本發(fā)明涉及固態(tài)硬盤，尤其是涉及一種基于多路徑預定的閃存片上網(wǎng)絡架構(gòu)。

背景技術：

1、為了滿足現(xiàn)代數(shù)據(jù)密集型應用日益增長的需求，固態(tài)硬盤（ssd）的性能和容量不斷提高。但ssd內(nèi)部的通信（即ssd控制器和nand閃存芯片之間的通信）仍然是許多應用的關鍵性能瓶頸，特別是具有大量隨機io請求的工作負載。ssd采用多通道共享總線架構(gòu)，多個flash芯片共用同一條路徑，這可能導致多個io請求訪問同一通道上的nand閃存芯片。這些io請求在同一通道上串行傳輸，極大地限制了ssd的并行性。因此，處理好路徑?jīng)_突是提高ssd并行性和性能的關鍵。

2、ssd供應商主要通過增加ssd中的通道數(shù)量來減少路徑?jīng)_突。然而，這不是一個可擴展的解決方案，因為增加通道的數(shù)量會使ssd控制器更加復雜，例如，ssd控制器需要更多的io引腳來服務更多的并行通道，從而增加ssd的總體成本。

3、目前，現(xiàn)有技術中通過增加每個ssd通道的帶寬，并在傳統(tǒng)的總線型拓撲結(jié)構(gòu)的基礎上增加垂直通道，以解決路徑?jīng)_突問題。但是該技術需要對ssd進行相對較大的修改，實現(xiàn)過程中的開銷昂貴，且在數(shù)據(jù)傳輸時并沒有很好的利用路徑多樣性。

4、另一項技術通過使用2d-mesh拓撲結(jié)構(gòu)增加路徑多樣性，通過路徑預定并采用非極小全自適應路由算法以緩解路徑?jīng)_突問題。但是這項技術采用的路由算法的預定成功率有待提高，且當路徑預定失敗時，需要等待忙碌路徑釋放后再重新進行預定，且路徑預定失敗的時間開銷與傳統(tǒng)總線型ssd發(fā)生路徑?jīng)_突問題相當。除此之外，該技術在具有大量細粒度讀（如嵌入向量的大小128b）的負載下性能會顯著下降，因為該設計并沒考慮到跳數(shù)對于路徑預定時間的重大影響，這導致路徑預定時間與數(shù)據(jù)傳輸時間相當，嚴重影響到細粒度讀取負載下的性能。

5、因此，亟需一種拓展傳統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)機制，通過路徑預定機制，減少路徑?jīng)_突，同時提升ssd在密集細粒度讀取負載下的性能。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于多路徑預定的閃存片上網(wǎng)絡架構(gòu)，在數(shù)據(jù)傳輸前進行多路徑預定，減少數(shù)據(jù)傳輸路徑?jīng)_突次數(shù)，并減少細粒度讀總體傳輸時間，提高路徑預定成功率。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種基于多路徑預定的閃存片上網(wǎng)絡架構(gòu)，包括以構(gòu)建模塊作為節(jié)點，且各節(jié)點間采用二維網(wǎng)格拓撲結(jié)構(gòu)連接；基于多路徑預定路由算法，利用構(gòu)建模塊為隊列中每個io請求分配閃存控制器，并進行路徑預定，直至所有io請求完成，釋放預定的路徑；

3、其中，構(gòu)建模塊，由閃存芯片和路由器芯片組成，每個構(gòu)建模塊中閃存芯片通過注入彈出端口與路由器芯片通信，各構(gòu)建模塊間的路由器芯片通過雙向鏈路連接。

4、優(yōu)選的，路徑預訂包括通過發(fā)送偵察包識別和保留路徑，并根據(jù)偵察包的模式，確定目標構(gòu)建模塊上路由芯片接收偵察包后的行為。

5、優(yōu)選的，偵察包的模式包括保留模式和取消模式：

6、當偵察包的模式為保留模式時，路由器芯片內(nèi)部通過多路徑預訂路由算法，計算得到偵察包的發(fā)送端口，并將偵察包的編碼、進入端口和發(fā)送端口記錄在路由芯片的路徑預定表中；

7、當偵察包的模式為取消模式時，則偵察包路徑預定失敗，從路徑預定表中刪除該表項，并根據(jù)路徑預定表中的信息回溯到上一個構(gòu)建模塊。

8、優(yōu)選的，為隊列中每個io請求保留一條沒有沖突的路徑包括按照目標構(gòu)建模塊與閃存控制器距離，從小到大依次檢查閃存控制器，為給定的io請求分配閃存控制器，并通過該閃存控制器向目標構(gòu)建模塊發(fā)送偵察包。

9、優(yōu)選的，多路徑預訂路由算法，包括：

10、獲取閃存片上網(wǎng)絡架構(gòu)中空閑閃存控制器的數(shù)量n；

11、在請求隊列按順序取n個請求并獲取相應請求的數(shù)據(jù)傳輸大小，根據(jù)數(shù)據(jù)量閾值m，將n個請求劃分為第一優(yōu)先隊列和第二優(yōu)先隊列；

12、按目標構(gòu)建模塊與閃存控制器的水平距離，依次為第一優(yōu)先隊列和第二優(yōu)先隊列的請求分配閃存控制器，直至所有請求完成路徑預定。

13、因此，本發(fā)明采用上述一種基于多路徑預定的閃存片上網(wǎng)絡架構(gòu)，具有以下技術效果：

14、（1）采用2d-mesh拓撲結(jié)構(gòu)有效豐富了數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂蕉鄻有?，利用路由芯片與閃存芯片分離的策略避免了對閃存芯片的額外處理，并且充分利用了路徑多樣性，為io請求識別和保留無沖突的路徑。

15、（2）采用路徑預定技術從根本上解決了路徑?jīng)_突的問題，并且采用多路徑預定路由算法，優(yōu)先考慮減少細粒度請求的路徑預定跳數(shù)，有效減少了總的路徑預定時間，完善了現(xiàn)有技術在細粒度請求主導的負載下性能差的問題。

16、下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。

技術特征：

1.一種基于多路徑預定的閃存片上網(wǎng)絡架構(gòu)，其特征在于，包括以構(gòu)建模塊作為節(jié)點，且各節(jié)點間采用二維網(wǎng)格拓撲結(jié)構(gòu)連接；基于多路徑預定路由算法，利用構(gòu)建模塊為隊列中每個io請求分配閃存控制器，并進行路徑預定，直至所有io請求完成，釋放預定的路徑；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多路徑預定的閃存片上網(wǎng)絡架構(gòu)，其特征在于，路徑預訂包括通過發(fā)送偵察包識別和保留路徑，并根據(jù)偵察包的模式，確定目標構(gòu)建模塊上路由芯片接收偵察包后的行為。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于多路徑預定的閃存片上網(wǎng)絡架構(gòu)，其特征在于，偵察包的模式包括保留模式和取消模式：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多路徑預定的閃存片上網(wǎng)絡架構(gòu)，其特征在于，為隊列中每個io請求保留一條沒有沖突的路徑包括按照目標構(gòu)建模塊與閃存控制器距離，從小到大依次檢查閃存控制器，為給定的io請求分配閃存控制器，并通過該閃存控制器向目標構(gòu)建模塊發(fā)送偵察包。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多路徑預定的閃存片上網(wǎng)絡架構(gòu)，其特征在于，多路徑預訂路由算法，包括：

技術總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于多路徑預定的閃存片上網(wǎng)絡架構(gòu)，涉及固態(tài)硬盤技術領域。本發(fā)明提供的一種基于多路徑預定的閃存片上網(wǎng)絡架構(gòu)，包括構(gòu)建模塊，由閃存芯片和路由器芯片組成，每個構(gòu)建模塊中閃存芯片通過注入彈出端口與路由器芯片通信，各構(gòu)建模塊間的路由器芯片通過雙向鏈路連接；以構(gòu)建模塊作為節(jié)點，并采用二維網(wǎng)格拓撲結(jié)構(gòu)連接；基于多路徑預定路由算法，利用構(gòu)建模塊為隊列中每個IO請求保留一條沒有沖突的路徑，直至所有IO請求完成，釋放預定的路徑。因此，采用上述方法，能夠在數(shù)據(jù)傳輸前進行多路徑預定，減少數(shù)據(jù)傳輸路徑?jīng)_突次數(shù)，同時減少細粒度讀總體傳輸時間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂蕉鄻有裕岣呗窂筋A定成功率。

技術研發(fā)人員：杜亞娟,萬羽
受保護的技術使用者：武漢理工大學深圳研究院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9