductor memory device will last until it reaches the end of its lifespan, unless you know how many times it has already been written when you start counting the number of times it has been written. Ta. However, it has been found that the change in access time for writing a fixed specific sector amount gradually becomes faster from the initial state, and eventually becomes a constant access time when the service life is reached.

書き込み回数が進むにつれて、固定された特定セクタ量の書き込みに対するアクセス時間が早くなるのは、書き込みによるNANDメモリの酸化膜の劣化から、NANDメモリに蓄積される電子が通りやすくなり、電子の蓄積判断が速くなることに起因する。また、書き込みが出来なくなるNANDメモリが増えるに伴い、コントロールチップによる書き込み処理は、書き込み出来ない処理が増え、本来の時間がかかるNANDメモリに書き込む処理よりも短くなり、内部処理時間そのものが短くなることによる。 As the number of writes increases, the access time for writing a fixed specific sector amount becomes faster. This is because the oxide film of the NAND memory deteriorates due to writing, making it easier for electrons accumulated in the NAND memory to pass through. This is due to the fact that it becomes faster. In addition, as the number of NAND memories that cannot be written to increases, the number of processes that cannot be written to increases, and the write processing by the control chip becomes shorter than the originally time-consuming process of writing to NAND memory, and the internal processing time itself becomes shorter. by.

ここで、不揮発性半導体記憶装置が寿命に達するということは、ホストコントローラから送られる書き込みコマンドは受け付けるものの、書き込まれたデータをホストコントローラから正常に読み出すことができないことをいう。書き込まれた領域のデータを再度ホストコントローラから読み取ろうとしても、例えば、読み出しエラーが発生し、ホストコントローラがデータを正常に読み出すことができない。不揮発性半導体記憶装置が寿命に達した時に、不揮発性半導体記憶装置内のコントロールチップは、ホストコントローラから送られる書き込みコマンドに対し、NANDメモリへの書き込み処理を行う。しかし、コントロールチップは、不揮発性半導体記憶装置内のどのNANDメモリに対しても、同じNANDメモリが寿命に達した時の処理を行った後、ホストコントローラへ書き込み処理終了の応答を返す。このため不揮発性半導体記憶装置が寿命に達した後の固定された特定セクタ量の書き込み処理に対するアクセス時間は常に一定となり、固定された特定セクタ量の平均書き込みアクセス時間も一定となる。従って、ホストコントローラは、固定された特定セクタ量の書き込みに対するアクセス時間が寿命に達すると一定時間となることから、寿命に達したアクセス時間から逆算し、現状の固定された特定セクタ量の書き込みに対するアクセス時間に基づいて、後どの位の寿命かを判断することができる。 Here, when a nonvolatile semiconductor memory device reaches the end of its lifespan, it means that although it accepts write commands sent from the host controller, written data cannot be normally read from the host controller. Even if an attempt is made to read the data in the written area from the host controller again, for example, a read error occurs and the host controller is unable to read the data normally. When the nonvolatile semiconductor memory device reaches the end of its life, a control chip within the nonvolatile semiconductor memory device performs write processing to the NAND memory in response to a write command sent from the host controller. However, after the control chip performs a process for every NAND memory in the nonvolatile semiconductor storage device when the same NAND memory reaches the end of its lifespan, it returns a response to the host controller indicating the end of the write process. Therefore, after the nonvolatile semiconductor memory device reaches the end of its life, the access time for write processing of a fixed specific sector amount is always constant, and the average write access time of a fixed specific sector amount is also constant. Therefore, since the access time for writing a fixed specific sector amount becomes a certain amount of time when the lifetime is reached, the host controller calculates backward from the access time that has reached its lifetime and calculates the access time for writing a fixed specific sector amount at the current time. Based on the access time, it is possible to determine how much life is left.

特許文献2に示されるように、内部構成が同じ不揮発性半導体記憶装置は、固定された特定パターンの書き込みコマンドに対し、同じ特性のアクセス時間のパターンを示す特徴が有る。このため、初期値としてのアクセス時間のパターンを取得し、その特徴が同じ不揮発性半導体記憶装置は、同じアクセス時間で寿命に達するといえる。 As shown in Patent Document 2, nonvolatile semiconductor memory devices with the same internal configuration have a characteristic that they exhibit access time patterns with the same characteristics in response to a fixed specific pattern of write commands. For this reason, it can be said that nonvolatile semiconductor memory devices that obtain an access time pattern as an initial value and have the same characteristics reach the end of their lifespan at the same access time.

初期値としての書き込みアクセス時間は次の(1)から(3)に基づいて測定する。
(1)不揮発性半導体記憶装置に対し、固定された特定セクタ単位(例えば、256セクタ単位)でアクセスを連続して行い、その時間をミリ秒オーダで記録する。
(2)アクセスパターンはアドレスに対して最小LBA(Logical Block Address)から最大LBAへの正方向、または最大LBAから最小LBAへの逆方向とし、指定されたLBA単位でアクセスするパターンである。最小LBAは通常、0であり、最大LBAはシステムにより異なる。これにより、不揮発性半導体記憶装置ごとに、アクセス時間を導き出すことができる。
(3)この場合、記録方式における特徴は、アクセス時間ごとのデータを細かくプロットすることである。
The write access time as an initial value is measured based on the following (1) to (3).
(1) A nonvolatile semiconductor memory device is accessed continuously in fixed specific sector units (for example, 256 sector units), and the access time is recorded on the order of milliseconds.
(2) The access pattern is a pattern in which the address is accessed in the forward direction from the minimum LBA (Logical Block Address) to the maximum LBA, or in the reverse direction from the maximum LBA to the minimum LBA, in units of specified LBA. The minimum LBA is typically 0, and the maximum LBA varies by system. Thereby, the access time can be derived for each nonvolatile semiconductor memory device.
(3) In this case, a feature of the recording method is that data for each access time is plotted in detail.

これまで、HDDの性能評価方法として、アプリケーションソフトを使用したベンチマーク試験が存在する。これは、相対的に大まかなHDDの性能評価を示す指標として使用されており、部分的なアクセスによりHDDの相対的な性能比較に用いられるものであって、寿命評価を考慮している物ではなかった。そのため、測定された個体がどのようなアクセス時間を有するかという大まかな違いは検出できるが、そのアクセス時間から、測定した各個体がどのような種類のものであるかを細かく分類することはできない。 Hitherto, a benchmark test using application software has been used as a method for evaluating the performance of HDDs. This is used as an index that shows a relatively rough performance evaluation of HDDs, and is used to compare the relative performance of HDDs through partial access, and does not take into account lifespan evaluation. There wasn't. Therefore, although it is possible to detect rough differences in the type of access time that each measured individual has, it is not possible to finely classify the type of each measured individual based on the access time. .

そこで、LBAにアクセスした時間を明確にするため、固定されたLBA単位でLBAが重複することなく、アクセス開始位置を増加またはアクセス開始位置を減少させるアクセスパターンを使用する。例えば、一般に公開されているIDEMA(The International Disk Drive Equipment and Materials Association)のHDD評価パターン(Command completion time measurement tool White Paper)を使用できる。 Therefore, in order to clarify the time when an LBA is accessed, an access pattern is used that increases or decreases the access start position without overlapping LBAs in fixed LBA units. For example, the publicly available IDEMA (The International Disk Drive Equipment and Materials Association) HDD evaluation pattern (Command completion time measurement tool White Paper) can be used.

このようなアクセスパターンを用い、アクセスする方向、アクセスするLBA、転送するデータ、アクセス手法を厳密に定め、不揮発性メモリの一部分の領域ではなく、全体領域にデータを書き込む。これより、評価対象の個体のアクセス性能の正確な特徴を抽出することができる。なお転送するデータは、不揮発性半導体記憶装置に最も負荷を与えるデータにするとよい。最も負荷を与えるデータは通常、24bitLBA方式で用意されている最大転送コマンド量では0xFFの256セクタとなり、全ビットが「1」のデータである。 Using such an access pattern, the direction of access, the LBA to be accessed, the data to be transferred, and the access method are strictly determined, and data is written to the entire area of the nonvolatile memory instead of a partial area. From this, accurate characteristics of the access performance of the individual to be evaluated can be extracted. Note that the data to be transferred is preferably data that imposes the greatest load on the nonvolatile semiconductor memory device. The data that imposes the most load is normally 256 sectors of 0xFF in the maximum amount of transfer commands prepared in the 24-bit LBA method, and is data in which all bits are "1".

アクセスパターンは、厳密に評価すべき不揮発性メモリのLBAごとに、固定化された転送データに対して測定するものとし、LBAごとの測定データのプロットに意味を持たせ、アクセス時間ごとに何を行っているかを明確化できることを特徴とする。図1は、アクセス時間の分布を示すグラフである。図1において縦軸はアクセス時間、横軸はLBAを表している。 The access pattern shall be measured against fixed transfer data for each LBA of non-volatile memory, which should be strictly evaluated.The plot of the measured data for each LBA shall be given meaning, and what should be calculated for each access time. It is characterized by being able to clarify what is being done. FIG. 1 is a graph showing the distribution of access times. In FIG. 1, the vertical axis represents access time and the horizontal axis represents LBA.

アクセス時間をプロットする装置としてはオペレーティングシステム(OS)等による時間的に不適当なオーバーヘッドを持たない専用の治具を使用することが望ましいが、専用の治具を省略し、ソフトウェアで計測することも可能である。 As a device for plotting access times, it is desirable to use a dedicated jig that does not have inappropriate time overhead caused by an operating system (OS), etc., but it is possible to omit the dedicated jig and measure using software. is also possible.

これにより、不揮発性メモリとコントロールチップを含めた不揮発性半導体記憶装置全体のアクセス性能を正確に把握することができる。アクセス性能は、上述のように内部構成が異なる不揮発性半導体記憶装置ごとに固有の性能を示すことが知られており、固有の性能として、図1に示すように多くのアクセス時間が特定の時間に集中することがわかっている。従って、固定された特定セクタ量のデータの書き込みアクセス時間を平均化することで、アクセス時間が集中する特定時間を不揮発性半導体記憶装置固有の成分として表すことが出来る。 This makes it possible to accurately grasp the access performance of the entire nonvolatile semiconductor memory device including the nonvolatile memory and control chip. It is known that access performance exhibits unique performance for each non-volatile semiconductor storage device with a different internal configuration as described above, and as shown in Figure 1, many access times are I know to concentrate on. Therefore, by averaging the write access time for a fixed specific sector amount of data, the specific time in which the access time is concentrated can be expressed as a component unique to the nonvolatile semiconductor memory device.

この最初に不揮発性半導体記憶装置のアクセス性能を評価すべく、固定された特定セクタ単位の書き込みによって厳密に評価されたアクセス時間を平均化したものを仮に評価開始時アクセス時間と定義する。 In order to first evaluate the access performance of the non-volatile semiconductor memory device, the access time strictly evaluated by writing in fixed specific sector units is averaged and is tentatively defined as the access time at the start of evaluation.

寿命に到達したときのアクセス時間は、最初に不揮発性半導体記憶装置のアクセス性能を評価すべく、固定された特定セクタ単位で連続して全面書き込みするアクセスパターンを実行し、実際に不揮発性半導体記憶装置が寿命に達した時のアクセス時間で示す。上述のように、故障に達した時の固定された特定セクタ単位のアクセス時間は常に同じになることから、固定された特定セクタ単位で平均化されたアクセス時間に等しい。この平均化されたアクセス時間は、不揮発性半導体記憶装置のコントロールチップが不揮発性メモリの全領域に対して、固定された特定セクタ単位書き込んだ時のNANDメモリが寿命に達した時の処理時間の総計の平均で表される。したがって、寿命に達するまでデータを書き込む方法以外にも、アクセス時間の平均時間または最頻時間を用いることによって、不揮発性半導体記憶装置が寿命に達した時のアクセス時間と比較し、寿命に達しているかどうかを評価することができる。 To determine the access time at the end of the service life, first, in order to evaluate the access performance of a non-volatile semiconductor memory device, we executed an access pattern that continuously writes the entire area in fixed specific sector units. Indicates the access time when the device reaches the end of its life. As described above, since the access time in fixed specific sector units when a failure occurs is always the same, it is equal to the access time averaged in fixed specific sector units. This averaged access time is equivalent to the processing time when the NAND memory reaches the end of its life when the control chip of the nonvolatile semiconductor memory device writes to the entire area of the nonvolatile memory in fixed specific sector units. Expressed as the average of the totals. Therefore, in addition to the method of writing data until the end of its life, it is possible to use the average time or the most frequent access time to compare the access time when the nonvolatile semiconductor memory device reaches its end of life. It is possible to evaluate whether there is

例えば、事前に一定容量のアクセスを実行し、不揮発性半導体記憶装置のNANDメモリが寿命に達している時のコントロールチップの応答時間がわかれば、そのときの容量当たりのアクセス時間がわかる。最終的に不揮発性半導体記憶装置中の全てのNANDメモリが寿命に達した時の固定された特定セクタ単位でアクセスしたときのアクセス時間の平均を計算で導くことが出来る。このアクセス時間を寿命到達時アクセス時間と仮に定義する。この結果、ホストコントローラは、アクセスパターンを実行することによって、固定された特定セクタ単位での書き込み時のアクセス時間を平均化した評価開始時アクセス時間と寿命到達時アクセス時間の値を取得することができる。本発明は、この評価開始時アクセス時間が明確にされた内部構造を同じくする不揮発性半導体装置の寿命判断に有効であり、例えば型番、形式、記号等で内部構造が同じであることが判別できていることを前提とする。 For example, if access to a certain capacity is executed in advance and the response time of the control chip when the NAND memory of the nonvolatile semiconductor storage device reaches the end of its life is known, then the access time per capacity at that time can be found. When all the NAND memories in the nonvolatile semiconductor memory device finally reach the end of their lifetime, it is possible to calculate the average access time when accessing in fixed specific sector units. This access time is tentatively defined as the access time at the end of the lifespan. As a result, by executing the access pattern, the host controller can obtain the values of the access time at the start of the evaluation and the access time at the end of the life span, which are averaged access times when writing in fixed specific sector units. can. The present invention is effective in determining the lifespan of non-volatile semiconductor devices that have the same internal structure for which the access time at the start of evaluation is clarified. It is assumed that

寿命予測の方法として、ホストコントローラは通常の処理によって要求されるアクセス処理の合間に、不揮発性半導体記憶装置の空き領域に固定された特定セクタ単位での書き込み処理を行う。ホストコントローラは、書き込み処理による固定された特定セクタ単位あたりのアクセス時間の平均時間または最頻時間と、評価開始時アクセス時間および寿命到達時アクセス時間の比較を行う。ホストコントローラは、現在の固定された特定セクタ単位あたりのアクセス時間の平均時間または最頻時間から寿命がどのくらい進行したかを知ることができる。 As a method for predicting the lifespan, the host controller performs write processing in units of specific sectors fixed in free areas of the nonvolatile semiconductor memory device between access processing required by normal processing. The host controller compares the average time or the most frequent access time per fixed specific sector unit due to write processing with the access time at the start of the evaluation and the access time at the end of the life span. The host controller can know how far the life has progressed from the current fixed average time or mode of access time per specific sector unit.

書き込み処理におけるアクセス単位を、例えば、評価開始時アクセス時間の測定時における固定された特定セクタ単位のn倍とし、大きなデータを少ない回数で書き込むようにしてもよい。連続したコマンド出力の間隔が小さいときには、最小の固定された特定セクタ単位を頻繁に書き込むようにしてもよい。また、これらの書き込み処理を組み合わせてもよい。 The access unit in the write process may be, for example, n times the fixed specific sector unit when measuring the access time at the start of the evaluation, so that large data can be written in a small number of times. When the interval between successive command outputs is short, the smallest fixed specific sector unit may be written frequently. Furthermore, these write processes may be combined.

このとき、測定したアクセス時間を特定回数ため込み、固定された特定セクタ単位あたりの平均値または最頻値を計算し、この平均値と初期値登録データベースに記録された寿命到達時アクセス時間との比較を行う。不揮発性半導体記憶装置では、固定された特定セクタ単位のアクセス時間が特定時間に収束する特徴が有り、書き込み回数が増えると、収束時間から外れたアクセス時間も現れるが、概ねアクセス時間が収束していく傾向を示す。したがって、固定された特定セクタ単位のアクセス時間の平均値または最頻値を求めることにより、アクセス時間の多くが収束する時間を寿命到達時アクセス時間と比較すべき時間とすればよい。 At this time, the measured access time is stored for a specific number of times, the average value or mode is calculated for each fixed specific sector unit, and this average value is compared with the access time at the end of the life span recorded in the initial value registration database. Make a comparison. Non-volatile semiconductor memory devices have the characteristic that the access time for a fixed specific sector unit converges to a specific time, and as the number of writes increases, access times that deviate from the convergence time may appear, but in general the access time converges. It shows the tendency to go. Therefore, by determining the average value or the mode of access times in fixed specific sector units, the time at which most of the access times converge may be used as the time to be compared with the access time at the end of the life span.

尚、ホストコントローラから見た不揮発性半導体記憶装置におけるデータが書き込まれていない空き領域のアドレスは、コントロールチップのウェアレベリングコントロールにより、不揮発性半導体記憶装置内部の絶対なアドレスではない。コントロールチップのウェアレベリングコントロールは、常に不揮発性半導体記憶装置全体のNANDメモリの書き込み回数を均一化するために動いている。このため、ホストコントローラから見た不揮発性半導体記憶装置の空き領域におけるNANDメモリの書き込み回数は、他のデータが書き込まれているNANDメモリの書き込み回数と大きく離れているものではない。従って、ホストコントローラから見て、データが書き込まれていない空き領域のコマンド応答時間を測定することによって、不揮発性半導体記憶装置全体の書き込み回数の進行具合を予測することができる。 Note that the address of an empty area in which no data is written in the nonvolatile semiconductor memory device as seen from the host controller is not an absolute address inside the nonvolatile semiconductor memory device due to the wear leveling control of the control chip. Wear leveling control of the control chip is always working to equalize the number of writes to the NAND memory throughout the nonvolatile semiconductor memory device. Therefore, the number of writes to the NAND memory in the free area of the nonvolatile semiconductor storage device as seen from the host controller is not significantly different from the number of writes to the NAND memory to which other data is written. Therefore, from the perspective of the host controller, by measuring the command response time of an empty area to which no data has been written, it is possible to predict the progress of the number of writes in the entire nonvolatile semiconductor memory device.

以上のように、ホストコントローラは、例えば、通常のアクセス指示に基づくアクセス動作の合間に、データが書き込まれていない空き領域に対し、固定された特定セクタ単位で書き込み、アクセス時間を取得する。ホストコントローラは、固定された特定セクタ単位あたりの平均または最頻アクセス時間の変化を寿命到達時アクセス時間と比較することにより、不揮発性半導体記憶装置の寿命を予測可能とするものである。 As described above, the host controller, for example, writes data in a fixed specific sector unit to an empty area to which no data is written between access operations based on normal access instructions, and obtains the access time. The host controller can predict the lifespan of a nonvolatile semiconductor memory device by comparing changes in the average or most frequent access time per fixed specific sector unit with the access time at the end of the lifespan.

内部構成が同等で、同じ特性のアクセス時間のパターンを有する不揮発性半導体記憶装置であれば、評価開始以前の書き込み回数が不明であっても、評価開始時アクセス時間および寿命到達時アクセス時間に基づいて残りの寿命を予測することができる。現在の平均または最頻アクセス時間を計測し、寿命到達時アクセス時間から逆算することによって、どの位の寿命にあるかを判断し、残りの寿命を予測することができる。 For nonvolatile semiconductor memory devices with the same internal configuration and access time pattern with the same characteristics, even if the number of writes is unknown before the evaluation starts, the evaluation is based on the access time at the start of evaluation and the access time at end of life. It is possible to predict the remaining lifespan. By measuring the current average or most frequent access time and calculating backward from the access time at the end of life, it is possible to determine how long the life is and predict the remaining life.

以下、本発明の実施形態に係る寿命予測装置を具体的に説明する。
図2は、実施形態に係る寿命予測装置10の構成を示すブロック図である。評価対象の不揮発性半導体記憶装置30は不揮発性半導体メモリ31及びコントローラ32を含む。コントローラ32はコマンド実行部40から書き込みコマンド及び書き込みデータを受信すると当該データを不揮発性半導体メモリ31の指定された記憶領域に書き込む。当該データの書き込みが完了するとコマンド実行部40に応答信号を返す。またコントローラ32はコマンド実行部40から読み出しコマンドを受信すると、不揮発性半導体メモリ31の指定された記憶領域からデータを読み出し、コマンド実行部40に送信する。
Hereinafter, a life prediction device according to an embodiment of the present invention will be specifically described.
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the life prediction device 10 according to the embodiment. The nonvolatile semiconductor memory device 30 to be evaluated includes a nonvolatile semiconductor memory 31 and a controller 32. Upon receiving the write command and write data from the command execution unit 40, the controller 32 writes the data into a designated storage area of the nonvolatile semiconductor memory 31. When writing of the data is completed, a response signal is returned to the command execution unit 40. When the controller 32 receives a read command from the command execution unit 40 , it reads data from the designated storage area of the nonvolatile semiconductor memory 31 and transmits it to the command execution unit 40 .

コマンド実行部40は、寿命予測装置10およびホストコントローラ50に接続されており、寿命予測装置10およびホストコントローラ50からのコマンドを受け付けて書き込み処理および読み出し処理を実行する。以下の説明では、不揮発性半導体記憶装置30としてメモリカードを想定する。 The command execution unit 40 is connected to the life prediction device 10 and the host controller 50, receives commands from the life prediction device 10 and the host controller 50, and executes write processing and read processing. In the following description, a memory card is assumed as the nonvolatile semiconductor storage device 30.

ホストコントローラ50は、キーボード等の外部入力により、事前に不揮発性半導体記憶装置30の評価開始時アクセス時間と寿命到達時アクセス時間を初期値登録データベース52に記憶する。記憶する評価開始時アクセス時間と寿命到達時アクセス時間は、寿命を予測する不揮発性半導体記憶装置30に関するものであり、内部構造を同じくする同じアクセスパターンの不揮発性半導体記憶装置の寿命予測時にも変更することなく使用することができる。動作が開始されると、ホストコントローラ50はコマンド実行部40を通して、不揮発性半導体記憶装置30に対して通常の書き込みおよび読み出しの動作を行う。 The host controller 50 stores in advance the access time at the start of evaluation and the access time at the end of the life of the nonvolatile semiconductor memory device 30 in the initial value registration database 52 through external input from a keyboard or the like. The access time at the start of the evaluation and the access time at the end of the lifespan to be stored are related to the nonvolatile semiconductor memory device 30 whose lifespan is predicted, and are also changed when predicting the lifespan of a nonvolatile semiconductor memory device with the same internal structure and the same access pattern. It can be used without. When the operation is started, the host controller 50 performs normal write and read operations on the nonvolatile semiconductor memory device 30 through the command execution unit 40.

ホストコントローラ50は、通常の動作中において、コマンド実行部40に対して所定のコマンド命令を出力する。ホストコントローラ50は、コマンド実行部40に対して所定のコマンド命令を出力した後、次のコマンド命令を連続して出さない場合、寿命予測装置10に対して寿命予測の実行を指示する。 The host controller 50 outputs a predetermined command instruction to the command execution unit 40 during normal operation. After outputting a predetermined command to the command execution unit 40, the host controller 50 instructs the life prediction device 10 to execute life prediction if the next command is not issued consecutively.

寿命予測装置10は、書込処理部11、記憶処理部12、アクセス時間算出部13、比較処理部14および寿命判断部15を有する。寿命予測装置10は、例えばCPUなどによって構成され、メモリ(図示略)に格納されたコンピュータプログラム、およびコンピュータプログラムに用いる各種情報に従って、上述の各部による処理を実行する。寿命予測装置10は、ホストコントローラ50の一部として構成されていてもよく、例えばCPU等の演算処理回路などで構成されるホストコントローラ50における部分的なプログラムによる寿命予測処理部として機能するものであってもよい。 The lifespan prediction device 10 includes a write processing section 11, a storage processing section 12, an access time calculation section 13, a comparison processing section 14, and a lifespan determination section 15. The life prediction device 10 is configured by, for example, a CPU, and executes processing by each of the above-mentioned parts according to a computer program stored in a memory (not shown) and various information used in the computer program. The life prediction device 10 may be configured as a part of the host controller 50, and functions as a life prediction processing section based on a partial program in the host controller 50, which is configured with an arithmetic processing circuit such as a CPU, for example. There may be.

書込処理部11は、不揮発性半導体記憶装置30の空き領域に対し、固定された特定セクタ単位の書き込み処理を実行し、書き込み処理によるアクセス時間を測定する。ホストコントローラ50が通常の動作によりコマンド実行部40を介して不揮発性半導体記憶装置30に読み書きする動作と、書込処理部11がコマンド実行部40を介して不揮発性半導体記憶装置30に書き込む動作とは、同時に実行されないものとする。 The write processing unit 11 executes a write process in fixed specific sector units to the free area of the nonvolatile semiconductor memory device 30, and measures the access time due to the write process. The host controller 50 performs normal operations to read and write to the nonvolatile semiconductor memory device 30 via the command execution unit 40, and the write processing unit 11 writes to the nonvolatile semiconductor memory device 30 via the command execution unit 40. shall not be executed simultaneously.

図3は、書き込み時のアクセスパターンを示す模式図である。縦軸はLBAを示し、横軸はコマンド発行番号(コマンドの発行順序を示す番号)を示している。コマンド発行番号が小さい順に、各コマンドが発行される。図3に示す書き込みパターンは、正方向へのアクセスを示しており、0LBAから最大LBAまで256セクタ単位でメディア全面に書き込みを行う。書き込むデータは任意の物でもよいが、データが0、1、2、からFまでの常に1を加算した連続したデータを書き込むと、書き込まれたデータに問題があった場合、どのデータで問題があったかを発見しやすい利便性がある。 FIG. 3 is a schematic diagram showing an access pattern during writing. The vertical axis indicates LBA, and the horizontal axis indicates command issue number (number indicating command issue order). Each command is issued in order of decreasing command issue number. The write pattern shown in FIG. 3 indicates access in the forward direction, and writes are performed on the entire surface of the medium in units of 256 sectors from 0LBA to the maximum LBA. The data to be written can be arbitrary, but if you write continuous data from 0, 1, 2, to F that always adds 1, if there is a problem with the written data, you will not know which data caused the problem. It's convenient and makes it easy to discover what's warm.

記憶処理部12は、特定回数の測定したアクセス時間を記憶部(図示略)に記憶させる処理を行う。アクセス時間算出部13は、記憶したアクセス時間に基づいて、固定された特定セクタ単位あたりの平均または最頻アクセス時間を計算する。以下、固定された特定セクタ単位あたりのアクセス時間を平均化した平均アクセス時間を用いて説明するが、最頻出のアクセス時間を算出した最頻アクセス時間を用いた処理とすることもできる。 The storage processing unit 12 performs a process of storing the access time measured a specific number of times in a storage unit (not shown). The access time calculation unit 13 calculates the average or most frequent access time per fixed specific sector unit based on the stored access time. The following description will be made using an average access time obtained by averaging access times per fixed specific sector unit, but processing may also be performed using a most frequently occurring access time that is calculated as the most frequently occurring access time.

比較処理部14は、アクセス時間算出部13によって算出された平均アクセス時間と初期値登録データベース52に記録された寿命到達時アクセス時間との比較を行う。尚、寿命予測装置10から平均アクセス時間をホストコントローラ50へ出力し、ホストコントローラ50において平均アクセス時間と寿命到達時アクセス時間とを比較するようにしてもよい。 The comparison processing unit 14 compares the average access time calculated by the access time calculation unit 13 and the access time at the end of life recorded in the initial value registration database 52. Note that the average access time may be output from the life prediction device 10 to the host controller 50, and the host controller 50 may compare the average access time and the access time at the end of the life.

比較処理部14は、平均アクセス時間を、寿命到達時アクセス時間に対して安全サイドであるといえる閾値(以下、寿命到達安全閾値という。)と比較する。寿命到達安全閾値は、例えば、寿命到達時アクセス時間に安全係数を掛けて得られる値に設定する。寿命到達安全閾値は、例えば、寿命到達時アクセス時間が10ミリ秒であり、これに安全係数を1.2として乗算した値12ミリ秒などに設定する。寿命判断部15は、平均アクセス時間が寿命到達安全閾値以下となる場合が多く発生する場合に寿命に到達したと判断し、不揮発性半導体記憶装置30に対する読み書きの動作を停止すべきである旨の寿命到達アラームを出力する。寿命判断部15は、寿命到達アラームを出力することによって不揮発性半導体記憶装置30が寿命に到達した旨を報知する。ホストコントローラ50は、寿命判断部15が出力する寿命到達アラームに基づいて、不揮発性半導体記憶装置30の交換やデータバックアップ等を指示する。 The comparison processing unit 14 compares the average access time with a threshold value that can be said to be on the safe side with respect to the access time at the end of the lifespan (hereinafter referred to as the safety threshold at the end of the lifespan). The safety threshold at the end of the lifespan is set, for example, to a value obtained by multiplying the access time at the end of the lifespan by a safety factor. The lifetime reaching safety threshold is set, for example, to a value of 12 milliseconds, which is obtained by multiplying the access time at the lifetime of 10 milliseconds by a safety factor of 1.2. The lifespan judgment unit 15 determines that the lifespan has been reached when the average access time is often equal to or less than the lifespan reaching safety threshold, and sends a message indicating that read/write operations to the nonvolatile semiconductor storage device 30 should be stopped. Outputs a lifespan reaching alarm. The lifespan determining unit 15 notifies that the nonvolatile semiconductor storage device 30 has reached the end of its lifespan by outputting a lifespan reaching alarm. The host controller 50 instructs replacement of the non-volatile semiconductor storage device 30, data backup, etc. based on the end-of-life alarm output by the life-span determination unit 15.

次に寿命予測装置10の動作について、寿命予測前の事前処理、および寿命予測処理に基づき説明する。図4は寿命予測前の事前処理の手順を示すフローチャートである。この事前処理は、寿命予測装置10以外の評価装置によって行うことができる。評価装置は、コマンド実行部40に相当する外部インタフェースを介して不揮発性半導体記憶装置に対して書き込みコマンドを出力する。評価装置は、不揮発性半導体記憶装置からの書き込み完了の応答コマンドを受信するまでの時間をアクセス時間として取得する。 Next, the operation of the life prediction device 10 will be explained based on the pre-processing before life prediction and the life prediction process. FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of pre-processing before life prediction. This pre-processing can be performed by an evaluation device other than the life prediction device 10. The evaluation device outputs a write command to the nonvolatile semiconductor storage device via an external interface corresponding to the command execution unit 40. The evaluation device obtains the time required to receive the write completion response command from the nonvolatile semiconductor memory device as the access time.

評価装置により、図3に示すアクセスパターンに従って書き込んだときの応答時間を測定する(S1)。評価装置によって評価した不揮発性半導体記憶装置ごとの応答時間を評価開始時アクセス時間として初期値登録データベース52に登録する(S2)。壊れたNANDメモリを不揮発性半導体記憶装置内のコントローラがアクセスしたときの応答時間が算出できるか否かを判定する(S3)。ステップS3による判定は、例えば不揮発性半導体記憶装置の個体がメーカ型番等で判明しており、メーカ型番等に対応するデータベースに基づいて既知または算出できるかによって判定される。 The evaluation device measures the response time when writing according to the access pattern shown in FIG. 3 (S1). The response time of each nonvolatile semiconductor memory device evaluated by the evaluation device is registered in the initial value registration database 52 as the access time at the start of evaluation (S2). It is determined whether the response time when the controller in the nonvolatile semiconductor storage device accesses the broken NAND memory can be calculated (S3). The determination in step S3 is made based on, for example, whether the individual nonvolatile semiconductor memory device is known by the manufacturer's model number, etc., and whether it is known or can be calculated based on the database corresponding to the manufacturer's model number, etc.

ステップS3による判定結果が、算出できるとなった場合(S3:YES)、コントローラの処理時間から寿命到達時のコマンド応答時間を算出し、寿命到達時アクセス時間を取得する(S4)。ステップS3による判定結果が、算出できないとなった場合(S3:NO)、評価装置によって不揮発性半導体記憶装置への書き込み動作を繰り返して書きつぶし、寿命到達時の応答時間を寿命到達時アクセス時間として取得する(S5)。 If the determination result in step S3 is that calculation is possible (S3: YES), the command response time at the end of life is calculated from the processing time of the controller, and the access time at end of life is obtained (S4). If the determination result in step S3 is that calculation is not possible (S3: NO), the evaluation device repeats the writing operation to the nonvolatile semiconductor memory device, and the response time at the end of the life is set as the access time at the end of the life. Acquire (S5).

ステップS4およびS5の後、取得した不揮発性半導体記憶装置ごとの寿命到達時アクセス時間を初期値登録データベース52に登録する(S6)。この事前処理によって、初期値登録データベース52には、不揮発性半導体記憶装置ごとの評価開始時アクセス時間および寿命到達時アクセス時間が登録される。 After steps S4 and S5, the obtained access time at the end of life for each nonvolatile semiconductor memory device is registered in the initial value registration database 52 (S6). Through this preprocessing, the access time at the start of evaluation and the access time at end of life for each nonvolatile semiconductor memory device are registered in the initial value registration database 52.

図5および図6は、寿命予測処理の手順を示すフローチャートである。ホストコントローラ50は、初期値登録データベース52にアクセスし、不揮発性半導体記憶装置30がデータベースに登録されている不揮発性半導体記憶装置であるか否かを判定する(S11)。不揮発性半導体記憶装置30が初期値登録データベース52に登録されている場合(S11:YES)、初期値登録データベース52から評価開始時アクセス時間および寿命到達時アクセス時間を読み出す(S13)。 FIG. 5 and FIG. 6 are flowcharts showing the procedure of life prediction processing. The host controller 50 accesses the initial value registration database 52 and determines whether the nonvolatile semiconductor memory device 30 is a nonvolatile semiconductor memory device registered in the database (S11). If the nonvolatile semiconductor storage device 30 is registered in the initial value registration database 52 (S11: YES), the access time at the start of evaluation and the access time at the end of life are read from the initial value registration database 52 (S13).

不揮発性半導体記憶装置30が初期値登録データベース52に登録されていない場合(S11:NO)、上述の事前処理に基づいて不揮発性半導体記憶装置30の名称、評価開始時アクセス時間および寿命到達時アクセス時間を初期値登録データベース52に登録する(S12)。ステップS12の後、ホストコントローラ50は、初期値登録データベース52から評価開始時アクセス時間および寿命到達時アクセス時間を読み出す(S13)。ホストコントローラ50は、読み出した評価開始時アクセス時間および寿命到達時アクセス時間を寿命予測装置10へ出力する。 If the nonvolatile semiconductor storage device 30 is not registered in the initial value registration database 52 (S11: NO), the name of the nonvolatile semiconductor storage device 30, the access time at the start of evaluation, and the access at the end of the life span are determined based on the above-mentioned preprocessing. The time is registered in the initial value registration database 52 (S12). After step S12, the host controller 50 reads the access time at the start of evaluation and the access time at end of life from the initial value registration database 52 (S13). The host controller 50 outputs the read access time at the start of evaluation and the access time at end of life to the life prediction device 10.

ホストコントローラ50は、通常の動作により不揮発性半導体記憶装置30への読み書きを開始する(S14)。ホストコントローラ50は、不揮発性半導体記憶装置30へ連続したコマンド出力中であるか否かを判定し(S15)、コマンド出力中である場合(S15:YES)、ステップS15による判定を繰り返す。 The host controller 50 starts reading and writing to the nonvolatile semiconductor memory device 30 through normal operation (S14). The host controller 50 determines whether or not continuous commands are being output to the nonvolatile semiconductor storage device 30 (S15), and if the commands are being output (S15: YES), the determination in step S15 is repeated.

ステップS15において否と判定された場合(S15:NO)、ホストコントローラ50からの通知に基づいて、寿命予測装置10の書込処理部11は、不揮発性半導体記憶装置30の空き領域に固定された特定セクタ単位の書き込みを行う(S16)。書込処理部11は、1回の固定された特定セクタ量のn倍のデータ、または最小の固定された特定セクタ単位のデータを複数回書き込む。 If the determination in step S15 is negative (S15: NO), based on the notification from the host controller 50, the write processing unit 11 of the life prediction device 10 is fixed to the free space of the nonvolatile semiconductor storage device 30. Writing is performed in units of specific sectors (S16). The write processing unit 11 writes data that is n times the fixed specific sector amount at one time, or data in the minimum fixed specific sector unit multiple times.

データ量は次に連続するコマンド出力のパターンによって変更することができる。次に連続するコマンド出力までの間隔が大きいときは1回当たり、固定された特定セクタ単位のn倍のデータとした大きなデータを少ない回数で書き込んでもよいし、次に連続したコマンド出力までの間隔が小さいときには、1個の固定された特定セクタ単位を頻繁に書き込むようにしてもよい。また、これらの組み合わせであってもよい。 The amount of data can be changed by the pattern of the next consecutive command output. If the interval until the next consecutive command output is long, you can write large data that is n times the data of a fixed specific sector unit in a small number of times, or the interval until the next consecutive command output. When the data is small, one fixed specific sector unit may be written frequently. Alternatively, a combination of these may be used.

寿命予測装置10の記憶処理部12は、測定したアクセス時間を特定回数記憶する処理を行い、アクセス時間算出部13は、固定された特定セクタ単位あたりの平均アクセス時間を算出する(S17)。尚、平均アクセス時間の代わりに最頻アクセス時間を算出して用いることもできる。比較処理部14は、平均アクセス時間が寿命到達安全閾値以下となったか否かを判定する(S18)。ステップS18における判定において、寿命の到来を予測する精度を上げるためには、特定回数として多くのアクセス時間を記憶させて平均を取り、1回でも寿命到達安全閾値以下となった場合に、寿命が到来したとすることが望ましい。 The storage processing unit 12 of the life prediction device 10 performs a process of storing the measured access time a specific number of times, and the access time calculation unit 13 calculates the average access time per fixed specific sector unit (S17). Note that the most frequent access time can be calculated and used instead of the average access time. The comparison processing unit 14 determines whether the average access time has become equal to or less than the life safety threshold (S18). In the judgment in step S18, in order to increase the accuracy of predicting the end of the lifespan, a large number of access times are stored as a specific number of times and the average is taken. It is desirable to assume that it has arrived.

しかし、図1に示すように実際の不揮発性半導体記憶装置のアクセスパターンは、ある程度のばらつきを含んでいる。したがって、固定された特定セクタ単位のn倍のデータを少ない回数、例えば10個の固定された特定セクタ単位を1回で、書き込み、複数回分の平均アクセス時間を算出する。その結果、例えばこの1回でまとめて書かれた特定セクタ単位の最近得ることが出来た10回分の平均アクセス時間の内、7回が寿命到達安全閾値以下になることをもって寿命が到来したとする。 However, as shown in FIG. 1, the access pattern of an actual nonvolatile semiconductor memory device includes a certain degree of variation. Therefore, data of n times the fixed specific sector unit is written a small number of times, for example, 10 fixed specific sector units are written once, and the average access time for the plurality of times is calculated. As a result, for example, suppose that the end of life is reached when 7 of the 10 recent average access times of a specific sector written in one go are below the life-span safety threshold. .

ステップS18で平均アクセス時間が寿命到達安全閾値以下となった場合(S18:YES)、寿命判断部15は、閾値カウンターを1とし、平均アクセス時間が寿命到達安全閾値以下となったことをカウントする(S19)。図7は閾値カウンターの内部構造を示す模式図である。閾値カウンターはFIFO(First In First Out)カウンターとなっている。ステップS18で平均アクセス時間が寿命到達安全閾値以下でない場合(S18:NO)、閾値カウンターを0とし(S20)、ステップS15に戻って処理を繰り返す。 If the average access time is equal to or less than the life safety threshold in step S18 (S18: YES), the life judgment unit 15 sets the threshold counter to 1 and counts that the average access time has become less than or equal to the life safety threshold. (S19). FIG. 7 is a schematic diagram showing the internal structure of the threshold counter. The threshold counter is a FIFO (First In First Out) counter. If the average access time is not equal to or less than the lifetime safety threshold in step S18 (S18: NO), the threshold counter is set to 0 (S20), and the process returns to step S15 to repeat the process.

例えば、10回分の平均アクセス時間で寿命到達を判断する場合、この閾値カウンター内部を10個の区切りとし、このうち7個が1となれば寿命到達と判断する。ステップS19の後、寿命判断部15は、閾値カウンターによるカウント値が規定値を超えたか否かを判定する(S21)。ステップ21において、閾値カウンターによるカウント値が規定値を超えていない場合(S21:NO)、ステップS15に戻って処理を繰り返す。ステップS21において、閾値カウンターによるカウント値が規定値を超えたと判定された場合(S21:YES)、寿命判断部15は、寿命に到達したと判断し、寿命到達アラームを出力する(S22)。寿命判断部15は、寿命到達アラームを出力することによって不揮発性半導体記憶装置30が寿命に到達した旨を報知する。寿命到達アラームは、ランプやブザー等によって異常を知らせるものであってもよい。ホストコントローラ50は、寿命到達アラームに基づいて、不揮発性半導体記憶装置30の交換やデータバックアップ等を指示し(S23)、処理を終了する。 For example, when determining whether the lifespan has been reached based on the average access time of 10 times, the inside of this threshold counter is divided into 10 sections, and if 7 of these are 1, it is determined that the lifespan has been reached. After step S19, the lifespan determining unit 15 determines whether the count value by the threshold counter exceeds a specified value (S21). In step S21, if the count value by the threshold counter does not exceed the specified value (S21: NO), the process returns to step S15 and repeats the process. In step S21, if it is determined that the count value by the threshold counter exceeds the specified value (S21: YES), the lifespan determining unit 15 determines that the lifespan has been reached and outputs a lifespan reaching alarm (S22). The lifespan determining unit 15 notifies that the nonvolatile semiconductor storage device 30 has reached the end of its lifespan by outputting a lifespan reaching alarm. The end-of-life alarm may be a lamp, a buzzer, or the like to notify an abnormality. The host controller 50 instructs replacement of the nonvolatile semiconductor storage device 30, data backup, etc. based on the end-of-life alarm (S23), and ends the process.

別の判断方法として、不揮発性半導体記憶装置30への通常の連続コマンドが頻繁に出力され、大きなデータを書き込む余裕が無い場合でも、1個の固定された特定セクタ単位で書き込んだ時のアクセス時間を数多く記憶して同じ効果を得ることができる。例えば、最近得ることが出来た50回の1個の固定された特定セクタ単位で書き込んだ時のアクセス時間の内、35回のアクセス時間が寿命到達安全閾値以下となり寿命に到達するケースについて考える。この場合、閾値カウンター内部を50個の区切りとし、このうち35個が1となれば寿命に到達したとしてステップS22に移行すればよい。 Another method for determining this is that even if normal continuous commands are frequently output to the nonvolatile semiconductor memory device 30 and there is no room to write large amounts of data, the access time when writing in one fixed specific sector unit may be used. You can memorize many of them to get the same effect. For example, consider a case where 35 of the 50 access times obtained recently when writing in one fixed specific sector unit become less than the lifetime safety threshold and reach the end of the lifetime. In this case, the inside of the threshold value counter is divided into 50 divisions, and if 35 of these divisions become 1, it is assumed that the life span has been reached and the process proceeds to step S22.

1回の書き込み量とFIFOカウンターの大きさの組み合わせは、不揮発性半導体記憶装置の本来の読み書きの連続コマンドがどのタイミングで出されるかと、不揮発性半導体記憶装置の空き領域がまとまった書き込みが出来るかどうかで判断される。このような判断が可能であるのは、図1に示すように、不揮発性半導体記憶装置の場合、NANDデバイスストレージの特徴から、アクセス時間の成分として、内部のコントロールチップによる特定のアクセス時間の成分しか持たないことによる。 The combination of the amount of one write and the size of the FIFO counter depends on the timing at which the continuous read/write commands of the non-volatile semiconductor memory device are issued, and whether the free space of the non-volatile semiconductor memory device can be written in a large amount. It will be judged by how. This kind of judgment is possible because, as shown in Figure 1, in the case of non-volatile semiconductor storage devices, due to the characteristics of NAND device storage, a specific access time component by an internal control chip is used as an access time component. By having only one.

以上説明したように実施形態によれば、寿命予測装置10は、不揮発性半導体記憶装置30の内部に特殊な寿命予測用の装置等を搭載することなく、外部からアクセス時間を計測して判断することで寿命を予測することができる。寿命予測装置10は、市場に流通する不揮発性半導体記憶装置30を不揮発性半導体メモリ31と、コントローラ32を込みにして、その寿命を予測することができる。 As described above, according to the embodiment, the life prediction device 10 measures the access time from the outside and makes a determination without installing a special life prediction device or the like inside the nonvolatile semiconductor storage device 30. This allows the lifespan to be predicted. The lifetime prediction device 10 can predict the lifetime of a commercially available nonvolatile semiconductor memory device 30 including a nonvolatile semiconductor memory 31 and a controller 32.

また、寿命予測装置10は、平均アクセス時間が寿命到達安全閾値以下となったことを閾値カウンターによりカウントして規定値と比較することで、平均アクセス時間にばらつきがあることを考慮して、寿命を予測することができる。また寿命予測装置10は、寿命到達安全閾値を寿命到達時アクセス時間に安全係数を掛けた値に設定することで、寿命に到達して故障する前に、不揮発性半導体記憶装置30の寿命を予測することができる。 In addition, the life prediction device 10 uses a threshold counter to count when the average access time becomes less than or equal to the life safety threshold and compares it with a specified value. can be predicted. Furthermore, the life prediction device 10 predicts the life of the nonvolatile semiconductor storage device 30 before it reaches the end of its life and breaks down by setting the life reaching safety threshold to a value obtained by multiplying the access time at reaching the life by a safety factor. can do.

また、寿命予測装置10は、書き込み時の応答時間についての評価開始時アクセス時間と寿命到達時アクセス時間に基づいて、寿命の経過や、残り寿命などを簡易に予測することもできる。 Furthermore, the life predicting device 10 can also easily predict the progress of the life, the remaining life, etc. based on the access time at the start of evaluation and the access time at the end of the life with respect to the response time during writing.

次に、各実施形態に係る寿命予測装置10、寿命予測方法および寿命予測プログラムの特徴を説明する。
寿命予測装置10は、アクセス時間算出部13、比較処理部14および寿命判断部15を備え、不揮発性半導体メモリ31およびコントローラ32を含む不揮発性半導体記憶装置30の寿命を予測する。アクセス時間算出部13は、不揮発性半導体記憶装置30に所定のアクセスパターンでデータを書き込む書込処理の応答時間に基づいて、平均または最頻アクセス時間を算出する。比較処理部14は、アクセス時間算出部13により算出された平均または最頻アクセス時間が寿命到達安全閾値以下であるか否かを判定する。寿命判断部15は、比較処理部14による判定結果に基づいて不揮発性半導体記憶装置30の寿命を判断する。これにより、寿命予測装置10は、算出する平均または最頻アクセス時間と寿命到達安全閾値との比較処理に基づいて、不揮発性半導体記憶装置の寿命を外部から予測することができる。
Next, the characteristics of the life prediction device 10, the life prediction method, and the life prediction program according to each embodiment will be explained.
The lifespan prediction device 10 includes an access time calculation section 13, a comparison processing section 14, and a lifespan determination section 15, and predicts the lifespan of a nonvolatile semiconductor memory device 30 including a nonvolatile semiconductor memory 31 and a controller 32. The access time calculation unit 13 calculates the average or most frequent access time based on the response time of a write process for writing data into the nonvolatile semiconductor memory device 30 in a predetermined access pattern. The comparison processing unit 14 determines whether the average or most frequent access time calculated by the access time calculation unit 13 is less than or equal to the lifetime safety threshold. The lifespan determination section 15 determines the lifespan of the nonvolatile semiconductor storage device 30 based on the determination result by the comparison processing section 14 . Thereby, the life predicting device 10 can predict the life of the nonvolatile semiconductor storage device from the outside based on the process of comparing the calculated average or most frequent access time with the life reaching safety threshold.

また寿命判断部15は、平均または最頻アクセス時間が寿命到達安全閾値以下となるケースをカウントし、規定値以上となったときに不揮発性半導体記憶装置30が寿命に到達したと判断する。これにより、寿命予測装置10は、平均または最頻アクセス時間のばらつきを考慮して、不揮発性半導体記憶装置30の寿命を予測することができる。 Furthermore, the lifespan determining unit 15 counts the cases in which the average or most frequent access time is less than or equal to the lifespan attainment safety threshold, and determines that the nonvolatile semiconductor memory device 30 has reached the end of its lifespan when the average or most frequent access time is equal to or greater than the specified value. Thereby, the lifetime prediction device 10 can predict the lifetime of the nonvolatile semiconductor memory device 30 by taking into account variations in the average or most frequent access time.

また寿命到達安全閾値は、不揮発性半導体記憶装置30が寿命に到達した時のアクセス時間に安全係数を掛けた値に設定されている。これにより、寿命予測装置10は、不揮発性半導体記憶装置30が寿命に到達して故障する前に、不揮発性半導体記憶装置30の寿命を予測することができる。 Furthermore, the lifetime safety threshold is set to a value obtained by multiplying the access time when the nonvolatile semiconductor memory device 30 reaches the lifetime by a safety factor. Thereby, the life predicting device 10 can predict the life of the nonvolatile semiconductor memory device 30 before the nonvolatile semiconductor memory device 30 reaches the end of its life and breaks down.

寿命予測方法は、アクセス時間算出ステップ、比較処理ステップおよび寿命判断ステップを備え、不揮発性半導体メモリ31およびコントローラ32を含む不揮発性半導体記憶装置30の寿命を予測する。アクセス時間算出ステップは、不揮発性半導体記憶装置30に所定のアクセスパターンでデータを書き込む書込処理の応答時間に基づいて、平均または最頻アクセス時間を算出する。比較処理ステップは、アクセス時間算出ステップにより算出された平均または最頻アクセス時間が寿命到達安全閾値以下であるか否かを判定する。寿命判断ステップは、比較処理ステップによる判定結果に基づいて不揮発性半導体記憶装置30の寿命を判断する。この寿命予測方法によれば、算出する平均または最頻アクセス時間と寿命到達安全閾値との比較処理に基づいて、不揮発性半導体記憶装置30の寿命を外部から予測することができる。 The lifespan prediction method includes an access time calculation step, a comparison processing step, and a lifespan determination step, and predicts the lifespan of the nonvolatile semiconductor memory device 30 including the nonvolatile semiconductor memory 31 and the controller 32. The access time calculation step calculates the average or most frequent access time based on the response time of a write process for writing data into the nonvolatile semiconductor memory device 30 in a predetermined access pattern. The comparison processing step determines whether the average or most frequent access time calculated in the access time calculation step is less than or equal to the life safety threshold. The lifespan determination step determines the lifespan of the nonvolatile semiconductor memory device 30 based on the determination result from the comparison processing step. According to this lifespan prediction method, the lifespan of the nonvolatile semiconductor storage device 30 can be predicted from the outside based on the process of comparing the calculated average or most frequent access time with the safety threshold for reaching the lifespan.

寿命予測プログラムは、アクセス時間算出ステップ、比較処理ステップおよび寿命判断ステップをコンピュータに実行させ、不揮発性半導体メモリ31およびコントローラ32を含む不揮発性半導体記憶装置30の寿命を予測する。アクセス時間算出ステップは、不揮発性半導体記憶装置30に所定のアクセスパターンでデータを書き込む書込処理の応答時間に基づいて、平均または最頻アクセス時間を算出する。比較処理ステップは、アクセス時間算出ステップにより算出された平均または最頻アクセス時間が寿命到達安全閾値以下であるか否かを判定する。寿命判断ステップは、比較処理ステップによる判定結果に基づいて不揮発性半導体記憶装置30の寿命を判断する。この寿命予測プログラムによれば、算出する平均または最頻アクセス時間と寿命到達安全閾値との比較処理に基づいて、不揮発性半導体記憶装置30の寿命を外部から予測することができる。 The lifespan prediction program causes a computer to execute an access time calculation step, a comparison processing step, and a lifespan determination step to predict the lifespan of the nonvolatile semiconductor memory device 30 including the nonvolatile semiconductor memory 31 and the controller 32. The access time calculation step calculates the average or most frequent access time based on the response time of a write process for writing data into the nonvolatile semiconductor memory device 30 in a predetermined access pattern. The comparison processing step determines whether the average or most frequent access time calculated in the access time calculation step is less than or equal to the life safety threshold. The lifespan determination step determines the lifespan of the nonvolatile semiconductor memory device 30 based on the determination result from the comparison processing step. According to this lifespan prediction program, the lifespan of the nonvolatile semiconductor storage device 30 can be predicted from the outside based on a comparison process between the calculated average or most frequent access time and the safety threshold for reaching the lifespan.

以上、本発明の実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。 The above description has been based on the embodiments of the present invention. Those skilled in the art will understand that these embodiments are illustrative and that various modifications and changes are possible and within the scope of the claims of the present invention. It is about to be done. Accordingly, the description and drawings herein are to be regarded in an illustrative rather than a restrictive sense.

10 寿命予測装置、 13 アクセス時間算出部、 14 比較処理部、
15 寿命判断部、 30 不揮発性半導体記憶装置、
31 不揮発性半導体メモリ、 32 コントローラ。
10 life prediction device, 13 access time calculation unit, 14 comparison processing unit,
15 lifespan judgment unit, 30 nonvolatile semiconductor memory device,
31 non-volatile semiconductor memory, 32 controller.

Claims (5)

不揮発性半導体メモリおよびコントローラを含む不揮発性半導体記憶装置の寿命を予測する寿命予測装置であって、
不揮発性半導体記憶装置に所定のアクセスパターンでデータを書き込む書込処理の応答時間に基づいて、平均または最頻アクセス時間を算出するアクセス時間算出部と、
寿命に達した後の固定された特定セクタ量の書き込み処理に対するアクセス時間である寿命到達時アクセス時間が常に一定時間となる特性を用いて、前記寿命到達時アクセス時間に基づいて寿命到達安全閾値を設定し、前記アクセス時間算出部により算出された平均または最頻アクセス時間が前記設定した寿命到達安全閾値以下であるか否かを判定する比較処理部と、
前記比較処理部による判定結果に基づいて不揮発性半導体記憶装置の寿命を判断する寿命判断部と、
を備えることを特徴とする寿命予測装置。
A lifespan prediction device that predicts the lifespan of a nonvolatile semiconductor storage device including a nonvolatile semiconductor memory and a controller,
an access time calculation unit that calculates an average or most frequent access time based on a response time of a write process for writing data in a nonvolatile semiconductor memory device in a predetermined access pattern;
Using the characteristic that the access time at the end of the lifespan , which is the access time for write processing of a fixed specific sector amount after the end of the lifespan, is always a constant time , the safety threshold for reaching the lifespan is determined based on the access time at the end of the lifespan. a comparison processing unit that determines whether the average or most frequent access time calculated by the access time calculation unit is equal to or less than the set life safety threshold;
a lifespan determination unit that determines the lifespan of the nonvolatile semiconductor storage device based on the determination result by the comparison processing unit;
A life prediction device comprising:
前記寿命判断部は、平均または最頻アクセス時間が前記寿命到達安全閾値以下となるケースをカウントし、規定値以上となったときに前記不揮発性半導体記憶装置が寿命に到達したと判断することを特徴とする請求項1に記載の寿命予測装置。 The lifespan determining unit counts cases in which the average or most frequent access time is less than or equal to the lifespan attainment safety threshold, and determines that the nonvolatile semiconductor storage device has reached its lifespan when the average or most frequent access time is equal to or greater than a specified value. The life prediction device according to claim 1. 前記寿命到達安全閾値は、前記不揮発性半導体記憶装置が寿命に到達した時のアクセス時間に安全係数を掛けた値に設定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の寿命予測装置。 3. The lifetime prediction device according to claim 1, wherein the lifetime reaching safety threshold is set to a value obtained by multiplying an access time when the nonvolatile semiconductor memory device reaches its lifetime by a safety factor. . 不揮発性半導体メモリおよびコントローラを含む不揮発性半導体記憶装置の寿命を予測する寿命予測方法であって、
不揮発性半導体記憶装置に所定のアクセスパターンでデータを書き込む書込処理の応答時間に基づいて、平均または最頻アクセス時間を算出するアクセス時間算出ステップと、
寿命に達した後の固定された特定セクタ量の書き込み処理に対するアクセス時間である寿命到達時アクセス時間が常に一定時間となる特性を用いて前記寿命到達時アクセス時間に基づいて寿命到達安全閾値を設定し、前記アクセス時間算出部により算出された平均または最頻アクセス時間が前記設定した寿命到達安全閾値以下であるか否かを判定する比較処理ステップと、
前記比較処理ステップによる判定結果に基づいて不揮発性半導体記憶装置の寿命を判断する寿命判断ステップと、
を備えることを特徴とする寿命予測方法。
A lifespan prediction method for predicting the lifespan of a nonvolatile semiconductor storage device including a nonvolatile semiconductor memory and a controller, the method comprising:
an access time calculation step of calculating an average or most frequent access time based on a response time of a write process for writing data in a nonvolatile semiconductor memory device in a predetermined access pattern;
Using the characteristic that the access time at the end of the lifespan , which is the access time for write processing of a fixed specific amount of sectors after the end of the lifespan, is always a constant time, the safety threshold for reaching the lifespan is determined based on the access time at the end of the lifespan. a comparison processing step of determining whether the average or most frequent access time calculated by the access time calculation unit is equal to or less than the set life safety threshold;
a lifespan determination step of determining the lifespan of the nonvolatile semiconductor storage device based on the determination result from the comparison processing step;
A lifespan prediction method comprising:
不揮発性半導体メモリおよびコントローラを含む不揮発性半導体記憶装置の寿命を予測する寿命予測プログラムであって、
不揮発性半導体記憶装置に所定のアクセスパターンでデータを書き込む書込処理の応答時間に基づいて、平均または最頻アクセス時間を算出するアクセス時間算出ステップと、
寿命に達した後の固定された特定セクタ量の書き込み処理に対するアクセス時間である寿命到達時アクセス時間が常に一定時間となる特性を用いて、前記寿命到達時アクセス時間に基づいて寿命到達安全閾値を設定し、前記アクセス時間算出部により算出された平均または最頻アクセス時間が前記設定した寿命到達安全閾値以下であるか否かを判定する比較処理ステップと、
前記比較処理ステップによる判定結果に基づいて不揮発性半導体記憶装置の寿命を判断する寿命判断ステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする寿命予測プログラム。
A lifespan prediction program that predicts the lifespan of a nonvolatile semiconductor storage device including a nonvolatile semiconductor memory and a controller,
an access time calculation step of calculating an average or most frequent access time based on a response time of a write process for writing data in a nonvolatile semiconductor memory device in a predetermined access pattern;
Using the characteristic that the access time at the end of the lifespan , which is the access time for write processing of a fixed specific sector amount after the end of the lifespan, is always a constant time , the safety threshold for reaching the lifespan is determined based on the access time at the end of the lifespan. and determining whether the average or most frequent access time calculated by the access time calculation unit is equal to or less than the set life safety threshold;
a lifespan determination step of determining the lifespan of the nonvolatile semiconductor storage device based on the determination result from the comparison processing step;
A lifespan prediction program that causes a computer to execute.
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