深度剖析SSD多段L2P表查找加速技术

在固态硬盘（SSD）控制器中，逻辑块地址（LBA）需要通过映射表（L2P Table）映射到NAND闪存的物理地址（PA）。随着SSD容量的增长，L2P表的大小也随之增加，这给查找操作带来了性能挑战。

在SSD控制器中，LBA需借助L2P表映射为NAND物理地址。映射表最小规模为 (O(n * \lg (n)))（n代表用户容量） ，随着用户容量增长，映射表规模急剧扩大。基于固件（FW）的查找方式在物理地址位与字节边界未对齐时，会消耗大量CPU周期，严重降低性能。

单段L2P表将所有物理地址（PA）存储于单个连续内存区域，无空洞。对于给定LBA，其对应的PA地址偏移为LBA与PA地址大小（PAW）的乘积。计算PA地址时，需确定缓存行偏移、字节偏移和位偏移。整个操作包含一次乘法、两次移位和一次加法运算。该算法适用于小型SSD或对映射表规模要求不高的场景，优点是简单直接，但在大型存储系统中，随着LBA数量增多，映射表规模会变得庞大。

单段查找算法

步骤一：根据LBA计算出物理地址条目的基地址偏移量。

步骤二：执行乘法、两次移位和一次加法运算来确定物理地址的位置。

步骤三：读取或写入相应的物理地址。

多段L2P表把内存区域划分为多个等长段，段内首个PA条目与段起始位置对齐，相邻段边界无PA跨越。查找算法分两步：先计算段地址偏移和段内LBA偏移；再将段地址偏移作为新基地址，段内LBA偏移作为新LBA，运用单段查找算法确定PA位地址。多段算法在大型存储系统中，可通过合理分段管理，有效减少映射表内存占用，提高查找效率，适应大规模存储需求。

多段L2P表虽有优势，但因其特定的段边界对齐要求，增加了系统复杂度。在这种情况下，硬件加速成为提升L2P查找性能的关键，对提升SSD整体性能起着决定性作用。

多段查找算法

步骤一：首先找到段地址偏移量和LBA在段内的偏移量。

步骤二：使用段地址偏移量作为新的基地址，LBA段内偏移量作为新的LBA，应用单段查找算法。

L2P查找加速器具备请求队列、完成队列、加权轮询（WRR）调度、冲突检测、完成控制器、活动消息上下文和控制状态机