技术无止境!闪存写入速度可以增3倍!

人们研究NAND闪存已经有二十多年的历史了。尽管NAND性能相比传统的HDD有着质的变化,读写时间已经以毫秒甚至纳秒计,但对性能的渴求是无止境的。进一步提升NAND性能往往需要综合性的改进,比如制程工艺、NAND结构等等,不过日本科研人员找到了一种新思路——通过优化NAND闪存的数据管理系统,写入速度可达目前的三倍,而功耗降低60%,而且不需要硬件改进。

不动硬件 SSD写入速度猛增3倍
传统的SSD写入数据(左)与新思路下的写入数据的过程

在上周举行的2014 IEEE国际闪存工作组会议上,日本中央大学电气、电子及通讯工程部门的武内健教授领导的小组发表了一个新论文——通过垃圾回收过载抑制的、可用于高性能SSD的NAND闪存数据管理系统,里面介绍了一种通过优化SSD写入数据过程的方式提升SSD性能的思路。

理解这个问题首先需要了解一下NAND的基本原理。简单来说,NAND是不能像HDD那样直接在原有数据上覆盖写入的,需要清空已有数据区域才能写入新数据,这个过程会耗费一定时间(大约100毫秒,虽然看起来非常非常短),也会产生垃圾,不仅占用SSD容量,还会降低性能,所以SSD需要TRIM或者GC垃圾回收之类的机制保证性能恢复正常。

不动硬件 SSD写入速度猛增3倍
新的写入数据方式

传统的SSD写入数据是OS操作系统直接给FTL(闪存转换层)分配LBA逻辑区块寻址,武内健团队的思路是在这个过程中增加一个LBA扰流器(LBA scrambler),一旦再有数据写入操作,数据并不会写入空白页,而是写入已经可以被删除的碎片页面上,如此一来就可以减少需要进行GC处理的无效页的数量了。

不动硬件 SSD写入速度猛增3倍

根据测算,这种方式的写入速度可达目前水平的三倍。如果以500MB/s的主流水平来看,这个技术可将SSD的写入速度提升到1.5GB/s,而功耗会降低60%,消耗的P/E次数也可降低55%(可理解为寿命延长55%)。

最重要的是,这种技术不需要硬件改进,只需要加强软件管理,意味着只要通过固件升级就能享受到三倍性能提升。

当然,美好的技术看起来总是这么诱人,虽然这个技术不需要什么硬件改进,但是也没什么应用时间表,何时大规模应用就不得而知了。