基于固態硬盤的快速存儲專利技術綜述

唐進嶺

【摘 要】固態硬盤（Solid State Disk，簡稱：SSD），作為新一代存儲技術，與傳統的磁記錄硬盤相比，具有數據傳輸率高、能耗低、抗震性好等優點，在高端存儲應用中市場潛力巨大。SSD的快速存儲技術對于提高存儲設備的讀寫性能，提升其在市場上的滲透率起著至關重要的作用。本文通過分析SSD快速存儲技術歷年申請趨勢、發展脈絡、優缺點等，針對其所采用的結構設計技術進行分類，并從分類所得的技術分支對涉及基于SSD的快速存儲的專利技術進行了綜述。

【關鍵詞】SSD 快速存儲 混合分級 多通道

1 前言

固態硬盤（Solid State Disk，簡稱：SSD），也稱為電子硬盤或者固態電子盤，是由控制單元和固態存儲單元（DRAM或FLASH芯片）組成的硬盤；基于存儲介質的不同可分為兩種：采用閃存（Flash芯片）作為存儲介質的固態硬盤，和采用DRAM作為存儲介質的固定硬盤。

2 SSD快速存儲專利技術專利實證分析

專利信息實證分析是從專利文獻中采集專利信息，對其主要指標進行加工、整理和分析，這些主要指標包括如專利類型分析、技術發展趨勢分析、年度趨勢分析、地域性分析、申請人（發明人）分析、技術分支分析等等。

2.1 申請時間和數量

通過對檢索的118件國內外專利申請進行分析，得出國內外基于SSD快速存儲技術專利申請隨時間的申請量的變化的分析結果如圖1所示。分析圖1顯示的結果，可以看出近幾年來，隨著SSD快速存儲技術的發展，SSD快速存儲技術領域的創新活動也越來越活躍，其專利技術年度申請量快速增加。

2.2 主要技術分析和數量

通過對檢索的118件國內外專利申請進行分析，得出國內外基于SSD快速存儲技術專利申請的主要技術分支的分析結果如圖2所示。

基于SSD快速存儲技術專利申請的研究，可主要分為兩個技術分支：基于SSD內部結構的設計和基于SSD外部結構的設計。由下圖2可知，前者的申請量為43件，所占比重為36%；后者的申請量為75件，所占比重為64%；從上述申請量的數據可知，在對SSD的快速存儲技術研究方面，針對其內部結構的改進要相對困難。

3 SSD快速存儲專利技術發展趨勢

基于SSD結構特性，對于其研究方向可主要分為兩個技術分支：針對SSD的內部結構和外部結構的改進。前者主要集中在對控制器及存儲介質的改良，而后者主要采用一些在計算機存儲設備中常用的技術手段來提高其存儲性能。

3.1 SSD的內部結構設計

由于控制器在SSD進行數據讀寫時起到控制作用，因此，控制器的優劣將直接影響到SSD的整體性能。在這方面取得研究成果的專利申請的代表為：CN200810032053。從以上針對SSD的控制器進行改進的技術分析可知，通過對SSD控制器的改進能實現大容量SATA接口固態硬盤SSD，使其具有結構緊湊、抗震、低功耗，易于提高硬盤的容量、讀寫速度以及穩定性的特性。

通過使用系統內存作為固態硬盤的緩存，減少固態硬盤的讀寫次數，并以閃存頁方式管理固態硬盤緩存，在一定程度上合并小塊數據讀寫，以減少固態硬盤的讀寫次數。其代表性專利為：CN201210

504735。通過對緩沖器的改進，減少了緩存寫滿后的替換操作，不僅解決了傳統緩存管理方法快速損耗固態硬盤緩存使用壽命的問題，而且還大大提高了SSD隨機寫入速度，充分發揮固態硬盤高帶寬以及高速隨機讀的優勢、避免其低速隨機寫的劣勢，大幅提高系統的響應性能。

3.2 SSD外部結構的設計

在當今的IT管理中，大量歷史數據嚴重影響系統性能，且占用了部分存儲空間，存儲設備利用率低；針對數據本身的特性，在其不同的活動周期，為適應讀取頻率的改變，數據的存儲位置也應該隨之變化，以提高存儲設備的使用率，降低存儲成本。此種方法就是數據的分級存儲。例如：企業在存儲其關鍵業務數據時，采用昂貴的存儲設備、存儲技術和存儲方式，而對歷史數據或者低價值數據，采用相對便宜的設備。其代表性專利為：US20080090959。

固態硬盤存儲系統由多個閃存芯片構成閃存陣列存儲數據，可以采用RAID0的技術，將閃存陣列構建為多個通道，在存儲數據時由數據并行存儲控制器（硬件或軟件）將數據分塊后同時寫入陣列中各個通道的閃存芯片。在讀取時，從閃存陣列各個通道中讀取后再由數據并行存儲控制器進行組合。數據分塊后分布在多個閃存通道上，并行交叉地寫入和讀取，能夠大幅提高存儲系統的性能。

4 結語

本文通過對基于SSD快速存儲技術的分析可以看出，針對固態硬盤內部結構的改進的手段比較多樣化，但是在數量卻相對較少；而相比于內部結構的改進，針對固態硬盤外部結構的改進卻相對集中，主要采用現已比較成熟的混合分級技術及多通道技術。因此，在以后的研究方向上，針對固態硬盤內部結構的改良可能具體更多的提升空間，相信這也會成為未來研究的重點。