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ReRAM性能介紹一

2017-10-17 14:40:59

為了使用戶端的性能指標(biāo)令人滿意,固態(tài)硬盤(SSDs)存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)師們不得不開發(fā)更加復(fù)雜的架構(gòu)和算法,用來應(yīng)對3D MLC/TLC NAND閃存所固有的設(shè)計(jì)局限。當(dāng)NAND制造商嘗試通過縮減設(shè)計(jì)從而降低成本時(shí),復(fù)雜的系統(tǒng)在實(shí)際的用戶案例中對性能產(chǎn)生了不少影響,從而導(dǎo)致了SSD測試基準(zhǔn)中出現(xiàn)的主要的系統(tǒng)瓶頸問題。

NAND閃存程序運(yùn)作很緩慢,并且是在大型頁面的粒度上完成的。當(dāng)今的MLC/TLC NAND或者3D NAND閃存都需要600微秒到1毫秒來對一個(gè)8-16K字節(jié)的頁面進(jìn)行編程。對于典型的用戶案例來說,這個(gè)速度實(shí)在是太慢了,所以每一個(gè)程序運(yùn)作必須首先被重新導(dǎo)向到一個(gè)位于臨時(shí)位置的寫入緩存,比如一個(gè)SRAM或者DRAM緩存或者一個(gè)以SLC模式配置的NAND分區(qū)。

NAND閃存在進(jìn)行編程前必須進(jìn)行擦除。NAND的擦除操作非常慢,需時(shí)10毫秒左右,并且要在一個(gè)巨大的4-8兆模塊中進(jìn)行。為了克服這一重要的設(shè)計(jì)局限,可以讓SSD控制器來管理邏輯到物理(L2P)映射,對原始和校正數(shù)據(jù)位置進(jìn)行追蹤,并使得在必須進(jìn)行模塊擦除操作前推遲該操作成為可能。

釋放單元回收代表了數(shù)據(jù)管理的另一個(gè)附加層面,它被要求用于在存儲器處于空閑模式時(shí)正確釋放模塊中的無用數(shù)據(jù)。當(dāng)釋放單元回收在模塊間轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)時(shí),新產(chǎn)生的請求可能產(chǎn)生問題。這是一種典型的懲罰,會導(dǎo)致長達(dá)數(shù)秒的冗長的、不確定的延滯。

因此,對于一次SSD的寫入,通常會有幾次SSD控制器、NAND閃存和DRAM部件之間的后臺內(nèi)存操作。這被稱為寫入放大(WA),它可以用來衡量控制器的效率。大部分系統(tǒng)的WA通常在3-4之間。更高的WA數(shù)值會直接影響存儲設(shè)備的可靠性和性能,因?yàn)樗糯罅藢υO(shè)備寫入的次數(shù),使得一個(gè)單元處于速度快得多的最高周期。這點(diǎn)在相對更小的技術(shù)尺寸上顯得更為相關(guān),在這些技術(shù)尺寸上,NAND內(nèi)存單元的最高周期降至3000程序周期以下。

這些復(fù)雜的問題很大程度影響了終端用戶的體驗(yàn),并解釋了與SSD制造商所提供的SSD規(guī)格相比較,為什么SSD基準(zhǔn)測出的性能會有所不同。在按此寫入的情況下,假如用戶想從網(wǎng)絡(luò)上下載一部高清電影到本地存儲器上,或者當(dāng)企業(yè)存儲廣泛使用SSD時(shí),這些問題將無法掩蓋NAND閃存技術(shù)固有的設(shè)計(jì)局限。

CrossbarReRAM技術(shù)無需在編程前進(jìn)行擦除操作。對ReRAM的單次寫入可以在很小的頁面顆粒上非??斓赝瓿伞O乱淮槍eRAM進(jìn)行優(yōu)化的SSD控制器將能夠以更快的速度更新更小的頁面,并大幅降低NAND所需要的后臺內(nèi)存操作?;赗eRAM的SSD將提供更低、更確定的讀取延滯(數(shù)十微秒)。


本文關(guān)鍵詞:ReRAM  

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