發(fā)布時間：2020-03-23 07:20

【摘要】：鑒于閃存的固有缺陷,固態(tài)存儲設(shè)備需要一個主控制器和閃存轉(zhuǎn)換層來解決兩個主要矛盾,即閃存的有限擦寫壽命和較長的使用時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)性增長之間的矛盾。本文系統(tǒng)地闡述了一個基于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)。通過分離存儲設(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閃存通道的管理。其中多級的緩存策略和命令流程處理讓盤內(nèi)最低延時穩(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。通過分析系統(tǒng)的帶寬瓶頸,普通寫入使用了“流水線”策略,還在其中加入了針對大文件寫入的“并行頁面組”策略。通道級的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)盤陣列的寫入數(shù)據(jù)總量。最后分析對比了本系統(tǒng)在不同隊(duì)列深度、線程數(shù)、數(shù)據(jù)塊大小、讀寫比例的情況下的性能,并展示了實(shí)際的測試結(jié)果。與普通固態(tài)盤相比,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)存儲關(guān)鍵技術(shù)第2章 固態(tài)存儲關(guān)鍵技術(shù)存儲技術(shù)、時延、速度直接影響著存儲系統(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)體存儲器分成易失性和非易失性兩儲器山”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) 1 2 3 4P/E 數(shù)(次) ~100K ~10K ~3K ~1K讀取時間(μs) ~25 ~50 ~70 ~90寫入時間(μs) ~300 ~580 ~900 ~1400擦除時間(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，閃存廠商在一個芯片內(nèi)部集成多個存儲晶片，稱之為 Die[30]。如圖 2-3 所，閃存內(nèi)部分為多個層級，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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN791;TP333.35

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本文編號：2596395