一种基于HBM缓存的SSD固态盘的制作方法

技术特征：
1.一种基于hbm缓存的ssd固态盘，其特征在于：包括ssd控制器、dram缓存控制器、hbm缓存控制器、nand控制器、dram缓存介质、hbm缓存介质和nand flash，ssd控制器包括依次相连的pcie主机接口、nvme协议控制器和ftl映射管理器，dram缓存控制器、hbm缓存控制器、nand控制器分别与ftl映射管理器相连，dram缓存介质与dram缓存控制器相连，hbm缓存介质与hbm缓存控制器相连，nand flash与nand控制器相连；pcie主机接口用于ssd固态盘与计算节点的应用进行数据传输；nvme协议控制器用于在计算节点和ssd固态盘之间处理nvme存储协议；ftl映射管理器负责维护逻辑块地址到闪存介质物理块地址的映射关系；dram控制器负责存储处于运行状态的ftl地址映射表、数据读写控制指令，并完成与hbm控制器、nand控制器的数据交互；hbm控制器负责与hbm缓存介质完成数据存取，根据数据的读取、写入位置，与dram控制器进行交互，接收dram控制器发出的数据读取指令、数据写入指令；与nand控制器进行交互，将hbm中的缓存数据写入nand闪存介质，或从nand闪存介质中读取应用数据；nand控制器负责与闪存存储介质层中的nand flash完成数据存取；当启用hbm缓存时，ftl地址映射管理器将数据通过hbm控制器放在hbm缓存介质中；在使用nand闪存介质时，ftl地址映射管理器将数据缓存、log数据通过nand控制器放在nand flash中；当ssd固态盘执行垃圾回收操作时，hbm控制器接收来自nand控制器的数据、完成相关操作后，再发送给nand控制器，从而减少对dram控制器的访问，减少dram控制器处理ftl的中断次数。2.根据权利要求1所述的基于hbm缓存的ssd固态盘，其特征在于：当nand控制器处于繁忙状态或者执行垃圾回收时，采用写回模式和读回模式；写回模式下，ssd控制器将写指令发送到dram控制器，dram控制器将接收的写指令发送到hbm控制器完成地址转换，然后传回至dram控制器更新写指令，写入数据从ssd控制器通过hbm控制器写入hbm缓存介质，写成功；读回模式下，nand控制器采用顺序读方式把大块数据通过hbm控制器读入到hbm缓存介质，ssd控制器通过hbm控制器从hbm缓存介质中读取数据，读成功。3.根据权利要求1所述的基于hbm缓存的ssd固态盘，其特征在于：当nand控制器处于空闲状态或者计算节点要求ssd固态盘保持数据强一致性时，启动写透模式和读透模式；写透模式下，写入数据由ssd控制器到dram控制器，进入dram缓存介质，之后由dram控制器到nand控制器，进入nand闪存介质；读透模式下，读取地址由nand控制器至dram控制器，进入dram缓存介质，之后由dram控制器发送到ftl映射管理器，读取数据由nand控制器直接发送至ssd控制器。4.根据权利要求1所述的基于hbm缓存的ssd固态盘，其特征在于：数据冗余纠错和一致性保护的数据流向为：数据读取方向由nand控制器至hbm控制器，从而进入hbm缓存介质，之后由hbm缓存介质读出至ftl映射管理器，在hbm缓存介质中执行数据对齐、一致性校验、冗余纠错；数据写入方向为新数据到ftl映射管理器分配新地址、废弃旧地址，然后由hbm控制器到nand控制器，落入新地址的nand闪存介质。5.根据权利要求1所述的基于hbm缓存的ssd固态盘，其特征在于：地址映射表数据流向为：地址写方向由nand控制器到dram控制器，地址读方向由dram控制器到nand控制器。
6.一种基于hbm缓存的ssd固态盘，其特征在于：包括ssd控制器、hbm缓存控制器、nand控制器、hbm缓存介质和nand flash，ssd控制器包括依次相连的pcie主机接口、nvme协议控制器和ftl映射管理器，hbm缓存控制器、nand控制器分别与ftl映射管理器相连，hbm缓存介质与hbm缓存控制器相连，nand flash与nand控制器相连；pcie主机接口用于ssd固态盘与计算节点的应用进行数据传输；nvme协议控制器用于在计算节点和ssd固态盘之间处理nvme存储协议；ftl映射管理器负责维护逻辑块地址到闪存介质物理块地址的映射关系；hbm控制器与hbm缓存介质用于缓存数据和存储ftl映射表，根据数据的读取、写入位置，与nand控制器进行交互，将hbm中的缓存数据写入nand闪存介质，或从nand闪存介质中读取应用数据；nand控制器负责与闪存存储介质层中的nand flash完成数据存取。7.根据权利要求6所述的基于hbm缓存的ssd固态盘，其特征在于：当nand控制器处于繁忙状态时，采用写回模式和读回模式；写回模式下，ssd控制器将接收到数据写入hbm缓存介质；读回模式下，nand控制器采用顺序读方式把大块数据读入到hbm缓存介质，ssd控制器通过hbm控制器从hbm缓存介质中读取数据。8.根据权利要求6所述的基于hbm缓存的ssd固态盘，其特征在于：当nand控制器处于空闲状态时，启动写透模式和读透模式；写透模式下，ssd控制器将接收到的数据通过hbm控制器、nand控制器写入到nand闪存介质；读透模式下，ssd控制器根据接收到的数据读指令，通过hbm控制器、nand控制器读取到nand闪存介质中的实际数据，并执行冗余校验后才返回成功。9.根据权利要求6所述的基于hbm缓存的ssd固态盘，其特征在于：数据冗余纠错和一致性保护的数据流向为：数据读取方向由nand控制器、hbm控制器进入hbm缓存介质，之后由hbm缓存介质读出至ftl映射管理器，在hbm缓存介质中执行数据对齐、一致性校验、冗余纠错；数据写入方向为新数据到ftl映射管理器分配新地址、废弃旧地址，然后由hbm控制器到nand控制器，落入新地址的nand闪存介质。10.根据权利要求6所述的基于hbm缓存的ssd固态盘，其特征在于：地址映射表数据流向为：地址写方向由nand控制器到hbm控制器，地址读方向由dram控制器到nand控制器。

技术总结
本发明涉及一种基于HBM缓存的SSD固态盘，包括基于HBM和DRAM混合缓存的SSD固态盘和基于HBM缓存的SSD固态盘两种方式，基于HBM和DRAM混合缓存的SSD固态盘混合使用HBM和DRAM作为缓存，DRAM存储FTL映射表，HBM提供缓存功能。基于HBM缓存的SSD固态盘使用HBM替代DRAM，HBM具有缓存数据和存储FTL映射表的功能。本发明在处理写放大、垃圾回收过程中保障了读写带宽恒定、降低了读写时延，较大程度的保证高并发、多路视频数据存取的效率。多路视频数据存取的效率。多路视频数据存取的效率。


技术研发人员：李瑞东 郭鹏
受保护的技术使用者：山东华芯半导体有限公司
技术研发日：2021.09.01
技术公布日：2021/12/6