论文部分内容阅读
固态硬盘技术是近年来计算机存储技术最显著的进展之一，给整个行业带来了革命性的变化。本论文研究了固态硬盘的核心技术:高性能闪存转换层算法设计。论文的主要成果成为国内首款具有自主知识产权的SATA6Gb/s固态硬盘控制器芯片（由中科院苏州纳米所与记忆科技（深圳）有限公司联合研制）固件的核心，并经过了联想、同方等公司实际产品的认证，已经大批量出货，具备国际竞争力。 本论文在对闪存转换层算法设计的器件物理背景、基本设计原理及技术发展趋势进行了深入研究的基础上，聚焦在降低固态硬盘写放大这一影响固态硬盘寿命和性能的关键难题，提出了三种闪存转换层算法优化技术:逻辑页-物理页粒度去耦合技术、垃圾收集中的冷热数据分离技术和线性增强损耗均衡技术，取得的创新性成果如下: 1.突破传统地址映射方案中逻辑页和物理页粒度一致的做法，通过对闪存空闲区的灵活应用，在地址映射时使用4KB逻辑页粒度，在闪存读写时使用8KB物理页粒度，从而解除了地址映射算法和实际闪存页粒度的耦合关系，提高了地址映射的灵活性，降低了固态硬盘的写放大约30％～60％。 2.在垃圾收集过程中引入冷热数据分离技术，通过在垃圾收集过程中比较数据的写入时间戳，以区分数据的冷热程度，并分别将冷数据和热数据写入不同的闪存块中，达到了冷热数据分离的效果，平均降低固态硬盘写放大约5％。 3.利用闪存损耗随擦写次数关系的统计特性，提出了线性增强的损耗均衡技术，在闪存生命的前期进行宽松的损耗均衡控制，随着闪存擦写次数的增加逐渐增加对损耗均衡的控制强度，从而能够在固态硬盘生命周期的前期大部分时间内有效降低由于损耗均衡带来的写放大。 为进一步探索降低固态硬盘写放大的技术，本文又提出了一种新的支持数据压缩功能的闪存转换层算法-连续映射闪存转换层算法。通过在闪存空闲区中加入前、后链接指针，使同一个逻辑页可以存入不同的物理页中，完全消除了内部碎片。