[发明专利]存储级存储器的磨损均衡设备和方法

说明书

一种存储级存储器的磨损均衡控制的方法和设备。确定要写入一非易失性存储器的当前数据对应于一写高速缓存命中。于该写高速缓存命中的情况下，该当前数据被写入一写高速缓存以及与该非易失性存储器中的一预定位置不同的该非易失性存储器中的一指定位置。在一写高速缓存未命中的情况下，该当前数据被写入该非易失性存储器中的该预定位置。如果要写入的该当前数据对应于该写高速缓存未命中，且该写高速缓存未满，该当前数据也被写入该写高速缓存。或者，该当前数据被写入该写高速缓存以及与该非易失性存储器中的该预定位置不同的该非易失性存储器中的一指定位置。

有关申请的交叉参考

本发明要求2016年8月6日提交的美国非临时专利申请序列号15/230,414的优先权。该美国非临时专利申请通过整体引用并入本文。

发明领域

本发明涉及存储器控制。特别地，本发明涉及存储器装置(memory device)的磨损均衡，以延长存储器装置的耐久性。

背景技术

在计算机体系结构中，存储器层次结构(memory hierarchy)是一种用于存储和讨论计算机体系结构设计、算法预测和诸如涉及参考局部性(locality of reference)的较低级编程构造中的性能问题的概念。计算机存储中的存储器层次结构通过响应时间来区分层次结构中的各个级别。由于响应时间、复杂性和容量是相关联的，所以这些级别也可以其性能和控制技术加以区分。

在本申请的上下文中，感兴趣的存储器层次结构包括(a)处理器寄存器(register)，(b)高速缓存(L1、L2、L3等)，(c)主存储器(main memory)，和(d)磁盘存储器(disk storage)。对于距离CPU“更远”的存储器装置(或存储器层次结构中的“更低”级别)而言，其容量更大而响应时间也更长。这些存储器装置的容量依序排列分别为：(a)小于千字节(Kilobytes；KB)，(b)兆字节到几十兆字节(Megabytes；MB)，(c)几十千兆字节(Gigabytes；GB)，和(d)泰字节(Terabytes；TB)。对于硬盘驱动器(Hard Disk Drive；HDD)的随机存取而言，这些存储器装置的响应时间依序排列分别为：(a)亚纳秒，(b)纳秒，(c)几十纳秒，和(d)几十毫秒。近年来，存储器层次结构的主要技术进步之一是广泛采用固态磁盘(solid-state disk；SSD)，其是采用NAND闪存构建的，因此可将磁盘的响应时间提高到数十微秒。

即使使用SSD，在(c)和(d)之间的响应时间仍然有很大的差距。除此之外，(a)-(c)均是“字节可寻址(byte-addressable)”(尽管在实务上，存储器层次结构的级别(b)-(c)通常用64字节单位寻址)，而存储器层次结构级别(d)是具有一最小4K字节块的“块可寻址(block-addressable)”。在计算机术语中，前者是一“内存(memory)访问”，而后者是一“存储(storage)访问”或“I/O(输入/输出)访问”。不同的访问语义和块传输大小也增加了访问磁盘的开销。

为了提高性能，尽可能的避免磁盘访问的一个尝试是增加主存储器容量。然而，由于成本和功率的原因，这种投资必然受到限制，特别是随着摩尔定律的扩展，DRAM将无法进一步降低成本和功率。此外，考虑到云计算和大数据应用的压倒性趋势，感兴趣的数据量变得越来越大，因此，仅仅试图增加主存储器的容量将在导致在这场竞争中的失败。

除了响应时间和容量差异之外，存储器(memory)和磁盘(disk)之间还有另一个显着差异。存储器是易失性的，磁盘(SSD或HDD)是非易失性的。当断电时，存储器的内容会丢失，而磁盘中的内容会被保留。对于在线事务处理(online transaction processing；OLTP)来说，将结果写入一些非易失性存储器以正式地完成事务来防止意外的断电是非常重要的。这是磁盘操作的另一个必要原因。如何有效地与磁盘交互作用，同时又不降低磁盘的操作性能，一直是计算机科学家几十年来研究和开发的一个热门话题。