CoPA：冷页唤醒以克服基于 STT-MRAM 的 I/O 缓冲区中的保持失效
硬件体系结构
2022-03-01 v1
摘要
性能与可靠性是数据存储系统设计中两个显著因素。为获得更高性能，近期存储系统设计者使用基于 DRAM 的缓冲区。DRAM 的易失性带来数据丢失可能，因此传统上以主存储的一部分作为日志区，以便在断电时恢复未刷写的数据页。此外，周期性将缓冲数据页刷写至主存储是维持高可靠性的常见机制，这导致存储写流量增加。为解决此缺陷，近期研究提供以小容量 NVM 作为持久日志区（PJA）并与 DRAM 结合的高效方案，称为 NVM 支撑缓冲区（NVB-Buffer）。该方案旨在解决 DRAM 对断电的脆弱性，同时降低存储写流量。本文中，我们使用新兴技术中最具前景的 PJA 技术，即 STT-MRAM，以满足 PJA 的要求（高耐久、非易失、类 DRAM 延迟）。然而，STT-MRAM 面临主要可靠性挑战，即保持失效（Retention Failure）、读干扰与写失效。本文首先表明，保持失效是 NVB-Buffer 中错误的主要来源，因其遭受长且不可预测的页空闲间隔。随后，我们提出一种新颖的 NVB-Buffer 管理方案，称为冷页唤醒（CoPA），可预测性地减少 PJA 页的空闲时间。为此，CoPA 采用远距离刷新（Distant Refreshing），利用基于 DRAM 的缓冲区中的副本周期性重写易失 PJA 页内容。我们基于物理日志（physical journaling）在若干工作负载上将 CoPA 与最先进方案比较。评估显示，采用 CoPA 带来三个数量级更低的失效率，且性能退化（1.1%）与内存开销（1.2%）可忽略。
引用
@article{arxiv.2202.13409,
title = {CoPA: Cold Page Awakening to Overcome Retention Failures in STT-MRAM Based I/O Buffers},
author = {Mostafa Hadizadeh and Elham Cheshmikhani and Maysam Rahmanpour and Onur Mutlu and Hossein Asadi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.13409},
year = {2022}
}