【摘 要】
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大数据时代,大量数据密集型应用对于存储系统的容量和性能提出了更高的要求。当前闪存技术不断成熟,闪存固态盘快速发展。闪存固态盘控制器有一定的运算能力,具备将主机端的
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大数据时代,大量数据密集型应用对于存储系统的容量和性能提出了更高的要求。当前闪存技术不断成熟,闪存固态盘快速发展。闪存固态盘控制器有一定的运算能力,具备将主机端的计算任务下传到闪存固态盘内部执行的潜力,可以实现主机和存储设备计算任务的并行执行,同时可以一定程度上减少I/O操作,缓解I/O墙问题。首先,本文深入分析了智能磁盘等智能存储设备的设计不足,面向典型的数据密集型应用,以简单高效、兼容现有存储系统为设计要求,提出了一种基于FPGA的智能闪存固态盘体系结构,设计了一种简单高效的计算任务下传机制。然后,面向典型的数据密集型的数据库应用,设计并实现了一种基于FPGA的智能闪存固态盘,针对数据库查询操作进行了优化,设计并实现了能够识别和下传查询命令的智能存储引擎和基于FPGA的流水化查询执行模块,支持将查询操作下传到闪存固态盘上执行。针对智能闪存固态盘,设计并实现了DRAM控制器接口以数据传输为中心的写操作模式和基于同步的闪存控制器,进一步提高了智能闪存固态盘系统性能。最后,在基于FPGA的智能闪存固态盘原型系统上进行了系统性能测试和分析。测试结果表明基于FPGA的智能闪存固态盘体系结构是有效的,有效提升了数据库查询操作的性能,减少了查询执行时间;DRAM控制器接口以数据传输为中心的写操作模式使智能闪存固态盘的DRAM访存带宽提高了一倍多;基于同步的闪存控制器的数据传输率达到异步的4倍。
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