STAR：基于状态感知随机化改善高容量现代 SSD 寿命与性能的方案

虽然 NAND flash 存储器通过先进的 3D 堆叠和多层单元技术实现了持续的容量提升，但这些创新带来了新的可靠性挑战，尤其是横向电荷扩散（Lateral Charge Spreading, LCS），这在低容量 2D flash 存储器中并不存在。由于 LCS 显著增加随时间推移的保留错误，解决此问题对于确保采用高容量 3D flash 存储器的现代 SSD 寿命至关重要。本文提出一种新型数据随机化器，称为 STate-Aware Randomizer（STAR），主动消除负责由 LCS 引起保留错误的绝大多数弱数据模式。不同于针对仅特定最坏情况模式的现有技术，STAR 有效移除广泛的弱模式，显著提升了对 LCS 的可靠性。通过采用多种优化方案，STAR 可高效集成到现有 SSD 控制器的 I/O 数据通路中，几乎没有时序开销。为评估所提出的 STAR 方案，本文基于来自 160 块真实 3D NAND flash 芯片的表征结果开发了 STAR-aware SSD 模拟器。实验结果表明，STAR 将 SSD 寿命提升最高可达 2.3 倍，平均读取延迟降低 50%。