[发明专利]基于忆阻器的存算一体固态硬盘及存算实现方法

说明书

本发明公开一种基于忆阻器的存算一体固态硬盘及存算实现方法，包括依次连接的通信接口、SSD控制器及运算存储阵列，并且SSD控制器通过通信接口与主机系统互连。所述运算存储阵列基于忆阻器实现，包括二值忆阻器阵列以及多级阻态的模拟型忆阻器阵列。所述SSD控制器包括CPU、IO接口控制器、缓存控制器、存算控制器、缓存和纠错模块；IO接口控制器、缓存控制器、存算控制器依次连接于通信接口与运算存储阵列之间，CPU与IO接口控制、缓存控制器、存算控制器相连，缓存与缓存控制器相连，纠错模块与存算控制器相连。本发明用忆阻器构建的运算存储阵列来替代存储设备中常用的存储介质，实现数据存储、运算以及根据计算模型进行自动化迭代计算的功能。

技术领域

本发明涉及存储领域，具体是一种基于忆阻器的存算一体固态硬盘及该硬盘的存算实现方法。

背景技术

SSD(solid state disk，固态硬盘)现在逐渐代替HDD（hard disk drive，机械硬盘）成为主流的存储设备，随着大数据时代的到来，不仅加大了对存储设备的容量要求，让存储设备承担更多的功能已经成为大势所趋。传统的存储设备只是起到了存储主机（Host）数据的作用，如果主机（Host）想对数据进行计算操作只能先从存储设备中将数据读出，计算后在存储到设备中，这样比较耗时，计算效率较低，这也是冯诺依曼瓶颈的一种体现。如果能把主机（Host）需要进行的计算操作在存储设备中处理，计算结果直接返回给主机（Host）的话会节省很多时间，提升计算的效率。

忆阻器，全称记忆电阻器(Memristor)，它是表示磁通与电荷关系的电路器件。利用忆阻器构建运算存储阵列可以实现存储和运算的功能，将忆阻器组成的运算存储阵列运用到固态存储硬盘架构，能够使固态存储硬盘不仅具有存储的功能，还可以对存储数据运算以及根据计算模型进行自动化计算。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于忆阻器的存算一体固态硬盘及存算实现方法，用忆阻器构建的运算存储阵列来替代存储设备中常用的存储介质，实现数据存储、运算以及根据计算模型进行自动化迭代计算的功能。

为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：基于忆阻器的存算一体固态硬盘，包括依次连接的通信接口、SSD控制器及运算存储阵列，并且SSD控制器通过通信接口与主机系统互连；

所述运算存储阵列基于忆阻器实现，包括二值忆阻器阵列以及多级阻态的模拟型忆阻器阵列，二值忆阻器实现逻辑运算，多级阻态的模拟型忆阻器实现在模拟域的乘法、加法以及减法运算，主机系统的运算需求由二值忆阻器阵列和多级阻态的模拟型忆阻器阵列单独或共同参与实现；

所述SSD控制器包括CPU、IO接口控制器、缓存控制器、存算控制器、缓存和纠错模块；

IO接口控制器、缓存控制器、存算控制器依次连接于通信接口与运算存储阵列之间，IO接口控制器用于控制输入、输出数据与命令的传递与分配，缓存控制器用于控制输入、输出数据与命令是否放入缓存，存算控制器按照时序规则对运算存储阵列的访问进行调度与控制；

CPU与IO接口控制、缓存控制器、存算控制器相连，CPU负责调度资源、调整命令执行顺序以及解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据；

缓存与缓存控制器相连，用于暂时存放数据和命令；

纠错模块与存算控制器相连，用于对错误技术结果进行纠正。

进一步的，运算存储阵列包括水平连接线、垂直连接线和忆阻器，水平连接线和垂直连接线相交形成阵列框架，忆阻器连接在水平连接线和垂直连接线的交点处。

进一步的，所述通信接口为PCIe或SATA接口。

进一步的，所述硬盘用于基于深度学习的图像识别场景或者大数据计算场景。

本发明还公开了一种存算一体固态硬盘的存算实现方法，本方法基于上述存算一体固态硬盘，实现包括数据存储、数据计算、根据计算模型进行自动计算在内的功能。