[發(fā)明專利]面向動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器和非易失性存儲(chǔ)器混合主存的光網(wǎng)絡(luò)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811487205.1
• 申請(qǐng)日: 2018-12-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109524033B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧華璽;趙龍;楊銀堂;王琨;王康
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G11C5/12
• 分類號(hào): G11C5/12;H04B10/27
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華

本發(fā)明公開(kāi)了一種面向動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器和非易失性存儲(chǔ)器混合主存的光網(wǎng)絡(luò)，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中通信時(shí)延高，并行性差和能效低，及無(wú)法靈活支持多種混合主存系統(tǒng)的問(wèn)題。其包括n個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)、i個(gè)內(nèi)存控制器模塊、k個(gè)動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM模塊、m個(gè)非易失性存儲(chǔ)器NVM模塊和一個(gè)通信子網(wǎng)。該通信子網(wǎng)計(jì)由垂直光波導(dǎo)、環(huán)形光波導(dǎo)、窄帶微環(huán)諧振器和寬帶微環(huán)諧振構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)內(nèi)存控制模塊與動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM模塊和非易失性存儲(chǔ)器NVM模塊之間的并行通信，通過(guò)在通信子網(wǎng)中合理布局光波導(dǎo)和微環(huán)諧振器，實(shí)現(xiàn)同一波長(zhǎng)在不同光波導(dǎo)中的重復(fù)且無(wú)沖突利用。本發(fā)明降低了時(shí)延，提高了并行性，可用于計(jì)算系統(tǒng)與存儲(chǔ)系統(tǒng)之間的通信。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種混合主存的光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可用于計(jì)算系統(tǒng)與存儲(chǔ)系統(tǒng)之間的通信。

背景技術(shù)

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域己進(jìn)入了以數(shù)據(jù)為中心的大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)規(guī)模的快速增長(zhǎng)給計(jì)算機(jī)主存系統(tǒng)帶來(lái)了新機(jī)遇和挑戰(zhàn)。一方面，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)內(nèi)存主要基于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM，擁有讀寫速度快、技術(shù)成熟、使用壽命長(zhǎng)以及成本開(kāi)銷小等優(yōu)勢(shì)，但隨著制作工藝的縮減，其在可擴(kuò)展性、容量、可靠性以及能耗等方面已達(dá)到瓶頸。另一方面，新型的非易失性存儲(chǔ)NVM技術(shù)日趨成熟，其具有數(shù)據(jù)非易失、存儲(chǔ)密度高、無(wú)需刷新、能耗低以及抗輻射等優(yōu)點(diǎn)，為計(jì)算機(jī)主存體系設(shè)計(jì)帶來(lái)了技術(shù)變革，有望突破現(xiàn)有的主存架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高性能的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。但非易失性存儲(chǔ)NVM也面臨著數(shù)據(jù)讀寫不對(duì)稱，寫操作性能差，成本高以及使用壽命短等問(wèn)題，目前還無(wú)法完全替代現(xiàn)有動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM。因此，結(jié)合非易失性存儲(chǔ)NVM與動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)高性能的混合主存已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)主存系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

當(dāng)前的混合主存系統(tǒng)主要分為同級(jí)混合主存系統(tǒng)與多級(jí)混合主存系統(tǒng)兩類，同級(jí)混合存儲(chǔ)系統(tǒng)是指動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM與非易失性存儲(chǔ)NVM之間同級(jí)分布共同構(gòu)成主存，多級(jí)混合主存系統(tǒng)是指動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM作為非易失性存儲(chǔ)NVM的高速緩存或者寫緩沖，非易失性存儲(chǔ)NVM作為主要存儲(chǔ)。在同級(jí)主存系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM與非易失性存儲(chǔ)NVM之間沒(méi)有通信需求，而在多級(jí)混合主存系統(tǒng)中存在動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM與非易失性存儲(chǔ)NVM之間的通信。目前面向混合主存系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)由于配置不靈活往往僅能支持同級(jí)混合主存系統(tǒng)和多級(jí)混合主存系統(tǒng)中的一種，無(wú)法實(shí)現(xiàn)同時(shí)支持。因此，設(shè)計(jì)能夠靈活支持同級(jí)混合主存系統(tǒng)與多級(jí)混合主存系統(tǒng)的訪存互連網(wǎng)絡(luò)滿足其通信需求已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的目標(biāo)之一。

同時(shí)，混合主存中計(jì)算系統(tǒng)與主存系統(tǒng)之間的片外通信面臨電互連長(zhǎng)距離傳輸?shù)膸挕r(shí)延、功耗等因素的限制。光互連能夠有效打破傳統(tǒng)電互連片間長(zhǎng)距離傳輸?shù)男阅芟拗疲峁└叩膸捗芏取⒏〉耐ㄐ艜r(shí)延以及更低的系統(tǒng)功耗，有效提升計(jì)算系統(tǒng)與主存系統(tǒng)間通信性能。因此，設(shè)計(jì)面向混合主存系統(tǒng)的光互連網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已經(jīng)成為提升計(jì)算系統(tǒng)與主存系統(tǒng)通信性能的關(guān)鍵。

目前，如何通過(guò)合理的光波導(dǎo)與微環(huán)諧振器等光器件的布局設(shè)計(jì)，有效支持計(jì)算系統(tǒng)與混合主存系統(tǒng)間訪存通信，滿足不同混合主存系統(tǒng)通信需求，如何通過(guò)合理的波長(zhǎng)分配方案減少網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)展中的波長(zhǎng)資源開(kāi)銷，改善網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延，并行性與可擴(kuò)展性，是目前進(jìn)行面向混合主存系統(tǒng)的光互連網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容。

申請(qǐng)公布號(hào)為CN103455283A,名稱為“一種混合存儲(chǔ)系統(tǒng)”的專利申請(qǐng)，公開(kāi)了一種由N個(gè)存儲(chǔ)器與一個(gè)控制器構(gòu)成混合存儲(chǔ)系統(tǒng)。該混合存儲(chǔ)系統(tǒng)的實(shí)施方式是：將N個(gè)存儲(chǔ)器與一個(gè)控制器之間通過(guò)電互連鏈接，控制器能夠主動(dòng)識(shí)別訪存請(qǐng)求類型并進(jìn)行信道選擇，實(shí)現(xiàn)不同主機(jī)與不同存儲(chǔ)器間的通信。該混合存儲(chǔ)系統(tǒng)由于采用控制器與N個(gè)混合存儲(chǔ)器片間長(zhǎng)距離的電互連，將導(dǎo)致混合存儲(chǔ)系統(tǒng)通信時(shí)延高，能效低與并行性差問(wèn)題，此外，由于其采用N個(gè)存儲(chǔ)器同級(jí)分布且各個(gè)存儲(chǔ)器之間沒(méi)有互連，導(dǎo)致其僅支持同級(jí)混合存儲(chǔ)系統(tǒng)，而無(wú)法支持多級(jí)混合存儲(chǔ)系統(tǒng)。