CN110275676A - 一种固态硬盘的控制方法、装置及固态硬盘系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固态硬盘的控制方法、装置及固态硬盘系统，本发明通过计算固态硬盘的热时间常数，并根据所述热时间常数计算固态硬盘的剩余写入时间，使得主机能够根据该剩余写入时间来预测热节流何时开始，以在启动热节流前，将启动热节流的固态硬盘的任务分别给其他固态硬盘进行处理，从而实现最大化数据吞吐量。

Description

一种固态硬盘的控制方法、装置及固态硬盘系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种固态硬盘的控制方法、装置及固态硬盘系统。
背景技术
许多大型固态阵列需要最大化数据吞吐量，并且以最大的读写性能来运行。但是在数据写入期间，固态硬盘里的闪存会消耗大量功率，进而增加了固态硬盘的温度。而如果闪存的温度过高，会影响闪存的寿命。所以，运行时，需要控制固态硬盘的工作温度。
现有固态硬盘的温度控制主要是被动式的调节，也就是当温度超过特定范围时就启动热节流，这个过程中，主机仅可以得知固态硬盘的温度，但是无法得知还有多长时间固态硬盘会开始进行节流，从而限制了主机对固态硬盘的调节作用，进而影响了固态硬盘的数据吞吐量。
发明内容
本发明提供一种固态硬盘的控制方法、装置及固态硬盘系统，以解决现有技术中由于主机无法获知固态硬盘何时开始节流，从而限制了主机对固态硬盘的调节控制，进而影响固态硬盘的数据吞吐量的问题。
第一方面，本发明提供了一种固态硬盘的控制方法，该方法包括：
计算固态硬盘的热时间常数，根据所述热时间常数计算所述固态硬盘的剩余写入时间；
在所述剩余写入时间为零时，将所述固态硬盘的任务分配给其他固态硬盘进行处理。
优选地，计算固态硬盘的热时间常数，包括：根据预定时间内所述固态硬盘产生的温度的差值来计算所述热时间常数。
优选地，根据预定时间内所述固态硬盘产生的温度的差值来计算所述热时间常数，包括：通过设置在所述固态硬盘上的温度传感器测量所述固态硬盘的温度，计算预定时间内所述固态硬盘产生的温差，根据所述温差与所述预定时间的比值计算得到所述热时间常数。
优选地，所述温度传感器为多个，且所述温度传感器设置在所述固态硬盘内部的不同位置，以及所述固态硬盘的外部的不同侧面上。
优选地，当所述温度传感器为多个时，根据每个所述温度传感器所对应的热时间常数分别计算所述固态硬盘的剩余写入时间，并在计算出的任一个剩余写入时间为零后，将所述固态硬盘的任务分配给其他固态硬盘进行处理。
优选地，根据所述热时间常数计算所述固态硬盘的剩余写入时间，包括：
根据所述热时间常数、所述固态硬盘的写入功耗以及启动热节流时所述固态硬盘所对应的温度，计算所述固态硬盘的剩余写入时间。
优选地，该方法还包括：当启动热节流程序后，实时检测到所述固态硬盘的温度，当所述温度低于预设的温度阈值后，重新给所述固态硬盘分配任务。
第二方面，本发明提供了一种固态硬盘的控制装置，该装置包括：
计算单元，用于计算固态硬盘的热时间常数，根据所述热时间常数计算所述固态硬盘的剩余写入时间；
处理单元，用于在所述剩余写入时间为零时，将所述固态硬盘的任务分配给其他固态硬盘进行处理。
优选地，该装置还包括：温度传感器；
所述温度传感器，设置在所述固态硬盘上，用于测量所述固态硬盘的温度；
所述计算单元还用于，根据所述温度传感器测量的所述固态硬盘的温度，计算预定时间内所述固态硬盘产生的温差，并计算所述温差与所述预定时间的比值得到所述热时间常数。
优选地，所述温度传感器为多个，且所述温度传感器设置在所述固态硬盘内部的不同位置，以及所述固态硬盘的外部的不同侧面上。
优选地，当所述温度传感器为多个时，所述计算单元还用于根据每个所述温度传感器所对应的热时间常数分别计算所述固态硬盘的剩余写入时间；
所述处理单元还用于，在其中任一个温度传感器对应的剩余写入时间为零后，将所述固态硬盘的任务分配给其他固态硬盘进行处理。
优选地，所述处理单元还用于，启动热节流程序后，当检测到的所述固态硬盘的温度低于预设的温度阈值后，重新给所述固态硬盘分配任务。
第三方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有信号映射的计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时，以实现本发明任意一种所述的固态硬盘的控制方法。
第四方面，本发明提供了一种固态硬盘系统，该固态硬盘系统包括本发明任意一种所述的固态硬盘的控制装置以及多个固态硬盘。
本发明有益效果如下：
本发明通过计算固态硬盘的热时间常数，并根据所述热时间常数计算固态硬盘的剩余写入时间，使得主机能够根据该剩余写入时间来预测热节流何时开始，以在启动热节流前，将启动热节流的固态硬盘的任务分别给其他固态硬盘进行处理，从而实现最大化数据吞吐量。
附图说明
图1是本发明实施例的一种固态硬盘的控制方法的流程示意图；
图2是本发明实施例的一种固态硬盘的控制装置的结构示意图。
具体实施方式
为了解决现有技术中主机无法获知固态硬盘何时启动热节流，而影响整体的数据吞吐量的问题，本发明提供了一种固态硬盘的控制方法，通过计算固态硬盘的热时间常数，并根据所述热时间常数计算固态硬盘的剩余写入时间，使得主机能够根据该剩余写入时间来预测热节流何时开始，以在启动热节流前，将启动热节流的固态硬盘的任务分别给其他固态硬盘进行处理，从而实现最大化数据吞吐量。以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
方法实施例
本发明实施例提供了一种固态硬盘的控制方法，参见图1，该方法包括：
S101、计算固态硬盘的热时间常数，根据所述热时间常数计算所述固态硬盘的剩余写入时间，所述热时间常数为所述固态硬盘在固定功率下的温度变化率；
S102、在所述剩余写入时间为零时，将所述固态硬盘的任务分配给其他固态硬盘进行处理。
也就是说，本发明实施例通过计算固态硬盘的热时间常数，并根据所述热时间常数计算固态硬盘的剩余写入时间，使得主机能够根据该剩余写入时间来预测热节流何时开始，以在启动热节流前，将启动热节流的固态硬盘的任务分别给其他固态硬盘进行处理，从而实现最大化数据吞吐量。
需要说明的是，本发明实施例所述针对的是现有主机仅能够获知固态硬盘启动了热节流，而并不能知晓固态硬盘何时启动热节流，通过本发明，主机能够根据热时间常数计算固态硬盘的剩余写入时间，从而获知固态硬盘何时进入热节流，并在启动热节流前，将启动热节流的固态硬盘的任务分别给其他固态硬盘进行处理，从而实现最大化数据吞吐量。
总体来说，本发明实施例的整体构思是：通过测量固态硬盘系统的热时间常数，即在固定功率下的温度变化率。利用该热时间常数与全带宽操作时的突发写入功耗，以及启动热节流时，固态硬盘所对应的温度，即可计算尚余多少突发写入时间。然后将该信息提供给主机，由主机预测热节流何时开始，并且在启用热节流之前将程序重新分配给系统中其他固态硬盘。
本发明实施例所述的热节流为固态硬盘的控制装置为了保护固态硬盘，在固态硬盘达到一定温度后，控制固态硬盘进入暂停操作的一种模式。
本发明实施例中，是根据预定时间内所述固态硬盘产生的温度的差值来计算所述热时间常数。
具体来说，本发明实施例是通过设置在所述固态硬盘上的温度传感器测量所述固态硬盘的温度，计算预定时间内所述固态硬盘产生的温差，根据所述温差与所述预定时间的比值计算得到所述热时间常数。
通常来说，热时间常数的计算服从指数衰减，但固态硬盘控制装置的计算能力限制了精确估算指数衰减的能力。此外，在散热环境差的条件下，剩余突发时间可以简单地通过线性方程近似。所以本发明实施例设置热时间常数的线性近似等式：ΔT＝τ·t；
其中，ΔT是温度的变化值，t是突发写入的时间，即上文所述的预定时间，τ是热时间常数。
热时间常数即可通过测量开始突发写入后的两个温度点计算：
得到热时间常数近似值后，剩余的突发时间tB可以由以下等式得知：
其中，T是当前温度，TC是进行性能节流的临界温度，τ是热时间常数。
本发明实施例中，固态硬盘控制装置使用温度传感器来计算固态硬盘的热时间常数。温度传感器包括设置在固态硬盘内部不同部位的传感器，以监控整体固态硬盘的温度环境。
需要说明的是，一些因素，例如初始空气温度和空气流量，对固态硬盘的热时间常数的影响是未知的，并且很难在实时客户环境中得知。因此，热时间常数(取决于固态硬盘和系统的热质量)以及外部因素(例如气流和周围热系统)必要时，可以实时测量并不断调试。
也就是说，为了更精确的计算热时间常数，本领域的技术人员还可以参考初始空气温度、空气流量、周围热系统、固态硬盘的功率等等条件来计算和调试本发明实施例的热时间常数，以获得更准确的热时间常数。
热时间常数初始设定在适用于典型环境的默认值，然后使用本领域技术人员可根据任何方法调整该热时间常数。例如，可以使用最小均方算法来调整涉及固态硬盘当前功耗和温度变化率的方程式系数。
在任何时候，主机都可以请求热时间常数以及“剩余突发时间”，这将告诉主机在进行热节流之前可以多长时间进行突发写入。剩余的突发时间将根据当前系统温度以及当前适应的热时间常数不断更新。
具体实施时，本发明实施例所述温度传感器为多个，且所述温度传感器分别设置在所述固态硬盘内部的不同部位，以及所述固态硬盘的外部的不同侧面。具体本领域技术人员可以根据实际情况进行任意设置，本发明对此不作具体限定。
本发明实施例中，当所述温度传感器为多个时，根据每个所述温度传感器所对应的热时间常数分别计算所述固态硬盘的剩余写入时间，并在其中任一个温度传感器对应的剩余写入时间为零后，将所述固态硬盘的任务分配给其他固态硬盘进行处理。
也就是说，本发明实施例是根据不同的温度传感器计算相应的热时间常数和剩余写入时间，并以最小的剩余写入时间作为启动热节流的触发条件。
另外，在具体实施时，本发明实施例是根据所述热时间常数、所述固态硬盘的写入功耗以及启动热节流时所述固态硬盘所对应的温度，计算所述固态硬盘的剩余写入时间。
也就是说，本发明实施例根据热时间常数、当前的写入功耗以及启动热节流时固态硬盘所对应的温度，三者来计算得到固态硬盘的剩余写入时间。
具体实施时，本发明实施例在启动热节流程序后，通过温度传感器来实时检测到所述固态硬盘的温度，当判定该温度低于预设的温度阈值后，重新给所述固态硬盘分配任务。以实现最大化数据吞吐量。
本发明实施例将允许系统通过在固态硬盘之间智能地分配写入性能，从而具有更高的整体性能，使得所有固态硬盘在满负荷状态运行，并且没有任何限制性能的节流，这将产生更一致的系统性能，从而降低系统的总体成本。
需要说明的是，本发明实施例的固态硬盘是通过标准NVMe协议使用“VendorSpecific Command”协议完成的。
为了对本发明进行更好的说明，下面将通过一个具体的例子，对本发明实施例所述的方法进行详细的解释和说明：
本发明实施例所述的方法可以在NVMe固态硬盘中实现，使用NVMe“VendorSpecific Command”协议取得固态硬盘的温度传感器和剩余突发时间的信息。
固态硬盘设计可以是AIC插卡或U.2外形，并且在卡上有多个温度传感器。本发明实施例包括固态硬盘内部和外部两面的三个传感器。除了这些温度传感器，固态硬盘控制器的硅逻辑电路上还可以有多个温度传感器来监控控制器温度。
对于所有不同的温度传感器可以存在多个热时间常数。例如，每个外部温度传感器和内部控制器传感器将具有不同的热时间常数，因此可能也有不同的“剩余突发时间”。其中最短的“剩余突发时间”将会通过NVMe的“Vendor Specific Command”提供给主机，或最终将此NVMe命令标准化为NVMe标准的一部分。
其他的实施例可能不包括NVMe协议作为解决方案的一部分，可能涉及其他协议或者带外方法，如I2C接口。
本发明实施例可在NAND闪存上设置温度传感器，以提供对NAND本身温度更准确的测量。
需要说明的是，本发明实施例可将计算功能设置在现有的固态硬盘控制器以外的控制装置上，以最小化固态硬盘控制器上的负载，当然也可以将计算功能直接由现有的固态硬盘控制器来完成，或者也可以由主机来完成相应的计算功能。
在另一个实施例中，主机可以向固态硬盘的控制装置提供附加信息，例如空气温度和空气流量，这将允许固态硬盘的控制装置基于附加因素更快地调整剩余的突发时间。
装置实施例
本发明实施例提供了一种固态硬盘的控制装置，参见图2，该装置包括相互耦合的计算单元和处理单元，具体的：
计算单元，用于计算固态硬盘的热时间常数，根据所述热时间常数计算所述固态硬盘的剩余写入时间，所述热时间常数为所述固态硬盘在固定功率下的温度变化率；
处理单元，用于在所述剩余写入时间为零时，将所述固态硬盘的任务分配给其他固态硬盘进行处理。
也就是说，本发明实施例通过计算单元来计算固态硬盘的热时间常数，处理单元根据所述热时间常数计算固态硬盘的剩余写入时间，使得主机能够根据该剩余写入时间来预测热节流何时开始，以在启动热节流前，将启动热节流的固态硬盘的任务分别给其他固态硬盘进行处理，从而实现最大化数据吞吐量。
需要说明的是，本发明实施例所述针对的是现有主机仅能够获知固态硬盘启动了热节流，而并不能知晓固态硬盘何时启动热节流，通过本发明，主机能够根据热时间常数计算固态硬盘的剩余写入时间，从而获知固态硬盘何时进入热节流，并在启动热节流前，将启动热节流的固态硬盘的任务分别给其他固态硬盘进行处理，从而实现最大化数据吞吐量。
总体来说，本发明实施例的整体构思是：通过测量固态硬盘系统的热时间常数，即在固定功率下的温度变化率。利用该热时间常数与全带宽操作时的突发写入功耗，以及启动热节流时，固态硬盘所对应的温度，即可计算尚余多少突发写入时间。然后将该信息提供给主机，由主机预测热节流何时开始，并且在启用热节流之前将程序重新分配给系统中其他固态硬盘。
本发明实施例所述的热节流为固态硬盘的控制装置为了保护固态硬盘，在固态硬盘达到一定温度后，控制固态硬盘进入暂停操作的一种模式。
本发明实施例中，计算单元是根据预定时间内所述固态硬盘产生的温度的差值来计算所述热时间常数。
具体来说，本发明实施例计算单元是通过设置在所述固态硬盘上的温度传感器测量所述固态硬盘的温度，计算预定时间内所述固态硬盘产生的温差，根据所述温差与所述预定时间的比值计算得到所述热时间常数。
通常来说，热时间常数的计算服从指数衰减，但固态硬盘控制装置的计算能力限制了精确估算指数衰减的能力。此外，在散热环境差的条件下，剩余突发时间可以简单地通过线性方程近似。所以本发明实施例设置热时间常数的线性近似等式：ΔT＝τ·t；
其中，ΔT是温度的变化值，t是突发写入的时间，即上文所述的预定时间，τ是热时间常数。
热时间常数即可通过测量开始突发写入后的两个温度点计算：
得到热时间常数近似值后，剩余的突发时间tB可以由以下等式得知：
其中，T是当前温度，TC是进行性能节流的临界温度，τ是热时间常数。
本发明实施例中，计算单元是使用温度传感器来计算固态硬盘的热时间常数。温度传感器包括设置在固态硬盘内部不同部位的传感器，以监控整体固态硬盘的温度环境。
需要说明的是，一些因素，例如初始空气温度和空气流量，对固态硬盘的热时间常数的影响是未知的，并且很难在实时客户环境中得知。因此，热时间常数(取决于固态硬盘和系统的热质量)以及外部因素(例如气流和周围热系统)必要时，可以实时测量并不断调试。
也就是说，为了更精确的计算热时间常数，本领域的技术人员还可以参考初始空气温度、空气流量、周围热系统、固态硬盘的功率等等条件来计算和调试本发明实施例的热时间常数，以获得更准确的热时间常数。
热时间常数初始设定在适用于典型环境的默认值，然后使用本领域技术人员可根据任何方法调整该热时间常数。例如，可以使用最小均方算法来调整涉及固态硬盘当前功耗和温度变化率的方程式系数。
在任何时候，主机都可以请求热时间常数以及“剩余突发时间”，这将告诉主机在进行热节流之前可以多长时间进行突发写入。剩余的突发时间将根据当前系统温度以及当前适应的热时间常数不断更新。
具体实施时，本发明实施例所述温度传感器为多个，且所述温度传感器分别设置在所述固态硬盘内部的不同部位，以及所述固态硬盘的外部的不同侧面。具体本领域技术人员可以根据实际情况进行任意设置，本发明对此不作具体限定。
本发明实施例中，当所述温度传感器为多个时，计算单元是计算每个所述温度传感器所对应的热时间常数和剩余写入时间，处理单元在其中任一个温度传感器对应的剩余写入时间为零后，将所述固态硬盘的任务分配给其他固态硬盘进行处理。
也就是说，本发明实施例是根据不同的温度传感器计算相应的热时间常数和剩余写入时间，并以最小的剩余写入时间作为启动热节流的触发条件。
另外，在具体实施时，本发明实施例是根据所述热时间常数、所述固态硬盘的写入功耗以及热节流时所述固态硬盘所对应的温度，计算所述固态硬盘的剩余写入时间。
也就是说，本发明实施例的计算单元是根据热时间常数、当前的写入功耗以及启动热节流时固态硬盘所对应的温度，三者来计算得到固态硬盘的剩余写入时间。
具体实施时，本发明实施例在启动热节流程序后，实时检测到所述固态硬盘的温度，当所述温度低于预设的温度阈值后，重新给所述固态硬盘分配任务。以实现最大化数据吞吐量。
本发明装置实施例的相关部分可参照方法实施例部分进行理解，在此不再赘述。
计算机可读存储介质实施例
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有信号映射的计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时，以实现本发明任意一种所述的固态硬盘的控制方法。具体可参照方法实施例部分进行理解，在此不再赘述。
系统实施例
本发明实施例提供了一种固态硬盘系统，该固态硬盘系统包括本发明装置实施例中任意一种所述的固态硬盘的控制装置以及多个固态硬盘。
本发明实施例中的相关内容可参照装置实施例和方法实施例部分进行理解，在此不再赘述。
本发明可以至少可以达到以下的有益效果：
本发明实施例通过计算固态硬盘的热时间常数，并根据所述热时间常数计算固态硬盘的剩余写入时间，使得主机能够根据该剩余写入时间来预测热节流何时开始，以在启动热节流前，将启动热节流的固态硬盘的任务分别给其他固态硬盘进行处理，从而实现最大化数据吞吐量。
尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (13)

1.一种固态硬盘的控制方法，其特征在于，包括：
计算固态硬盘的热时间常数，根据所述热时间常数计算所述固态硬盘的剩余写入时间，所述热时间常数为所述固态硬盘在固定功率下的温度变化率；
在所述剩余写入时间为零时，将所述固态硬盘的任务分配给其他固态硬盘进行处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算固态硬盘的热时间常数，包括：
根据预定时间内所述固态硬盘产生的温度的差值来计算所述热时间常数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据预定时间内所述固态硬盘产生的温度的差值来计算所述热时间常数，包括：
通过设置在所述固态硬盘上的温度传感器测量所述固态硬盘的温度，计算预定时间内所述固态硬盘产生的温差，根据所述温差与所述预定时间的比值计算得到所述热时间常数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述温度传感器为多个，且所述温度传感器设置在所述固态硬盘内部的不同位置、以及所述固态硬盘外部的不同侧面上。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
当所述温度传感器为多个时，根据每个所述温度传感器所对应的热时间常数分别计算所述固态硬盘的剩余写入时间，并在计算出的任一个剩余写入时间为零后，将所述固态硬盘的任务分配给其他固态硬盘进行处理。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述热时间常数计算所述固态硬盘的剩余写入时间，包括：
根据所述热时间常数、所述固态硬盘的写入功耗以及启动热节流时所述固态硬盘所对应的温度，计算所述固态硬盘的剩余写入时间。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
当启动热节流程序后，实时检测到所述固态硬盘的温度，当所述温度低于预设的温度阈值后，重新给所述固态硬盘分配任务。
8.一种固态硬盘的控制装置，其特征在于，包括：
计算单元，用于计算固态硬盘的热时间常数，根据所述热时间常数计算所述固态硬盘的剩余写入时间，所述热时间常数为所述固态硬盘在固定功率下的温度变化率；
处理单元，用于在所述剩余写入时间为零时，将所述固态硬盘的任务分配给其他固态硬盘进行处理。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：温度传感器；
所述温度传感器，设置在所述固态硬盘上，用于测量所述固态硬盘的温度；
所述计算单元还用于，根据所述温度传感器测量的所述固态硬盘的温度，计算预定时间内所述固态硬盘产生的温差，并计算所述温差与所述预定时间的比值得到所述热时间常数。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，
所述温度传感器为多个，且所述温度传感器设置在所述固态硬盘内部的不同位置，以及所述固态硬盘的外部的不同侧面上。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，
当所述温度传感器为多个时，所述计算单元还用于根据每个所述温度传感器所对应的热时间常数分别计算所述固态硬盘的剩余写入时间；
所述处理单元还用于，在其中任一个温度传感器对应的剩余写入时间为零后，将所述固态硬盘的任务分配给其他固态硬盘进行处理。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有信号映射的计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时，以实现权利要求1-7中任意一项所述的固态硬盘的控制方法。
13.一种固态硬盘系统，其特征在于，该固态硬盘系统包括权利要求8-11中任意一项所述的固态硬盘的控制装置以及多个固态硬盘。
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