一种相变存储系统损耗均衡方法技术方案

本发明专利技术公开了一种相变存储系统损耗均衡方法。本发明专利技术首先对当前服务请求，读取地址映射表、预留段表以及寄存器值，获得目标逻辑段号LSN及对应的物理段PSN；然后判断请求类型是读请求还是写请求。若是读请求，直接读取PSN内的数据；反之根据RSA分配机制，重新确定将要写入的物理段PSN。采用Shift-Flip-N-Write算法，将数据写入到正确的物理段PSN中；最后判断是否服务完所有请求。若已服务完，则检测预留段表中是否有无效段。若存在无效预留段，则进行预留段交换。本发明专利技术能够均衡相变存储器的写操作，从而延长相变存储器的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机
，涉及。
技术介绍
在计算机体系结构中，处理器与存储器是系统的两大核心，在过去的几十年时间 内，处理器和存储器都在不断的发展更新。随着处理器的处理速度越来越快，存储器也在不 断地发展，尤其是主存储器的容量越来越大。 动态随机存取存储器（DRAM)是目前最普遍的主存系统的存储技术，具有速度快及 可靠性高等优点，但由于是易失性存储器，需要用电来维持存储系统中的数据，使得它的静 态功耗比较高。随着存储器的容量越来越大，存储系统的静态能耗在总存储能耗的比重也 直线上升，存储系统的能耗在计算机系统总能耗中的占比也不断攀升。例如，在服务器应用 领域，主存系统的能耗大约占到系统能耗的40%。因此，具有高密度、低漏电功耗、长寿命等 特性的存储器一一相变存储器（PRAM)得到了不少研宄者的关注。 相变存储器作为非易失存储器，近年来成为了存储器系统方面的研宄热点，是取 代DRAM、FLASH、硬盘等存储产品的最佳候选者。与DRAM相比，PRAM具有：1)良好的可扩放 性；2)低漏电流功耗，降低了存储系统的能耗；3)数倍于DRAM的存储密度，大大缩小了存储 系统的体积。因此，在当今阶段开展对PRAM存储器的研宄，促进其早日替代DRAM作为计算 机主存储器，是一件非常有意义的工作。 相变存储器PRAM因为具有能耗低、存储密度高、非易失性等优点，因而受到广泛 的关注和研宄，但它同时存在以下两点不足之处： 1)写操作代价高。当PRAM发生读操作时，只需在相变材料两端施加适当电压，然后通 过测量电流即可读取存储单元内的数据；当PRAM发生写操作时，需要将PRAM存储单元迅速 加热到较高温度，然后再进行冷却，使相变材料转换为晶态或者非晶态，这一过程需要较大 的电流。所以PRAM的写操作与读操作是极不对称的，其读操作延时与DRAM在同一水平，功 耗比DRAM更占优势；但是写操作代价却非常高，延时约为DRAM的6-10倍，功耗约为DRAM 的3-5倍。 2)可写次数有限制。相变存储器利用相变材料的相位变化来存储数据，而相变材 料的相位变化是有次数限制的；也就是说，当变化次数超过它的极限的时候，该相变存储器 就会失效。目前相变存储器的耐写次数可以达到IO8-IO9次，但与DRAM和磁盘的10 15次相 比仍具有较大的差距。
技术实现思路
本专利技术针对上述相变存储器PRAM的不足，提出了一种相变存储系统损耗均衡方 法，从而延长相变存储器的寿命。 本专利技术解决技术问题所采取的技术方案： 步骤1 :对当前服务请求，读取其地址映射表、预留段表以及寄存器值，从而获得请求 的目标逻辑段号LSN及对应的物理段PSN。 步骤2:判断当前的服务请求的类型是读请求还是写请求。若是读请求，执行步骤 3;反之执行步骤4。 步骤3 :直接读取物理段PSN内的数据，然后转到步骤6。 步骤4 :基于预留空间分配机制（RSA:ReservedSpaceAllocation)，重新确定将 要写入的物理段PSN。 步骤5 :采用Shift-Flip-N-Write算法，将数据写入到正确的物理段PSN中。 步骤6 :判断是否服务完所有请求。若已经服务完，执行步骤7 ;反之执行步骤1。 步骤7:所有请求服务结束后，检测预留段表中是否有无效段，当检测到预留段表 中有无效预留段时，则进行预留段交换。 进一步地，如上所述步骤（4)的基于预留空间分配机制RSA，重新确定将要写入的 物理段PSN，具体包括以下步骤： 4-1.根据地址映射表，找到物理段PSN，读取该物理段PSN的写操作次数segment_write_count(SWC)，若该写操作次数segment_write_count不超过阈值0 (下文对沒等 于1024进行了测试，并且取得较好效果)，则将该数据写入到该物理段PSN，反之进入步骤 4_2 〇 4-2.当该物理段PSN的写操作次数超过阈值〃，则地址映射表进行地址重映射， 将该逻辑段重映射到预留池（ReservedSegmentPool，RSP)中空闲的预留段，原本的物理 段则为预留池中的无效段。 进一步地，如上所述的步骤（5)中Shift-Flip-N-Write算法，以8bit作为循环 移位的单位，且当该存储行的写入次数超过阈值0时，进行移位。下文分别对0等于 64, 128, 256, 512, 1024进行了实验，由实验可知，256, 512为较合适的写操作阈值。 该算法需要额外的空间来保存三个数据：1)行写操作次数row_write_count，用 来记录该存储行发生写操作的次数；2)当前的位移偏量offset，记录当前的偏移位，以便 下一次的读出或写入；3)翻转位Flip，和Flip-N-Write-样，需要记录当前的数据是否与 原数据相反。该算法具体包括以下几个步骤： (1)首先读出row_write_count和offset数据，若row_write_count小于 ，将row_write_count加 1，offset不变；若row_write_count大于等于 <}>，则将row_write_count 置 0,offset加 1。 (2)将要写入的新数据按照OffsetXSbit进行移位，并且读出该行的旧数据与 移位后的新数据进行对比，若新旧数据的海明距离大于N/2(N为存储行的位宽，一般为 32, 64)，则将新数据取反，写入目标行中，并且将Flip位置1;反之，则直接向新数据写入目 标行，Flip位置0。 (3)写入时按位进行对比，当该位的新数据与旧数据不一样时，进行该位的更新。 这样，当该数据写入目标地址时，实际更新的比特数将低于或等于N/2。 进一步地，如上所述的步骤（7)中的预留段交换，根据内存控制器中保存的物理段 的写操作次数，找出存储空间中的冷存储段，将该冷存储段上的数据写入到无效的预留段 中，并且更新地址映射表，写入时执行Shift-Flip-N-Write算法，冷存储段则作为预留段。本专利技术有益效果如下： 本专利技术能够均衡相变存储器的写操作，从而延长相变存储器的使用寿命，保障存储数 据的可靠性；同时，本专利技术在一定程度上降低了相变存储器的写操作次数，从而降低相变存 储器的能耗。【附图说明】 图1是相变存储系统写均衡流程图； 图2是段损耗均衡操作过程； 图3是存储行循环位移装置； 图4是段交换； 图5是更新后的映射表和预留段池； 图6 (a)是存储行最高写次数； 图6 (b)是存储行最高写次数； 图6 (c)是存储行最高写次数； 图6 (d)是存储行最高写次数； 图6 (e)是存储行最高写次数； 图7是存储行的写操作总数； 图8是存储段的最高写次数。【具体实施方式】 以下结合附图对本专利技术作进一步说明。 -种相变存储系统损耗均衡方法，包含存储段写均衡和存储行写均衡两个方面， 完整的实施方法如图1所示，包括以下步骤： 步骤1.对当前服务请求，读取地址映射表、预当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变存储系统损耗均衡方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：步骤1：对当前服务请求，读取其地址映射表、预留段表以及寄存器值，从而获得请求的目标逻辑段号LSN及对应的物理段PSN；步骤2：判断当前服务请求的类型是读请求还是写请求；若是读请求，执行步骤3；反之执行步骤4；步骤3：直接读取物理段PSN内的数据，然后转到步骤6；步骤4：基于预留空间分配机制（RSA：Reserved Space Allocation），重新确定将要写入的物理段PSN；步骤5：采用Shift‑Flip‑N‑Write算法，将数据写入到正确的物理段PSN中；步骤6：判断是否服务完所有请求；若已经服务完，执行步骤7；反之执行步骤1；步骤7：所有请求服务结束后，检测预留段表中是否有无效段，当检测到预留段表中有无效预留段时，则进行预留段交换。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚英彪，王发宽，韩琪，杜晨杰，陈越佳，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33