面向大數據的閃存三維堆疊存儲結構研究.pdf

1、目前，大數據應用發(fā)展迅速，其具有與傳統(tǒng)應用不同的數據特征，這給處理器的訪存性能提出了挑戰(zhàn)，加大了計算性能和存儲性能之間的差異。三維堆疊存儲結構以其低延遲、大容量、高帶寬等特點，有效緩解了存儲墻的問題，非易失存儲介質除非易失性之外在容量和能耗上也優(yōu)勢明顯，其與三維堆疊技術結合形成的非易失三維堆疊存儲結構已成為發(fā)展的必然。閃存作為目前最成熟的非易失存儲介質，更具有實際意義。本文據此重點研究針對大數據應用的閃存三維堆疊存儲結構。
　　首

2、先，本文根據三維堆疊存儲結構的現狀，歸納出針對存儲層次、存儲器類型、處理器層和存儲器層之間的通信方式和面向大數據應用這四個方面的三維堆疊存儲結構的重點研究方向；主要分析了兩種不同存儲介質的三維堆疊存儲結構：DRAM（動態(tài)隨機存取存儲器）堆疊和NVM（非易失性存儲器）堆疊，據此總結了三維堆疊存儲結構的特點，并針對大數據應用指出未來可能的研究思路。針對非易失三維堆疊存儲結構，本文重點介紹了閃存三維堆疊存儲結構，同時簡要介紹新型非易失堆疊存儲

3、結構，并以此作為研究基礎。
　　其次，利用模擬實現和測試的方法，本文對閃存三維堆疊存儲結構的特性進行了分析，其中選取能反映出閃存特性和其作為非易失存儲介質的通性作為測試變量，以訪存延遲作為結果進行測試。通過對多個測試數據的分析總結，最終得到四個典型特性，主要體現在三維堆疊結構的帶寬優(yōu)勢在大數據應用上影響顯著；隨著帶寬優(yōu)勢的增加，閃存的讀寫和擦除延遲影響逐漸減少；閃存頁大小主要影響命中率，對延遲結果影響并不明顯；閃存容量對結果影響較

4、大。同時也給出了下一步的存儲優(yōu)化點。
　　之后，根據由于閃存和DRAM兩者不同的特性反映出的存儲優(yōu)化點，為了優(yōu)化原有的閃存堆疊存儲結構，充分利用兩種不同存儲介質的特性，本文提出了兩個優(yōu)化策略，分別是粒度差異優(yōu)化策略和閃存層讀寫分區(qū)優(yōu)化策略，旨在進一步提高系統(tǒng)訪存性能，并據此給出了兩個策略的設計思路和具體實現等理論基礎。
　　最后，本文對兩個策略的優(yōu)化效果進行了測試。通過對已有代碼進行修改和利用工具收集必要的信息，本文實現了一

5、個能反映閃存三維堆疊存儲結構模塊功能的簡單模擬器，通過模擬器和選取合適的實驗參數，得到多個結果，實驗結果表明，兩個策略優(yōu)化了原有閃存三維堆疊存儲結構下的處理器的訪存性能，并且在閃存層讀寫分區(qū)策略下，閃存的寫耐性也有一定的提升。在訪存延遲結果下，粒度差異策略提高性能達11.3％，讀寫分區(qū)策略達5.4%，兩個策略共同作用下，優(yōu)化效果顯著，性能提高了17.2%。
　　綜上，本課題針對大數據應用特征，主要對閃存三維堆疊存儲結構進行了特性分