面向PMEM优化的闪存存储系统

摘 要：随着制造工艺的发展，NAND闪存颗粒的存储容量越来越大，固态驱动器（SSD）的价格得以降低，全闪存存储逐渐成为主流。但在容量提升的同时，闪存颗粒的性能越来越低，使用寿命也越来越短，存储系统中的数据损坏风险直线上升。另一方面，新型的持久内存（PMEM）介质和设备不断出现，其拥有持久性、字节寻址、高性能、低延迟的特性，使用寿命和性能都远大于SSD。通过合理的系统设计，可以充分发挥二者的优势，利用PMEM优化闪存的性能和寿命，构建高性价比的全闪存存储系统。

关键词：SSD;PMEM;持久内存;闪存;耐久度;性能

随着技术的发展，主流固态驱动器（SSD）使用的闪存颗粒从SLC、MLC、TLC逐步过渡到QLC，加之3D NAND堆叠工艺，使得闪存颗粒的容量越来越大，容量型SSD具有较高的性价比，可用于取代传统机械硬盘（HDD），构建全闪存存储。但随之而来的是，QLC闪存颗粒的性能和耐久度远低于TLC，主流的QLC只能擦除500～1000次，更适合用来构建温数据或冷数据存储。当用于存储需要频繁修改的热数据时，闪存磨损过快，SSD损坏的风险直线上升。QLC的性能降低也导致数据访问延迟上升，故而无法承载诸如OLTP数据库等对性能要求较高的在线业务。

与此同时，以电阻式存储器（ReRAM）、磁阻式存储器（MRAM）、相变存储器（PCM）等为代表的持久内存（PMEM）技术近年来得到了大幅的发展，其拥有持久性、字节寻址、高性能、低延迟的特性。持久内存的性能与易失性内存（DRAM）接近，可擦写次数和延迟都大幅优于TLC、QLC等闪存介质。

Intel在2019年发布傲腾数据中心持久内存Optane DCPMM，容量有128GB、256GB、512GB三种规格。……