固态存储技术 信息存储理论与技术 教学课件.ppt

内容提要 固态存储相关技术 1 固态存储产品和市场 2 固态存储接口及性能指标 3 关键技术研究 4 本研究团队的相关研究工作 相继开发了两款SSD原型系统 USB接口SSD原型系统的开发 开发了自主知识产权的闪存控制器IP核 PCIe接口SSD原型系统的开发研究 开发了一套SSD模拟测试开发平台SSDsim 4.1 USB接口SSD原型系统 FLASH SDRAM FPGA JTAG USB接口 USB原型系统示意图 （左侧为1.0版本，右侧为1.1版本） 4.1 USB接口SSD原型系统 本系统以Cyclone II FPGA为核心，采用四通道并行架构，每通道相互独立 在FPGA中实现了具有自主知识产权的Nand Flash闪存控制器IP核 由于受USB接口限制，单通道读速度达10MB以上，写速度2MB以上 在此基础上开发PCIe接口SSD硬件原型系统 4.2 PCIe接口SSD原型系统 SATA接口 DRAM 子卡（可根据需要定制） 电源转换模块 结构示意图 主卡模块结构示意图 子卡模块结构示意图 PCIe接口SSD原型系统硬件平台 该硬件平台以子母卡的形式存在，其中主卡以Xilinx公司的Virtex 6 FPGA芯片为核心，负责与主机间的通信与数据传输 子卡以Xilinx公司的Spartan 6芯片为核心，其上贴装闪存芯片，负责控制闪存的读写操作，以及与主卡之间的通信等 该原型系统与主机端的通信采用NVMe协议，紧跟行业标准与发展趋势 PCIe接口SSD体系结构 自主开发知识产权 多通道闪存控制器架构 非易失 零或低空闲能耗 类似磁盘一样的容量 接近DRAM的存取延迟 字节级编址 SCM的提出 将为未来Exa计算提供存储解决方案 PCM 芯片级：Intel、IBM、Samsung、Numonyx 系统级：IBM、Intel、microsoft、CMU 国内：中国科学院上海微系统与信息技术研究所、复旦大学、国防科技大学、上海交通大学和华中科技大学 SCM技术 值得一提的是，国内自己也已经生产了512M PCM原样芯片 STT-RAM MRAM FeRAM Memristor …… SCM技术 集成SCM技术的四种策略 缓存策略（e.g.: flashcache@ISCA 2008） 存储替代策略（e.g.: Moneta@Micro 2010, ASPLOS 2012） 内存替代混合策略(e.g.: PDRAM@DAC 2009) 单级存储策略（e.g.: Mnemosyne@ASPLOS 2011） OS对SCM技术的支持，特别是内存数据结构的持久化。 文件系统（SCMFS、BPFS） SCM的应用（系统恢复、检查点等） 目前集中研究的方向 内容提要 固态存储相关技术 1 固态存储产品和市场 2 固态存储接口及性能指标 3 关键技术研究 4 2.1 SSD主流厂商 目前SSD主流厂商主要有：OCZ，Intel ，金胜，BIWIN ， 闪迪， 金速， 浦科特， 影驰， 威刚， 美光， 三星， 金士顿， 芝奇， 创见， 源科， 博帝， 劲永， 海盗船， Super Talent， PhotoFast， SOLIDATA，台电 等。 固态盘目前的容量从64GB~1.2TB不等，价格范围从几百元~几万元。 2.2 SSD主要性能指标 接口类型：常用的SSD接口有SATA，PCI-E等。 容量：目前市面上容量最大的单块SSD可高达1.2TB—10TB。 读写速度：企业级的OCZ Z-Drive R4 CM84 固态盘 持续读写速度最高均为2.0GB/s，随机写入性能8KB 160,000 IOPS，4KB 250,000 IOPS，最大IOPS 260,000 。 寿命：寿命最高可达200万小时。 Fushion-io ioDrive Octal ioDrive Octal 容量 5.12TB 10.24TB Nand 类型 MLC（多层单元） 读取 IOPS（512 B） 119万，130万 写入 IOPS（512 B） 118万， 124万 75/25 混合 IOPS（512B） 72.9万，56.1万 读取带宽（64 KB） 6.0 GB/s 6.7 GB/s 写入带宽（64 KB） 4.4 GB/s 3.9 GB/s 访问延迟（512 Byte） 30μs 45μs 总线接口 PCI-Express x16 Gen2.0 操作系统 64 位 Microsoft XP/Vista/Win7/Server 2003/Server 2008、RHEL 4/5/6、SLES 10/11、OEL v5、VMware ESX 4.0/4.1/E