基于忆阻器的存算一体固态硬盘及存算实现方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
基于忆阻器的存算一体固态硬盘及存算实现方法
本专利技术涉及存储领域，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。
技术介绍
SSD(solidstatedisk，固态硬盘)现在逐渐代替HDD（harddiskdrive，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于忆阻器的存算一体固态硬盘，其特征在于：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；/n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；/n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；/nIO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...

【技术特征摘要】
1.基于忆阻器的存算一体固态硬盘，其特征在于：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。


2.根据权利要求1所述的基于忆阻器的存算一体固态硬盘，其特征在于：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。


3.根据权利要求1所述的基于忆阻器的存算一体固态硬盘，其特征在于：所述通信接口为PCIe或SATA接口。


4.根据权利要求1所述的基于忆阻器的存算一体固态硬盘，其特征在于：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。


5.存算一体固态硬盘的存算实现方法，其特征在于：本方法基于权利要求1所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。


6.根据权利要求5所述的存算一体固态硬盘的存算实现方法，其特征在于：基于权利要求1所述存算一体固态硬盘实现数据存储的过程为：
S01）、主机系统将要存储的数据及对应的命令通过通信接口传递给IO接口控制器，要存储的数据及对应的命令简称为输入信息；
S02）、根据SSD控制器当前的状态通知IO接口控制器是否将步骤S01的输入信息传递给缓存控制器；
S03）、缓存控制器根据当前任务的执行情况以及该条输入信息的优先级决定是将输入信息暂时存入缓存中还是发给存算控制器，如果暂时存入缓存中，则等待SSD控制器决定执行该条输入命令的消息，收到执行该输入命令的消息，从缓存中取出该输入信息发送存算控制器；如果不存入缓存中，则将输入信息发给存算控制器；
S04）、根据SSD控制器的仲裁，通知存算控制器将输入信息传递给运算存储阵列，运算存储阵列根据输入信息将数据存储到自身的存储单元中，此条存储任务完成。


7.根据权利要求5所述的存算一体固态硬盘的存算实现方法，其特征在于：基于权利要求1所述存算一体固态硬盘实现数据计算的过程为：
S01）、主机系统将要进行的运算操作以及涉及到的数据信息通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：季亚男，高美洲，郭泰，孙大朋，刘忞斋，江加国，马聘，
申请(专利权)人：山东华芯半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37