本文選題：三維閃存　切入點：電荷擷取　出處：《深圳大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：三維閃存作為主流存儲介質(zhì),廣泛運用于企業(yè)級高性能計算機和嵌入式系統(tǒng)。但是由于訪問輔助存儲介質(zhì)的存儲原語沒有發(fā)生改變,存儲原語強迫三維閃存這類存儲介質(zhì)的存儲方式必須和磁盤這一類的塊設備[11][12][13][14]保持相同的存儲方式。最近,一些學者針對非易失性存儲器提出了新的存儲原語,他們試圖研究新的存儲原語在非易失性存儲器的潛在價值。雖然新的存儲原語通過虛擬地址到邏輯地址的地址映射來有效的減少訪問存儲器的時間,但是這些新的存儲原語仍然存在問題:首先,這些新的存儲原語需要內(nèi)存存儲大量的虛擬地址到邏輯地址的地址映射;其次,當數(shù)據(jù)更新時,存儲原語需要額外的支持。額外的支持不僅包括讀寫操作等,還包括三維閃存存儲空間。額外的支持會導致訪問三維閃存的時間增加,同時使得三維閃存存儲空間利用率降低。相對于二維閃存,三維閃存具有存儲容量大、編程干擾少、訪問延遲低等特點。不同于傳統(tǒng)的二維閃存制作工藝相比,三維閃存采用電荷擷取機制。然而,制作三維閃存的現(xiàn)有工藝不能保證多個閃存在堆疊時實現(xiàn)完美的垂直插入,特別是在20納米以下的制程。制程變異會導致電子分布不均勻,并會導致三維閃存存儲的數(shù)據(jù)不完整及可靠性降低。本文針對三維閃存現(xiàn)存的這兩個突出問題展開研究。首先,本文提出一種名為ESP的優(yōu)化方案。該優(yōu)化方案將新提出的存儲原語與虛擬化結合,來優(yōu)化三維閃存存儲系統(tǒng)。我們提出了兩種策略:策略一是虛擬復制;策略二是地址映射預取。這兩種策略將有效解決新興存儲原語運用到三維閃存時所存在的問題。這兩種策略主要降低訪問三維閃存的時間,同時確保內(nèi)存中的地址映射可以很好地被應用。我們將ESP優(yōu)化方案運用到嵌入式開發(fā)平臺中,評估ESP了優(yōu)化方案。實驗結果顯示ESP優(yōu)化方案可以有效地提高三維閃存的讀/寫操作性能,并降低30%的垃圾回收操作。其次,本文提出了名為P-Alloc的優(yōu)化方案。該優(yōu)化方案解決制程變異所帶來的數(shù)據(jù)可靠性低的問題。P-Alloc優(yōu)化方案分別從三維閃存硬件本身和閃存存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)架構提供支持,有針對性地為數(shù)據(jù)分配存儲空間。P-Alloc優(yōu)化方案預測三維閃存物理塊的存儲性能,并試圖將關鍵數(shù)據(jù)分配給相對可靠的物理塊中。P-Alloc優(yōu)化方案也采用基于硬件的電壓閾值變化,進一步提高三維閃存存儲數(shù)據(jù)的可靠性。我們將P-Alloc優(yōu)化方案運用于各種實際的工作負載,證明其優(yōu)化的可行性。我們的實驗結果顯示,相較于基準實驗,P-Alloc優(yōu)化方案可以提高三維閃存存儲數(shù)據(jù)的可靠性,并降低訪問三維閃存的延遲。
[Abstract]:As the mainstream storage medium, 3D flash memory is widely used in enterprise-class high-performance computers and embedded systems. Storage primitives such as 3D flash memory must be stored in the same way as block devices such as disks [11] [12] [13] [14]. Recently, some scholars have proposed new storage primitives for nonvolatile memory. They try to study the potential value of new storage primitives in nonvolatile memory. Although the new storage primitives effectively reduce access time by mapping virtual addresses to logical addresses, However, these new storage primitives still have problems: first, these new storage primitives require memory storage of a large number of virtual address to logical address address mapping; second, when the data is updated, Additional support is required for storage primitives. Additional support includes not only read and write operations, but also 3D flash storage space. Additional support results in increased access time to 3D flash memory. At the same time, the utilization ratio of 3D flash memory is reduced. Compared with 2D flash memory, 3D flash memory has the characteristics of large storage capacity, less programming interference and low access delay. 3D flash memory uses a charge capture mechanism. However, the existing process for making 3D flash memory does not guarantee the perfect vertical insertion of multiple flash memories when stacked, especially in processes below 20 nanometers. Process variations can lead to uneven electron distribution. And will lead to 3D flash storage data incomplete and reduced reliability. This paper focuses on the existing 3D flash memory of these two outstanding problems. First of all, This paper presents an optimization scheme called ESP, which combines the new storage primitives with virtualization to optimize the 3D flash storage system. We propose two strategies: one is virtual replication; The second strategy is address mapping prefetching. These two strategies will effectively solve the problems existing in the application of new storage primitives to 3D flash memory. These two strategies mainly reduce the time to access 3D flash memory. At the same time, we make sure that the address mapping in memory can be well applied. We apply the ESP optimization scheme to embedded development platform. The experimental results show that the ESP optimization scheme can effectively improve the read / write performance of 3D flash memory and reduce the garbage collection operation by 30%. This paper presents an optimization scheme called P-Alloc, which solves the problem of low data reliability caused by process variation. The optimization scheme is supported by the 3D flash memory hardware itself and the system architecture of the flash storage system, respectively. The optimized scheme of allocating storage space to data. P-Alloc optimizes the storage performance of 3D flash physical block, and attempts to assign key data to the relatively reliable physical block. P-Alloc optimization scheme also adopts the change of voltage threshold based on hardware. Further improve the reliability of 3D flash storage data. We apply P-Alloc optimization scheme to various actual workloads to prove the feasibility of the optimization. Our experimental results show that, Compared with the benchmark experiment, the P-Alloc optimization scheme can improve the reliability of 3D flash storage data and reduce the delay of accessing 3D flash memory.
【學位授予單位】：深圳大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP333

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