人們研究NAND閃存已經(jīng)有二十多年的歷史了。盡管NAND性能相比傳統(tǒng)的HDD有著質(zhì)的變化，讀寫時(shí)間已經(jīng)以毫秒甚至納秒計(jì)，但對(duì)性能的渴求是無(wú)止境的。進(jìn)一步提升NAND性能往往需要綜合性的改進(jìn)，比如制程工藝、NAND結(jié)構(gòu)等等，不過(guò)日本科研人員找到了一種新思路——通過(guò)優(yōu)化NAND閃存的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，寫入速度可達(dá)目前的三倍，而功耗降低60%，而且不需要硬件改進(jìn)。

傳統(tǒng)的SSD寫入數(shù)據(jù)（左）與新思路下的寫入數(shù)據(jù)的過(guò)程

在上周舉行的2014 IEEE國(guó)際閃存工作組會(huì)議上，日本中央大學(xué)電氣、電子及通訊工程部門的武內(nèi)健教授領(lǐng)導(dǎo)的小組發(fā)表了一個(gè)新論文——通過(guò)垃圾回收過(guò)載抑制的、可用于高性能SSD的NAND閃存數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，里面介紹了一種通過(guò)優(yōu)化SSD寫入數(shù)據(jù)過(guò)程的方式提升SSD性能的思路。

理解這個(gè)問題首先需要了解一下NAND的基本原理。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，NAND是不能像HDD那樣直接在原有數(shù)據(jù)上覆蓋寫入的，需要清空已有數(shù)據(jù)區(qū)域才能寫入新數(shù)據(jù)，這個(gè)過(guò)程會(huì)耗費(fèi)一定時(shí)間（大約100毫秒，雖然看起來(lái)非常非常短），也會(huì)產(chǎn)生垃圾，不僅占用SSD容量，還會(huì)降低性能，所以SSD需要TRIM或者GC垃圾回收之類的機(jī)制保證性能恢復(fù)正常。

新的寫入數(shù)據(jù)方式

傳統(tǒng)的SSD寫入數(shù)據(jù)是OS操作系統(tǒng)直接給FTL（閃存轉(zhuǎn)換層）分配LBA邏輯區(qū)塊尋址，武內(nèi)健團(tuán)隊(duì)的思路是在這個(gè)過(guò)程中增加一個(gè)LBA擾流器（LBA scrambler），一旦再有數(shù)據(jù)寫入操作，數(shù)據(jù)并不會(huì)寫入空白頁(yè)，而是寫入已經(jīng)可以被刪除的碎片頁(yè)面上，如此一來(lái)就可以減少需要進(jìn)行GC處理的無(wú)效頁(yè)的數(shù)量了。

根據(jù)測(cè)算，這種方式的寫入速度可達(dá)目前水平的三倍。如果以500MB/s的主流水平來(lái)看，這個(gè)技術(shù)可將SSD的寫入速度提升到1.5GB/s，而功耗會(huì)降低60%，消耗的P/E次數(shù)也可降低55%(可理解為壽命延長(zhǎng)55%)。

最重要的是，這種技術(shù)不需要硬件改進(jìn)，只需要加強(qiáng)軟件管理，意味著只要通過(guò)固件升級(jí)就能享受到三倍性能提升。

當(dāng)然，美好的技術(shù)看起來(lái)總是這么誘人，雖然這個(gè)技術(shù)不需要什么硬件改進(jìn)，但是也沒什么應(yīng)用時(shí)間表，何時(shí)大規(guī)模應(yīng)用就不得而知了。