基於錯誤感知的快閃記憶體存儲系統性能和壽命最佳化技術研究

《基於錯誤感知的快閃記憶體存儲系統性能和壽命最佳化技術研究》是依託重慶大學，由石亮擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於錯誤感知的快閃記憶體存儲系統性能和壽命最佳化技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：石亮
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

快閃記憶體作為目前發展最為廣泛的存儲設備具有諸多優點，比如隨機訪問性能好、功耗低、無振動以及尺寸小等特點。然而，快閃記憶體仍然存在兩個主要問題，寫性能較差和壽命有限，導致快閃記憶體的進一步發展和新型套用受到嚴重阻礙。另一方面，隨著快閃記憶體密度和尺寸的改進，寫性能和壽命呈現指數下降趨勢。最佳化快閃記憶體寫性能和壽命成為快閃記憶體發展至關重要的研究課題。本項目將從快閃記憶體性能和壽命的深層次原因，快閃記憶體錯誤，研究如何從控制器和應用程式訪問特徵兩個角度改善快閃記憶體存儲系統的性能和壽命。首先根據快閃記憶體錯誤源特徵，構建以快閃記憶體性能和壽命為最佳化目標的快閃記憶體錯誤模型，為快閃記憶體錯誤感知研究提供基礎框架。然後在此基礎上開展基於控制器的快閃記憶體錯誤感知研究和基於應用程式特徵的快閃記憶體錯誤最佳化研究，最終達到快閃記憶體性能和壽命最佳化的目標。本項目的成果將為快閃記憶體存儲設備在嵌入式系統、個人計算機甚至高性能計算機中的性能和壽命最佳化提供新思路，為各類快閃記憶體存儲設備的廣泛套用提供技術支撐。

結題摘要

快閃記憶體目前已經廣泛套用於各類計算機系統作為存儲設備，包括手機、個人電腦甚至計算中心中。最近的數十年快閃記憶體的發展方法主要是通過尺寸的縮小和增加單個存儲密度實現存儲容量的大幅度提升。2011年開始，3D快閃記憶體開始得到很好的發展。3D快閃記憶體通過將存儲元採用縱向堆疊的方式實現存儲元密度的進一步改善從而實現容量的再一次飛躍。然而隨著快閃記憶體的發展，可靠性開始成為限制快閃記憶體的套用的關鍵。根據目前調研到的數據表明，快閃記憶體的可靠性隨著存儲元尺寸、單個存儲元密度和堆疊層次的增加不斷下降，最終導致其性能和壽命隨之下降。為了保障快閃記憶體在未來發展過程中的合理使用，改善快閃記憶體的可靠性、性能和壽命成為關鍵。本項目在此背景下，展開了以下幾個方面的研究工作。首先，由於快閃記憶體的可靠性是基於快閃記憶體物理本質特徵而導致的。因此，我們首先構建了一個能夠模擬快閃記憶體可靠性的模型，從而為我們後續的研究提供基礎。通過模型的設計，我們進行了快閃記憶體多個可靠性特徵的最佳化技術研究，包括糾錯技術，特別是近幾年廣泛套用的基於低密度稀疏矩陣的糾錯技術（LDPC）的最佳化，除此之外，還有包括讀錯誤、寫錯誤、製程差異以及保存時間等等的針對性最佳化技術研究。通過我們的研究使得快閃記憶體即使在可靠性較差的情況下，其性能也得到了重大的改善，從而延展了快閃記憶體的發展。然後在此基礎上，我們在系統縱向層次上進一步展開了性能和可靠性的最佳化研究工作，通過系統IO調度、垃圾回收並行化、檔案系統碎片最佳化以及存儲壓縮感知最佳化設計等多個方法實現了快閃記憶體存儲系統性能和可靠性的改善。通過本項目的實施，我們實現了快閃記憶體可靠性和性能的改善，為快閃記憶體的進一步推廣使用提供了重要的技術保障。