一種存儲裝置及計算機系統的製作方法

2023-09-17 14:56:00

專利名稱：一種存儲裝置及計算機系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及信息存儲技術領域，具體涉及一種存儲裝置。
背景技術：
固態硬碟(SSD, Solid State Disk),是由控制單元和固態存儲單元 (DRAM或FLASH晶片)組成的硬碟。固態硬碟的接口規範和定義、 功能及使用方法上與普通硬碟的相同，且不具有機械轉動裝置，因而SSD 具有讀寫性能高，抗震能力強，電源開銷小等優勢，並廣泛應用於軍事、 車載、工控、視頻監控、網絡監控、網絡終端、電力、醫療、航空等、導 航設備等領域。
固態硬碟通常採用快閃記憶體FLASH晶片作為存儲介質。固態硬碟的性能， 由原始的快閃記憶體帶寬、損耗平衡算法的效率(固件)以及接口 (串行SATA、 PCI-E等)共同決定的，即使採用的SATA接口速度卡性能再強也不能明顯 提高固態硬碟的性能。業界正在逐步提升固態硬碟性能，但新一代SATA 標準還未推出。
目前也有固態硬碟採用PCI-E接口。 PCI-E (PCI Express)是新一代 的總線接口，採用了目前業內流行的點對點串行連接，比起PCI以及更早 期的計算機總線的共享並行架構，可以提高數據傳輸率，達到PCI所不能 提供的高帶寬。相對於傳統PCI總線在單一時間周期內只能實現單向傳輸， PCI Express的雙單工連接能提供更高的傳輸速率和質量。用於取代AGP 接口的PCI Express接口位寬為X16，將能夠提供5GB/s的帶寬，即便有 編碼上的損耗但仍能夠提供約為4GB/s左右的實際帶寬，遠遠超過AGP 8X 的2. lGB/s的帶寬。
與現有的傳統硬碟HDD相比，目前固態硬碟最大的劣勢是容量，只達 到數百MB,還不能滿足有些應用和需求。
現有的固態硬碟SSD容量較小，且採用FPGA+CPU進行操作控制其處 理能力有限，導致SSD訪問速度也受到限制
發明內容
本發明實施例提供存儲裝置，能夠大幅度提高存儲容量及訪問速度。 本發明實施例提供的一種存儲裝置，包括
M個存儲單元，採用非易失性存儲介質；
串並變換單元，具有N個埠，所述N個埠中之一作為所述存儲 裝置的數據輸入輸出埠 ；所述N個埠中的M個埠用於連接所述M 個存儲單元，其中N>M^2;
操作控制模塊，用於將輸入數據^:存儲到所述M個存儲單元中至 少兩個存儲單元，從所述M個存儲單元中至少兩個存儲單元並行輸出到 所述串並變換單元。
本發明實施例提供的一種計算機系統，包括如前所述的存儲裝置。 本發明實施例提供的一種數據存儲操作控制方法，包括 將輸入數據分散存儲到至少兩個存儲單元； 輸出數據時從所述至少兩個存儲單元並行輸出數據； 將所述並行輸出數據進行並串變換後輸出。本發明實施例提供的存儲 裝置為新型固態硬碟，將多個固態硬碟SSD組合在一起，擴大了 SSD卡的 容量；並利用串並變換單元(PCIE交換)，並在新型固態硬碟內部按照獨 立磁碟冗餘陣列，如RAID O，RAID 1等方式操作，提高了新型固態硬碟的 數據存取速度，顯著提升了新型固態硬碟的性能。


圖1為本發明實施例中提供的存儲裝置結構示意圖2為本發明實施例中存儲裝置的操作控制模塊構成示意圖3為本發明實施例中提供的新型固態硬碟結構示意圖4a、 4b及4c為本發明實施例中採用的PCIE交換晶片示意圖。
具體實施例方式
為了進一步提高固態硬碟的存儲容量和訪問速率，本發明提出 一種新 型固態硬碟，將多個現有的固態硬碟SSD卡組合在一起，通過串並變換將 這些固態^_盤SSD卡與主機或系統相連接，並在新型固態硬碟內部實現獨 立磁碟冗餘陣歹'J (RAID, Redundant Array of Independent Disks ) n方式(n-O, 1, 3, 5, IO等)操作控制，將要存入的數據分散存儲到各 SSD卡，內部多個SSD卡並行進行數據輸出，也就是使用多條並行通道來 訪問內部各SSD卡。本發明採用了多個SSD卡使得容量得到增加，釆用RAID n方式對內部多個SSD卡進行控制，即使固態硬碟在陣列模式下工作的數 據量相當龐大，也能提高存取數據的速度，這樣使用多塊固態硬碟組建 RAID n陣列的性能顯著提高，以滿足更多的應用和需求。
參照圖1,本發明實施例提供的一種存儲裝置100,包括 M個存儲單元ll,採用非易失性存儲介質，如快閃記憶體Flash; 這些存儲單元的容量可以不同，但通常這些存儲單元的容量相同。 串並變換單元12,具有N個埠，該N個埠中之一作為存儲裝置的 數據輸入輸出埠 ；其餘埠中的M個埠用於連接所述M個存儲單元， 其中N>M>2;
操作控制模塊13,用於對所述各存儲單元的輸入輸出數據進行操作控
制；
操作控制模塊13，是位於主機側的驅動程序，主要是用來識別PCIE 卡，封裝PCIE自定義協議報文以及實現RAIDO算法，在主機和卡之間起 一個承上啟下的作用；
該模塊由軟體實現，安裝在主機側作業系統中。當主機發出讀/寫請 求命令時，該模塊會接收，解析這個請求報文，並根據後端存儲單元的實 際情況接合RAIDO算法重新封裝成自定義協議報文，再經由串並變換單元 12發往各存儲單元。各存儲單元如果響應這個讀/寫請求，就會經由串並 變換單元12從主機讀/向主機寫數據。各存儲單元之間可以並行操作。
操作控制模塊13將輸入數據分散存儲到所述M個存儲單元11中至少 兩個存儲單元，輸出數據時從所述至少個存儲單元11並行輸出到所述串 並變換單元12,再由所述串並變換單元12進行並串變換後輸出。
M個存儲單元11與串並變換單元之間的傳輸通道配置可以採用相同速率。
參照圖2,所述操作控制模塊13包括 拆分子模塊13a,用於將輸入數據分成若干份；
6分配子模塊13b,將所述若干份輸入數據分發給所述M個存儲單元中
至少兩個存儲單元；在分發數據過程中，最好輪流發送給至少兩個存儲單
元，以使所述若干份輸入數據均勻地分散存儲在存儲單元中。
行讀取數據並輸入給串並變換單元12。
如圖1所示，所述存儲單元11包括主控子單元lla和至少兩個存儲 子單元lib;
所述主控子單元lla，用於對所述各存儲子單元lib的數據存儲進行 操作管理。
所述主控子單元lla包含現場可編程門陣列FPGA和CPU。
串並變換單元12的N個埠的速率可配置為K倍速，K=2n, n為自然 數。與M個存儲單元ll連接的M個埠配置相同速率。
為使本發明的原理、特性和優點更加清楚，下面結合具體實施例對本 發明進行詳細描述。
本發明實施例提供的一種存儲裝置，如圖3所示。
本實施例提供的存儲裝置300，包括
存儲單元31、串並變換單元32以及操作控制模塊33，下面分別描述 各單元或模塊的形態或構成。
存儲單元可釆用固態硬碟(SSD， Solid State Disk)卡31,該SSD 卡包含現場可編程門陣列FPGA、CPU以及快閃記憶體FLASH陣列；則存儲裝置300 為一種新型固態硬碟。
SSD泛指使用NAND Flash組成的固態硬碟，沒有機械結構，利用傳統 的NAND Flash特性，以區塊寫入和抹除的方式作讀寫的功能。具有低耗 電、耐震、穩定性高、耐低溫等優點。NAND結構能提供極高的單元密度， 可以達到高存儲密度，並且寫入和擦除的速度也很快。應用NAND需要對 flash進行管理並需要特殊的系統接口。 NAND flash通常用在8 ~ 128MB 的產品當中，MND適合於數據存儲。
串並變換單元採用PCIE交換(switch)晶片32;
PCI-Express是最新的總線和接口標準，簡稱"PCI-E"。它作為一種新的總線標準，可支持更高的速率，解決了不斷增長的帶寬需要，相比傳
統PCI總線標準(總線的位寬32bit，總線的頻率33M), 16倍速時速度提 高了30倍。PCIE總線頻率為2. 5G,每周期傳遞lbit,由於PCIE傳遞的 編碼是每byte/10bit,所以在XI ( 1倍速)的速度為2. 5Gbit/10 = 25畫。
PCIE switch晶片為主機和多個存儲單元提供點與多點的高速連接。 一個PCIE switch晶片有多個埠，如PEX8648有12個X4 ( 4倍速)的 埠， PEX8696有24個X4的埠，如圖4a，4b，4c所示，這些埠可根據 需要被靈活地配置為所需速率，如X1，X2,X4,X8或者X16速率，並且其中 任意一個埠都可以配置為上行埠，其餘則作為下行埠，與多個存儲 單元連接。
將FPGA+CPU及flash陣列作為一個存儲單元，將多個這樣的存儲單 元分別連接到PCIE switch晶片的下行埠， PCIE switch晶片上行埠 連才妄主一幾端。
操作控制模塊可以為操作控制軟體程序33,安裝在主機或系統中，包 括驅動程序以及數據存儲控制程序，用於對所述各存儲單元的輸入輸出數 據進行操作控制；
安裝在主機上的操作控制軟體程序統一將命令發到PCIE switch的上 行埠， 由主機側的驅動程序決定將數據輸入到PCIE switch的哪一個 下4亍埠 。
數據存儲控制程序將後端的各個存儲單元按照RAID 1或RAID G等方 式進行操作，在本實施例中對具體的RAID方式不做限定，實現多10並行 操作，提高訪問速度。
數據存儲控制程序包括
拆分處理程序，用於將輸入數據均勻分成若干份； 分配程序，將所述若干份輸入數據按順序輪流發送給M個存儲單元， 其中M>2。
數據存儲控制程序還可以包括
數據獲取程序，用於從所述M個存儲單元並行讀取數據並輸入給所述 串並變換單元。
8本發明提供的存儲裝置(即一種新型固態硬碟)可配置在計算機系統中。
本發明實施例還提供了 一種數據存儲操作控制方法，可以用於本發明
實施例提供的存儲裝置，包括
將輸入數據分散存儲到至少兩個存儲單元；
將輸入數據分成若干份，並將所述若干份輸入數據分發給至少兩個存 儲單元。
輸出數據時從所述至少兩個存儲單元並行輸出數據； 將所述並行輸出數據進行並串變換後輸出。
綜上所述，本發明實施例提供的存儲裝置即一種新型固態硬碟中，將 多個存儲單元組合在一起，擴大了SSD卡的容量；並利用串並變換單元PCIE switch,並在新型固態硬碟內部按照RAID O或RAID l等方式進行操作，提 高了新型固態硬碟的數據存取速度，顯著提升了新型固態硬碟的性能。
以上所述僅為本發明的示範性實施方案而已，並非用於限定本發明的 保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改 進等，均包含在本發明的保護範圍內。
權利要求
1、一種存儲裝置，其特徵在於，包括M個存儲單元，採用非易失性存儲介質；串並變換單元，具有N個埠，所述N個埠中之一作為所述存儲裝置的數據輸入輸出埠；所述N個埠中的M個埠用於連接所述M個存儲單元，其中N＞M≥2；操作控制模塊，用於將輸入數據分散存儲到所述M個存儲單元中至少兩個存儲單元，從所述M個存儲單元中至少兩個存儲單元並行輸出到所述串並變換單元。
2、 如權利要求1所述的存儲裝置，其特徵在於，所述4乘作控制才莫塊包括拆分子模塊，用於將輸入數據分成若干份；分配子模塊，用於將所述若干份輸入數據分發給至少兩個存儲單元； 數據獲取模塊，用於從至少兩個存儲單元並行讀取數據並輸出給所述串 並變換單元。
3、 如權利要求1或2所述的存儲裝置，其特徵在於，所述存儲單元的 容量相同。
4、 如權利要求1所述的存儲裝置，其特徵在於，所述M個存儲單元與 串並變換單元之間的傳輸通道速率相同。
5、 如權利要求1所述的存儲裝置，其特徵在於，所述存儲單元包括主 控子單元和至少兩個存儲子單元；所逸主控子單元，用於對所述各存儲子單元的數據存儲進行操作管理。
6、 如權利要求5所述的存儲裝置，其特徵在於，所述主控子單元包含 現場可編程門陣列FPGA。
7、 如權利要求1所述的存儲裝置，其特徵在於，所述M個存儲單元的 埠配置的速率相同。
8、 一種計算機系統，其特徵在於，包括如權利要求1至7中任一項所 述的存儲裝置。
9、 一種數據存儲糹乘作控制方法，其特徵在於，包括 將輸入數據分散存儲到至少兩個存儲單元；輸出數據時從所述至少兩個存儲單元並行輸出數據； 將所述並行輸出數據進行並串變換後輸出。
10、如權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述將輸入數據分散存 儲到至少兩個存儲單元，包括:將輸入數據分成若干份，並將所述若干份輸入數據分發給至少兩個存儲 單元。
全文摘要
本發明公開了一種存儲裝置，包括採用非易失性存儲介質的M個存儲單元；串並變換單元，具有N個埠，其中之一作為所述存儲裝置的數據輸入輸出埠；其中的M個埠用於連接M個存儲單元；操作控制模塊，用於將輸入數據分散存儲到M個存儲單元中至少兩個存儲單元，從所述M個存儲單元中至少兩個存儲單元並行輸出到所述串並變換單元。本發明實施例還提供了一種數據存儲操作控制方法，包括將輸入數據分散存儲到至少兩個存儲單元；輸出數據時從所述至少兩個存儲單元並行輸出數據；將所述並行輸出數據進行並串變換後輸出。根據本發明可擴大存儲裝置(如新型固態硬碟)的容量，提高了存儲裝置的數據存取速度。
文檔編號G06F3/06GK101650639SQ20091017294
公開日2010年2月17日 申請日期2009年9月11日 優先權日2009年9月11日
發明者丹 徐, 君 徐 申請人:成都市華為賽門鐵克科技有限公司