基于固態(tài)硬盤的快速存儲專利技術(shù)綜述

唐進嶺

【摘 要】固態(tài)硬盤（Solid State Disk，簡稱：SSD），作為新一代存儲技術(shù)，與傳統(tǒng)的磁記錄硬盤相比，具有數(shù)據(jù)傳輸率高、能耗低、抗震性好等優(yōu)點，在高端存儲應(yīng)用中市場潛力巨大。SSD的快速存儲技術(shù)對于提高存儲設(shè)備的讀寫性能，提升其在市場上的滲透率起著至關(guān)重要的作用。本文通過分析SSD快速存儲技術(shù)歷年申請趨勢、發(fā)展脈絡(luò)、優(yōu)缺點等，針對其所采用的結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)進行分類，并從分類所得的技術(shù)分支對涉及基于SSD的快速存儲的專利技術(shù)進行了綜述。

【關(guān)鍵詞】SSD 快速存儲 混合分級 多通道

1 前言

固態(tài)硬盤（Solid State Disk，簡稱：SSD），也稱為電子硬盤或者固態(tài)電子盤，是由控制單元和固態(tài)存儲單元（DRAM或FLASH芯片）組成的硬盤；基于存儲介質(zhì)的不同可分為兩種：采用閃存（Flash芯片）作為存儲介質(zhì)的固態(tài)硬盤，和采用DRAM作為存儲介質(zhì)的固定硬盤。

2 SSD快速存儲專利技術(shù)專利實證分析

專利信息實證分析是從專利文獻中采集專利信息，對其主要指標進行加工、整理和分析，這些主要指標包括如專利類型分析、技術(shù)發(fā)展趨勢分析、年度趨勢分析、地域性分析、申請人（發(fā)明人）分析、技術(shù)分支分析等等。

2.1 申請時間和數(shù)量

通過對檢索的118件國內(nèi)外專利申請進行分析，得出國內(nèi)外基于SSD快速存儲技術(shù)專利申請隨時間的申請量的變化的分析結(jié)果如圖1所示。分析圖1顯示的結(jié)果，可以看出近幾年來，隨著SSD快速存儲技術(shù)的發(fā)展，SSD快速存儲技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新活動也越來越活躍，其專利技術(shù)年度申請量快速增加。

2.2 主要技術(shù)分析和數(shù)量

通過對檢索的118件國內(nèi)外專利申請進行分析，得出國內(nèi)外基于SSD快速存儲技術(shù)專利申請的主要技術(shù)分支的分析結(jié)果如圖2所示。

基于SSD快速存儲技術(shù)專利申請的研究，可主要分為兩個技術(shù)分支：基于SSD內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計和基于SSD外部結(jié)構(gòu)的設(shè)計。由下圖2可知，前者的申請量為43件，所占比重為36%；后者的申請量為75件，所占比重為64%；從上述申請量的數(shù)據(jù)可知，在對SSD的快速存儲技術(shù)研究方面，針對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改進要相對困難。

3 SSD快速存儲專利技術(shù)發(fā)展趨勢

基于SSD結(jié)構(gòu)特性，對于其研究方向可主要分為兩個技術(shù)分支：針對SSD的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu)的改進。前者主要集中在對控制器及存儲介質(zhì)的改良，而后者主要采用一些在計算機存儲設(shè)備中常用的技術(shù)手段來提高其存儲性能。

3.1 SSD的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于控制器在SSD進行數(shù)據(jù)讀寫時起到控制作用，因此，控制器的優(yōu)劣將直接影響到SSD的整體性能。在這方面取得研究成果的專利申請的代表為：CN200810032053。從以上針對SSD的控制器進行改進的技術(shù)分析可知，通過對SSD控制器的改進能實現(xiàn)大容量SATA接口固態(tài)硬盤SSD，使其具有結(jié)構(gòu)緊湊、抗震、低功耗，易于提高硬盤的容量、讀寫速度以及穩(wěn)定性的特性。

通過使用系統(tǒng)內(nèi)存作為固態(tài)硬盤的緩存，減少固態(tài)硬盤的讀寫次數(shù)，并以閃存頁方式管理固態(tài)硬盤緩存，在一定程度上合并小塊數(shù)據(jù)讀寫，以減少固態(tài)硬盤的讀寫次數(shù)。其代表性專利為：CN201210

504735。通過對緩沖器的改進，減少了緩存寫滿后的替換操作，不僅解決了傳統(tǒng)緩存管理方法快速損耗固態(tài)硬盤緩存使用壽命的問題，而且還大大提高了SSD隨機寫入速度，充分發(fā)揮固態(tài)硬盤高帶寬以及高速隨機讀的優(yōu)勢、避免其低速隨機寫的劣勢，大幅提高系統(tǒng)的響應(yīng)性能。

3.2 SSD外部結(jié)構(gòu)的設(shè)計

在當今的IT管理中，大量歷史數(shù)據(jù)嚴重影響系統(tǒng)性能，且占用了部分存儲空間，存儲設(shè)備利用率低；針對數(shù)據(jù)本身的特性，在其不同的活動周期，為適應(yīng)讀取頻率的改變，數(shù)據(jù)的存儲位置也應(yīng)該隨之變化，以提高存儲設(shè)備的使用率，降低存儲成本。此種方法就是數(shù)據(jù)的分級存儲。例如：企業(yè)在存儲其關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時，采用昂貴的存儲設(shè)備、存儲技術(shù)和存儲方式，而對歷史數(shù)據(jù)或者低價值數(shù)據(jù)，采用相對便宜的設(shè)備。其代表性專利為：US20080090959。

固態(tài)硬盤存儲系統(tǒng)由多個閃存芯片構(gòu)成閃存陣列存儲數(shù)據(jù)，可以采用RAID0的技術(shù)，將閃存陣列構(gòu)建為多個通道，在存儲數(shù)據(jù)時由數(shù)據(jù)并行存儲控制器（硬件或軟件）將數(shù)據(jù)分塊后同時寫入陣列中各個通道的閃存芯片。在讀取時，從閃存陣列各個通道中讀取后再由數(shù)據(jù)并行存儲控制器進行組合。數(shù)據(jù)分塊后分布在多個閃存通道上，并行交叉地寫入和讀取，能夠大幅提高存儲系統(tǒng)的性能。

4 結(jié)語

本文通過對基于SSD快速存儲技術(shù)的分析可以看出，針對固態(tài)硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改進的手段比較多樣化，但是在數(shù)量卻相對較少；而相比于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改進，針對固態(tài)硬盤外部結(jié)構(gòu)的改進卻相對集中，主要采用現(xiàn)已比較成熟的混合分級技術(shù)及多通道技術(shù)。因此，在以后的研究方向上，針對固態(tài)硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改良可能具體更多的提升空間，相信這也會成為未來研究的重點。