陈 博，肖 侬，刘 芳，欧 洋，何晚辉

(国防科学技术大学高性能计算国家重点实验室，湖南 长沙 410073)

1 引言

随着大数据时代的到来，目前NAND Flash已经不仅局限于嵌入式领域，基于NAND Flash的SSD(Solid State Disk)已经在大型数据中心得到广泛应用。越来越多的公司开始涉足SSD市场，不仅一些老牌磁盘厂商，例如希捷、西部数据，开始生产SSD，华为公司也宣布其第一款PCIe SSD ES3000正式上市。然而，随着NAND Flash单片容量的不断增大，SSD的容量也不断增加，源科公司的Kylin III MAX的单盘容量达到4.6 TB。

相比机械磁盘，基于NAND Flash的SSD具有诸多优势，例如低延迟、无噪声、抗震动等[1]，但是SSD还没有替代机械磁盘，一个很大的原因是SSD的价格远高于机械磁盘。为了降低MYM/GB的价格，相继出现MLC和TLC。但是，相比SLC的105的擦写次数，MLC和TLC的擦写次数急剧下降，仅有104和103[2,3]，并且数据的错误率也会增加[4]。

为了保证数据的可靠性，传统的方法是采用ECC校验，在数据写入Flash的每一页时，相应的校验信息写入页的Spare Area。但是，基于海明码的ECC校验仅能检测两位错，纠正一位错；而基于RS和BCH及LDPC的ECC校验能纠正多位错，但是硬件实现复杂，并且增加了数据访问的延迟[5]。

另外一种保证数据可靠性的方法是采用RAID技术。RAID技术可以用在SSD与SSD之间，SSD内部的Flash芯片与芯片之间，提供不同层次的可靠性。当前的一些PCIe SSD产品中已经使用RAID技术来保证数据的可靠性。例如，Violin Memory的闪存系统采用了ECC和独有的RAID技术保证数据的可靠性，在有Flash芯片出现故障时不会造成数据的丢失，华为的ES3000也采用了Dynamic RAID技术保证数据的可靠性。但是， Skyera公司指出，使用最为广泛的RAID5技术在用于SSD阵列时，会缩短SSD寿命。……