[发明专利]基于闪存的加速器和包含其的计算设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2016年4月4日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0041120的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

背景

(a)领域

所描述的技术涉及到基于闪存的加速器和包含其的计算设备。

(b)相关技术的描述

具有高计算并行性和相对低功率消耗的、诸如图形处理单元(GPU)和集成众核(MIC)设备的基于多核的加速器变得越来越受欢迎。在这种加速器中，多个处理核心共享执行控制并可经由线程级并行性和数据级并行性对大量的数据进行相同的操作。使用加速器和中央处理单元(CPU)的系统，与只有CPU的系统相比，可呈现明显的速度提升。

加速器可处理比它们先前处理的更多的数据，且这种数据容量是可预期的。然而，加速器采用的板载存储器，其与主存储器相比大小要相对小。加速器因此使用非易失性存储器，例如固态盘(SSD)，其被连接到主机以便处理大型数据集。

然而，加速器和非易失性存储器相互完全不连接，且由不同的软件堆栈管理。因此，许多冗余存储器分配/释放用户空间和核心空间和数据副本存在于用户空间和核心空间之间，以便从非易失性存储器读取数据或向非易失性存储器写入数据。另外，由于核心模块不能直接访问用户空间存储器，因此在核心空间和用户空间之间的存储器管理和数据副本开销是不可避免的。而且，核心模式和用户模式转换的开销以及数据副本还促成数据移动的长延迟。这些开销使得与加速器性能相比，速度提升的改进变得不明显。

存在以主动存储的形式将特定的应用集成到SSD中以解决这些问题的许多现有研究。然而，所有这些研究均聚焦于诸如SSD的存储设备并利用现有的SSD控制器或采用定制的现场可编程门阵列(FPGA)来处理SSD中的数据。因此，只有在制造SSD时已经被集成的特定的应用才能够被执行，而通用计算应用则不能在数据存在的SSD附近被执行。

概述

本发明的实施方式提供了基于闪存的加速器和用于执行各种应用的计算设备。

根据本发明的实施方式，提供了通过补充主机CPU的功能或独立于CPU来执行数据处理的基于闪存的加速器。基于闪存的加速器包含基于闪存的非易失性存储器、缓存器子系统、加速器控制器、多个处理器和网络。基于闪存的非易失性存储器按页存储数据，而缓冲器子系统按字或字节存储数据。加速器控制器管理在基于闪存的非易失性存储器和缓存器子系统之间的数据移动，而多个处理器处理在缓存器子系统中存储的数据。网络集成基于闪存的非易失性存储器、缓存器子系统、加速器控制器和多个处理器。

加速器控制器可将连接基于闪存的加速器和主机的接口的基址寄存器映射到缓存器子系统或多个处理器中的处理器，并基于基址寄存器从主机接收请求。

加速器控制器可将缓存器子系统映射到基址寄存器的第一值，并基于该第一值将数据从主机移到缓存器子系统。

加速器控制器可将多个处理器中的处理器映射到基址寄存器的第二值，并基于该第二值通知来自主机的数据的类型。

缓存器子系统可包含第一存储器和第二存储器，第一存储器包含映射到基于闪存的非易失性存储器的第一数据空间，第二存储器存储指示在基于闪存的非易失性存储器和第一数据空间的页之间的映射的页表。

第一存储器还包含用于从主机下载数据/将数据上传到主机的第二数据空间。

从主机下载的数据可包含待由多个处理器中的处理器执行的应用。

页表的页表条目可包含被映射至基于闪存的非易失性存储器的物理闪存页号的第一数据空间的页号。

页表条目还可包含拥有页表条目的所有者的处理器标识符。

当请求者的处理器标识符不同于所有者的处理器标识符时，缓存器子系统可拒绝请求对基于闪存的非易失性存储器的存储器访问的请求者的访问请求。

页表条目还可包含指示所请求的数据是存在于第一数据空间还是存在于基于闪存的非易失性存储器中的当前位标记。

第二存储器还可存储映射表，映射表将从主机的虚拟地址获取的基于闪存的非易失性存储器的逻辑页号映射到基于闪存的非易失性存储器的物理闪存页号。

第二存储器还可存储包含应用的段的段头，且段头可包含指示由段使用的地址空间范围的段信息。

当用于主机的访问请求的地址在段头的地址空间范围之内时，缓存器子系统可拒绝主机的访问请求。

根据本发明的另一个实施方式，提供了包含上文所述的基于闪存的加速器、主机以及连接基于闪存的加速器和主机的接口的计算设备。