闪存固态硬盘系统结构与技术

高聪明 石 亮 刘 凯 薛 春 舒继武

1(清华大学计算机科学与技术系 北京 100083)

2(华东师范大学计算机科学与技术学院 上海 200062)

3(重庆大学计算机学院 重庆 400044)

4(香港城市大学计算机系 香港 999077)

20世纪80年代，东芝公司发明了闪存(flash memory).随后，英特尔公司推出了世界上第一款商用闪存芯片，旨在应用于计算机数据存储.在20世纪80年代末，多家闪存厂商推出了基于闪存介质的固态硬盘.进入21世纪后，闪存固态硬盘(flash memory based solid state drives, SSDs)进入了发展的快车道，其在性能、存储容量等方面全面超越机械硬盘.闪存固态硬盘正逐步取代机械硬盘，作为外部存储设备已被广泛应用于各类嵌入式设备、个人电脑和数据中心等.

相比于机械硬盘，闪存固态硬盘内部采用电子器件实现数据存储，在结构设计方面具有完全不同的设计原理.在固态硬盘内部，闪存介质被封装为闪存芯片，并以多级并行结构进行组织，满足多个读写操作在固态硬盘内部的并行处理.为充分利用闪存芯片的低读写时延以及高并行结构等优势，固态硬盘通过专用控制器实现对闪存芯片的管理.因此，固态硬盘控制器具有多项关键技术用于实现数据布局和管理、空间管理、寿命维护等[1].

近10年来，随着闪存制作工艺和微电子技术的发展，闪存固态硬盘正呈现着新的特性和形态.当前，为进一步提高闪存固态硬盘的存储容量，3D闪存固态硬盘已经成为下一代固态硬盘的主要表现形态[2].相比于传统固态硬盘，3D固态硬盘采……