Resolving Gray Code Dilemma With Bidirectional Programming for Efficient QLC SSDs

Yi Wang

doi:10.1109/TCAD.2025.3637010

Resolving Gray Code Dilemma With Bidirectional Programming for Efficient QLC SSDs

2025-11-25

0

PRE

AI

DOI：10.1109/TCAD.2025.3637010

原文链接

原文求助

摘要

En 中文

四层单元（QLC）NAND闪存被广泛应用于现代存储系统中。通过采用“以时间换空间”的方法，以读写性能为代价换取存储密度，QLC实现了超高的存储容量。为缓解性能下降，采用了格雷码和两步编程（TSP）算法。然而，格雷码也存在局限性：多格雷码（MGCs）导致电路开销，而单一格雷码则引起额外的I/O延迟开销。这一矛盾看似无法解决，需要一种在无额外电路开销的情况下保持I/O性能的创新解决方案。一种有前景的解决方案在于选择合适的格雷码并防止热点数据放置在慢速物理页面上。本文提出BDP，一种新型的双向编程方案，基于TSP采用单一格雷码来适应传统的（正向）和反向编程方向。BDP的目标是解决I/O性能保持与实现开销之间的固有矛盾。BDP通过软硬件协同设计优化系统性能。在硬件层面，采用固定格雷码以避免额外的电路复杂度。在软件层面，提出了两种策略（即热点感知数据分配和后台数据迁移），以进一步缓解热点数据在QLC固态硬盘（SSD）中误置到慢速页面的情况。实验结果表明，BDP显著减少了热点数据分配到慢速页面的情况，并提升了整体I/O性能，相较于代表性方案表现更优。

Keyword:

Gray code

quad-level cell (QLC) solid state drive (SSD)

two-step programming (TSP)

Resolving Gray Code Dilemma With Bidirectional Programming for Efficient QLC SSDs

摘要

期刊

机构

引用论文