2024年5月26日下午，暨南大学计算机科学系博士生庞书杰的博士学位论文答辩会在南海楼407会议室举行。出席的答辩专家有答辩委员华南理工大学韩国强教授，广东工业大学凌捷教授，华南师范大学蒋运承教授，深圳大学王毅教授，暨南大学崔林教授。课题组部分博士生和硕士生旁听了本次答辩会。
博士生庞书杰的学位论文题目为《基于 3D 闪存的固态硬盘数据放置策略研究》。攻读博士学位期间，先后以第一作者在CCFA类期刊 IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems和ACM Transactions on Storage上发表学术论文4篇。
论文摘要如下：
随着用户对数据存储的容量和可靠性的需求不断增长，固态硬盘作为提供高性能存储和访问的主流数据存储设备面临着日益严峻的挑战。目前，3D NAND 闪存凭借其大容量，低延迟，以及高扩展性为固态硬盘带来了新的发展机遇。然而，现有固态硬盘数据放置策略难以为基于3D NAND 闪存的固态硬盘提供高效且可靠的性能保障。具体来说，3D NAND闪存中由物理限制引发的空间浪费问题愈发严重，但该问题被传统的固态硬盘数据放置策略所忽略。同时，目前3D NAND 闪存中单个芯片的容量增加导致了并行资源的减少，且多bit 3D 闪存带来了新的物理结构和编程方法。而当前数据放置策略无法有效利用其内部有限的并行资源和新的方法来维护连续数据的局部性和并行性。因此，为解决这些问题，本文从空间浪费，并行度调整和数据分配三个方面对固态硬盘数据放置策略展开了以下研究。
（1）针对物理奇偶位线引发的垃圾回收期间页面浪费的问题，本文提出了一种页面状态感知缓存策略 PSA-Cache (Page-State-Aware Cache)。该缓存策略可以预防垃圾回收期间的页面浪费以提高闪存的空间利用率。PSA-Cache 根据受害块中页面的状态来决定缓存页面的回写优先级。通过将回写优先级较高的页面写回放置到闪存芯片，PSA-Cache 减少了连续奇数/偶数页面的产生，从而有效地避免了页面浪费。实验表明相比于现有策略，PSA-Cache减少了43.9% 的浪费页面和49.6% 的垃圾回收。
（2)）针对固态硬盘中有限并行资源无法充分利用的问题，本文提出了一种读请求驱动的自适应分配策略 RDA (Read-Request Driven Adaptive Allocation)。RDA 通过读请求的大小来自适应调整不同大小写请求的写入并行度。然后，RDA 根据写入并行度将写请求的逻辑页面放置到不同的并行单元。根据上述操作，RDA 缓解了固态硬盘中连续数据的冗余并行分布对延迟的影响，同时其保证了读请求对读并行操作的需求。实验结果表明，RDA 相较现有策略减少了20.6% 被垃圾回收阻塞的读请求，并降低了 15.8% 的读反应时间。
（3）为了解决多 bit 3D 闪存引入的全序列编程操作与多平面操作的冲突和页面读延迟差异对读性能的影响，本文提出了一种全序列编程数据分配策略 FSPDA (Full Sequence Program Data Allocation)。基于多 bit 闪存提供的全序列编程操作，该策略将逻辑页面根据逻辑距离分配到指定的回写队列以提升全序列编程与多平面操作的协同。其次，为了进一步减少读取延迟，FSPDA 采用缓存命中来确定放置到低延迟页面的热数据和高延迟页面的冷数据。实验结果表明，FSPDA 相比现有策略增加了34.4% 的多平面读取操作，同时减少了 28.5% 的读反应时间。