【摘 要】
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信息时代数据量呈爆炸性增长,对数据处理的性能、可靠性以及存储的容量都提出了更高的要求。一方面,传统的冯诺依曼体系采用存储与计算分离的体系结构,数据迁移消耗了大量I/O资源和能耗开销;另一方面,存储与计算性能发展不平衡的矛盾日益凸显,目前处理器处理器速度每年增长60%,存储器存取延迟每年仅改善7%,数据访问延迟大。存算融合的体系架构通过在存储中分担计算任务来减少数据移动带来的高昂开销,成为了解决“存
【基金项目】
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国家自然科学基金“语义感知的闪存管理关键技术研究”（课题编号:No. 61902137）; 广东省重大研发计划“智能数据存储处理芯片关键技术与应用研究”（课题编号:No.2019B010107001）
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信息时代数据量呈爆炸性增长,对数据处理的性能、可靠性以及存储的容量都提出了更高的要求。一方面,传统的冯诺依曼体系采用存储与计算分离的体系结构,数据迁移消耗了大量I/O资源和能耗开销;另一方面,存储与计算性能发展不平衡的矛盾日益凸显,目前处理器处理器速度每年增长60%,存储器存取延迟每年仅改善7%,数据访问延迟大。存算融合的体系架构通过在存储中分担计算任务来减少数据移动带来的高昂开销,成为了解决“存储墙”问题有效技术手段之一。围绕着国家战略发展需求和“卡脖子”问题,以及针对军工等特殊领域对于存储小型化、动态可配置等需求,设计并实现了一种基于可编程逻辑阵列（FPGA）的存算融合平台。该平台采用FPGA作为动态可配置的计算资源,构建数据接收与转发模块。FPGA通过SATA协议与存储资源固态盘进行连接,主机端与FPGA同样采用SATA协议接口进行互联。可重构的FPGA实现主机到固态盘的信息传递转发功能,完成与主机和固态盘存储控制器间的通信,并对主机发送的信息进行用户自定义计算任务的处理。该结构通过FPGA的可配置性进行逻辑的重构,实现不同应用的计算灵活性开发。基于构建的存算融合平台,设计并实现了一种高效可靠的加密固态盘。在FPGA中完成加密算法模块,通过软硬件协同实现数据的加密。测试结果显示,未加入加密模块的固态盘读速率为137.31Mi BPS,写速率为143.60Mi BPS,加入加密模块后固态盘读速率为135.75Mi BPS,写速率为143.56Mi BPS,读写速度均未为受到显著影响;同时,通过主机进行密钥的配置切换能够保证数据加解密的正确性与可靠性。
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