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(chǔ)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(duì)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(duì)性能產(chǎn)生了不少影響，從而導(dǎo)致了SSD測(cè)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(duì)一個(gè)8-16K字節(jié)的頁面進(jìn)行編程。對(duì)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(duì)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(chǔ)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(qǐng)求可能產(chǎn)生問題。這是一種典型的懲罰，會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)達(dá)數(shù)秒的冗長(zhǎng)的、不確定的延滯。
因此，對(duì)于一次SSD的寫入，通常會(huì)有幾次SSD控制器、NAND閃存和DRAM部件之間的后臺(tái)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(huì)直接影響存儲(chǔ)設(shè)備的可靠性和性能，因?yàn)樗糯罅藢?duì)設(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(duì)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(cè)出的性能會(huì)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(chǔ)器上，或者當(dāng)企業(yè)存儲(chǔ)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(duì)ReRAM的單次寫入可以在很小的頁面顆粒上非常快地完成。下一代針對(duì)ReRAM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(tái)內(nèi)存操作。基于ReRAM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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