一种利用内容寻址mram存储装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数据存储技术领域，特别是涉及一种利用内容寻址MRAM存储装置和方法。
【背景技术】
[0002]现在的智能手机、平板电脑，以及越来越多的计算机中，用户数据、文件被存在NAND闪存芯片中。
[0003]NAND闪存芯片是一种整块读写的存储设备，最小可读取的单元叫页(page)，最小可擦除的单元叫块(block)，一个block往往由很多page组成，block擦除后里面的page可以进行单独的写入操作。写入操作很慢，比读取慢得多，而擦除操作又比写入更加慢得多。
[0004]NAND闪存的一个问题是NAND闪存芯片具有有限的寿命。里面的每一个page经过一定次数的擦写以后，就会永久失效不能继续使用。目前的产业发展趋势是NAND闪存芯片的容量和数据密度增长非常快，但却是以降低寿命为代价。可擦写次数从最初的10万次降低到目前的3000次左右。
[0005]NAND闪存技术的发展推动了固态硬盘(SSD)产业。如图1所示，SSD与主机之间使用高速串行接口如SATA，PICe等技术。内部由用于存储数据的一组NAND芯片，用于协助计算和缓存数据的DDR内存，以及一个主控芯片(SSD Controller)组成。
[0006]智能手机中使用的eMMC和SD等各种存储卡的架构与SSD类似。差别在于与主机接口的协议不同，而通常不用DRAM，而用少量集成在controller芯片内部的SRAM。
[0007]在软件层面，手机和计算机的架构如图2所示:应用软件向操作系统发出打开、关闭、读、写文件指令；操作系统中的文件系统部分把读、写文件的指令转化为读、写存储块的指令；NAND驱动与管理软件接受读写存储块区的指令，进行缓存、写均衡等优化，向芯片发出读page，写block等指令。在计算机和智能手机中，NAND读写软件通常在SSD或存储卡内部的Controller芯片上运行。
[0008]NAND缓慢的读写速度和有限的寿命都是当代存储技术的大问题。因此在存储设备中引入MRAM作为缓存，既提高了性能，又通过减少NAND写入次数延长了产品的寿命。但是，NAND管理软件在读写时需要逐一查找MRAM缓存页。当缓存越来越大时，查找缓存页耗费的时间就越长，反而影响了性能。
[0009]例如:如果有IGB的MRAM缓存，而每一个NAND页的大小是16KB，那么缓存中最多有64000个NAND页。一般Controller芯片中的CPU进行一次比对至少也需要5个时钟周期。那么搜索缓存最坏情况下需要320000个时钟。如果Controller芯片运行的速度是400MHz，那么每次读写因搜索缓存的时间延迟达到0.8msο对于现代高性能的SSD，这已经是难以忍受的性能牺牲。
【发明内容】
[0010]本发明所要解决的技术问题是提供一种利用内容寻址MRAM存储装置和方法，能够提高缓存速度。
[0011]MRAM是一种新的内存和存储技术，可以像SRAM/DRAM—样快速随机读写，还可以像Flash闪存一样在断电后永久保留数据。
[0012]它的经济性相当的好，单位容量占用的硅片面积比SRAM有很大的优势，比在此类芯片中经常使用的NOR Flash也有优势，比嵌入式NOR Flash的优势更大。它的性能也相当好，读写时延接近最好的SRAM，功耗则在各种内存和存储技术最好。而且MRAM不像DRAM以及Flash那样与标准CMOS半导体工艺不兼容。MRAM可以和逻辑电路集成到一个芯片中。
[0013]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种利用内容寻址MRAM存储装置，包括设有主机接口的主控芯片和NAND芯片，所述NAND芯片和主控芯片相互连接，所述主控芯片还与MRAM芯片相连，所述MRAM芯片中至少一部分是具有内容寻址功能的MRAM ；所述MRAM芯片用于写缓存或读写缓存；所述具有内容寻址功能的MRAM中储存一个缓存表，所述缓存表记录每一个缓存页的对应NAND页的地址和必要信息。
[0014]进一步地，所述MRAM芯片和具有内容寻址功能的MRAM均集成在所述主控芯片上，使得整个产品的体积能够缩小。
[0015]进一步地，所述MRAM芯片在写缓存或读写缓存时，按和NAND页一样的大小页组织起来，能够确保将经常发生写入操作的NAND页留在缓存里。
[0016]进一步地，所述主机接口为SATA接口和/或PCIe接口，从而能够支持各种接口的主机。
[0017]进一步地，所述利用内容寻址MRAM存储装置还包括与主控芯片相连的DDR DRAM,所述DDR DRAM的一部分用于写缓存或读写缓存，从而能够进一步扩大缓存容量。这部分缓存的信息仍然保存在所述具有内容寻址功能的MRAM中的缓存表中。
[0018]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:还提供一种采用上述利用内容寻址MRAM存储装置的存储方法，在发生写NAND操作时，MRAM芯片把最近一段时间经常发生写入操作的NAND页留在缓存里而不写回到NAND芯片；在发生读写NAND操作时，利用具有内容寻址的MRAM，在缓存表中搜索NAND页地址。
[0019]进一步地，在搜索缓存表时，把每一个缓存表的元素定义为搜索字，用掩模来忽略NAND页地址以外的其他信息，能够缩短搜索的时间。
[0020]有益效果
[0021]由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果:本发明提出使用具有内容寻址功能的MRAM，所述具有内容寻址功能的MRAM能够根据缓存表中的NAND地址迅速地找到缓存页，或者确定缓存页不存在，比软件寻址至少快几十倍，从而提高了缓存的速度。
【附图说明】
[0022]图1是现有技术中计算机存储技术不意图；
[0023]图2是软件层面上的手机和计算机的构架图；
[0024]图3是本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结