AERO：面向现代 NAND 闪存固态硬盘的自适应擦除操作以提升寿命与性能

本文研究了一种新的 NAND 闪存擦除方案，旨在提升现代固态硬盘（SSD）的寿命与性能。在 NAND 闪存中，擦除操作需对闪存单元长时间（如 > 3.5 ms）施加高电压（如 > 20 V），这会降低单元耐久度并可能延迟用户 I/O 请求。尽管已有大量工作提出了各种技术来减轻擦除操作的负面影响，但尚无工作研究应如何设置擦除延迟以充分挖掘 NAND 闪存的潜力；大多数现有技术为每次擦除操作使用固定延迟，该延迟按覆盖最坏工作条件来设定。为解决此问题，我们提出 AERO（自适应擦除操作），一种动态调整擦除延迟的新方案，使其刚好足够可靠地擦除目标单元，具体取决于单元当前的擦除特性。AERO 基于擦除操作期间的失效位数，准确预测这种近似最优的擦除延迟。为最大化其收益，我们从两方面进一步优化 AERO。首先，在擦除操作开始时，AERO 尝试对单元进行短时间（如 1 ms）擦除，这使 AERO 总能获得准确预测近似最优擦除延迟所需的失效位数。其次，AERO 利用现代 SSD 中存在的较大可靠性裕度，积极而安全地降低擦除延迟。我们使用 160 颗真实 3D NAND 闪存芯片验证了 AERO 的可行性与可靠性，结果表明，在不改变现有 NAND 闪存芯片的情况下，其将 SSD 寿命较传统擦除方案提升了 43%。我们使用 11 种真实工作负载进行的系统级评估表明，启用 AERO 的 SSD 相比一项最先进技术，平均将读取尾部延迟降低了 34%。