基于Flash的数据存储PCIE板卡制造技术

技术编号:5111733 阅读:683 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术公开了一种基于Flash的数据存储PCIE板卡。由一块FPGA芯片做主控模块,连接了DDR内存作为缓冲模块,同时连接了Flash芯片作为存储模块,PCIE控制器、DDR控制器、命令解析器、软Cache命中逻辑、X-Card管理模块、ECC校验数据逻辑、Flash块地址映射、仲裁器、Flash控制器都是在FPGA内部实现的,通过将程序下载到FPGA内部完成各自的功能。通信接口采用PCIE接口,数据传输速率高。PCI-E也支持高阶电源管理,支持热插拔,支持数据同步传输,为优先传输数据进行带宽优化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及计算机存储领域中的存储器,具体的说涉及一种基于Flash的存 储装置。
技术介绍
随着计算机技术和集成电路工艺的不断发展,越来越多的处理核心正在为计算 机性能提供源源不断的动力,但长期以来受到访问瓶颈的困扰。处理器与存储器之间的 性能差距不断加大,存储器已经成为限制系统性能的决定因素。同时,随着近年来计算 机技术的进步与问题规模的不断扩大,许多应用正在由计算密集型向数据密集型转变, 数据密集计算更加需要高带宽的存储系统和I/O系统的支持。因此,必须深入研究满足 高带宽、高数据传输率的存储系统体系结构。另一方面,尽管随着技术的发展,硬盘的容量和转速已经有了很大的提高, 500GB容量和1万转速的硬盘也已经出现,但是从整个计算机系统来看,系统的瓶颈还 是在硬盘存储系统部分。近年来,闪存(FlashMemory)作为一种新的数据存储介质已经 得到广泛应用,经过多次技术变革,闪存存储容量越来越大、数据读写速度越来越快、 性价比也越来越高。人们对Flash存储寄予厚望,希望它可以代替硬盘。在2008年美国消费电子大展上,闪存生产商推出了百G以上的闪存盘,而几乎 所有大的PC厂商(包括苹果、戴尔、索尼等)都推出基于此开发的笔记本电脑。随着闪 存新技术的不断突破,厂商们不断增加其产品的容量和产品量产的规模,闪存盘与常规 硬盘的竞争也越来越激烈。Flash的优势还体现在其能耗只有传统硬盘的1/5 1/6,符 合绿色存储的发展趋势。美国斯坦福大学和劳伦斯伯克莱国家实验室(LawrenceBerkeley National Labs)的一项研究表明,全球数据中心的能耗在2000年至2005年间翻了一番,到 2010年将再增75%,数据中心包括了大量的服务器和存储设备。从CPU到数据中心, 人们对于能耗的关注越来越强,为了降低存储系统的能耗,基于Flash的存储系统是很有 前景的方向。而且,Flash设备内部没有机械装置,不会出现机械故障,同时还具有噪音 小、体积小、重量轻、非易失性(无需电源保护)、耐高温等优点,有一些存储厂商已经 把Flash应用于数据密集型应用中,比如EMC、CURTIS、Qbisys等。全球最大中文网 站百度日前已成为全球首个使用闪存(FlashMemory)技术代替硬盘并大规模商用的互联 网公司。2008年8月19日,百度每日承载数亿次点击访问的检索及索引存储的运算集群 已经全部拆除硬盘,并代之以百度自行定制研发的海量闪存卡,这一改变极大的提高百 度的服务能力和检索速度。Flash存储设备突破了传统硬盘的性能瓶颈,它不但可以应用 到传统存储系统的应用领域,如银行业、电信业等,还可以在工业控制、交通运输、航 天领域、特别在军事上有很大的应用价值。尽管基于Flash技术的SSD存储器已经在学术界与工业界得到了广泛关注与应 用,但Flash介质本身固有的某些物理属性使得目前SSD技术在访问写速率、性能可扩展 性、设备寿命等方面受到了严峻挑战。3闪存的存储特性和磁盘有较大的不同。闪存的这些性能要求其相应的存储系统 的设计与基于磁盘的存储系统有很大的区别。提高基于闪存的存储系统的性能得到了国 内外学者和工业界人士的普遍重视。我们将两者的不同比较如下1) “定点更改”不再成立传统磁盘的写操作是以扇区为单位,可以“定点”写入或更新。但是在闪存 中,对某个扇区的写操作,必须在擦除包含该扇区的更大的块——擦除单元之后才能进 行。典型的闪存扇区为512字节,而擦除单元有16K字节或128K字节。对一个扇区的 读写,可能导致另外31个扇区的擦除。如果实际应用对存储内容的访问恰好是小量且随 机的,那么闪存的写性能比普通磁盘的写性能更差。而且,闪存的擦除次数有限,其生 命周期约10万次到100万次。2)无机械延迟闪存是纯电子设备,不像磁盘需要物理地移动读写磁头。因此闪存不存在耗时 的机械延迟,可以方便地随机访问和搜索闪存上的数据,其搜索速度只与数据大小线性 相关。3)不对称的读写速度表1 磁盘与闪存的读写速度比较本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于Flash的数据存储PCIE板卡,包括主控模块,存储模块和缓冲模块,其特征在于:由一块FPGA芯片做主控模块,连接DDR内存作为缓冲模块,连接Flash芯片作为存储模块,PCIE控制器、DDR控制器、命令解析器、软Cache命中逻辑、X-Card管理模块、ECC校验数据逻辑、Flash块地址映射、仲裁器、Flash控制器都是在FPGA内部实现的,通过将程序下载到FPGA内部完成各自的功能。

【技术特征摘要】
1.基于Flash的数据存储PCIE板卡,包括主控模块,存储模块和缓冲模块,其特征 在于由一块FPGA芯片做主控模块,连接DDR内存作为缓冲模块,连接Flash芯片作 为存储模块,PCIE控制器、DDR控制器、命令解析器、软Cache命中逻辑、X-Card管 理模块、ECC校验数据逻辑、Flash块地址映射、仲裁器、Flash控制器都是在FPGA内 部实现的,通过将程序下载到FPGA内部完成各自的功能。2.根据权利要求1所述的基于Flash的数据存储PCffi板卡,其特征在于(1)X-Card管理模块,与其他模块都设有连接通道,通过下载到FPGA内部的总控程 序来对整个板卡进行管理,包括(a)在控制模块中,有专门的存储节点管理系统,可在接受到客户端发出的读写信号 后,将指令发送到每一块Flash芯片存储单元中,实现并行读写;(b)在管理部件的周围设有仲裁部件;(2)使用节点冗余技术,对存储单元中的错误进行定位,并进行相应的数据迁移,保 证数据的连续正确性;(3)使用板卡自诊断技术,进行写次数监控;(4)使用了损耗均衡算法;(5)在接口模块中使用了PCffi接口 ;(6)使用缓冲区来进行数据缓冲,以减少Flash芯片本身的读写次数,延长其使用寿命;(...

【专利技术属性】
技术研发人员:肖侬刘芳赖明澈安龙飞陈志广
申请(专利权)人:中国人民解放军国防科学技术大学
类型:发明
国别省市:43

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