【摘要】：鑒于閃存的固有缺陷,固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備需要一個(gè)主控制器和閃存轉(zhuǎn)換層來(lái)解決兩個(gè)主要矛盾,即閃存的有限擦寫(xiě)壽命和較長(zhǎng)的使用時(shí)間的期望之間的矛盾以及閃存的單體帶寬不足和數(shù)據(jù)的吞吐量呈指數(shù)性增長(zhǎng)之間的矛盾。本文系統(tǒng)地闡述了一個(gè)基于FPGA邏輯和內(nèi)嵌處理器實(shí)現(xiàn)的混合架構(gòu)�？紤]到大帶寬的設(shè)計(jì)需求使用了FPGA硬件加速,針對(duì)需求多變的負(fù)載情況使用了Host-FTL的閃存轉(zhuǎn)換層架構(gòu)。通過(guò)分離存儲(chǔ)設(shè)備和閃存轉(zhuǎn)換層,讓主機(jī)使用本系統(tǒng)提供的命令和消息單元完成對(duì)閃存通道的管理。其中多級(jí)的緩存策略和命令流程處理讓盤(pán)內(nèi)最低延時(shí)穩(wěn)定在20μs左右。Host-FTL的設(shè)計(jì)不僅實(shí)現(xiàn)了普通的地址映射、磨損均衡、壞塊管理等軟件算法。通過(guò)分析系統(tǒng)的帶寬瓶頸,普通寫(xiě)入使用了“流水線”策略,還在其中加入了針對(duì)大文件寫(xiě)入的“并行頁(yè)面組”策略。通道級(jí)的RAID陣列加強(qiáng)了數(shù)據(jù)的安全性,區(qū)域性的磨損均衡也加大了固態(tài)盤(pán)陣列的寫(xiě)入數(shù)據(jù)總量。最后分析對(duì)比了本系統(tǒng)在不同隊(duì)列深度、線程數(shù)、數(shù)據(jù)塊大小、讀寫(xiě)比例的情況下的性能,并展示了實(shí)際的測(cè)試結(jié)果。與普通固態(tài)盤(pán)相比,本系統(tǒng)的帶寬有20%~30%的提升,每秒指令操作次數(shù)達(dá)到1.5至2倍,完成了設(shè)計(jì)指標(biāo)。
【圖文】：

第 2 章 固態(tài)存儲(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)第2章 固態(tài)存儲(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)存儲(chǔ)技術(shù)、時(shí)延、速度直接影響著存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能，，從而中，計(jì)算能力隨著多核技術(shù)和主頻提升已經(jīng)可存儲(chǔ)能力卻發(fā)展緩慢，完全跟不上高速發(fā)展的，我們將半導(dǎo)體存儲(chǔ)器分成易失性和非易失性?xún)蓛?chǔ)器山”的概念，如圖 2-1 所示。越接近山頂?shù)牡囊彩峭娣e下容量更小及成本更高[22]。

圖 2-2 四種閃存單元對(duì)比Fig. 2-2 Comparison of four flash memory units表 2-1 四種閃存單元壽命及速率Table 2-1 Four flash memory unit life and speed參數(shù) SLC MLC TLC QLCBIT 數(shù)(個(gè)) 1 2 3 4P/E 數(shù)(次) ~100K ~10K ~3K ~1K讀取時(shí)間(μs) ~25 ~50 ~70 ~90寫(xiě)入時(shí)間(μs) ~300 ~580 ~900 ~1400擦除時(shí)間(μs) ~1500 ~2800 ~4200 ~5600目前一片閃存的常規(guī)容量在 32GB 到 512GB 之間，為了在有限空間內(nèi)集成更容量，閃存廠商在一個(gè)芯片內(nèi)部集成多個(gè)存儲(chǔ)晶片，稱(chēng)之為 Die[30]。如圖 2-3 所，閃存內(nèi)部分為多個(gè)層級(jí)，自外向內(nèi)分別是 Chip(芯片)、Die(晶片)、Plane(平面)、
【學(xué)位授予單位】：黑龍江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN791;TP333.35

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本文編號(hào)：2596395