JP7457342B2 - データストレージ装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の各実施形態に係るデータストレージ装置100の読出し処理時間を示した図である。CPU等のデータ演算処理装置200は読出し命令をデータストレージ装置100に送る。データストレージ装置100は、ストレージコントローラ110とデータストレージデバイス120とから構成される。ストレージコントローラ110はデータストレージデバイス120に読出し命令を発する。ストレージコントローラ110がデータストレージデバイス120に読出し命令を発するまでの読出し制御処理時間が制御処理時間1である。次いで、読出し命令を受けたデータストレージデバイス120がデータを出力する時間がデータストレージデバイスデータ処理時間であり、これは、データ内部準備時間とデータ外部転送時間とから構成される。次いで、データストレージデバイスが出力した読出しデータをストレージコントローラ110がデータ演算処理装置200に出力制御するのにかかる出力制御処理時間が制御処理時間2である。データストレージ装置100がデータの読出しにかかる時間は、制御処理時間1+データ内部準備時間+データ外部転送時間+制御処理時間2の合計時間である。
図8は本発明の第1の実施形態に係るデータストレージ装置100の変形例1のデータ書き込み動作を示す図である。分割情報(元データを分割する際の区切りを示すデータであるV1、V2、V3・・・Vn-1を含む)を保存する保存領域130が設けられている。保存領域130はストレージコントローラ110の内部にあってもよいし、ストレージコントローラ110の外部に設けられていてもよい。ストレージコントローラ110は、これら分割情報を保存領域130に保存する。ストレージコントローラ110は、データ演算処理装置200から所定のコマンドを受信することで、元データを分割する際の区切りを示すデータであるV1、V2、V3・・・Vn-1の具体的値を設定できるようにしてもよい。
図10は本発明の第1の実施形態に係るデータストレージ装置100の変形例2を示す図である。上記実施形態に加えて、データストレージデバイス140が追加されている。このデータストレージデバイス140には元データをそのまま格納する。この結果、分割データと分割前データの整合性が確保される。特に、上記変形例2とともに用いる場合、分割情報が変更されても、元のデータを復元できるという効果がある。
図11は本発明の第2の実施形態に係るストレージコントローラ110の動作を示す。元データData1、Data2、・・・Datamはさまざまなデータサイズを有する。ストレージコントローラ110は、この各元データをデータサイズ毎に仕分けをする。しきい値となるデータサイズは、V1、V2、V3・・・Vn-1(単位、Byte)である。ストレージコントローラ110は、各元データを1群(データサイズがV1以下のデータ)、2群(データサイズがV1を超過し、V2以下のデータ)、3群(データサイズがV2を超過し、V3以下のデータ)・・・n群(データサイズがVn-1超過のデータ)に仕分ける。
図15は本発明の第1又は第2の実施形態に係るデータストレージ装置100の変形例3を示す図である。同一のメモリ特性(内部準備時間やデータ転送時間等の読み出し性能を含む各種の特性)を有する複数のデータストレージデバイスがグループ化されている。データストレージデバイス(1-1)1211~(1-m1)121mは同一のメモリ特性c1を有する。データストレージデバイス(2-1)1221~(2-m2)122mは同一のメモリ特性c2を有する。データストレージデバイス(n-1)12n1~(n-mn)12nmは同一のメモリ特性cnを有する。ストレージコントローラ110は第1の実施形態にあっては元データをn分割してメモリ特性に応じて分割されたデータを格納し、第2の実施形態にあっては元データをn群に仕分けしてそれぞれ異なるグループのデータストレージデバイス群に格納する。
図16は本発明の第1又は第2の実施形態に係るデータストレージ装置100の変形例4を示す図である。1つのメモリデバイス150内に、メモリ特性が異なる複数の領域(a1)151、(a2)152、(an-1)15n-1、(an)15nが設けられている。ストレージコントローラ110は第1の実施形態にあっては元データをn分割してメモリ特性に応じて分割されたデータを格納し、第2の実施形態にあっては元データをn群に仕分けしてそれぞれ異なるメモリデバイス内領域に格納する。
本発明の上記実施形態の効果の検証に用いるデータストレージデバイス120は、B4-Flash、SLC NAND Flash、MLC NAND Flashの3種類の組み合わせである。データストレージ装置の動作に必要な各時間を図17に示した。独立に動作するチャンネル数は4とした。
検証に用いた第1の実施態様の具体例1は以下のとおりである。すなわち、分割前の元データの最大サイズは1024KBである。これをストレージコントローラ110が8K、64KBでデータに区切りを入れる。元データは、データ頭から8KBのデータ、56KBのデータ、残りの960KBのデータに分割される。そして、データ頭から8KBのデータは高速(データ内部準備時間が最も短い)なB4-Flashに、56KBのデータは中速(データ内部準備時間が中程度)のSLC NAND Flashに、残りの960KBのデータは低速(データ内部準備時間が最も長い)なMLC NAND Flashに、それぞれ格納される。図20は第1の実施態様の具体例1の読出時間、図21はそれをグラフにしたものである。図22は第1の実施態様の具体例1の読出速度、図23はそれをグラフにしたものである。
検証に用いた第1の実施態様の具体例2は以下のとおりである。すなわち、分割前の元データの最大サイズは1024KBである。これをストレージコントローラ110が1KB、8KB、64KBでデータに区切りを入れる。元データは、データ頭から1KBのデータ、7KBのデータ、56KBのデータ、残りの960KBのデータに分割される。そして、データ頭から1KBのデータは超高速(ダイレクトアクセスでデータ内部準備時間が最も短い)のMRAM、7KBのデータは高速(データ内部準備時間が短い)なB4-Flashに、56KBのデータは中速(データ内部準備時間が中程度)のSLC NAND Flashに、残りの960KBのデータは低速(データ内部準備時間が最も長い)なMLC NAND Flashに、それぞれ格納される。MRAMはダイレクトアクセスなので、ストレージコントローラ110によるファイルシステム(論理アドレス/物理アドレス変換)を通さないため、9μ秒のオーバーヘッド時間が節約できる。図24は第1の実施態様の具体例2の読出時間、図25はそれをグラフにしたものである。図26は第1の実施態様の具体例2の読出速度、図27はそれをグラフにしたものである。
検証に用いた第2の実施態様の具体例1は以下のとおりである。すなわち、データ演算処理装置より保存を命令されたデータを、データサイズが8KB以下のものを1群、データサイズが8KB超過で、64KB以下のものを2群、データサイズが64KB超過しているものを3群、にストレージコントローラで仕分けを行う。1群から3群までを、ストレージデバイスのデータ内部準備時間の短いものから順に保存する。1群のデータをB4-Flashに、2群のデータをSLC NANDに、3群のデータをMLC NANDに保存する。図28は第2の実施態様の具体例1の読出時間、図29はそれをグラフにしたものである。図30は第2の実施態様の具体例1の読出速度、図31はそれをグラフにしたものである。
検証に用いた第2の実施態様の具体例2は以下のとおりである。すなわち、データ演算処理装置より保存を命令されたデータを、データサイズが1KB以下のものを1群、データサイズが1KB超過で8KB以下のものを2群、データサイズが8KB超過で64KB以下のものを3群、データサイズが64KBを超過しているものを4群、にストレージコントローラで仕分けを行う。1群から4群までを、ストレージデバイスのデータ内部準備時間の短いものから順に保存する。1群のデータをMRAM(ダイレクトアクセス)に、2群のデータをB4-Flashに、3群のデータをSLC NANDに、4群のデータをMLC NANDに保存する。図32は第2の実施態様の具体例2の読出時間、図33はそれをグラフにしたものである。図34は第2の実施態様の具体例2の読出速度、図35はそれをグラフにしたものである。
上記具体例においては、データストレージデバイスとして、SLC NAND、MLC NAND、B4-Flash、MRAMなどを用いた。しかし、3DXpointやReRAMなどの不揮発性メモリを用いてもよく、またDRAMなどの揮発性メモリを用いてもよい。但し、揮発性メモリを用いる場合は電源オフ時の処置対策が別に必要となる。具体的には、バッテリーバックアップが必要である。
110 ストレージコントローラ
120~124 データストレージデバイス
200 データ演算処理装置
Claims (9)
- B4-Flashである第1のデータストレージデバイスと、
前記第1のデータストレージデバイスよりも読出し時間が長いNAND Flashである第2のデータストレージデバイスと、
元データをデータ頭に近い第1の部分及びデータ頭からより遠い第2の部分を含むように分割し、前記第1の部分を前記第1のデータストレージデバイスに、前記第2の部分を前記第2のデータストレージデバイスにそれぞれ格納し、データを読み出す際には、読み出した第1のデータと第2のデータとを結合して出力するストレージコントローラと、
を具備するデータストレージ装置であって、
前記第1のデータストレージデバイスと前記ストレージコントローラとは、1つの半導体チップに混載又は実装され、
前記第1のデータストレージデバイスに格納される前記第1の部分の最初のデータが前記データストレージ装置から前記データストレージ装置に接続されるデータ演算処理装置に出力される時間は、前記ストレージコントローラが前記データ演算処理装置から第1の読出し命令を受けることで、前記ストレージコントローラが前記第1のデータストレージデバイスに前記第1の読出し命令に対応する第2の読出し命令を発するまでの制御処理時間1と、前記第2の読出し命令を受けた前記第1のデータストレージデバイスが前記第2の読出し命令に対応する前記最初のデータの頭出しをするまでのデータ内部準備時間と、前記第1のデータストレージデバイスから前記ストレージコントローラに前記最初のデータが転送されるデータ外部転送時間と、前記ストレージコントローラが前記データ演算処理装置に前記最初のデータを出力制御するのにかかる制御処理時間2と、の合計時間であることを特徴とするデータストレージ装置。 - 請求項1記載のデータストレージ装置において、前記第2のデータストレージデバイスはSLC NAND Flashであり、さらに、前記第2のデータストレージデバイスよりも読出し時間が長いMLC NAND Flashからなる第3のデータストレージデバイスを有し、
前記ストレージコントローラは前記元データをデータ頭に近い前記第1の部分及びデータ頭から遠い前記第2の部分に加えて、前記第2の部分よりもデータ頭からより遠い第3の部分とを含むように分割し、前記第1の部分を前記第1のデータストレージデバイスに、前記第2の部分を前記第2のデータストレージデバイスに、前記第3の部分を前記第3のデータストレージデバイスにそれぞれ格納し、データを読み出す際には、読み出した第1のデータと第2のデータと第3のデータとを結合して出力することを特徴とするデータストレージ装置。 - 請求項1記載のデータストレージ装置において、さらに、前記第1のデータストレージデバイスよりも読出し時間が短いMRAM、ReRAM、3DXpoint、またはDRAMの何れかからなる第4のデータストレージデバイスを有し、
前記ストレージコントローラは格納すべきデータをデータ頭に最も近い第4の部分と、前記第4の部分よりデータ頭から遠い前記第1の部分と、前記第1の部分よりもデータ頭からより遠い前記第2の部分と、を含むように分割し、前記第4の部分を前記第4のデータストレージデバイスに、前記第1の部分を前記第1のデータストレージデバイスに、前記第2の部分を前記第2のデータストレージデバイスにそれぞれ格納し、データを読み出す際には、読み出した第4のデータと第1のデータと第2のデータとを結合して出力することを特徴とするデータストレージ装置。 - 請求項3記載のデータストレージ装置において、前記第4のデータストレージデバイスはダイレクトアクセスを利用できるMRAMであることを特徴とするデータストレージ装置。
- 請求項1記載のデータストレージ装置において、前記第1の部分と前記第2の部分を区画する境界にかかる情報を保存する記憶領域を有することを特徴とするデータストレージ装置。
- 請求項1記載のデータストレージ装置において、前記第2のデータストレージデバイスよりも読出し時間が長い第5のデータストレージデバイスを有し、
前記ストレージコントローラは前記元データを前記第5のデータストレージデバイスに格納することを特徴とするデータストレージ装置。 - 請求項1記載のデータストレージ装置において、同一のメモリ特性を有する複数の第1のデータストレージデバイスを有し、
前記第1の部分を前記複数の第1のデータストレージデバイスに格納することを特徴とするデータストレージ装置。 - 請求項7記載のデータストレージ装置において、前記ストレージコントローラは、メインストレージコントローラと、それぞれが個々の前記複数の第1のデータストレージデバイスに対応する複数のサブストレージコントローラとから、ツリー状に構成されることを特徴とするデータストレージ装置。
- 請求項1記載のデータストレージ装置において、前記第1のデータストレージデバイスと前記第2のデータストレージデバイスとは、1つのデータストレージデバイスの異なる領域を含むことを特徴とするデータストレージ装置。
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