[发明专利]一种SSD主控内部负载均衡系统及方法

说明书

本发明公开了一种SSD主控内部负载均衡系统及方法，均衡系统包括主机接口：用于负责接收来自主机的命令和数据，同时向主机返回响应和向主机传送数据；NFC：负责完成SSD主控和NAND Flash之间的命令交互和数据传输；IO命令均衡引擎：负责分发来自主机接口的IO命令请求到CPU处理，同时转发来自CPU的响应到主机接口；多个CPU：用于负责对IO命令均衡引擎分发过来的IO命令的调度处理，并控制数据传输。本发明解决了偏硬件型系统设计面临的芯片面积和功耗问题，同时解决了通常软件型系统方案中，多CPU处理带来的时延增加问题。

技术领域

本发明涉及SSD主控，特别是一种SSD主控内部负载均衡系统及方法。

背景技术

SSD主控为SSD固态硬盘的关键部件，其处理性能决定了SSD固态硬盘能够达到的最高性能。近几年，企业级PCIe SSD主控性能已经进入百万级IOPS，而业界主流设计厂商在不断追求SSD主控极致性能的过程中，主要产生了两种架构类型：偏硬件型，以逻辑RTL实现SSD主控的FTL表项管理，CPU主要用于各种异常处理；偏软件型，表项管理主要由软件实现，采用非常强大的CPU来支撑算法实现。

偏硬件性系统设计的特点就是，整个IO路径的所有主要功能，包括FTL表项管理这块，都由硬件逻辑门电路实现，CPU主要用于极少发生的异常处理。这种设计方式由于主要关键功能都采用硬件门电路实现，一方面会增加芯片面积提升芯片成本，一方面还会增加芯片功耗。同时该类型设计的技术复杂度非常高，稳定周期长，会对产品带来更多的技术风险和商业风险。

偏软件型系统设计的特点就是，硬件主要负责数据通路，CPU负责控制调度IO命令在硬件模块间的交互和数据传输。由于CPU参与了更多IO处理，在追求最高IOPS的同时，通常面临处理资源瓶颈，进而限制了系统的最大IOPS规格。

综上，偏硬件型表项管理设计，无法避免的问题就是功耗过高，稳定周期偏长，技术门槛高的问题；而偏软件型主要面临的就是CPU资源不够，通常受限CPU资源瓶颈，而无法达到最大性能。

为了突破CPU资源瓶颈问题，当前软件型主流方案主要通过增加片内CPU个数来解决。将IO处理的主流程分解为多个子流程，每个子流程由1个CPU单独处理，所有CPU一起完成整个IO的处理，进而达到提升整个系统性能的目的。这种方法需要进行CPU间信息交互，交互次数取决于分解的子流程。如果分解的子流程到单个CPU太少，则达不到增加CPU资源的目的；而分解太多，则CPU间交互太多，总的CPU内部消耗也会增大，那么每个IO的时延也就增大了。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种SSD主控内部负载均衡系统及方法，解决偏硬件型系统设计面临的芯片面积和功耗问题，同时解决通常软件型系统方案中，多CPU处理带来的时延增加问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种SSD主控内部负载均衡系统，包括：

主机接口：用于负责接收来自主机的命令和数据，同时向主机返回响应和向主机传送数据；

NFC：负责完成SSD主控和NAND Flash之间的命令交互和数据传输；

IO命令均衡引擎：负责分发来自主机接口的IO命令请求到CPU处理，同时转发来自CPU的响应到主机接口；

多个CPU：用于负责对IO命令均衡引擎分发过来的IO命令的调度处理，并控制数据传输。

所述IO命令均衡引擎包括：

CMD Slot：硬件RAM资源，用于存放CMD上下文信息，将命令请求和响应进行匹配；；CMD上下文信息即IO命令上下文；

处理引擎：用于管理CPU资源和CMD Slot资源，并为IO命令选择合适的CPU；