[发明专利]一种基于CAPI接口的内存扩展装置与方法

说明书

本发明公开了一种基于CAPI接口的内存扩展装置，包括PSL单元、Ex‑Cache控制器、SRAM存储器、DDR存储器、DMA引擎、Flash控制器、Flash写缓冲存储器、Flash芯片阵列部件；其内存扩展方法包括连接到PowerBus总线方法、Flash存储空间映射到CAPI接口空间的方法、数据访问的方法；本发明所述装置设有DMA引擎、与数据分开存储的cache的tag、以flash page大小设计的cacheline、减少flash芯片擦写次数的写回策略，还可以扩展IB类型接口实现内存模块扩展，提高了使用寿命且适用多种应用场景中。

技术领域：

本发明涉及本发明涉及计算机服务器的存储技术领域，特别是涉及一种基于CAPI接口的内存扩展装置与方法。

背景技术：

21世纪信息技术产业的飞速发展，带给人们巨大的利益和便利。随着计算机技术和集成电路工艺的不断发展，处理器核心的性能越来越高，速度越来越快，处理器与存储器之间的性能差距不断加大，存储器已经成为限制系统性能的决定因素。同时，随着近年来计算机技术的进步与问题规模的不断扩大，许多应用正在由计算密集型向数据密集型转变，数据密集计算更加需要高带宽的存储系统和I/O系统的支持。特别是目前大数据处理，特别占用内存，为了提升大数据计算性能，通常采用内存级的大数据处理框架，因此，必须深入研究满足高带宽、高数据传输率的存储系统体系结构。FPGA(Field-Programmable GateArray)，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。闪存(Flash Memory)作为一种新的数据存储介质已经得到广泛应用，经过多次技术变革，闪存存储容量越来越大、数据读写速度越来越快、性价比也越来越高。如在全闪存存储行业中，IBM虽然并不是最早推出全闪存阵列的厂商，但通过并购了TMS公司，并基于TMS在闪存领域的独特知识产权，推出了IBM FlashSystem系列全闪存阵列:IBM FlashSystem A9000R、IBM FlashSystem A9000、IBM FlashSystem V9000和IBM FlashSystemF900这四款重榜产品有着明确的定位和清晰的分工，以适应不同的应用环境，方便不同的用户选择,并快速得到了客户的关注和认可。其中，IBM FlashSystem A9000R是一款专门为推动企业实现认知转型而设计的网络规模全闪存阵列产品，性能表现非常出色，能够轻松处理大规模动态数据；IBM FlashSystemA9000是专门为云规模业务设计的高度并行全闪存产品，基于IBM Spectrum Accelerate，使用了创新的网格体系结构来消除大部分传统的存储管理任务，并能够有效控制成本，可以满足企业快速增长的结构化和非结构化数据及云环境的需求，以实现简单的管理和横向扩展的容量；IBM FlashSystem V9000是一台针对混合工作负载设计的高性能全闪存系统，增添了IBM Spectrum Virtualize的存储服务和虚拟化功能，用以创建完整的第一层存储解决方案；IBM还推出了一台针对基础应用的全闪存产品——FlashSystem F900，这款产品专门为企业的关键应用业务设计，最大的优势是非常容易部署和管理。Flash System就是与服务器直连的，全冗余设计的闪存阵列，也是微秒级的产品。Flash System的背后有多个技术要点，有三点极为引人注目：基于FPGA基础的数据移动相比软件实现的存储控制器算法实现减少了大量的延迟时间，不管是直连PCIe卡还是SAN网络闪存阵列，都要更快；对于业内关心的使用寿命问题，eMIC可以做到是MLC的10倍以上，而SLC则可做到33倍，对于一般企业的业务负载需求，10TB的Flash System可以在100M/S的写压力下工作100年；分布式CPU独立处理路径。IBM FlashSystem V9000和FlashSystem 900全闪存阵列采用全新20纳米的MLC设计将帮助提升系统40％的密度和20％的带宽，并能持续保持性能。更高价格的FlashSystem V9000也是以集成软件堆栈和横向、纵向扩展能力为特点。FlashSystem 900系统内扩展可达57TB，它不具备V9000的虚拟化功能和软件堆栈特性，如压缩、动态分层和复制。两款产品都支持16Gbps光纤通道、千兆以太网和基于以太网连接的光纤通道技术。