CN206178765U - Ssd单元及ssd设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及数据存储技术领域，公开了一种SSD单元及SSD设备，所述SSD单元，包括主控芯片和由所述主控芯片所控制的存储介质，所述主控芯片设置有两个PCI‑E接口，分别为主从芯片传输接口PCIe root和从主芯片传输接口PCIe endpoint，所述PCIe root为将所述主控芯片与下级SSD单元的主控芯片连接的接口，所述PCIe endpoint为将所述主控芯片与上级SSD单元的主控芯片或主机连接的接口，使得SSD单元能够通过主、从串接的方式实现SSD设备的容量扩展，而且能够减少Host管理复杂程度与CPU开销。

Description

SSD单元及SSD设备

技术领域

本实用新型涉及数据存储技术领域，尤其涉及一种SSD单元及SSD设备。

背景技术

固态硬盘(Solid State Drives，SSD)由固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由主控芯片和存储单元组成。固态硬盘在接口的规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同，但是性能超越了传统硬盘几个数量级。随着SSD存储的容量需求越来越大，对于大容量SSD的渴求越来越旺盛，而单个SSD主控芯片能够控制的存储介质容量是随着生产工艺水准的发展而增大，每次迭代时间需要一年至一年半甚至更久，已经无法满足特定客户突发性的容量爆炸需求。

目前，为了实现SSD的容量扩展，用户通过在主机Host插入更多SSD来实现，但是，由于考虑到Host上SSD插槽数量的局限性，该方法并不能满足用户的需求。此外，还有一种方法是在SSD上使用PCIe Switch来让多个主控同时能被Host访问，参加图1。此时Host需要通过PCIe Switch来跟多个SSD设备通信，由此Host上会看到多个盘符，增加管理成本，并且无法在此SSD上安装操作系统程序。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型提出了一种SSD单元及SSD设备，不仅能够实现存储容量的扩展，而且能够减少Host管理复杂程度与CPU开销，同时也能省下了PCIe Switch芯片的成本。

本实用新型的一个方面，提供了一种SSD单元，包括主控芯片和由所述主控芯片所控制的存储介质，所述主控芯片设置有两个PCI-E接口，分别为主从芯片传输接口PCIeroot和从主芯片传输接口PCIe endpoint，所述主从芯片传输接口PCIe root为将所述主控芯片与下级SSD单元的主控芯片连接的接口，所述从主芯片传输接口PCIe endpoint为将所述主控芯片与上级SSD单元的主控芯片或主机连接的接口。

可选地，所述两个PCI-E接口设置在所述主控芯片的同一侧面或分布在所述主控芯片的不同侧面。

可选地，所述PCI-E为PCI-E x4或PCI-E x8接口。

本实用新型的另一个方面，提供了一种SSD设备，包括至少两个如上所述的SSD单元，分别为主SSD单元和至少一个从SSD单元；

所述主SSD单元的从主芯片传输接口PCIe endpoint通过PCI-E总线与主机的SSD插槽连接，所述主SSD单元的主从芯片传输接口PCIe root通过PCI-E总线与一个从SSD单元的从主芯片传输接口PCIe endpoint连接，以通过串接的方式实现主机与主SSD单元，以及主SSD单元与从SSD单元之间的数据通信。

可选地，所述主SSD单元的从主芯片传输接口PCIe endpoint采用PCI-E x4或PCI-E x8接口与所述主机的连接。

可选地，所述主SSD单元的主从芯片传输接口PCIe root采用PCI-E x4或PCI-E x8接口与所述从SSD单元的从主芯片传输接口PCIe endpoint连接。

可选地，所述从SSD单元的主从芯片传输接口PCIe root通过PCI-E总线与第三SSD单元的从主芯片传输接口PCIe endpoint连接，以实现从SSD单元与第三SSD单元之间的数据通信。

本实用新型实施例提供的SSD单元及SSD设备，通过在SSD单元的主控芯片设置两个PCI-E接口，分别为主从芯片传输接口PCIe root和从主芯片传输接口PCIe endpoint，主从芯片传输接口PCIe root为将所述主控芯片与下级SSD单元的主控芯片连接的接口，从主芯片传输接口PCIe endpoint为将所述主控芯片与上级SSD单元的主控芯片或主机连接的接口，使得SSD单元能够通过主、从串接的方式实现SSD设备的容量扩展，而且能够减少Host管理复杂程度与CPU开销，同时也能省下了PCIe Switch芯片的成本。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了现有技术中的一种SSD设备的结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例的一种SSD单元的结构示意图；

图3示出了本实用新型实施例的一种SSD设备的结构示意图；

图4示出了本实用新型另一实施例的一种SSD设备的结构示意图；

图5示出了本实用新型实施例中数据访问指令的指令格式示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

图2示意性示出了本实用新型一个实施例的SSD单元的结构示意图。参照图2，本实用新型实施例的SSD单元，包括主控芯片10和由所述主控芯片所控制的存储介质20，所述主控芯片10设置有两个PCI-E接口，分别为主从芯片传输接口PCIe root和从主芯片传输接口PCIeendpoint，所述主从芯片传输接口PCIe root为将所述主控芯片10与下级SSD单元的主控芯片连接的接口，所述从主芯片传输接口PCIe endpoint为将所述主控芯片10与上级SSD单元的主控芯片或主机连接的接口。

其中，本实施例中的主机Host为PC机或者服务器。

其中，本实施例中的两个PCI-E接口可以设置在所述主控芯片的同一侧面或分布在所述主控芯片的不同侧面。

本实施例中，通过为主控芯片10设置的两个PCI-E接口，使得多个SSD单元能够通过主、从串接的方式进行扩展，不仅实现了SSD设备的容量扩展，而且能够减少主机Host侧的管理复杂程度与CPU开销。

本实施例中，存储介质20可采用FLASH芯片或DRAM芯片实现。

本实施例中，所述PCI-E为PCI-E x4或PCI-E x8接口。

图3示意性示出了本实用新型一个实施例的SSD设备的结构示意图。参照图3，本实用新型实施例的SSD设备，包括至少两个如上任一实施例所述的SSD单元，分别为主SSD单元和至少一个从SSD单元；

所述主SSD单元的从主芯片传输接口PCIe endpoint通过PCI-E总线与主机的SSD插槽连接，所述主SSD单元的主从芯片传输接口PCIe root通过PCI-E总线与一个从SSD单元的从主芯片传输接口PCIe endpoint连接，以通过串接的方式实现主机与主SSD单元，以及主SSD单元与从SSD单元之间的数据通信。

本实施例中，所述主SSD单元的从主芯片传输接口PCIe endpoint采用PCI-E x4或PCI-E x8接口与所述主机的连接。

本实施例中，所述主SSD单元的主从芯片传输接口PCIe root采用PCI-E x4或PCI-E x8接口与所述从SSD单元的从主芯片传输接口PCIe endpoint连接。

在本实用新型的一个可选实施例中，参照图4，SSD设备包括三级SSD单元，其中，主SSD单元的从主芯片传输接口PCIe endpoint通过PCI-E总线与主机的SSD插槽连接，以实现主机与主SSD单元之间的数据通信；所述主SSD单元的主从芯片传输接口PCIe root通过PCI-E总线与一个从SSD单元的从主芯片传输接口PCIe endpoint连接，以实现主SSD单元与从SSD单元之间的数据通信，该从SSD单元的主从芯片传输接口PCIe root通过PCI-E总线与第三SSD单元的从主芯片传输接口PCIe endpoint连接，以实现从SSD单元与第三SSD单元之间的数据通信。

在本实施中，在进行第三级SSD单元的扩展时，从SSD单元则可以作为第三SSD单元的主SSD单元，实现主从SSD单元之间的数据传输。本实用新型实施例，通过多级SSD单元串接的方式进行SSD设备扩展，不仅实现了容量扩展，而且，Host只需要跟主SSD单元通信即可，不仅能够减少Host侧的管理复杂程度与CPU开销。而且，相较于现有的通过PCIe Switch芯片扩展方式，还节省下了PCIe Switch芯片的成本。

需要说明的是，上述实施例提出的SSD设备的具体结构，仅用于对本实用新型技术方案进行示例性的解释说明，并非对本方案的限定，可以理解的，在实际应用场景中，可基于对存储容量的需求，根据本实用新型技术方案的思想对SSD设备进行更多级别的扩展。

本实施例提供的SSD设备在实际应用中的数据处理流程具体包括以下步骤：

接收主机发送的数据访问指令，所述数据访问指令中携带有操作类型标识和逻辑块地址LBA；

确定所述LBA所指示的地址范围是否属于所述主SSD单元的主控芯片所控制的存储介质；

若是，则根据所述操作类型标识对主SSD单元进行相应的数据访问处理，向所述主机发送指令完成响应；

否则，将所述数据访问指令发送到所述从SSD单元，以供所述从SSD单元根据所述操作类型标识对从SSD单元进行相应的数据访问处理，并返回数据处理完成响应信号；

在接受到所述从SSD单元返回的数据处理完成响应信号后，向所述主机发送指令完成响应。

具体的，当操作类型标识为写操作时，所述根据所述操作类型标识对主SSD单元进行相应的数据访问处理，包括：将待处理数据写入所述主SSD单元的主控芯片所控制的存储介质；所述将数据访问指令发送到所述从SSD单元，以供所述从SSD单元根据所述操作类型标识对从SSD单元进行相应的数据访问处理，包括：将所述数据访问指令发送到所述从SSD单元，以供所述从SSD单元将所述待处理数据写入从SSD单元的主控芯片所控制的存储介质，并向主SSD单元返回写数据完成响应信号。

具体的，当操作类型标识为读操作时，所述根据所述操作类型标识对主SSD单元进行相应的数据访问处理，包括：根据所述LBA所指示的地址范围从所述主SSD单元的主控芯片所控制的存储介质中读取数据；所述将数据访问指令发送到所述从SSD单元，以供所述从SSD单元根据所述操作类型标识对从SSD单元进行相应的数据访问处理，包括：将所述数据访问指令发送到所述从SSD单元，以供所述从SSD单元根据所述LBA所指示的地址范围读取所述从SSD单元的主控芯片所控制的存储介质，并将所读取的数据发送到所述主SSD单元，由所述主SSD单元将所读取的数据发送至所述主机。

下面以数据访问指令中的操作类型标识为写入操作为例，对本实用新型技术方案中的SSD设备的工作原理进行解释说明。

当Host需要对SSD设备进行I/O访问时，Host下发数据访问指令到主SSD单元的主控芯片，具体指令格式如图5所示。数据访问指令中携带有操作类型标识OPCODE和逻辑块地址LBA，其中，部分字段跟本技术方案无关，所以省略。

具体的，主SSD单元的主控芯片需要将此LBA进行判断，判断LBA所指示的地址范围属于主SSD单元的主控芯片的控制范围还是属于从SSD单元的主控芯片的控制范围，如果属于主SSD单元的主控芯片的控制范围，则直接将此指令对应的DATA存储在主SSD单元的主控芯片本地所管理的存储介质中，如果属于从SSD单元的主控芯片的控制范围，则需要启动从SSD单元，把数据访问指令的所有字段都转发给从SSD单元，交由从SSD单元的主控芯片处理。由于一个写命令可能会带有多个LBA，所以需要主、从SSD单元对应的主控芯片各自完成相应的任务处理，待从SSD单元将任务处理完成的信号传回给主SSD单元，主SSD单元才能将此任务完成的信号回传给Host，表示此次的写命令已经完全写入至存储介质中。

需要说明的是，读操作命令也类似，区别仅在于读命令需要先把不管是来自于主SSD单元本地的DATA还是来自于从SSD单元的DATA都通过主SSD单元的主控芯片与Host之间的PCIe通道发送到Host，然后才能发送指令完成响应信号给Host。

本实用新型实施例提供的SSD单元及SSD设备，通过在SSD单元的主控芯片设置两个PCI-E接口，分别为主从芯片传输接口PCIe root和从主芯片传输接口PCIe endpoint，主从芯片传输接口PCIe root为将所述主控芯片与下级SSD单元的主控芯片连接的接口，从主芯片传输接口PCIe endpoint为将所述主控芯片与上级SSD单元的主控芯片或主机连接的接口，使得SSD单元能够通过主、从串接的方式实现SSD设备的容量扩展，而且能够减少Host管理复杂程度与CPU开销，同时也能省下了PCIe Switch芯片的成本。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种SSD单元，其特征在于，包括主控芯片和由所述主控芯片所控制的存储介质，所述主控芯片设置有两个PCI-E接口，分别为主从芯片传输接口PCIe root和从主芯片传输接口PCIe endpoint，所述PCIe root为将所述主控芯片与下级SSD单元的主控芯片连接的接口，所述PCIe endpoint为将所述主控芯片与上级SSD单元的主控芯片或主机连接的接口。

2.根据权利要求1所述的SSD单元，其特征在于，所述两个PCI-E接口设置在所述主控芯片的同一侧面或分布在所述主控芯片的不同侧面。

3.根据权利要求1或2所述的SSD单元，其特征在于，所述PCI-E为PCI-E x4或PCI-E x8接口。

4.一种SSD设备，其特征在于，包括至少两个如权利要求1-3任一项所述的SSD单元，分别为主SSD单元和至少一个从SSD单元；

所述主SSD单元的PCIe endpoint通过PCI-E总线与主机的SSD插槽连接，所述主SSD单元的PCIe root通过PCI-E总线与一个从SSD单元的PCIe endpoint连接，以通过串接的方式实现主机与主SSD单元，以及主SSD单元与从SSD单元之间的数据通信。

5.根据权利要求4所述的SSD设备，其特征在于，所述主SSD单元的PCIe endpoint采用PCI-E x4或PCI-E x8接口与所述主机的连接。

6.根据权利要求4所述的SSD设备，其特征在于，所述主SSD单元的PCIe root采用PCI-Ex4或PCI-E x8接口与所述从SSD单元的PCIe endpoint连接。

7.根据权利要求4-6任一项所述的SSD设备，其特征在于，所述从SSD单元的PCIe root通过PCI-E总线与第三SSD单元的PCIe endpoint连接，以实现从SSD单元与第三SSD单元之间的数据通信。