《基於溫度受限的低能耗混合存儲系統數據調度策略研究》是依託華中科技大學，由吳非擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於溫度受限的低能耗混合存儲系統數據調度策略研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：吳非
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
數據呈爆炸性增長，導致存儲設備的功耗和溫度上升，硬碟的失效率急劇增加，系統的可靠性降低，如何在確保系統可靠性的同時，降低系統能耗，最佳化數據分布，成為混合存儲系統急需解決的問題。從混合存儲系統的層次結構上出發， 通過建立部件級的性能模型、功耗模型和溫度模型，在滿足工作溫度門限的前提下， 根據不同套用特徵和混合存儲系統的異構組織方式， 研究基於溫度受限的低能耗數據分布策略。 根據溫度的變化特徵、用戶訪問特徵，保證在工作溫度低於可控閾值的前提條件下，主動將數據聚集在較少工作集的存儲節點上，形成高能效的自適應數據分布調度策略。通過結合現代的控制理論與混合存儲系統的工作特點，研究混合存儲系統中以模糊控制和模型預測為基礎的溫度控制理論，根據模糊邏輯動態的調整溫度閥值和系統運行參數的控制方法，擬合模糊因子的方法， 建立精確混合存儲系統的溫度模型。該研究為提高混合存儲系統可靠性、數據存儲安全奠定理論基礎。
結題摘要
大數據時代來臨，對數據存儲的可靠性、性能提出了更高的挑戰。本項目圍繞著混合存儲系統的能耗、可靠性、性能最佳化等核心關鍵問題，分別從器件級、設備級和系統級等三個不同層次， 展開研究。在器件級，建立基於FPGA的快閃記憶體（NAND FLASH）和新型非易失性存儲器--磁性存儲器（MRAM）屬性特徵研究平台。針對快閃記憶體顆粒， 研究數據寫入模式與數據失效模式的關聯關係，基於“頁方式”的寫入模式的失效率僅為按“字”和“隨機”方式的1/10；針對磁性存儲器，MRAM對溫度和磁場較為敏感，通過實測發現， MRAM在工作溫度超過75℃時，讀寫錯誤急劇上升， MRAM磁場強度超過140高斯時，寫錯誤占主導地位。 在設備級，針對快閃記憶體存儲，圍繞提高性能、可靠性問題， 提出一種負載自適應的載入策略，與傳統方法相比， 性能最大提升24%，寫放大降低17%；提出一種動態可變碼率的數據管理策略，讀延遲最高可減少63.42%。提出一種針對持久性錯誤感知的LDPC算法最佳化策略，與機率似然算法（PD-BP）相比，讀性能最大可提高33.05% 。針對磁性存儲器，設計並實現基於trace驅動的模擬器，為混合存儲提供研究平台。針對硬碟，依據經典的能量守恆和熱耗散理論建立並驗證了硬碟的溫度模型，設計並實現了線上的溫度預測方案。 在系統級， 提出了溫度受限的節能存儲系統。針對傳統節能存儲系統的溫度局部過熱的問題，建立的溫度受限的節能存儲系統保持了原有的性能和功耗成比例的特性，同時又能降低系統溫度、提高了系統的可靠性和降低製冷的開銷。對存儲系統控制方法進行了詳盡的理論分析，從控制理論的角度對比了簡單負反饋、線上模型控制、基於規則的模糊控制和基於模糊決策的模糊控制，為溫度受限的節能存儲系統找到了理論依據。對大規模溫度受限的節能存儲系統進行了仿真分析。實驗結果表明， 系統可以在保持性能和功耗基本不變的情況下，降低約 20%-30% 的溫度，降低硬碟年度故障率約50%。 上述研究， 為提高存儲部件及系統可靠性、性能，降低能耗的理論和方法奠定了基礎
