3D MLC(Multi-Level Cell)NAND flash由于其大容量和高性能等优势而备受青睐,基于3D MLC NAND flash的固态盘则被广泛地用作主要存储设备。而与2D flash相比,3D flash在提高存储密度的同时引入了大块问题。一方面,3D flash块内的页数目增加数倍,使得擦除操作的时延延长且垃圾回收目标块时迁移的页数目增加,垃圾回收对请求的阻塞更严重。另一方面,3D flash的页容量增加,使得设备在处理小数据请求时引入更多的冗余数据传输,响应时间更长。当前垃圾回收的优化主要围绕子块垃圾回收策略,通过细粒度的子块垃圾回收减少迁移页的数目,从而降低垃圾回收开销。但子块垃圾回收策略减少的迁移页数目取决于目标块内的有效页分布,有效页分布越分散,子块垃圾回收策略减少的迁移页数目越少。减少小请求响应时间的研究方案则主要是通过合并小请求,减少冗余数据传输,但其数据管理开销很大。针对上述大块问题及研究现状,提出了一种基于3D MLC NAND flash双模特性的解决方案。方案包括设计基于3D MLC NAND flash芯片的闪存子卡以及设计实现基于双模特性的闪存控制器和闪存转换层SCS-FTL。闪存控制器支持闪存设备的各级并行性并提供双模转换等高级命令。闪存转换层算法SCS-FTL主要包含SLC(Single-Level Cell)模式管理算法SH、补偿垃圾回收算法CGC和子页分配/合并算法SAM。SCS-FTL核心思想在于:一方面,在相同的容量开销下,合理配置SLC模式空间来加速垃圾回收,减少性能对目标块内有效页分布的依赖;另一方面,结合SLC模式闪存页支持复写的特性,划分闪存页为子页来处理小请求,避免冗余数据传输和数据合并开销。测试结果表明,在块级映射和页级映射的闪存转换层下,与现有的方案相比,SCS-FTL分别降低了读请求平均响应时间19.8%和37.3%。