TWM532048U - 電腦系統 - Google Patents

Description

電腦系統

本創作關於一種電腦系統，尤指一種可利用非揮發性記憶體與處理器直接交換封包的系統。

隨著資訊科技的進步與發展，電腦裝置已成為人們於工作、生活上不可或缺之產品。為了提升電腦系統存取的效能及速度，各種不同的記憶體也隨之產生。例如，非揮發性記憶體（Non-Volatile Memory express，NVMe）及動態隨機存取記憶體（Dynamic Random Access Memory，DRAM）等，皆可提供較高的存取速度及效能。

一般而言，電腦系統之處理器會自動態隨機存取記憶體讀取或寫入資料，或是電腦系統藉由動態隨機存取記憶體以直接記憶體存取（Direct Memory Access，DMA）的方式，使得電腦系統的內部系統不需處理器介入處理，直接讀取或寫入動態隨機存取記憶體來提升處理速度。然而，由於現行的非揮發性記憶體擁有比動態隨機存取記憶體更快的存取速度及非揮發性之特性，卻僅被當作儲存裝置使用。因此，如何利用非揮發性記憶體來提升電腦系統存取的效能，便成為本領域重要課題之一。

因此，本創作之主要目的即在於提供一種利用非揮發性記憶體與處理器直接交換封包的電腦系統，以提升電腦系統的資料存取效能，並且降低電腦系統的耗電量。

本創作揭露一種電腦系統，其包含有一處理器；以及一非揮發性記憶體（Non-Volatile Memory express，NVMe），耦接於該處理器，用來將所儲存的資料直接與該處理器進行封包交換。

傳統的非揮發性記憶體擁有的比動態隨機存取記憶體較快存取速度及非揮發性之特性卻僅被作為儲存裝置使用，而且非揮發性記憶體有待與處理器交換的資料時則需將資料先傳送至動態隨機存取記憶體才能與處理器進行封包交換。有鑑於此，本創作提供一種可利用非揮發性記憶體與處理器直接交換封包（Direct NVMe Access，DNA）方式的電腦系統，藉此有效利用非揮發性記憶體的特性及減輕動態隨機記憶體的負載，以提升電腦系統的資料存取速度及系統效能。

請參考第1圖，第1圖為本創作實施例之一電腦系統10之示意圖。電腦系統10包含一處理器102、一非揮發性記憶體104、一週邊單元106及一動態隨機存取記憶體108。非揮發性記憶體104耦接於處理器102及週邊單元106。非揮發性記憶體104可用來與週邊單元106進行資料傳輸，並且可直接與處理器102直接進行封包交換（DNA方式），而不需將封包傳送至動態隨機存取記憶體108，再經由動態隨機存取記憶體108與處理器102進行封包交換。換言之，電腦系統10可利用非揮發性記憶體104與週邊單元106進行資料傳輸並直接與處理器102進行資料封包交換。非揮發性記憶體104可將來自於週邊單元106的資料直接提供至處理器102，並且可提供處理器102直接儲存資料至非揮發性記憶體104。例如，將作業系統中所需要傳輸量較小的資料透過非揮發性記憶體104來儲存並直接與處理器102進行資料封包交換，而不需要間接經由動態隨機存取記憶體108與處理器102進行封包交換。此外，動態隨機存取記憶體108亦可與非揮發性記憶體104互相分享傳輸的資料，或是於動態隨機存取記憶體108斷電時，將欲暫存之資料傳至非揮發性記憶體104，使得動態隨機存取記憶體108完全斷電降低電腦系統10的耗電量。

在一實施例中，非揮發性記憶體104可以取代電腦系統10中關於動態隨機存取記憶體108與處理器102直接進行封包交換的功能。也就是說，在電腦系統10中，處理器102透過記憶體匯流排直接存取儲存於非揮發性記憶體104之中的相關程式資料與指令資料來執行相關運作。在此情況下，非揮發性記憶體104 做為主系統記憶體，所有資料係透過非揮發性記憶體104來與處理器102直接進行封包交換。動態隨機存取記憶體108所儲存之資料也透過非揮發性記憶體104的運作來提供處理器102存取。

在一實施例中，非揮發性記憶體104部份取代電腦系統10中關於動態隨機存取記憶體108與處理器102直接進行封包交換的功能，非揮發性記憶體104可與處理器102直接進行封包交換，動態隨機存取記憶體108也可與處理器102直接進行封包交換。也就是說，在電腦系統10中，處理器102透過記憶體匯流排直接存取儲存於非揮發性記憶體104或動態隨機存取記憶體108之中的相關程式資料與指令資料來執行相關運作。在此情況下，非揮發性記憶體104與動態隨機存取記憶體108 做為主系統記憶體。部份資料係透過非揮發性記憶體104來與處理器102直接進行封包交換，部份資料係透過動態隨機存取記憶體108來與處理器102直接進行封包交換，可視系統需求而可做不同的安排與規範。

舉例來說，非揮發性記憶體104可透過週邊裝置連接快遞（Peripheral Component Interconnect Express，PCIe）的實體層傳輸方式來與週邊裝置106通訊，使得非揮發性記憶體104具有存取速度快的特性。此外，假設非揮發性記憶體104的傳輸頻寬（例如4GB/s）較動態隨機存取記憶體108的傳輸頻寬（例如25.6GB/s）小，DNA的存取方式可適用於搭配電腦系作業系統的中傳輸量較小的資料。例如，作業系統中的資源庫（Library）。再者，非揮發性記憶體104可於動態隨機存取記憶體108斷電時，將欲暫存之資料傳至非揮發性記憶體104，等待動態隨機存取記憶體108上電時，再將資料傳回動態隨機存取記憶體108。例如，在傳統僅以動態隨機存取記憶體做為主系統記憶體的情況下，傳統電腦系統處於S3模式（例如除了動態隨機存取記憶體之外的其他電腦系統裝置皆處於休眠狀態）時，為了保留動態隨機存取記憶體的內部資料，通常需要維持動態隨機存取記憶體的電力，而無法有效降低電腦系統的耗電量。本創作於進入電腦系統10之S3模式前，電腦系統10將動態隨機存取記憶體108的資料傳送至非揮發性記憶體104中，並且非揮發性記憶體104進入D3 Hot模式（此時電腦系統10提供至裝置的電力關閉，而非揮發性記憶體104仍能保留內文），則非揮發性記憶體104不需隨時充電（refresh）而得以降低電腦系統10的耗電量。如此一來，本創作可利用非揮發性記憶體的非揮發性特性，於電腦系統10斷電時將暫存資料自動態隨機存取記憶體108中存放於非揮發性記憶體104，藉此大幅降低電腦系統10的耗電量並且提升電池效能。

除此之外，在另一實施例中，電腦系統10亦可利用非揮發性記憶體104與處理器102直接交換封包DNA方式應用到電腦系統10之S4模式（即電腦系統10處於休眠狀態），並且以極低耗電的模式來提升S4模式喚醒的速度。詳細來說，傳統的電腦系統處於S4模式時，電腦系統會將動態隨機存取記憶體的暫存資料寫入硬碟，待重新啟動時再由動態隨機存取記憶體讀取暫存於硬碟的資料，以提升S4模式喚醒的速度。例如，當電腦系統進入S4模式前，電腦系統將動態隨機存取記憶體的資料寫入硬碟，並於電腦系統啟動時由BIOS系統重新初始化將硬碟中的資料讀取至動態隨機存取記憶體。相較之下，本創作實施例於電腦系統10之S4模式時，處理器102進入低功率模式（Low Power Mode，即電腦狀態C8～C10），非揮發性記憶體104進入D3 Hot模式以及動態隨機存取記憶體108完全斷電，接著，動態隨機存取記憶體108於電腦系統10於重新啟動時，直接讀取儲存於非揮發性記憶體104中的資料即可。如此一來，電腦系統可不需於重新開啟時，藉由重新初始化才能將硬碟中的資料讀取至動態隨機存取記憶體108，進而增進電腦系統的存取速度及效能。

另一方面，為了使得非揮發性記憶體104可同時作為電腦系統10的儲存裝置及系統記憶體，請參考第2圖。第2圖為本創作實施例之名稱空間分配之示意圖。本創作的非揮發性記憶體104包含一資料儲存名稱空間202以及一系統記憶體名稱空間204。相較於傳統非揮發性記憶體，本創作的非揮發性記憶體104由原先一資料儲存名稱空間202，新增一系統記憶體名稱空間204，其為用來區分原先非揮發性記憶體104儲存資料所使用的名稱空間，並且以DNA方式直接與處理器102進行封包交換，以避免非揮發性記憶體104的名稱空間的混用。因此，處理器102可以DMA方式讀取及寫入非揮發性記憶體104的資料儲存名稱空間202，並且藉由系統記憶體名稱空間204，使得處理器102可以DNA方式直接與非揮發性記憶體104進行封包交換。此外，電腦系統10可根據系統所需來動態調整資料儲存名稱空間202與系統記憶體名稱空間204的資源，例如，當電腦系統10欲以DNA方式與非揮發性記憶體104直接交換封包時，電腦系統10判斷將適當的名稱空間大小切換為系統記憶體名稱空間204。如此一來，電腦系統10可藉由調整非揮發性記憶體104的名稱空間，來解決電腦系統10的動態隨機存取記憶體108不足的問題，並且提升電腦系統10的存取效能。

上述僅為本創作之實施例，本領域具通常知識者可據以做不同的修飾，且不限於此。舉例來說，非揮發性記憶體的名稱空間中，動態調整資料儲存名稱空間與系統記憶體名稱空間的調整方式、非揮發性記憶體及動態隨機存取記憶體於電腦系統的S3、S4模式時的分享方法或資料存取的分配方式等。

綜上所述，本創作可提供一種可利用非揮發性記憶體與處理器直接交換封包的電腦系統，有效利用非揮發性記憶體的特性及減輕動態隨機記憶體的負載，以提升電腦系統的資料存取速度及降低電腦系統的耗電量，並且有效提升電腦系統效能。

以上所述僅為本創作之較佳實施例，凡依本創作申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本創作之涵蓋範圍。

10‧‧‧電腦系統

102‧‧‧處理器

104‧‧‧非揮發性記憶體

106‧‧‧週邊單元

108‧‧‧動態隨機存取記憶體

202‧‧‧資料儲存名稱空間

204‧‧‧系統記憶體名稱空間

第1圖為本創作實施例之一電腦系統之示意圖。 第2圖為本創作實施例之名稱空間分配之示意圖。

10‧‧‧電腦系統

102‧‧‧處理器

104‧‧‧非揮發性記憶體

106‧‧‧週邊單元

108‧‧‧動態隨機存取記憶體

Claims (6)

1. 一種電腦系統，包含有：一處理器；以及一非揮發性記憶體(Non-Volatile Memory express，NVMe)，耦接於該處理器，用來將所儲存的資料直接與該處理器進行封包交換。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電腦系統，其另包含有：一週邊單元，耦接於該非揮發性記憶體，用來與該非揮發性記憶體進行資料傳輸。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電腦系統，其另包含有：一動態隨機存取記憶體(Dynamic Random Access Memory，DRAM)，耦接於該處理器及該週邊單元，用來將所儲存的資料直接與該處理器進行封包交換，以及用來與非揮發性記憶體及該週邊單元進行資料傳輸。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電腦系統，其中於該動態隨機存取記憶體完全斷電時，該非揮發性記憶體進入一D3 HOT模式，並且儲存該動態隨機存取記憶體欲保存之資料，以待該動態隨機存取記憶體上電時，將儲存之資料傳回至該動態隨機存取記憶體。
5. 如申請專利範圍第3項所述之電腦系統，其中該非揮發性記憶體所接收到的資料係來自該動態隨機存取記憶體或該週邊單元。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電腦系統，其中該非揮發性記憶體包含 有：一系統記憶體名稱空間，用來直接與處理器進行封包交換；以及一資料儲存名稱空間，用來儲存資料。