苛刻環境大容量MLC型NAND FLASH轉換層新機制與算法

《苛刻環境大容量MLC型NAND FLASH轉換層新機制與算法》是依託首都師範大學，由關永擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：苛刻環境大容量MLC型NAND FLASH轉換層新機制與算法
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：關永
• 依託單位：首都師範大學

項目摘要

苛刻環境下大容量高速存儲系統蘊藏著巨大的潛在套用價值。由於苛刻環境存在熱應力、振動、衝擊、真空、電磁輻射等惡劣條件，傳統的機電結構存儲設備以及磁性存儲系統已經無法可靠工作，因此，大容量高速固態存儲系統已成為眾多套用的核心支撐技術。為了克服多層儲存單元型固態存儲系統自身只能進行順序寫入和部分編程的局限，提高大容量固態存儲系統的回響速度，本研究擬通過建立轉換層新機制與算法的方法，構建多層儲存單元型固態存儲系統地址映射模型、垃圾回收模型、耗損平衡模型；根據雙門限檢測和可中斷垃圾回收機制，減少有效數據頁的拷貝操作，確保系統平均回響時間較短，並儘可能的平衡每個數據塊的擦除次數，延長晶片的使用壽命，從根本上解決傳統快閃記憶體轉換層在多層儲存單元型固態存儲系統上套用失效或者效率低下的問題，實現存儲系統在較小的記憶體開銷下獲得快速回響能力。最後，我們將通過實驗和理論分析的手段評價和比較所設計機制與算法的性能。

結題摘要

苛刻環境下大容量高速存儲系統蘊藏著巨大的潛在套用價值，為了克服MLC型固態存儲系統自身局限，提高大容量固態存儲系統的回響速度，本研究課題主要通過建立轉換層新機制與算法來解決上述問題。 首先，設計了一款稱為BlogFTL的FTL，在BLOG中我們有效的降低了過度的廢棄塊收集。同時，我們還提出了一個稱為reduced-order merge的局部合併操作。以便最大化利用日誌模組中的有效頁碼和降低不必要的擦除操作。實驗表明該方法從根本上解決傳統快閃記憶體轉換層在多層儲存單元型固態存儲系統上套用失效或者效率低下的問題，實現存儲系統在較小的記憶體開銷下獲得快速回響能力。其次，為了解決NAND FLASH由於局部頁面刷新所導致空閒頁和頻繁垃圾收集的早期損耗，壽命縮短等問題，我們提出了叫FTL2的一種混合FTL方法。在FTL2中同時採用了記錄和映射的技術，以解決由於局部頁面頻繁更新所造成的在FLASH使用過程中出現的耐久度問題和性能退化等問題。實驗結果表明，FTL2可以大大減少頁面寫入，用很小代價推遲垃圾收集工作。第三，提出了一種新的磨損均衡方案，稱為DHeating (Dispersed Heating)，來解決FLASH存儲器熱平衡的問題。在DHeating中，我們能分散擦除，避免由於加熱引起的集中電力中斷的問題。通過該技術實現了FLASH使用壽命的延長。第四，為了大大減少擦除操作所花費的時間以及降低合併操作中有效頁複製的開銷，我們提出了新的I/O最佳化技術，用來確定檔案系統的元數據，這種最佳化技術能夠實現在VM圖像檔案中存儲和不斷的更新。然後這些數據被存儲在一個小的、附加的非易失性存儲器中，這樣提高快閃記憶體的性能同時延長使用壽命。最後，在課題研究過程中，我們還開展了對於新興的NVMS（非易失性存儲器）的相關研究工作。 I/ O開銷已經成為基於NAND快閃記憶體的存儲設備主要的性能瓶頸之一。新型NVMS，諸如PCM（相變存儲器）和STT-RAM（自旋轉移矩隨機存取存儲器），可以提供快速的讀/寫操作。在課題中，我們提出了一個統一的NVM/快閃記憶體架構，以提高I/O性能。另外還提出PCM/DRAM的混合主記憶體架構。該構架充分利用這兩個存儲器的性能優勢,減少能源消耗同時確保應用程式的實時性。 綜上所述，本項目除了按原申請書中研究計畫圓滿完成預定目標外，增加了一些新內容的研究，這些新內容均是本項目內容的擴展。