以下為演講實(shí)錄：

我今天給大家介紹一下最近做的一點(diǎn)工作，面向3D閃存性能和可靠性優(yōu)化技術(shù)，主要介紹三個(gè)點(diǎn)，一個(gè)就是3D閃存背景還有我們做的兩項(xiàng)工作。一個(gè)是性能優(yōu)化還有一個(gè)就是可靠性的保障技術(shù)。

大家都知道隨著大數(shù)據(jù)邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)這樣一些發(fā)展，對(duì)于存儲(chǔ)的需求是越來(lái)越大，據(jù)統(tǒng)計(jì)到今年應(yīng)該是規(guī)模將達(dá)到40ZB。這么多數(shù)據(jù)首先要存下來(lái)，要高性能大容量還要低功耗價(jià)格便宜存下來(lái)。當(dāng)前的幾種存儲(chǔ)介質(zhì)，應(yīng)該說(shuō)有硬盤(pán)閃存，還有一些新的存儲(chǔ)介質(zhì)，比如英特爾講的傲騰。目前來(lái)說(shuō)用的量非常大的閃存技術(shù)從2D全面轉(zhuǎn)向3D，主要的原因是追求高密度大容量，高密度大容量，實(shí)際上是兩個(gè)技術(shù)，一個(gè)就是從到QLC，還有英特爾介紹的PLC，另外一個(gè)就是3D，從2014年之后基本上全部轉(zhuǎn)向3D，現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了128層，444層的高度，這就導(dǎo)致有兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是性能的問(wèn)題，大家都知道容量大了之后，單個(gè)顆粒達(dá)到TB級(jí)，甚至10個(gè)TB的時(shí)候，管理的這個(gè)力度快大小就越來(lái)越大，文件系統(tǒng)塊有很多頁(yè)組成的，頁(yè)越來(lái)越大，從514個(gè)字節(jié)的力度，到現(xiàn)在16K甚至32K。這是閃存頁(yè)，我們知道頁(yè)是我們基本的讀寫(xiě)的單元。增大了頁(yè)的容量就會(huì)導(dǎo)致一個(gè)問(wèn)題的出現(xiàn)，現(xiàn)在的文件系統(tǒng)，上傳的應(yīng)用都基于硬盤(pán)管理而來(lái)的。我們系統(tǒng)最基本塊大小是4GB，頁(yè)面大小達(dá)到了34K，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上層，就會(huì)導(dǎo)致大量小寫(xiě)的產(chǎn)生，性能會(huì)受到影響。

第二個(gè)在頁(yè)速度增多，塊的容量越來(lái)越大，SSD里邊有一個(gè)我們要做擦除操作，有效的頁(yè)移出來(lái)，移出來(lái)這樣開(kāi)銷(xiāo)也會(huì)增大，這都是整體性能的影響。

到了3D閃存，垂直方向的對(duì)角性方向都會(huì)加劇比特的出錯(cuò)率。我們系統(tǒng)上有很多解決方案，能不能減少這個(gè)出錯(cuò)率這是最根本的問(wèn)題。我們做了這兩個(gè)工作。

第一個(gè)工作就是性能的問(wèn)題，我們文件系統(tǒng)有4K這樣一個(gè)修改，那么對(duì)于閃存的操作就會(huì)流出這一頁(yè)，這一頁(yè)大小16K，先讀到主機(jī)里面修改，再寫(xiě)下去，異地寫(xiě)，然后把這一頁(yè)作廢。標(biāo)志為無(wú)效頁(yè)，寫(xiě)這4K數(shù)據(jù)，讀了一個(gè)16K在寫(xiě)4K，800%的傳輸放大，只要寫(xiě)4K，頁(yè)大小16K，寫(xiě)放大400%，大大影響性能，而現(xiàn)在的一些工作就是用一個(gè)緩存，把這個(gè)小于1頁(yè)寫(xiě)，拼湊成1頁(yè)之后寫(xiě)下去，我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)什么問(wèn)題，閃存有這樣一個(gè)問(wèn)題，可以重新編程這樣一個(gè)特性，可以對(duì)于不滿一頁(yè)寫(xiě)了之后，還有空閑的地方，下次在寫(xiě)，寫(xiě)多個(gè)紙頁(yè)。閃存編成的特性，SLC編程很好用，對(duì)于SLC首先塊擦除全1的過(guò)程。

還有一個(gè)問(wèn)題就是說(shuō)對(duì)于這種MLC來(lái)說(shuō)，多個(gè)多位這樣來(lái)說(shuō)都有一個(gè)要求可靠性，就是要求平均寫(xiě)0、1個(gè)數(shù)最好是平均的，為了達(dá)到平均的目的，所以一般說(shuō)主流的廠商都用數(shù)據(jù)隨機(jī)化達(dá)到這樣一個(gè)要求。我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在很多閃存芯片實(shí)際上是提供了兩種模式，可以在MLC兩種模式之間切換的，SLC重新編程寫(xiě)子頁(yè)，提高容量的使用率。MLC可以大大延續(xù)這些數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，這樣可以把兩者結(jié)合起來(lái)。結(jié)合起來(lái)有一個(gè)問(wèn)題，一個(gè)顆粒本來(lái)工作在SLC下面，到底哪一部分支持了MSL，哪一部分支持SLC，就要記住，否則就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致數(shù)據(jù)崩潰就亂套了。

我們自主研發(fā)的DSAL-V7固態(tài)存儲(chǔ)平臺(tái)，使用SLC、MLC閃存子卡進(jìn)行重復(fù)編程方法的驗(yàn)證。對(duì)于SLC來(lái)說(shuō)，可以把一個(gè)頁(yè)分成很多子頁(yè)來(lái)使用，從而解決小寫(xiě)的問(wèn)題。這樣就會(huì)也有相應(yīng)的問(wèn)題出現(xiàn)，只使用子頁(yè)級(jí)映射表會(huì)成倍增加映射表占用DRAM的開(kāi)銷(xiāo)， 1 TB SSD會(huì)變成2GB mapping tables。當(dāng)它滿頁(yè)寫(xiě)的時(shí)候，只要一個(gè)大的頁(yè)表，這樣子頁(yè)只是增加了16.5%就可以了。我們整個(gè)閃存頁(yè)狀態(tài)轉(zhuǎn)化從原來(lái)有效以及無(wú)效頁(yè)三個(gè)狀態(tài)變成了七個(gè)狀態(tài)，完全孔隙、完全有效、完全無(wú)效，還有部分有效，部分有效有子頁(yè)，在這個(gè)過(guò)程中間，到底怎么樣來(lái)分配，分配有兩種策略，一種獨(dú)占式分配還有一個(gè)共享式分配。獨(dú)占式分配相同的邏輯頁(yè)的數(shù)據(jù)是放在一個(gè)頁(yè)里面，而共享頁(yè)分配只要有貢獻(xiàn)就插進(jìn)去，一個(gè)是省空間，另外一個(gè)延續(xù)性比較好。

剛才講了MLC、SLC，用的結(jié)合，部分工作在SLC工作下面，SLC主要應(yīng)對(duì)連續(xù)的讀寫(xiě)，然后SLC就是小塊的，在這個(gè)里頭就有一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)槲覀円魂P(guān)電之后，再起來(lái)默認(rèn)工作在SLC下面，不能亂，一些工作在MLC進(jìn)行管理。SLC工作狀態(tài)下的接源的時(shí)候，以塊為單位轉(zhuǎn)化，做一個(gè)原子操作，保證不要這個(gè)工作模式毀滅了，做了碎片管理，主要面向不密集型的請(qǐng)求，提高性能，也存在一個(gè)問(wèn)題，有可能就是我一次的讀變成了多次到處去找，就會(huì)導(dǎo)致性能下降，讀密集型我們還做碎片管理，最后達(dá)到的效果平均響應(yīng)時(shí)間可以達(dá)到57%以上。今年最新的成果也發(fā)表了相應(yīng)的論文。減少了寫(xiě)的擦除次數(shù)，還有寫(xiě)放大。效果都不錯(cuò)。

第二個(gè)就是我們做的可靠性工作，2D閃存容量的發(fā)展已經(jīng)接近其物理極限。三維堆疊結(jié)構(gòu)閃存陣列被認(rèn)為是閃存持續(xù)發(fā)展的可行方案。3D閃存中未完全補(bǔ)償?shù)捻?yè)數(shù)目急劇增加，影響設(shè)備可靠性，需要針對(duì)其提出可靠性保障方法。對(duì)于未完全補(bǔ)償閃存頁(yè)出錯(cuò)的情況，根據(jù)出錯(cuò)頁(yè)號(hào)可知其缺少的補(bǔ)償類(lèi)型及補(bǔ)償次數(shù)，需要采取讀電壓偏移策略。由于數(shù)據(jù)模式不同以及read-Retry不能完全匹配缺失的電壓量，若仍發(fā)生讀錯(cuò)誤的情況，對(duì)此要有人工補(bǔ)償策略。

（以上文字未經(jīng)審核，如有紕漏，歡迎指正）

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