一種提高混合固態(tài)硬盤性能的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種硬盤性能的方法及系統(tǒng)，尤其涉及一種提高混合固態(tài)硬盤讀寫性能的方法及系統(tǒng)?；旌瞎虘B(tài)硬盤包括N級存儲器芯片組，N為大于2的自然數(shù)；若在預(yù)設(shè)的時間內(nèi)，第K級存儲器芯片組中的某個物理地址或者數(shù)據(jù)塊地址超過預(yù)設(shè)次數(shù)的寫后讀操作，其中K為大于或等于1且小于N的整數(shù)，則將物理地址或數(shù)據(jù)塊地址存儲的數(shù)據(jù)從第K級存儲器芯片組遷移至第M級存儲器芯片組中，M為大于或等于0且小于K的整數(shù)，第M級存儲器芯片組的讀寫性能優(yōu)于第K級存儲器芯片組的讀寫性能。本發(fā)明將頻繁發(fā)生寫后讀操作的數(shù)據(jù)，從低一級性能的存儲器中搬至高一級性能的存儲器芯片組中，加快對數(shù)據(jù)的讀寫速度，提高了混合固態(tài)硬盤的性能。
【專利說明】
一種提高混合固態(tài)硬盤性能的方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種硬盤讀寫操作，尤其涉及一種提高混合固態(tài)硬盤讀寫性能的方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]固態(tài)硬盤(SSD)已經(jīng)進(jìn)入存儲市場的主流行列，以其具有抗震抗摔、讀取速度快、功耗低、重量低、噪音低等優(yōu)越性，已經(jīng)被越來越多的使用到了筆記本硬盤、微硬盤、移動固態(tài)硬盤等計算機領(lǐng)域。固態(tài)硬盤根據(jù)其存儲介質(zhì)可分為單一型存儲的固態(tài)硬盤和混合型固態(tài)硬盤?；旌瞎虘B(tài)硬盤可以是由不同類型的NAND存儲器(計算機閃存設(shè)備，例如NAND gate，與非門)構(gòu)成的混合固態(tài)硬盤，比如由單層單元NAND存儲器(SLC)或雙層單元NAND存儲器(MLC)或三層單元NAND存儲器(TLC)或3D-NAND存儲器(3D-NAND)不同類型的NAND存儲器構(gòu)成的混合固態(tài)硬盤，也可以是NAND存儲器與新型存儲器構(gòu)成的混合固態(tài)硬盤，所述的新型存儲器例如相變存儲器(PCM)，磁性隨機存儲器(MRAM)，阻變式存儲器(RRAM)，鐵電存儲器(FeRAM)。其中，由不同類型的NAND存儲器組構(gòu)成的混合固態(tài)硬盤，如圖1所示，沿著箭頭方向，NAND存儲器的讀寫速度、擦除速度都在逐漸下降，因此其性能也是逐漸級降低。由NAND存儲器與新型存儲器構(gòu)成的混合固態(tài)硬盤，如圖2所示，相比NAND存儲器，新型存儲器的讀寫性能要更憂。
[0003]在NAND存儲器中，系統(tǒng)是以頁(page)為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫，以數(shù)據(jù)塊(block)為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)擦除。寫操作延時遠(yuǎn)大于讀操作延時，而擦除操作的延時要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于讀寫操作。在對混合硬盤進(jìn)行數(shù)據(jù)操作時，經(jīng)常會發(fā)生一種寫后讀操作，即對數(shù)據(jù)進(jìn)行寫操作后立馬對該數(shù)據(jù)進(jìn)行讀操作，由于寫操作延時大于讀操作延時，此時系統(tǒng)必須要等待寫操作完成才能讀取數(shù)據(jù)，因此系統(tǒng)性能會因此降低。如果數(shù)據(jù)是就地更新，還必須進(jìn)行一次擦除操作才能進(jìn)行寫操作，因此系統(tǒng)性能會進(jìn)一步降低。由于寫操作延時遠(yuǎn)大于讀操作延時，如果系統(tǒng)對某一級存儲器的某個物理地址(例如頁地址)或者數(shù)據(jù)塊地址進(jìn)行頻繁寫后讀操作，那么系統(tǒng)性能會大大降低，而且級數(shù)越大，性能降低的越厲害，影響設(shè)備的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對目前固態(tài)硬盤寫操作延時大于讀操作延時，導(dǎo)致系統(tǒng)性能降低的問題，本發(fā)明提供一種提高混合固態(tài)硬盤性能的方法及系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:
[0006]—種提高混合固態(tài)硬盤性能的方法，所述混合固態(tài)硬盤包括N級存儲器芯片組，其中，N為大于2的自然數(shù)；
[0007]若在預(yù)設(shè)的時間內(nèi)，第K級存儲器芯片組中的某個物理地址或者數(shù)據(jù)塊地址超過預(yù)設(shè)次數(shù)的寫后讀操作，其中K為大于或等于I且小于N的整數(shù)，則將所述物理地址或數(shù)據(jù)塊地址存儲的數(shù)據(jù)從第K級存儲器芯片組迀移至第M級存儲器芯片組中，其中M為大于或等于O且小于K的整數(shù)；
[0008]其中，所述第M級存儲器芯片組的讀寫性能優(yōu)于第K級存儲器芯片組的讀寫性能。
[0009]優(yōu)選地，每一級存儲器芯片組由多個同一類型的存儲器芯片構(gòu)成。
[0010]優(yōu)選地，通過控制器將所述物理地址或數(shù)據(jù)塊地址存儲的數(shù)據(jù)從第K級存儲器芯片組迀移至第M級存儲器芯片組中。
[0011]優(yōu)選地，所述N級存儲器芯片組包括多級新型存儲器芯片組和/或多級NAND存儲器芯片組。
[0012]優(yōu)選地，所述多級NAND存儲器芯片組包括:SLC NAND存儲器芯片組和/或MLC NAND存儲器芯片組和/STLC NAND存儲器芯片組和/或3D NAND存儲器芯片組。
[0013]優(yōu)選地，所述多級新型存儲器芯片組包括PCM存儲器芯片組和/或MRAM存儲器芯片組和/或RRM存儲器芯片組和/或FeRAM存儲器芯片組。
[0014]—種提高混合固態(tài)硬盤性能的系統(tǒng)，所述混合固態(tài)硬盤包括:
[0015]N級存儲器芯片組，其中，N為大于2的自然數(shù)，存儲器芯片組隨著級數(shù)的增加，存儲器芯片組的讀寫性能逐級降低；
[0016]控制器，若在預(yù)設(shè)的時間內(nèi)，第K級存儲器芯片組中的某個物理地址或者數(shù)據(jù)塊地址超過預(yù)設(shè)次數(shù)的寫后讀操作，其中K為大于或等于I且小于N的整數(shù)，則所述控制器將所述物理地址或數(shù)據(jù)塊地址存儲的數(shù)據(jù)從第K級存儲器芯片組迀移至第M級存儲器芯片組中，其中M為大于或等于O且小于K的整數(shù)。
[0017]優(yōu)選地，每一級存儲器芯片組由多個同一類型的存儲器芯片構(gòu)成。
[0018]優(yōu)選地，所述N級存儲器芯片組包括多級新型存儲器芯片組和/或多級NAND存儲器芯片組。
[0019]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提出一種提高混合固態(tài)硬盤性能的方法和系統(tǒng)，在由多級存儲器芯片組組成的混合固態(tài)硬盤中，將頻繁發(fā)生寫后讀操作的數(shù)據(jù)，從低一級的存儲器中搬至高一級的存儲器芯片組中，加快對數(shù)據(jù)的讀寫速度，從而提高混合固態(tài)硬盤的性能。
【附圖說明】
[0020]圖1為由不同類型的NAND存儲器芯片組構(gòu)成的混合固態(tài)硬盤的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為由新型存儲器芯片組與NAND存儲器芯片組構(gòu)成的混合固態(tài)硬盤的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為混合固態(tài)硬盤的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為實施例中的由相變存儲器芯片組和3DNAND存儲器芯片組構(gòu)成的混合固態(tài)硬盤；
[0024]圖5為圖4所示的混合固態(tài)硬盤的某數(shù)據(jù)塊內(nèi)部的寫后讀示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不作為本發(fā)明的限定。
[0026]本發(fā)明提出一種提高混合固態(tài)硬盤的性能的方法，所述混合固態(tài)硬盤的結(jié)構(gòu)如圖3所示。混合固態(tài)硬盤由控制器和存儲器這兩部分構(gòu)成。存儲器由多級存儲器芯片組組成，該實施例中的存儲器由N(N為大于2的自然數(shù))級不同類型的存儲器芯片組組成，即由不同類型的第L_0級存儲器芯片組到L_N-1級存儲器芯片組組成。值得注意的是，每一級存儲器芯片組是由同一類型的存儲器芯片構(gòu)成的。
[0027]混合固態(tài)硬盤可以由多級NAND存儲器芯片組構(gòu)成，例如SLC(單層單元)NAND存儲器芯片組和/或MLC(雙層單元)NAND存儲器芯片組和/TLC(三層單元)NAND存儲器芯片組和/3D NAND存儲器芯片組。也可以是由多級新型存儲器芯片組構(gòu)成，例如PCM存儲器(相變存儲器)芯片組和/或MRAM存儲器(磁性隨機存儲器)芯片組和/或RRAM存儲器(阻變式存儲器)芯片組和/或FeRAM存儲器(鐵電存儲器)芯片組。當(dāng)然，還可以是由上述的任意一種NAND存儲器芯片組和任意一種新型存儲器芯片組構(gòu)成。
[0028]本發(fā)明的混合固態(tài)硬盤隨著存儲器芯片組級數(shù)的增加，存儲器芯片組的讀寫性能逐漸降低。例如，從第L_0級存儲器芯片組到第L_N-1級存儲器芯片組這種排序方式，其級數(shù)是在不斷增加，但是存儲器芯片組的讀寫性能卻逐級降低。當(dāng)然，這種排序方式在物理結(jié)構(gòu)上并不局限于將最低一級的存儲器芯片組，例如第L_0級存儲器芯片組，放置在如圖3所示的所有存儲器芯片組中的最上層;也可以將該第L_0級存儲器芯片組放置在最下層，并隨著級數(shù)的增加，依次往上堆疊更高的級數(shù)的存儲器芯片組，例如第1^_1級存儲器芯片組。但是，無論采用哪種物理結(jié)構(gòu)，都遵循隨著存儲器芯片組級數(shù)的增加，存儲器芯片組的讀寫性能卻逐漸降低的效果。
[0029]本發(fā)明提出的一種提高混合固態(tài)硬盤的性能的方法，如果在預(yù)設(shè)的一段時間內(nèi)，系統(tǒng)對第K(K為大于或等于I且小于N的整數(shù))級芯片存儲器中的某個物理地址或者數(shù)據(jù)塊地址進(jìn)行預(yù)設(shè)次數(shù)的寫后讀操作，那么就將該物理地址或整個數(shù)據(jù)塊地址上的數(shù)據(jù)從第K級存儲器芯片組迀移至第Μ(Μ為大于或等于O且小于K的整數(shù))級存儲器芯片組中。由于第M級存儲器芯片組的讀寫性能都要優(yōu)于第K級存儲器芯片組，因此系統(tǒng)對所述數(shù)據(jù)進(jìn)行寫后讀操作的延遲會大大降低，從而提高整個混合固態(tài)硬盤的性能。
[0030]下面舉一具體實施例作進(jìn)一步闡述:
[0031]圖4所示，是由相變存儲器芯片組、3DNAND存儲器芯片組和控制器組成的混合固態(tài)硬盤。其中，相變存儲器芯片組的讀寫速度遠(yuǎn)優(yōu)于3D NAND存儲器芯片組，且相變存儲器芯片組無需擦除操作，因此相變存儲器芯片組的性能要遠(yuǎn)優(yōu)于3D NAND存儲器芯片組。
[0032]假設(shè)對3DNAND存儲器芯片組中的某個空白數(shù)據(jù)塊來說，預(yù)設(shè)的短時間內(nèi)，如果系統(tǒng)將數(shù)據(jù)Dl寫到頁地址Al中，假設(shè)其寫延遲為Td1。如果在Td1時間范圍內(nèi)，系統(tǒng)又對頁地址Al進(jìn)行讀操作，如圖5所示，則對頁地址Al來說發(fā)生了一次寫后讀操作。如果系統(tǒng)在預(yù)設(shè)的短時間內(nèi)在該數(shù)據(jù)塊中發(fā)生這種預(yù)設(shè)次數(shù)的寫后讀操作，那么控制器就將該數(shù)據(jù)塊中的所有數(shù)據(jù)迀移至上一級的相變存儲器芯片組中，由于相變存儲器芯片組的性能要遠(yuǎn)優(yōu)于3DNAND存儲器芯片組，因此采用該方法的混合固態(tài)硬盤讀寫性能大大提高，系統(tǒng)性能也會得到提尚。
[0033]此外，還提出一種提高混合固態(tài)硬盤性能的系統(tǒng)，包括Ν(Ν為大于2的自然數(shù))級存儲器芯片組和控制器。存儲器芯片組隨著級數(shù)的增加，存儲器芯片組的讀寫性能逐級降低。若在預(yù)設(shè)的時間內(nèi)，第K級存儲器芯片組中的某個物理地址或者數(shù)據(jù)塊地址超過預(yù)設(shè)次數(shù)的寫后讀操作，其中K為大于或等于I且小于N的整數(shù)，則控制器將物理地址或數(shù)據(jù)塊地址存儲的數(shù)據(jù)從第K級存儲器芯片組迀移至第M級存儲器芯片組中，其中M為大于或等于O且小于K的整數(shù);其中，第M級存儲器芯片組的讀寫性能優(yōu)于第K級存儲器芯片組的讀寫性能。需要注意的是，每一級存儲器芯片組由多個同一類型的存儲器芯片構(gòu)成。另外，N級存儲器芯片組可以由多級新型存儲器芯片組和/或多級NAND存儲器芯片組組成。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明較佳的實施例，并非因此限制本發(fā)明的實施方式及保護(hù)范圍，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，應(yīng)當(dāng)能夠意識到凡運用本發(fā)明說明書及圖示內(nèi)容所做出的等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應(yīng)當(dāng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種提高混合固態(tài)硬盤性能的方法，其特征在于，所述混合固態(tài)硬盤包括N級存儲器芯片組，其中，N為大于2的自然數(shù)； 若在預(yù)設(shè)的時間內(nèi)，第K級存儲器芯片組中的某個物理地址或者數(shù)據(jù)塊地址超過預(yù)設(shè)次數(shù)的寫后讀操作，其中K為大于或等于I且小于N的整數(shù)，則將所述物理地址或數(shù)據(jù)塊地址存儲的數(shù)據(jù)從第K級存儲器芯片組迀移至第M級存儲器芯片組中，其中M為大于或等于O且小于K的整數(shù)， 其中，所述第M級存儲器芯片組的讀寫性能優(yōu)于第K級存儲器芯片組的讀寫性能。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高混合固態(tài)硬盤性能的方法，其特征在于，每一級存儲器芯片組由多個同一類型的存儲器芯片構(gòu)成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高混合固態(tài)硬盤性能的方法，其特征在于，通過控制器將所述物理地址或數(shù)據(jù)塊地址存儲的數(shù)據(jù)從第K級存儲器芯片組迀移至第M級存儲器芯片組中。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高混合固態(tài)硬盤性能的方法，其特征在于，所述N級存儲器芯片組包括多級新型存儲器芯片組和/或多級NAND存儲器芯片組。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提高混合固態(tài)硬盤性能的方法，其特征在于，所述多級NAND存儲器芯片組包括:SLC NAND存儲器芯片組和/SMLC NAND存儲器芯片組和/STLC NAND存儲器芯片組和/或3D NAND存儲器芯片組。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提高混合固態(tài)硬盤性能的方法，其特征在于，所述多級新型存儲器芯片組包括PCM存儲器芯片組和/或MRAM存儲器芯片組和/或RRM存儲器芯片組和/或FeRAM存儲器芯片組。7.一種提高混合固態(tài)硬盤性能的系統(tǒng)，其特征在于，所述混合固態(tài)硬盤包括: N級存儲器芯片組，其中，N為大于2的自然數(shù)，存儲器芯片組隨著級數(shù)的增加，存儲器芯片組的讀寫性能逐級降低； 控制器，若在預(yù)設(shè)的時間內(nèi)，第K級存儲器芯片組中的某個物理地址或者數(shù)據(jù)塊地址超過預(yù)設(shè)次數(shù)的寫后讀操作，其中K為大于或等于I且小于N的整數(shù)，則所述控制器將所述物理地址或數(shù)據(jù)塊地址存儲的數(shù)據(jù)從第K級存儲器芯片組迀移至第M級存儲器芯片組中，其中M為大于或等于O且小于K的整數(shù)； 其中，所述第M級存儲器芯片組的讀寫性能優(yōu)于第K級存儲器芯片組的讀寫性能。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的提高混合固態(tài)硬盤性能的系統(tǒng)，其特征在于，每一級存儲器芯片組由多個同一類型的存儲器芯片構(gòu)成。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的提高混合固態(tài)硬盤性能的系統(tǒng)，其特征在于，所述N級存儲器芯片組包括多級新型存儲器芯片組和/或多級NAND存儲器芯片組。
【文檔編號】G06F3/06GK105892949SQ201610200191
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】景蔚亮, 陳邦明
【申請人】上海新儲集成電路有限公司