一種利用內容尋址mram存儲裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)存儲技術領域，特別是涉及一種利用內容尋址MRAM存儲裝置和方法。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)在的智能手機、平板電腦，以及越來越多的計算機中，用戶數(shù)據(jù)、文件被存在NAND閃存芯片中。
[0003]NAND閃存芯片是一種整塊讀寫的存儲設備，最小可讀取的單元叫頁(page)，最小可擦除的單元叫塊(block)，一個block往往由很多page組成，block擦除后里面的page可以進行單獨的寫入操作。寫入操作很慢，比讀取慢得多，而擦除操作又比寫入更加慢得多。
[0004]NAND閃存的一個問題是NAND閃存芯片具有有限的壽命。里面的每一個page經(jīng)過一定次數(shù)的擦寫以后，就會永久失效不能繼續(xù)使用。目前的產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢是NAND閃存芯片的容量和數(shù)據(jù)密度增長非常快，但卻是以降低壽命為代價。可擦寫次數(shù)從最初的10萬次降低到目前的3000次左右。
[0005]NAND閃存技術的發(fā)展推動了固態(tài)硬盤(SSD)產(chǎn)業(yè)。如圖1所示，SSD與主機之間使用高速串行接口如SATA，PICe等技術。內部由用于存儲數(shù)據(jù)的一組NAND芯片，用于協(xié)助計算和緩存數(shù)據(jù)的DDR內存，以及一個主控芯片(SSD Controller)組成。
[0006]智能手機中使用的eMMC和SD等各種存儲卡的架構與SSD類似。差別在于與主機接口的協(xié)議不同，而通常不用DRAM，而用少量集成在controller芯片內部的SRAM。
[0007]在軟件層面，手機和計算機的架構如圖2所示:應用軟件向操作系統(tǒng)發(fā)出打開、關閉、讀、寫文件指令；操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)部分把讀、寫文件的指令轉化為讀、寫存儲塊的指令；NAND驅動與管理軟件接受讀寫存儲塊區(qū)的指令，進行緩存、寫均衡等優(yōu)化，向芯片發(fā)出讀page，寫block等指令。在計算機和智能手機中，NAND讀寫軟件通常在SSD或存儲卡內部的Controller芯片上運行。
[0008]NAND緩慢的讀寫速度和有限的壽命都是當代存儲技術的大問題。因此在存儲設備中引入MRAM作為緩存，既提高了性能，又通過減少NAND寫入次數(shù)延長了產(chǎn)品的壽命。但是，NAND管理軟件在讀寫時需要逐一查找MRAM緩存頁。當緩存越來越大時，查找緩存頁耗費的時間就越長，反而影響了性能。
[0009]例如:如果有IGB的MRAM緩存，而每一個NAND頁的大小是16KB，那么緩存中最多有64000個NAND頁。一般Controller芯片中的CPU進行一次比對至少也需要5個時鐘周期。那么搜索緩存最壞情況下需要320000個時鐘。如果Controller芯片運行的速度是400MHz，那么每次讀寫因搜索緩存的時間延遲達到0.8msο對于現(xiàn)代高性能的SSD，這已經(jīng)是難以忍受的性能犧牲。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種利用內容尋址MRAM存儲裝置和方法，能夠提高緩存速度。
[0011]MRAM是一種新的內存和存儲技術，可以像SRAM/DRAM—樣快速隨機讀寫，還可以像Flash閃存一樣在斷電后永久保留數(shù)據(jù)。
[0012]它的經(jīng)濟性相當?shù)暮茫瑔挝蝗萘空加玫墓杵娣e比SRAM有很大的優(yōu)勢，比在此類芯片中經(jīng)常使用的NOR Flash也有優(yōu)勢，比嵌入式NOR Flash的優(yōu)勢更大。它的性能也相當好，讀寫時延接近最好的SRAM，功耗則在各種內存和存儲技術最好。而且MRAM不像DRAM以及Flash那樣與標準CMOS半導體工藝不兼容。MRAM可以和邏輯電路集成到一個芯片中。
[0013]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:提供一種利用內容尋址MRAM存儲裝置，包括設有主機接口的主控芯片和NAND芯片，所述NAND芯片和主控芯片相互連接，所述主控芯片還與MRAM芯片相連，所述MRAM芯片中至少一部分是具有內容尋址功能的MRAM ；所述MRAM芯片用于寫緩存或讀寫緩存；所述具有內容尋址功能的MRAM中儲存一個緩存表，所述緩存表記錄每一個緩存頁的對應NAND頁的地址和必要信息。
[0014]進一步地，所述MRAM芯片和具有內容尋址功能的MRAM均集成在所述主控芯片上，使得整個產(chǎn)品的體積能夠縮小。
[0015]進一步地，所述MRAM芯片在寫緩存或讀寫緩存時，按和NAND頁一樣的大小頁組織起來，能夠確保將經(jīng)常發(fā)生寫入操作的NAND頁留在緩存里。
[0016]進一步地，所述主機接口為SATA接口和/或PCIe接口，從而能夠支持各種接口的主機。
[0017]進一步地，所述利用內容尋址MRAM存儲裝置還包括與主控芯片相連的DDR DRAM,所述DDR DRAM的一部分用于寫緩存或讀寫緩存，從而能夠進一步擴大緩存容量。這部分緩存的信息仍然保存在所述具有內容尋址功能的MRAM中的緩存表中。
[0018]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:還提供一種采用上述利用內容尋址MRAM存儲裝置的存儲方法，在發(fā)生寫NAND操作時，MRAM芯片把最近一段時間經(jīng)常發(fā)生寫入操作的NAND頁留在緩存里而不寫回到NAND芯片；在發(fā)生讀寫NAND操作時，利用具有內容尋址的MRAM，在緩存表中搜索NAND頁地址。
[0019]進一步地，在搜索緩存表時，把每一個緩存表的元素定義為搜索字，用掩模來忽略NAND頁地址以外的其他信息，能夠縮短搜索的時間。
[0020]有益效果
[0021]由于采用了上述的技術方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果:本發(fā)明提出使用具有內容尋址功能的MRAM，所述具有內容尋址功能的MRAM能夠根據(jù)緩存表中的NAND地址迅速地找到緩存頁，或者確定緩存頁不存在，比軟件尋址至少快幾十倍，從而提高了緩存的速度。
【附圖說明】
[0022]圖1是現(xiàn)有技術中計算機存儲技術不意圖；
[0023]圖2是軟件層面上的手機和計算機的構架圖；
[0024]圖3是本發(fā)明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結