基于错误预检测的固态硬盘读性能优化方法研究

摘要

近年来，随着各式各样计算机系统的发展，尤其是大数据和智能手机业务的激增，数据量的爆发式增长，对存储的容量和速度提出了严峻的考验。3DNAND flash正逐渐被广泛应用于固态硬盘（Solid State Drive，SSD）中，一定程度上缓解了由快速增长的数据造成的容量问题，但存储的性能仍亟待提升。由于NAND flash中的数据会产生错误，SSD必须在NAND flash读取数据后进行译码操作，以保证数据的可靠性。复杂的译码操作带来了较大的读取延迟和较高的功耗，直接影响了SSD的读性能。为解决由译码带来的读性能降低和功耗过高等问题，设计并实现了错误预检测系统（Error Prechecking System，EPS）。EPS可以避免对正确数据进行不必要的译码操作，从而减小SSD的译码延迟和功耗，提升SSD读性能。 在FPGA平台上开展的对3D MLC和3D TLC芯片的测试实验，采集数据并完成了原始比特错误率、无错误子页比例及基本性能指标等分析。实验结果的分析与观察表明，前期读取的3D MLC和3D TLCNAND flash的数据中，有大量的数据没有发生错误，确立了EPS的可行性。并且采用划分子页的方案，进一步提高了无错误子页的比例。此外还设计了一套基于树型结构的地址映射方案，可以更好地对EPS中增加的预检测码进行跨页存储、映射及缓存。在很小开销的情况下，最大化地提升了SSD性能。仿真实验基于实际的Trace文件对EPS进行了性能评估。实验结果表明，与没有实现错误预检测系统的3D MLCSSD相比，EPS平均可以提升35%~55%的读性能，对SSD的优化效果十分明显。

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