2014年05月26日08:54
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日本中央大學理工學部電氣電子信息通信工程科的教授竹內健領導的研究小組開發出了可大幅改善以NAND閃存為基礎的存儲器（SSD）的寫入速度、耗電量和可擦寫次數（壽命）的技術。詳細內容已在半導體存儲技術國際學會“2014 IEEE International Memory Workshop (IMW)”（2014年5月18∼21日，台北）上發表。論文題目為《NAND Flash Aware Data Management System for High-Speed SSDs by Garbage Collection Overhead Suppression》。
NAND閃存無法在相同的存儲區域覆蓋數據，要先向其他區域寫入數據，然后使舊的區域無效化。這會產生數據碎片，導致無效區域增加，容量越來越小。所以，NAND閃存會進行“垃圾收集（Garbage Collection）”，連續重新配置碎片數據，以區塊（Block）為單位消除無效區域。這個處理需要100ms以上的時間，是導致SSD寫入速度明顯降低的主要原因。
竹內的研究小組為了解決這個問題，對控制數據庫用存儲器的中間件進行改進，於2013年9月開發出了防止數據碎片化的方法。具體方法是使從應用軟件訪問存儲裝置時分配邏輯地址的中間件“SE（Storage Engine）”，與在SSD控制器這邊將邏輯地址轉換成物理地址的中間件“FTL（flash translation layer）”聯動。此次開發出了通用性較高的方法，可用於更廣泛的用途。
該方法在文件系統（OS）與FTL之間新設了名為“LBA（logical block address） scrambler”的中間件層。LBA scrambler與FTL聯動，負責轉換寫入數據的邏輯地址，以此降低碎片化帶來的影響。
圖1：系統介紹
具體而言，就是控制NAND閃存不在新的空白頁寫入數據，而是在下一個要消除的區塊中存在的已產生碎片的頁寫入數據。這樣就能增加消除區塊中無效頁的比例，減少進行垃圾收集時必須復制到其他區域的有效頁。
圖2：寫入控制
研究小組通過模擬確認，用該技術最大可將SSD的寫入速度提高到原來的4倍，功耗減少60％，擦寫次數減少55％，因此能延長使用壽命。這種方法沒有改變NAND閃存本身，只是通過中間件來完成，因此可直接配備到現有SSD上。（作者：大下 淳一，日經技術在線！供稿）
圖3：寫入速度的模擬結果
