SSD想保持高速 关键在于减轻数据碎片的影响

  【天极网DIY硬件频道】日本中央大学理工学部电气电子信息通信工程科的教授竹内健领导的研究小组开发出了可大幅改善以NAND闪存为基础的存储器(SSD)的写入速度、耗电量和可擦写次数(寿命)的技术。详细内容已在半导体存储技术国际学会“2014 IEEE International Memory Workshop (IMW)”(2014年5月18～21日，台北)上发表。论文题目为《NAND Flash Aware Data Management System for High-Speed SSDs by Garbage Collection Overhead Suppression》。

  NAND闪存无法在相同的存储区域覆盖数据，要先向其他区域写入数据，然后使旧的区域无效化。这会产生数据碎片，导致无效区域增加，容量越来越小。所以，NAND闪存会进行“垃圾收集(Garbage Collection)”，连续重新配置碎片数据，以区块(Block)为单位消除无效区域。这个处理需要100ms以上的时间，是导致SSD写入速度明显降低的主要原因。

  竹内的研究小组为了解决这个问题，对控制数据库用存储器的中间件进行改进，于2013年9月开发出了防止数据碎片化的方法。具体方法是使从应用软件访问存储装置时分配逻辑地址的中间件“SE(Storage Engine)”，与在SSD控制器这边将逻辑地址转换成物理地址的中间件“FTL(flash translation layer)”联动。此次开发出了通用性较高的方法，可用于更广泛的用途。

  该方法在文件系统(OS)与FTL之间新设了名为“LBA(logical block address) scrambler”的中间件层。LBA scrambler与FTL联动，负责转换写入数据的逻辑地址，以此降低碎片化带来的影响。

系统介绍

  具体而言，就是控制NAND闪存不在新的空白页写入数据，而是在下一个要消除的区块中存在的已产生碎片的页写入数据。这样就能增加消除区块中无效页的比例，减少进行垃圾收集时必须复制到其他区域的有效页。

  研究小组通过模拟确认，用该技术最大可将SSD的写入速度提高到原来的4倍，功耗减少60%，擦写次数减少55%，因此能延长使用寿命。这种方法没有改变NAND闪存本身，只是通过中间件来完成，因此可直接配备到现有SSD上。