JPH07281842A

JPH07281842A - 半導体記憶装置

Info

Publication number: JPH07281842A
Application number: JP7181294A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Katayama; 国弘片山; Yukihide Inagaki; 幸秀稲垣; Takeshi Furuno; 毅古野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-04-11
Filing date: 1994-04-11
Publication date: 1995-10-27

Abstract

(57)【要約】【目的】フラッシュメモリを頻繁に書換えて劣化を起こ
し、装置寿命が短くなることを防ぐことを目的とする。【構成】主格納メモリであるフラッシュメモリと、代替
メモリ用の強誘電体メモリ、そして格納するファイルデ
ータの書換え頻度を調べる書換え頻度管理手段、さらに
外部とデータをやり取りする入出力手段を備える記憶装
置であり、最初、格納ファイルデータは主格納メモリに
格納し、使用するうちに書換え頻度管理手段が書換え頻
度を調べ、書換え頻度が著しく高く、フラッシュメモリ
の寿命を縮めると判断されるファイルを特定できたら、
このファイルの格納場所を強誘電体メモリに遷移させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体を記憶媒体とした
記憶装置に係り、特に、フラッシュメモリを主な記憶媒
体として、小型で安価なデータファイル記憶装置の長寿
命化方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】フラッシュメモリは電気的書換え可能な
メモリとして最も安価なもののひとつであり、さらに不
揮発性という特徴から、大容量の外部記憶装置の記憶媒
体として注目されている。従来外部記憶装置としては磁
気ディスク記憶装置が最も一般的であったが、携帯型情
報機器には、耐衝撃性能、消費電力といった問題から、
フラッシュメモリを記憶媒体とした記憶装置が脚光を浴
び始めている。しかしながらフラッシュメモリは、書換
え可能回数が１０の５乗前後と磁気ディスク装置より大
きく劣るため、磁気ディスクの替わりの記憶媒体として
そのまま置き換えることはできないというのが一般的な
見解である。そこでフラッシュメモリを保護するための
方式を取り入れる必要がある。特願平４−９９８９１号
公報はその方式を示したものであり、この方式によりフ
ラッシュメモリを記憶媒体とした磁気ディスク装置互換
の外部記憶装置を実現できる。本従来例の特徴は、外部
記憶装置としての記憶容量と等しいフラッシュメモリア
レイとは別に、書換え可能回数を越えて使用不可能とな
ったメモリを代替するためのフラッシュメモリを備えた
ことにある。つまり、使用不可能となったフラッシュメ
モリは使わないこととして、替わりに、予め用意してあ
る代替用のメモリにその記憶領域を移してしまう方式で
ある。これにより、ある記憶領域が頻繁に書き替えられ
て使用不可能になっても、装置全体は問題なく動作を続
けることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】フラッシュメモリを磁
気ディスクと置き換えて使用するときに、フラッシュメ
モリの寿命が問題となるのは、ＦＡＴ（ファイルアロケ
ーションテーブル）によるファイル管理を行っているこ
とである。ＦＡＴとは、ファイルの物理的な格納位置を
示すテーブルであり、格納してある全ファイルの管理情
報が集められている。そしてＦＡＴもディスク上に一つ
のファィルとして格納してあるが、格納ファイルの書き
込みや書き換え時に必ず書換えられてしまうファイルと
なる。従って、全ファイルの書換え回数の累計がＦＡＴ
の書換え回数になる。１分に１回のファイル書換えが発
生したとすると、１年間で５０万回以上のＦＡＴの書換
えが発生することになる。これがフラッシュメモリ上で
行われたとすると、例えばフラッシュメモリの書換え保
証回数を１０万回とすると、１年間で代替処理を５回行
う必要がある。１００ＭＢの容量のファイル装置のＦＡ
Ｔの容量が２００ＫＢ程度であるとすれば、１ＭＢの代
替メモリが必要である。もしこの記憶装置を５年間使用
するならば５ＭＢの代替メモリとなる。つまり、以上の
条件のもとでは記憶容量の５％の代替メモリが必要とな
る。これは価格的にも、実装面積上も無駄が大きいとい
える。またさらに条件の厳しい使用環境では、それ以上
の代替メモリ容量が要求される。従来技術では以上の点
が考慮されていない。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題は、代替メモリ
として、フラッシュメモリを用いずに、強誘電体メモリ
を用いることにより解決する。強誘電体メモリとはセル
構造はＤＲＡＭと類似しており、スタック用のキャパシ
タに強誘電体を用いたものである。通常のＤＲＡＭでは
キャパシタの誘電率が低いため、リフレッシュを行わな
いとデータが保存できず、電源の供給を停止すれば当然
データは失われる。しかし強誘電体メモリでは、電源の
供給を停止しても、何年間というレベルでデータを保存
することができる。そしてこのメモリの寿命はデータの
反転回数により規定されるが、現状で１億回以上を保証
しているものがある。これは１分毎に書換えが起こって
も、２００年間を保証する値である。従って、代替メモ
リに強誘電体メモリを用いれば前記課題は解決される。

【０００５】

【作用】上記手段によれば、頻繁に書換えが起きるＦＡ
Ｔは、格納領域を強誘電体メモリに代替されることにな
る。強誘電体メモリに格納されたＦＡＴはその後頻繁に
書換えが続いても、実使用上強誘電体メモリを使用不能
に陥らせることは実現的に考えられない。つまり代替メ
モリは少なくともＦＡＴの容量を備えれば、ＦＡＴの書
換えによるフラッシュメモリの劣化はなくなり、装置の
長寿命化が図れる。またその時の価格、実装面積の増加
は少なくすませることができるようになる。

【０００６】

【実施例】本発明の実施例を図を用いて説明する。図１
は本発明の実施例の構成図であり、図中、１はデータ格
納の主メモリとなるフラッシュメモリ、２は代替用のメ
モリとしての強誘電体メモリ、３はファイルのアクセス
制御やメモリの制御、代替制御を行うコントローラ、４
はファイル管理やフラッシュメモリの劣化管理を行うた
めのデータを記録する管理テーブル、５はホストの情報
機器の外部バスである。図２はコントローラ３の内部構
成を示した図であり、１１はホストバスからのアクセス
要求とアクセス内容を受け付けるレジスタ等を備え、ま
たデータの入出力を制御するインタフェース制御回路、
１２はプログラムに従って他の制御回路の処理設定や格
納ファイルデータの管理、書換え頻度の判定など、全て
の制御を行うＣＰＵ、１３はＣＰＵ１２が様々な制御を
行うプログラムやデータを格納したＲＯＭ、１４はＣＰ
Ｕ１２がプログラムの実行時のワークエリアとして使用
するＲＡＭ、１５はフラッシュメモリ１や強誘電体メモ
リ２をアクセスするためのメモリ制御回路、１６はフラ
ッシュメモリ１の書き込みや消去の制限時間のチェック
などに用いるタイマである。図３は本発明の実現のため
にＲＯＭ１３に格納されているＣＰＵ１２が実行するプ
ログラムの動作を示すフローチャートである。次に図
１、図２の構成図を用い、図３のフローチャートに従っ
て、本発明の動作を説明する。まず自己診断や内部レジ
スタの初期設定などのイニシャライズ処理（ａ）を終え
たあと、外部バス５を介してホストからのアクセス要求
待ち（ｂ）となる。ホストからのアクセス要求とアクセ
ス内容がコントローラ３のインタフェース制御回路１１
に与えられたら、ＣＰＵ１２はそのアクセス内容を判別
し、ホストより受け取ったデータからアクセス対象のデ
ータの格納場所（アドレス）を算出する（ｃ）。そして
算出した格納場所に対応する管理テーブル４のデータを
読み出し、アクセス対象はフラッシュメモリ１上か強誘
電体メモリ２上かを判断する（ｄ）。フラッシュメモリ
１上であれば、要求されたアクセスがリードかライトか
で区別する（ｅ）。リードアクセスであればフラッシュ
メモリ１からの読み出しを行い（ｆ）、それが終了すれ
ばホストからのアクセス要求待ちに戻る。ライトアクセ
スである場合には、最初にデータを書き込む領域の消去
処理を行う（ｇ）。そして管理テーブル４に劣化情報を
記録し（ｈ）、書換えの頻度を判定する（ｉ）。もしそ
の劣化情報から書き込みが頻繁に行われている領域であ
ると判断されたら、その領域はフラッシュメモリ１への
書き込みを行わず、強誘電体メモリ２に書き込み
（ｊ）、その格納情報を管理テーブル４に書き込む
（ｋ）。書き込みの頻度がそれほど高くないか、あるい
はまだ判断しかねる段階であれば、フラッシュメモリの
消去した領域への書き込みを行う（ｌ）。そしてホスト
からのアクセス要求待ちに戻る。一方（ｄ）で強誘電体
メモリ２へのアクセスであれば、管理テーブルを読み出
してアクセスするアドレスを確認し（ｍ）、アクセス要
求に従って強誘電体メモリ２をアクセスする（ｎ）。そ
してこれが終了したらアクセス要求待ちに戻る。さら
に、図６（ｌ）にフラッシュメモリへのライトアクセス
を行う際の動作のフローチャートを示した。図３のフロ
ーチャートにおける（ｇ）から（ｌ）までを、フラッシ
ュメモリの消去回数により頻度を診断する方式に従っ
て、具体化している。なお以上の動作を実行するプログ
ラムがＲＯＭ１３に格納されており、ＣＰＵ１２はこれ
を読み出して、実行し、フラッシュメモリ１や強誘電体
メモリ２、あるいは管理テーブル４などのコントローラ
３の外部のメモリをアクセスする際にはメモリ制御回路
１５に動作を指示する。また一時的なデータの保存など
の際に適宜ＲＡＭ１４を使用する。次に管理テーブル４
の詳細な説明を述べる。図４は管理テーブル４の一例を
示したものであり、図中３１はテーブル内のある１６ビ
ット（２バイト）の記憶領域であり、テーブルデータの
最小単位である。この各テーブルデータは、ホストとな
る情報機器が指定する論理的なデータ格納アドレスに１
対１に対応している。３２はこの単位テーブルデータ３
１に対応する論理的なアドレスのデータを格納している
メモリが、フラッシュメモリ１であるか強誘電体メモリ
２であるかを示すビット。３３は格納メモリビット３２
がフラッシュメモリ１を示していたら消去回数を示すビ
ット群となり、強誘電体メモリ２を示していたら強誘電
体メモリ２上の格納アドレスを示すビット群となる。図
の下方には使用例も２つ記載している。では本実施例の
テーブルの使用方法について説明する。まず本記憶装置
の動作初期段階では、フラッシュメモリ１はどの消去ブ
ロックも劣化していないものとして、どの単位テーブル
データ３１の格納メモリビット３２も、フラッシュメモ
リ１を示している（図では”０”としている）ようにす
る。この状態では、ホストからのアクセス要求において
は、与えられる論理的なアドレスからフラッシュメモリ
１上の物理的に該当する領域を単純に割り出してアクセ
スすれば良いことになる。そしてファイルデータの書換
えが起きて、フラッシュメモリのある消去ブロックが消
去されたら、ビット群３３は消去回数を記録するものと
して、０からカウントアップしていく。そしてこの消去
回数の記録が規定の値に達したら、フラッシュメモリへ
の書換えが頻繁に起こる領域であると判断する。つま
り、本実施例では図３のフローチャートにおける（ｉ）
の劣化管理情報は消去回数により表すことになり、図６
（ｌ）の動作に対応している。フラッシュメモリ１から
強誘電体メモリ２への代替が起きたら格納メモリビット
３２は強誘電体メモリ２を示す（図では”１”としてい
る）ように書換え、ビット群３３は消去回数を記録する
必要はなくなるため、このビット群を、強誘電体メモリ
２における格納アドレスを記録するように記録内容を変
える。そして以後のこの単位データテーブル３１に対応
する領域のアクセスにおいては、ビット群３３に示され
る強誘電体メモリ２のアドレスをアクセスする。

【０００７】ところで強誘電体メモリ２の記憶容量は限
られているため、フラッシュメモリ１から強誘電体メモ
リ２に移すことができる容量には限りがある。強誘電体
メモリ２の容量は装置寿命と書換え頻度の予想値から決
定しなければならない。そして強誘電体メモリ２を代替
により使い果たしてしまったら、もはや書換え頻度の管
理や代替処理は不必要となるため、図３のフローチャー
トは図５のフローチャートへと動作を変えるべきであ
る。

【０００８】また、強誘電体メモリには分極という動作
が必要な構造のものがある。強誘電体メモリは、名前の
示すとおり、強誘電体に電荷を蓄えることによりデータ
を記憶する。この強誘電体は、データを反転する、すな
わち電荷を蓄えたり、放出すること（転極）により劣化
を起こす。これはデータの書き込み時はもちろん、デー
タの読み出し時にも強誘電体の電荷を放出するため、起
きることになる。そのため強誘電体の転極を常に起こさ
ないよう、強誘電体の電荷を変化させずにデータの読み
書きができるモードを備える強誘電体メモリが実用化さ
れている。もちろんこのモードではデータは揮発性の記
憶状態であり、電力の供給を停止すればデータは失われ
る。つまりデータのバックアップが必要なときに、強誘
電体への電荷の出し入れを行えば良い。この分極を行う
タイミングとしては、強誘電体メモリの分極回数の寿命
と目標とする装置寿命から時間を算出する。算出式を
（式１）として示した。

【０００９】（装置寿命年数）×365×24×60×60／（保証分極回数）…（式１）本式で算出された値以上の時間（単位は秒）ごとに分極
を行うことにより、装置寿命年数以内に強誘電体メモリ
が劣化して使用不可能になることはない。例えば目標と
する装置寿命を１０年とし、使用する強誘電体メモリの
保証分極回数を１億回とすると、約３．２秒ごとに分極
すれば目標を達成できる。もし計算値が本例のように数
秒程度であれば、分極間隔として適当な時間といえる。
記憶装置の使用者は、記憶装置の使用後数秒以上経過す
れば、電源を落すことができる。あるいは本電源遮断後
数秒間の動作を許す補助電源を備えれば、突然の停電に
も対応できるようになる。

【００１０】図４の管理テーブルは強誘電体メモリ２を
共用することにより、部品数の削減を図ることができ
る。小さい単位の書換えが可能で、不揮発性であること
から、管理テーブルに強誘電体メモリ２を使用するのが
最適である。そこで代替メモリ領域と区別して管理テー
ブル領域を同じ強誘電体メモリ２内に設けることによ
り、代替メモリ領域が少なくなってしまうが、小型で安
価な記憶装置、例えばカード型の記憶装置を実現するに
は効果的である。

【００１１】本実施例によれば、コントローラ内のＲＯ
Ｍ上のプログラムを適宜変えることにより、これまで述
べてきた様々な方式を選択して適用することが比較的容
易である。また各メモリの容量も容易に可変となるの
で、システム構築後も記憶容量の設定や装置寿命の設定
に自由度がある。また管理テーブルの単位を１６ビット
としたことにより、２バイト単位となり扱いがしやす
く、また消去回数は最大で３万回以上記録することがで
きる。また代替用の格納アドレスも３万領域以上であ
り、１領域を５１２バイトとすれば１６Ｍバイトの代替
領域をもつことができる。なお、この管理テーブルの大
きさは記憶容量や、頻度管理の方式、代替領域の容量な
どから、８ビットや２４ビットあるいはその他のビット
数に調整する必要が生じ得る。その他の効果として、強
誘電体メモリの全ての領域への代替が終了してしまった
ら、頻度管理をやめることにより、処理スピードの向上
が期待できる。

【００１２】次の実施例は書換え頻度の大小を、実際の
フラッシュメモリの劣化から判断するものである。図６
（２）は本実施例を実現するフローチャートであり、図
３のフローチャートの書き込みアクセスの実行部分につ
いて（図３：ｇ〜ｌ）示している。消去を行う際にタイ
マ１６を起動し、消去に要する時間を図り、その長短に
より劣化度を判定する。これは、フラッシュメモリの書
換え回数の増加による劣化の症状として消去時間が遅延
するという性質を利用するものである。消去時間の長さ
を、使用開始時の長さから保証されている最長の長さま
での間で、２あるいはそれ以上の段階にわけ、劣化が進
むことが検出できる。なお書き込み時間を測定して劣化
度の進行を把握する方法も可能である。フラッシュメモ
リによっては、消去時間の大小より書き込み時間の大小
の方が、より劣化度を正確に把握できるものもある。フ
ラッシュメモリの構造やデバイスの特性上から、劣化が
より正確に把握できる方法を選択して適用すべきであ
る。なお、いずれにしても本実施例においては消去回数
の記録は必要ないため、図４のビット群３３には、代替
が起きるまでは記録する必要はない。もし各領域の劣化
度を把握している必要があれば、消去あるいは書き込み
の所要時間から得られた劣化のレベルを記述すればよ
い。本実施例によれば、頻度管理のための記録データは
ないため、管理テーブルの簡略化が図れる。また、実際
の劣化度を頻度管理のデータとできることから、寿命の
延長という意味で、最も効果の高い実質的な方式であ
る。

【００１３】以上の実施例においては、フラッシュメモ
リの劣化が進行し、ある段階に達したら、その領域を強
誘電体メモリに代替して信頼性を維持する、としていた
が、消去回数の記録や、消去、書き込み時間の測定は、
フラッシュメモリの劣化の進行を監視することを目的と
しているわけではなく、その領域の書換え頻度の大小を
把握するために行っている。従って書換え頻度が比較的
大きいものを特定できれば、それ以上フラッシュメモリ
の劣化を監視する必要はない。一つの考え方として規定
回数を保証消去回数に等しくし、保証される限度の消去
を行ったら代替を行う、ということもできる。あるい
は、消去回数も記録せずに消去あるいは書き込みが不可
能になったら代替を行うようにすればより単純になる。
これによれば、フラッシュメモリを限界まで使用して、
信頼性が失われたところで代替を行うことになり、信頼
性という面で非常に有用である。しかしフラッシュメモ
リが使用不能になるまで使用し続けるのは、フラッシュ
メモリの無駄使いといえる。書換え頻度が大きいと判断
できたら、ただちに強誘電体メモリへの代替を行って、
フラッシュメモリを有効利用すべきである。例えば消去
回数による劣化の判断において、フラッシュメモリの書
換え回数の限界の１０％の回数で代替を行えば、残り９
０％の消去回数を利用できる。消去書き込み時間の測定
では、寿命の１０％程度の使用状態時に要する推定時間
を代替の規定時間とすれば、同様に残り９０％程度の書
換え使用を他で利用できる。もし１０％の使用時期では
書換え頻度の判定に不足するのであれば２０％、あるい
はそれ以上使用する必要がある場合も考えられる。逆に
１０％まで使用しなくても頻度が判定できると考えられ
れば、５％、あるいはそれ以下の使用時期で代替を行っ
ても良い。そして代替が行われて他への応用が可能とな
ったフラッシュメモリを、実際に利用した実施例を図７
に示した。図７（１）は、強誘電体メモリによる代替メ
モリが全て使用され、もはや代替ができない状態になっ
た後で使用不能に陥ったフラッシュメモリが出てきた
ら、その代替用に使用した実施例である。図７（２）
は、代替されたフラッシュメモリを新しい記憶領域とし
て追加して、記憶容量の増量を図るという実施例であ
る。図中、１，２はすでに述べたようにそれぞれフラッ
シュメモリと強誘電体メモリである。５１は主格納メモ
リであるフラッシュメモリ１の単位記憶領域であり、ホ
ストが管理しているデータの単位でもある。通常フラッ
シュメモリの消去ブロック単位と等しいか、その整数分
の１の大きさである。５２はその領域が格納しているフ
ァイルデータの論理的な格納アドレスである。つまりホ
スト側がアクセス時に指定する論理的なアドレス値であ
る。５３は代替メモリである強誘電体メモリ２の単位記
憶領域であり、フラッシュメモリ１のそれと同一容量で
ある。５４のように〇が付された領域は、強誘電体メモ
リ２の、ある領域に代替が行われて、使用可能状態に置
かれたフラッシュメモリの領域である。５５のように×
が付けられた領域は使用不可能となった領域であること
を示している。また、図７（１）の実施例では、フラッ
シュメモリ１のＡ−３の領域が論理アドレス番号｛３｝
として使用されていたが、書換え頻度が高いと判定さ
れ、強誘電体メモリ２のα−１の領域に代替が行われた
ことを示している。その他同様にフラッシュメモリ１の
Ａ−４，Ｂ−２の領域などもα−２，α−３に代替が行
われている。そして強誘電体メモリ２の全ての領域が代
替に使い果たされている状態となっている。この状態に
おいては書換え頻度の管理はすでに停止しているとす
る。そしてここでフラッシュメモリ１のＦ−５が強誘電
体メモリ２との代替を行えなかったため、消去回数が限
界を越えてしまい、使用不可能な状態に陥っている。こ
の時、フラッシュメモリ１のＦ−５の代替領域としてフ
ラッシュメモリ１のＡ−３を使用する。Ａ−３にはもと
もとＦ−５に格納されていた論理アドレス番号｛４５｝
が格納されている。Ａ−３はまだ劣化度の低い状態で代
替されているため、問題なく使用できるはずである。図
７（２）では強誘電体メモリ２との代替がある程度行わ
れている段階であるが、代替がすでに行われているフラ
ッシュメモリ１の領域Ａ−３が、フラッシュメモリ１全
体で格納し得る６４個の領域のデータを越える、論理ア
ドレス番号｛６５｝のデータを格納している。これは代
替された後、新たな格納領域として用いることにより、
記憶容量を増加している。つまり強誘電体メモリ２も格
納領域として全体容量に加えて使用する。これをさらに
応用したのが図８である。図７と同様の記号を用いてい
るが、図７（２）と異なる点は、最初から強誘電体メモ
リ２を格納領域として用い、代替領域としてではなく交
換領域として用いている。つまりフラッシュメモリ１上
で書換え頻度が高いと判断された領域を強誘電体メモリ
２の領域と交換して、書換え頻度の低いデータと入替
え、強誘電体メモリ２に書換え頻度の高いデータを集め
てしまう、という考え方である。このときＤＯＳ（ディ
スクオペレーティングシステム）で用いられるＦＡＴ
（ファイルアロケーションテーブル）は、全ファイルの
中で、比較的始めの方の論理アドレスに格納されること
が多いため、強誘電体メモリ２は論理アドレスの小さい
領域を割り当てていた方が、領域交換の手間が省ける可
能性が高い。図７ではそれを実践している。なお以上の
図７や図８で行われた領域の代替、あるいは交換の判断
をするための情報や、結果を示す情報を管理テーブル４
に記録する必要がある。例えば図７（１）の実施例で
は、領域Ａ−３に対応する管理テーブルの情報は、論理
アドレス番号｛３｝のデータが強誘電体メモリ２の領域
α−１に格納されていることを記録しているため、領域
Ａ−３が論理アドレス番号｛４５｝のデータを格納して
いることを示すデータは、領域Ｆ−５に対応する管理テ
ーブルに格納すべきである。このとき図４の管理テーブ
ル３１のビット３２はフラッシュメモリに格納している
ことを示し、ビット群３３には格納アドレス（Ａ−３）
を記録する。消去回数管理の方式におけるもともとの動
作では、ビット３２がフラッシュメモリを示していると
きにはビット群３３には消去回数を記録することになっ
ているが、強誘電体メモリ２がすべて代替領域として使
われ、書換え頻度の管理を行わなくなった後では、ビッ
ト群３３は常に格納アドレスを記録するように制御を切
り換えれば良い。一方、図７（２）の実施例では、新た
な格納領域である論理アドレスに対応する管理テーブル
をあらかじめ用意しておく必要がある。つまり、図７を
用いれば、実際には存在しない領域Ｉ−１，Ｉ−２など
を仮想し、これに対応する管理テーブルを備えることと
すればよい。この場合、仮想領域の頻度管理も必要とな
るため、消去回数管理の方式では消去回数と格納アドレ
スの両方を記録しなければならないため、管理テーブル
のビット数を増やす必要があり、ＣＰＵ１２もこのこと
を認識して制御しなければならない。図８においては、
フラッシュメモリ１の領域だけでなく強誘電体メモリ２
の領域の管理テーブルを備える必要がある。しかも消去
回数管理方式では強誘電体メモリ２の領域の消去回数も
記録する必要がある。というのは、フラッシュメモリの
領域で頻度が高いものが特定できたら、強誘電体メモリ
２内で、頻度が低いものを探し出して入れ替えるべきだ
からである。強誘電体メモリ２内で頻度の高いものと入
れ替えてしまうと、入替えの意味がなくなり、場合によ
っては悪化することにもなりかねない。

【００１４】本実施例によれば、フラッシュメモリ、強
誘電体メモリとも効率的に使用でき、信頼性、あるいは
部品点数の削減に効果がある。

【００１５】

【発明の効果】本発明の効果としては、代替メモリを書
換え可能回数の多い強誘電体メモリとしたことで代替メ
モリ寿命が大きく伸びた。つまり、頻繁に書換えられる
データを格納することにより、代替メモリが次々と使用
不可能に陥っていくことがない。逆にデータ格納メモリ
を全て強誘電体メモリにすると、強誘電体メモリは高集
積化が進んでいないため、価格が高くなり、実装面積が
大きくなって実用的でない。通常、一般的なユーザが情
報機器の記憶装置を使用する際には、フラッシュメモリ
を破壊するほどの頻繁な書換えを行うデータはそれほど
多くないため、書換えがそれほど頻繁でなく、フラッシ
ュメモリの書換え耐性で十分なデータは安価で高集積な
フラッシュメモリへ格納し、フラッシュメモリの書換え
耐性では不十分なデータは、強誘電体メモリに格納する
ことにより、価格、面積、性能において最適なシステム
となる。

【００１６】書換え頻度の推定には、書換え回数を記録
することにより、正確な頻度予想ができる。またデータ
記録は前のデータをインクリメントするだけなので、処
理が単純である。また代替の規定値の設定が消去回数と
いう理解しやすく変更が容易なものであるため、システ
ム環境や使用するメモリの性能、装置性能などから最適
な設定を容易にできる。一方、書換え頻度の推定におい
て、消去あるいは書き込み時間の測定値を用いる方式で
は、書換え頻度の推定というより、メモリの寿命に対す
る使用率という概念による判断となるため、メモリ個々
の特性の違いによる劣化推定の誤差を少なくすることが
できる。また書換え時に測定した値により判断するた
め、特に記録を残すデータを必要としないようにもでき
る。

【００１７】強誘電体メモリが代替として全て使われ、
空き領域がなくなった時点で頻度管理をやめることによ
り、それ以降の処理性能が向上することが期待できる。

【００１８】管理テーブルを代替メモリである強誘電体
メモリに格納することにより部品点数の削減が図れ、装
置の小型軽量化に貢献する。また管理テーブルは小さい
単位で頻繁に書き替えられ、しかも不揮発性であること
が要求されるため、アクセスが高速に行え、また信頼性
も高い強誘電体メモリを用いれば、装置性能の向上にも
寄与する。

【００１９】書換え頻度管理により、データの書換えの
頻度がフラッシュメモリを著しく劣化させることが予想
できた時点で代替を行うことにより、ラフッシュメモリ
を破壊することなく、まだ十分に使用できる状態で、格
納データを移してしまうため、この領域を別の用途に使
い回すことができる。その一つとして強誘電体メモリへ
の代替が行われた後、その領域を使用不可能となったフ
ラッシュメモリの領域の代替として使用することによ
り、さらに装置寿命を延長することができるようにな
る。これは代替メモリである強誘電体メモリを節約する
ことにもつながる。あるいは強誘電体メモリへの代替が
行われた後、その領域を新たなデータ格納領域として割
り当てることにより、記憶容量を増やすことができる。
つまり代替メモリ分の容量も記憶容量とみなすことがで
きる。また強誘電体メモリを最初から格納領域として扱
えば、代替が行われるまでの間、強誘電体メモリが全く
使用されないという無駄が省ける。そして強誘電体メモ
リを格納メモリのアドレスとして小さい側に構成するこ
とにより、通常ＦＡＴはファイルアドレスの小さいとこ
ろに置かれるため、最初から強誘電体メモリに格納さ
れ、入替えの無駄か省ける。

【００２０】書換えの頻度が高いデータを、強誘電体メ
モリに遷移することにより、フラッシュメモリと比較し
て書換え速度が高速な強誘電体メモリ上で書換えを行う
ことになるため、アクセス性能の向上が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成図である。

【図２】本発明の構成におけるコントローラの内部構成
図である。

【図３】基本動作プログラムのフローチャートである。

【図４】管理テーブルの使用実施例を示す図である。

【図５】基本動作プログラムに対し、強誘電体メモリを
すべて代替に割り当てた後の動作プログラムのフローチ
ャートである。

【図６】フラッシュメモリへのライトアクセスにおける
動作のフローチャートである。

【図７】強誘電体メモリに代替が行われたフラッシュメ
モリの領域の使用実施例を示す図である。

【図８】強誘電体メモリを装置の使用初期段階から各の
梅森として使用した実施例を示す図である。

【符号の説明】

１…フラッシュメモリ、２…強誘電体メモリ、３…コントローラ、４…管理テーブル、５…外部バス、１１…インタフェース制御回路、１２…ＣＰＵ、１３…ＲＯＭ、３１…管理テーブルの一例、３２…格納メモリビット、３３…ビット群。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フラッシュメモリを記憶媒体とした記憶装
置において、記憶データを入出力するためのバス接続手段と、バスと
の接続を制御するバス制御手段と、前記フラッシュメモ
リの書換え頻度を管理するメモリ管理手段と、強誘電体
メモリを記憶媒体としてフラッシュメモリの代替を目的
とした代替記憶手段と、前記フラッシュメモリおよび前
記代替記憶手段のメモリを制御するメモリ制御手段と、
前記メモリ管理手段によりフラッシュメモリに格納すべ
きデータではないと判断されたら、前記代替記憶手段に
転送する転送手段と、記憶データの格納場所を記憶する
格納管理手段と、前記各手段を統括して処理制御する中
央処理手段を備えたことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項２】請求項１記載の半導体記憶装置において、前記メモリ管
理手段としてフラッシュメモリの各記憶ブロック毎の書
換え回数を記録する書換え回数記録手段を備え、書換え
回数が特定の回数に達した場合に、そのブロックのデー
タをフラッシュメモリに格納すべきでないと判断するこ
とを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項３】請求項２記載の半導体記憶装置において、あるブロックのデータをフラッシュメモリに格納すべき
ではないと判断する書換え回数の特定の回数をフラッシ
ュメモリの書換え回数の上限と見られる書換え回数より
少ないことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項４】請求項１記載の半導体記憶装置において、前記メモリ管理手段はデータの消去あるいは書き込みに
おける処理確認手段を備え、該処理確認手段により処理
不可能が確認されたら、そのブロックのデータをフラッ
シュメモリに格納すべきではないと判断することを特徴
とする半導体記憶装置。
【請求項５】請求項１記載の半導体記憶装置において、前記メモリ管理手段はデータの消去あるいは書き込みに
要する時間を監視する処理時間監視手段を備え、該処理
時間監視手段により処理時間が長くなり、フラッシュメ
モリが素子劣化したことが確認されたら、そのブロック
のデータをフラッシュメモリに格納すべきではないと判
断することを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項６】請求項１記載の半導体記憶装置において、前記強誘電体メモリを以下の（１）式から導かれる時間
毎、あるいはそれより長い時間毎に分極し、データの不
揮発化を実行することを特徴とする半導体記憶装置。【数１】
【請求項７】請求項２記載の半導体記憶装置において、前記書換え回数記憶手段として、強誘電体メモリを用い
ることを特徴とした半導体記憶装置。
【請求項８】請求項２記載の半導体記憶装置において、前記格納管理手段として、強誘電体メモリを用いること
を特徴とした半導体記憶装置。
【請求項９】請求項１記載の半導体記憶装置において、前記代替メモリが全て代替に割り当てられて代替ができ
なくなったら、前記メモリ管理手段は機能を停止して書
換え頻度の判定をせず、フラッシュメモリが使用不能状
態に陥るまで使用し続けるようにすることを特徴とする
半導体記憶装置。
【請求項１０】請求項９記載の半導体記憶装置におい
て、前記代替メモリが全て代替に割り当てられて代替ができ
なくなった後で、使用不能状態に陥ったフラッシュメモ
リの領域が発生した際に、すでに代替メモリにより代替
されたフラッシュメモリの領域を、代替を行う領域とし
て用いることを特徴とした半導体記憶装置。
【請求項１１】請求項１０記載の半導体記憶装置におい
て、使用不能となったフラッシュメモリの領域と、それ
を代替したフラッシュメモリの領域の代替関係を示す情
報を、記憶データの格納場所を記録する格納管理手段に
格納することを特徴とした半導体記憶装置。
【請求項１２】請求項１記載の半導体記憶装置におい
て、前記フラッシュメモリのある領域が、前記代替メモリに
より代替された後には、新しい記憶領域となって全体の
記憶容量を増加させることを特徴とした半導体記憶装
置。
【請求項１３】請求項１記載の半導体記憶装置におい
て、前記強誘電体メモリは、前記フラッシュメモリに代替す
べき領域が発生するまでは、通常のデータ記憶領域とし
て機能し、前記フラッシュメモリに代替すべき領域が発
生したら、互いの記憶領域を交換することにより、書換
え頻度の高い領域データを次第に強誘電体メモリに収集
していくよう動作することを特徴とした半導体記憶装
置。
【請求項１４】請求項２記載の半導体記憶装置におい
て、前記書換え回数記録手段は、前記フラッシュメモリ上の
ある領域が書換え頻度の高いデータを格納していたため
に代替が行われた場合には、その領域に対応する書換え
回数の記録を消去し、代わりに前記代替メモリ内の格納
場所を記録して、前記書換え回数記録手段と前記格納管
理手段を一つの記録手段で共用することを特徴とした半
導体記憶装置。
【請求項１５】請求項１３記載の半導体記憶装置におい
て、前記強誘電体メモリと前記フラッシュメモリが、互いの
記憶領域を交換するまでは、格納するデータの論理的な
アドレスが小さいものから順にまず前記強誘電体メモリ
に割当て、前記フラッシュメモリは前記強誘電体メモリ
に割当てた論理的なアドレスより大きいアドレスが割当
てられるように構成されていることを特徴とする半導体
記憶装置。