[发明专利]基于阻变存储器的通用区块链应用处理加速方法及系统

说明书

本发明提出一种基于阻变存储器的通用区块链应用处理加速方法及系统，包括：判断当前程序是否为区块链加速处理程序，若是，则将当前程序发送至包括存储处理器和阻变存储器的HMC存储器端，其中存储处理器集成在HMC存储器端的逻辑控制层，阻变存储器集成在HMC存储器端的立体存储层，存储处理器通过控制立体存储层，以数据流运行的方式完成对当前程序的近存储计算，得到当前程序的执行结果，并将其回传至主处理器端，否则主处理端中的乱序核根据当前程序，以控制流运行的方式执行当前程序，得到执行结果。本发明具有较高的执行速度和显著的能效比提升，并结合数据流任务分配和执行模式，能够获得更高的执行效率和能效。

技术领域

本发明涉及忆阻器RRAM存储器、3D存储器及区块链应用处理领域。具体设计到基于3D存取器以及RRAM实现的用于加速通用区块链应用的处理结构设计，通过利用RRAM实现一定的逻辑及运算功能，实现基于硬件的区块链应用处理，并结合高效数据流执行模式，具有处理速度快、能效高等优势。

背景技术

区块链技术(Block Chain)是指通过去中心化的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案。该技术方案主要让区块(Block)通过密码学方法相关联起来，每个数据块包含了一定时间内的系统全部数据信息，并且生成数字签名以验证信息的有效性并链接到下一个数据块形成一条主链(Chain)。区块链技术由于基于分布式记账特性，具有极高的安全性和防篡改能力，被认为在金融、征信、物联网、经济贸易结算、资产管理等众多领域都拥有广泛的应用前景。现有区块链系统在设计和实现中利用了分布式系统、密码学、网络协议等诸多学科的知识。

目前，区块链技术在数字货币领域已经得到了广泛的应用。主要的代表性数字货币及其应用的算法包括，比特币-SHA256算法、莱特币-Scypt算法、以太坊-Ethash算法、达士币-X11算法(11种加解密算法)、Zcash-Equihash算法、比原链-Tensority算法以及素数币-寻找大素数算法等等。

3D存储器-HMC。混合立方体记忆体(Hybrid Memory Cube，HMC)是属于同构型记忆体3D IC堆栈技术，由美系记忆体大厂美光(Micron)主导研发，后来三星电子(SamsungElectronics)、IBM等大厂也先后加入。如图8所示，采用8层的存储体累积叠加，通过硅通孔技术(Through Silicon Via，TSV)技术进行访问。每个立体的存储管理单位为一个vault。处理单元(PE)可以集成到Logic Base这一层，如此，可以将数据与处理单元紧密结合到一起，提高执行速度。

阻变存储器又称忆阻器RRAM的运行特征。阻变式存储器(resistive randomaccess memory,RRAM)是以材料的电阻在外加电场作用下可在高阻态和低阻态之间实现可逆转换为基础的一类非易失性存储器。随着对RRAM的研究，越来越多的研究人员利用阻变存储器的多阻值特性，以及根据读写电压的调整，实现了基于RRAM存储即计算功能，通过电压的调整产生不同的电流的叠加，实现对不同存储单元数据的逻辑运算。如图9所示，电压V1和电压V2分别通过电阻G1和G2后形成的电流，根据基尔霍夫(电路)定律(Kirchhofflaws)，会产生电流的叠加，通过电流的大小可以实现加法操作或者乘加操作。并且，对数据进行进一步加工之后，可以实现多种逻辑操作的结果。

通过以上分析可知，区块链应用的核心算法大部分涉及到加解密算法及其它简单算法。而忆阻器RRAM的出现，由于可以在存储的过程中实现简单的逻辑操作和简单算术运算操作，给区块链应用的存储和计算带来了新的设计思路。

数据流执行模式。据流架构的起源可以追溯到上个世纪70年代。传统的控制流结构利用程序计数器(program counter)指示下一条执行的指令，发射/提交顺序固定。而在数据流结构中，程序指令的执行顺序只取决于指令之间的依赖关系。数据流体系结构的基本执行原则是：任意一条指令可以在其操作数准备好的情况下执行。数据流体系结构的执行依靠数据流图，数据流图的每个节点即表示一条指令，每一条边表示指令之间的依赖关系，数据流图边的两端连接了上游指令与下游指令，上游指令在完成计算后将数据传递给下游指令。