基于闪存芯片异构性的固态硬盘优化方法研究

发布时间：2025-05-28 01:42

　　固态硬盘采用闪存芯片作为存储介质,相比于以碟片为存储介质的机械硬盘,具有更高的读写性能。因此固态硬盘逐渐成为各种计算机的主流存储设备,被广泛应用到从嵌入式设备、个人计算机到高性能计算机等系统之中。但是目前其单盘容量还是远小于磁盘。为提高固态硬盘的存储容量,闪存芯片制造商致力于开发多级闪存以及3D堆叠技术。其中,多级闪存技术使得单个闪存单元中能够存储多比特数据;而3D堆叠技术则通过纵向扩展闪存芯片以增加闪存单元的体密度。然而多级闪存技术的使用也降低了闪存的可擦写次数和增加了闪存的读写延时;3D堆叠技术也导致闪存的写入方式发生重大改变。因此,针对新型高密度固态硬盘,通过挖掘其内在特性优化其寿命和性能,具有重要的学术意义和广泛的应用前景。利用闪存芯片的内在并行性和异构性,以延长固态硬盘寿命和提高其性能为目标,研究优化方法,本文主要的研究内容以及贡献如下:针对闪存单元状态的异构性,设计比特翻转策略改善闪存寿命。多级闪存技术在闪存单元中使用多种物理状态以存储多比特数据。MLC(Multi-Level Cell)闪存的闪存单元具有四种状态,这四种状态与四种双比特数据模式(‘00’,‘01’,‘10’...

【文章页数】：147 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文的主要内容和贡献
    1.4 论文结构
2 提高闪存可擦写次数的比特翻转策略
    2.1 MLC闪存单元特性
    2.2 探索应用于MLC闪存的比特翻转策略
    2.3 比特翻转策略的实现框架
    2.4 效果评估
    2.5 小结
3 感知闪存页类型差异的固态硬盘设计方法
    3.1 固态硬盘设计基础及TLC闪存特性
    3.2 现有闪存页分配策略在TLC固态硬盘上的缺陷
    3.3 感知闪存页类型差异的固态硬盘设计——PA-SSD
    3.4 实验平台
    3.5 实验结果
    3.6 小结
4 基于闪存页类型的写事务调度策略
    4.1 事务调度单元以及调度策略
    4.2 闪存页类型对平均写延时的影响
    4.3 PATS——基于闪存页类型的写事务调度策略
    4.4 效果评估
    4.5 小结
5 SLC闪存与并行度联合感知的混合固态硬盘设计方法
    5.1 3D堆叠TLC闪存特性
    5.2 SLC-TLC混合的固态硬盘设计基础
    5.3 对3D堆叠TLC固态硬盘的性能观察
    5.4 SLC闪存与并行度联合感知的混合固态硬盘——SPA-SSD
    5.5 HybridSim模拟器
    5.6 效果评估
    5.7 小结
6 总结和未来工作展望
    6.1 全文总结
    6.2 未来工作展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间发表论文目录
附录2 攻读博士学位期间申请的发明专利
附录3 常用术语与符号的含义



本文编号：4047881