發(fā)布時(shí)間：2017-09-01 22:13

  本文關(guān)鍵詞：基于NVM的寫(xiě)操作優(yōu)化策略研究與設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： NVM MinFS 翻轉(zhuǎn) 移位 使用壽命

【摘要】：為了緩和CPU到主存再到外存的速度差異,現(xiàn)有的存儲(chǔ)架構(gòu)一直延續(xù)最初的分層架構(gòu)：cache、主存和外存從高到低,速度也從快到慢,但是,伴隨著海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與大規(guī)模并行計(jì)算的應(yīng)用場(chǎng)景越來(lái)越廣泛,存儲(chǔ)器性能亟待提升,無(wú)論是外存還是主存,從存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)到存儲(chǔ)介質(zhì)都面臨著新興技術(shù)的挑戰(zhàn)。外存方面,以NandFlash作為存儲(chǔ)介質(zhì)的SSD (Solid State Disk)已經(jīng)取得了良好的戰(zhàn)績(jī)并在不斷提升性能擴(kuò)大戰(zhàn)果；主存方面,生產(chǎn)領(lǐng)域不斷的研究新的工藝來(lái)提升DRAM的存儲(chǔ)密度,近幾年來(lái)效果不佳；學(xué)術(shù)領(lǐng)域則將目光轉(zhuǎn)向?qū)ふ倚碌拇鎯?chǔ)介質(zhì)來(lái)替代傳統(tǒng)的DRAM。新興的非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)NVM (Non-Volatile Memory,如PCM-相變存儲(chǔ)器[34]、STT-RAM-自旋存儲(chǔ)器、FeRAM-鐵電存儲(chǔ)器等)具有很多吸引人的特性,如掉電非易失、高密度、可字節(jié)尋址、高抗沖擊性、低能耗和出色的可擴(kuò)展性。此外,NVM相比DRAM有著極低的空閑能耗而存儲(chǔ)密度更高。因此,NVM越來(lái)越流行,在眾多系統(tǒng)中都紛紛采用,它不僅可以作為輔存,也可以作為嵌入式系統(tǒng)的主存,而且有大量的技術(shù)已經(jīng)提出利用NVM取代傳統(tǒng)的DRAM作為計(jì)算機(jī)主存。但是,NVM自身也有著兩個(gè)明顯的缺陷：1)NVM的寫(xiě)入/擦除周期數(shù)量有限(例如,相變存儲(chǔ)器-PCM周期數(shù)只有109次)；2)NVM需要更長(zhǎng)的寫(xiě)操作時(shí)間和更高的寫(xiě)操作能耗(例如,PCM的讀操作時(shí)間為50ns,而寫(xiě)操作時(shí)間為200ns)。如果能夠針對(duì)這些問(wèn)題找到解決辦法,對(duì)于NVM的推廣將起著至關(guān)重要的影響。為了解決這些問(wèn)題,大量的研究工作致力于減少NVM的寫(xiě)操作,但是大多數(shù)技術(shù)在減少寫(xiě)操作的同時(shí)也增加了可觀的額外消耗,在本文中,我們提出了MinFS,一種利用增加比特翻轉(zhuǎn)標(biāo)記和移位標(biāo)記來(lái)最小化更新比特位數(shù)的NVM寫(xiě)策略。類(lèi)似Flip-N-Write和Min-Shift,每個(gè)NVM寫(xiě)單元有一個(gè)額外的比特位翻轉(zhuǎn)標(biāo)志來(lái)記錄該單元的相關(guān)的數(shù)據(jù)是否經(jīng)過(guò)了翻轉(zhuǎn)操作和幾個(gè)移位標(biāo)志來(lái)記錄數(shù)據(jù)循環(huán)右移的位數(shù)。當(dāng)一個(gè)寫(xiě)請(qǐng)求到達(dá)時(shí),該MinFS策略首先計(jì)算新數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的所有可能的編碼數(shù)據(jù)和讀取舊的數(shù)據(jù)。然后,MinFS計(jì)算所有的編碼數(shù)據(jù)和舊數(shù)據(jù)之間的海明距離,其中包括所使用的翻轉(zhuǎn)標(biāo)記位和移位標(biāo)記位。擁有最小海明距離的編碼數(shù)據(jù)被選為最優(yōu)結(jié)果寫(xiě)入NVM單元。該方案可以找到所有要寫(xiě)數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)之間的最小距離以達(dá)到最大程度的減少更新的數(shù)據(jù)位數(shù)。MinFS通過(guò)付出讀取、計(jì)算和比較的成本來(lái)找到擁有最少更新數(shù)據(jù)位的編碼數(shù)據(jù)。我們開(kāi)發(fā)了一個(gè)以跟蹤數(shù)據(jù)文件為驅(qū)動(dòng)的工具來(lái)評(píng)估我們提出的方案,我們使用了隨機(jī)數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)程序兩組實(shí)例。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,MinFS方案相比Flip-N-Write和Min-Shift在平均更新數(shù)據(jù)位方面分別降低了8.2%和5.7%。本篇論文從優(yōu)化編碼方式的角度出發(fā)提出了一種延長(zhǎng)NVM使用壽命的策略,對(duì)于NVM的推廣有著重要的現(xiàn)實(shí)意義,對(duì)于以后相關(guān)領(lǐng)域的理論研究有著借鑒意義。
【關(guān)鍵詞】：NVM MinFS 翻轉(zhuǎn) 移位 使用壽命
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP333
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 緒論12-19
• 1.1 背景介紹12-13
• 1.2 研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 NVM做輔存研究13-14
• 1.2.2 NVM做主存研究14-17
• 1.3 研究意義17
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)17-19
• 第2章 基于NVM主存的性能優(yōu)化19-28
• 2.1 基于NVM的主存架構(gòu)19-20
• 2.2 NVM性能優(yōu)化策略介紹20-25
• 2.2.1 基于NVM組織架構(gòu)的優(yōu)化20-21
• 2.2.2 通過(guò)寫(xiě)操作的特性21-22
• 2.2.3 通過(guò)對(duì)寫(xiě)入數(shù)據(jù)的重新編碼22-24
• 2.2.4 通過(guò)糾錯(cuò)機(jī)制24-25
• 2.3 延長(zhǎng)NVM使用周期策略25-26
• 2.3.1 混合式主存管理25-26
• 2.3.2 延遲回寫(xiě)策略26
• 2.3.3 行級(jí)回寫(xiě)策略26
• 2.4 小結(jié)26-28
• 第3章 MinFS策略28-40
• 3.1 MinFS策略主要思想28-29
• 3.2 算法介紹29-31
• 3.3 實(shí)例分析31-32
• 3.4 字長(zhǎng)對(duì)翻轉(zhuǎn)位數(shù)的影響32-33
• 3.5 性能分析及對(duì)比33-36
• 3.5.1 翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)實(shí)例對(duì)比33-34
• 3.5.2 翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)理論對(duì)比34-35
• 3.5.3 開(kāi)銷(xiāo)分析35-36
• 3.6 硬件實(shí)現(xiàn)36-37
• 3.7 MinFS策略擴(kuò)展37-39
• 3.7.1 PCM特性簡(jiǎn)介37
• 3.7.2 MinFS加快PCM寫(xiě)操作37-39
• 3.7.3 MinFS優(yōu)化PCM寫(xiě)能耗39
• 3.8 小結(jié)39-40
• 第4章 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)40-50
• 4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置40-41
• 4.2 C#模擬器及內(nèi)部實(shí)現(xiàn)41-46
• 4.3 翻轉(zhuǎn)位數(shù)對(duì)比46-48
• 4.4 寫(xiě)操作時(shí)間對(duì)比48-49
• 4.5 小結(jié)49-50
• 第5章 總結(jié)與展望50-52
• 5.1 總結(jié)50-51
• 5.2 課題展望51-52
• 參考文獻(xiàn)52-57
• 致謝57-58
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的主要學(xué)術(shù)論文58-59
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表59

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3 ;數(shù)據(jù)資料存儲(chǔ)介質(zhì)比較[J];情報(bào)學(xué)刊;1987年01期

4 安迪;;關(guān)于存儲(chǔ)介質(zhì)的進(jìn)化[J];數(shù)碼影像時(shí)代;2013年12期

5 劉碩瑩,馮寧;幾種新數(shù)字化存儲(chǔ)介質(zhì)的性能比較[J];中國(guó)檔案;2002年01期

6 陳夏潔,周樊華;多媒體信息存儲(chǔ)介質(zhì)及其應(yīng)用[J];出版與印刷;2002年03期

7 鄒藝方;;信息存儲(chǔ)介質(zhì)應(yīng)用技術(shù)淺析[J];有線(xiàn)電視技術(shù);2007年10期

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1 徐儉;;數(shù)字化節(jié)目庫(kù)應(yīng)選擇DVD光盤(pán)[A];中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)影視科技論文集[C];2002年

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1 王磊;保密安全做于細(xì)而成于嚴(yán)[N];邊防警察報(bào);2008年

2 佟樂(lè);拯救“存儲(chǔ)介質(zhì)安全”[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2008年

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本文編號(hào)：774690