面向大數(shù)據(jù)的閃存三維堆疊存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、目前，大數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)展迅速，其具有與傳統(tǒng)應(yīng)用不同的數(shù)據(jù)特征，這給處理器的訪存性能提出了挑戰(zhàn)，加大了計(jì)算性能和存儲(chǔ)性能之間的差異。三維堆疊存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)以其低延遲、大容量、高帶寬等特點(diǎn)，有效緩解了存儲(chǔ)墻的問(wèn)題，非易失存儲(chǔ)介質(zhì)除非易失性之外在容量和能耗上也優(yōu)勢(shì)明顯，其與三維堆疊技術(shù)結(jié)合形成的非易失三維堆疊存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)已成為發(fā)展的必然。閃存作為目前最成熟的非易失存儲(chǔ)介質(zhì)，更具有實(shí)際意義。本文據(jù)此重點(diǎn)研究針對(duì)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的閃存三維堆疊存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。
　　首

2、先，本文根據(jù)三維堆疊存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，歸納出針對(duì)存儲(chǔ)層次、存儲(chǔ)器類(lèi)型、處理器層和存儲(chǔ)器層之間的通信方式和面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用這四個(gè)方面的三維堆疊存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)研究方向；主要分析了兩種不同存儲(chǔ)介質(zhì)的三維堆疊存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)：DRAM（動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）堆疊和NVM（非易失性存儲(chǔ)器）堆疊，據(jù)此總結(jié)了三維堆疊存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，并針對(duì)大數(shù)據(jù)應(yīng)用指出未來(lái)可能的研究思路。針對(duì)非易失三維堆疊存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，本文重點(diǎn)介紹了閃存三維堆疊存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，同時(shí)簡(jiǎn)要介紹新型非易失堆疊存儲(chǔ)

3、結(jié)構(gòu)，并以此作為研究基礎(chǔ)。
　　其次，利用模擬實(shí)現(xiàn)和測(cè)試的方法，本文對(duì)閃存三維堆疊存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的特性進(jìn)行了分析，其中選取能反映出閃存特性和其作為非易失存儲(chǔ)介質(zhì)的通性作為測(cè)試變量，以訪存延遲作為結(jié)果進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)對(duì)多個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析總結(jié)，最終得到四個(gè)典型特性，主要體現(xiàn)在三維堆疊結(jié)構(gòu)的帶寬優(yōu)勢(shì)在大數(shù)據(jù)應(yīng)用上影響顯著；隨著帶寬優(yōu)勢(shì)的增加，閃存的讀寫(xiě)和擦除延遲影響逐漸減少；閃存頁(yè)大小主要影響命中率，對(duì)延遲結(jié)果影響并不明顯；閃存容量對(duì)結(jié)果影響較

4、大。同時(shí)也給出了下一步的存儲(chǔ)優(yōu)化點(diǎn)。
　　之后，根據(jù)由于閃存和DRAM兩者不同的特性反映出的存儲(chǔ)優(yōu)化點(diǎn)，為了優(yōu)化原有的閃存堆疊存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，充分利用兩種不同存儲(chǔ)介質(zhì)的特性，本文提出了兩個(gè)優(yōu)化策略，分別是粒度差異優(yōu)化策略和閃存層讀寫(xiě)分區(qū)優(yōu)化策略，旨在進(jìn)一步提高系統(tǒng)訪存性能，并據(jù)此給出了兩個(gè)策略的設(shè)計(jì)思路和具體實(shí)現(xiàn)等理論基礎(chǔ)。
　　最后，本文對(duì)兩個(gè)策略的優(yōu)化效果進(jìn)行了測(cè)試。通過(guò)對(duì)已有代碼進(jìn)行修改和利用工具收集必要的信息，本文實(shí)現(xiàn)了一

5、個(gè)能反映閃存三維堆疊存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)模塊功能的簡(jiǎn)單模擬器，通過(guò)模擬器和選取合適的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，得到多個(gè)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩個(gè)策略?xún)?yōu)化了原有閃存三維堆疊存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)下的處理器的訪存性能，并且在閃存層讀寫(xiě)分區(qū)策略下，閃存的寫(xiě)耐性也有一定的提升。在訪存延遲結(jié)果下，粒度差異策略提高性能達(dá)11.3％，讀寫(xiě)分區(qū)策略達(dá)5.4%，兩個(gè)策略共同作用下，優(yōu)化效果顯著，性能提高了17.2%。
　　綜上，本課題針對(duì)大數(shù)據(jù)應(yīng)用特征，主要對(duì)閃存三維堆疊存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了特性分