1、碩士生參加學術活動報告大全5篇 研究生（學術講座）報告 題目：參加學術講座和學術報告記錄學號 m201472687 姓名劉鑫偉 專業 計算機技術 指導教師 萬繼光 院（系、所）武漢光電國家實驗室 華中科技大學研究生院制注意事項 一、本表適用于攻讀碩士學位研究生實踐課程、選題報告、學術報告等。 二、以上各報告內容及要求由相關院（系、所）做具體要求。 三、以上各報告均須存入研究生個人學籍檔案。 四、本表填寫要求文句通順、內容明確、字跡工整。 一、新型存儲介質應用技術 越快的文件傳輸速度，越短的軟件啟動時間可以有效地提高人們的工作效率。而高效的存儲能力就等價于要求存儲器能夠同時提供超低的響應延遲，超

2、快的傳輸速度，超大的存儲容量，并具備經久耐用的特性。很不幸，這種理想中的存儲器目前在個人電腦上卻很難看到。在很長時間內，人們使用的都是基于溫徹斯特結構設計的機械硬盤，其200mb/s以內的連續讀寫速度，不到2mb/s的隨機4kb小文件讀寫速度，超高的訪問延遲令外部存儲器成為制約計算機性能提升的主要瓶頸。近年來，隨著固態硬盤的登場，存儲器的傳輸速度、訪問延遲均得到大幅改善，但由于閃存顆粒的先天技術特性所致，其主流產品的p/e（編程/擦除）壽命僅有數千次左右。對于比較在意可靠性、使用壽命的用戶來說，固態硬盤也難挑大梁。因此就如開頭所說，現在我們很難找到一種在各方面都有完美表現的存儲器。不過隨著以下

3、兩種技術的問世，以及后續實用化、商業化工作的開展，存儲產品將很可能迎來一次革命，一次質的提升。 如果只從性能上來看，毫無疑問，固態硬盤是傳統機械硬盤最好的繼任者。但在早期，由于固態硬盤往往使用成本高昂的slc閃存，因此其售價高高在上，導致它只能成為少數人的專享?，F在為了幫助固態硬盤進入主流市場，半導體廠商開始采用不同于傳統slc結構的mlc乃至tlc結構的閃存。這三種結構的差異在于，slc在一個存儲單元里面只保存1位數據，而mlc保存兩位，tlc保存三位。這也就是說，搭建同樣容量的存儲器，mlc結構只需要slc結構二分之一的晶體管數量，成本降低到原來的三分之一，而tlc結構只需要三分之一的晶體

4、管數量，成本更減少到原來的五分之一。盡管成本下降使得產品更加親民，但是閃存的p/e（編程/擦寫）壽命一直是徘徊在用戶心頭的隱憂。slc結構的閃存可以達到10萬次p/e壽命，而常見于主流商業產品中的mcl顆粒僅有30005000次p/e壽命，tlc更是只有5001000次。p/e（編程/擦寫）壽命的存在使得固態硬盤的接受度受到直接打壓，廠商不得不持續改進閃存顆粒使用調度算法，在各個壽命有限的存儲單元之間分攤負載。為了更好地解決擦寫壽命的問題，來自臺灣旺宏電子公司的工程師們研發出了一種能夠讓閃存存儲單元自我修復，從而延長閃存使用壽命的技術。 在提高存儲密度和存儲容量方面，哈佛大學醫學院的喬治

5、83;丘奇教授及其同事所做的研究工作可以作為代表。近期，他們以dna中的下一代數據化存儲為標題，在殿堂級學術雜志自然上發表了兩頁簡訊，雖然其正文長度尚不到一頁，但仍舊引發了廣泛關注。這種dna存儲技術一口氣將數據存儲的理論極限密度推高了幾個數量級，據計算1克重量的單鏈dna能夠存儲455eb的數據（注：1pb=1024tb，1eb=1024pb），這意味著當下全球互聯網的通信線路中流動的數據可以全部存儲在1克dna里面。 二、軟件定義數據中心關鍵技術 目前，it基礎設施及其運營越來越復雜，人們通常采用云計算和虛擬化技術來滿足各種業務需求。在過去的十年里，服務器虛擬化重新部署、管理以及優化了計算

6、資源，將數據中心轉化成為一個更加靈活高效的業務應用平臺。專用服務器被動態托管之后，在虛擬服務器環境中能夠根據需求運行應用程序。雖然虛擬化重塑數據中心的運營，企業能夠部署機架服務器匯集和分配應用程序的需求，但這種轉變并不完整理。數據中心網絡和存儲資產仍然保持著孤立和靜態配置，很少有設施能夠自動化統籌管理混合網絡和存儲硬件。 軟件定義的數據中心（sddc）聲稱改變這種狀況。vmware對其描述為："一個統一的數據中心平臺，提供了前所未有的自動化、靈活性和效率，并轉變it交付的方式。匯集和匯總計算、存儲、網絡、安全性等可用性服務，并交付軟件，通過智能化的策略驅動的軟件進行管理。"

7、 sddc從功能架構上可分為軟件定義計算、軟件定義存儲、軟件定義網絡、云操作系統、it基礎設施五大關鍵技術。 （1）軟件定義計算（sdc）。實現硬件資源與計算能力的解耦合，將計算能力以資源池的形式提供給用戶并根據應用需要靈活地進行計算資源調配。服務器虛擬化是sdc的核心技術之一，其在一臺物理主機上虛擬出多個虛擬機，各個虛擬機之間相互隔離，并同時運行相互獨立的操作系統。但sdc不僅僅實現了服務器虛擬化，還將這種能力擴展到物理服務器及應用容器，通過相關管理、控制軟件實現物理服務器、虛擬機以及容器的統一管理、調度與能力提供。服務器虛擬化技術相對成熟，目前市場上存在多種商用及開源解決方案?，F有商用產品

8、在性能、基礎功能方面差異日漸縮小，可供選擇的產品范圍擴大，呈現多種解決方案并存的格局。其主要差異體現在虛擬化管理層的能力上，后續該技術將圍繞自動化運維、廉價、易擴展的存儲、靈活智能的網絡承載、靈活便捷的容災等方面進一步優化。而實現物理機、虛擬機、應用容器統一管理與能力提供的技術與產品尚處于探索階段。 （2）軟件定義存儲（sds）。把存儲控制面與硬件面分離，使存儲資源變得更靈活，使其更容易配置和使用存儲資源。sds將硬件存儲資源整合起來，并通過軟件來定義這些資源。用戶能夠根據應用策略來配置和使用存儲服務，并將它們部署在一系列由供貨商優化商用硬件乃至云中的多種硬件上。軟件定義存儲實質上是利用存儲虛

9、擬化軟件，將物理設備中的存儲（無論是基于塊、文件，還是對象）抽象為虛擬共享存儲資源池，通過虛擬化層進行存儲管理，可以按照用戶的需求，將存儲池劃分為許多虛擬存儲設備，并可以配置個性化的策略進行管理，跨物理設備實現靈活的存儲使用模型。sds起步稍晚，標準化的研究以及產品的研發尚處在起步階段，再加上傳統存儲廠商由于各自利益，對sds的發展戰略尚不明晰，sds的發展仍然需要一定的時間。 （3）軟件定義網絡（sdn）。sdn是一種將網絡控制功能與轉發功能分離、實現控制可編程的新興網絡架構。這種架構將控制層從網絡設備轉移到外部計算設備，使得底層的基礎設施對于應用和網絡服務而言是透明抽象的，網絡可被視為一個

10、邏輯的或虛擬的實體?；趕dn構建云數據中心網絡，可實現業務與網絡的解耦，基于對網絡的高層抽象，應用可通過編程直接定義網絡行為；通過集中的控制平面，實現對虛擬接入網絡層的統一控制，并與計算、存儲緊密協同，滿足計算、存儲資源的移動性要求；sdn的開放編程特性支持基于網絡現狀和應用需求靈活調整網絡流量路徑，成為新型算法、設備及架構創新的孵化器。sdn總體上處于發展早期，在數據中心內以疊加網技術為主流，通過在現有物理網絡上構建虛擬的邏輯網絡層，網絡控制邏輯從底層物理硬件設備中解耦出來，交由虛擬網絡層中集中的控制器進行統一處理；用戶可以根據實際業務需求靈活構建邏輯網絡以及調整網絡策略；邏輯網絡承載在物

11、理網絡之上，與底層物理網絡的具體實現無關，兩者相互獨立。 （4）云操作系統。sddc的大腦，負責將計算、存儲、網絡資源依據策略進行自動化調度與統一管理、編排和監控，同時根據用戶需求形成不同的服務并提供計費等功能。云操作系統從功能上一般可分為資源管理、服務管理和運營管理三個主要功能模塊，從技術實現上可分為商業化云操作系統和開源云操作系統兩大類。云操作系統市場成熟度不一，商用產品與開源項目各有應用。以openstack為代表的開源解決方案憑借先進的技術架構、有效運作的開放社區與強大的生態，引領了云計算領域開放式創新的潮流，已逐步成長為行業主流，其開放性和兼容性契合了運營商對異構、大規模、可移植、互

12、操作等方面的需求，為云計算的實施提供了強有力的支撐。 （5）it基礎設施。主要包括服務器、存儲、網絡等硬件設備。在sddc軟件定義技術的推動下，it基礎設施正在向開放、通用、標準、低值、靈活的方向發展，資源整合、調度與自動化協同均由上層軟件實現，物理設備僅僅扮演執行的角色，使得基于通用服務器的超融合架構統一承載計算、存儲、網絡等資源和業務成為可能。對于通用服務器而言，實現更高的性能、密度、集成度和能效以及模塊化與組件化則是其重要技術發展趨勢。 三、下一代數據中心存儲技術思考 對數據中心而言，數據就是生命，新一代數據中心比以往任何時候都更加依賴于它。傳統數據中心煙囪式的架構，雖然部署管理復雜，但

13、傳統存儲設備故障影響范圍小，不會大范圍蔓延，但在虛擬化、池化的過程中，數據集中存儲，傳統存儲設備一旦發生故障，將是全局性的災難;同時業務和數據的匯聚，對傳統存儲系統的性能也提出了嚴峻挑戰。 如何提高業務效率和敏捷性、降低風險，打破傳統存儲軟硬件緊耦合所造成的割裂狀況，是新一代數據中心建設要面臨的難題，軟件定義存儲（sds）正是在這種需求下應運而生。 軟件定義存儲（sds）顧名思義就是將存儲系統中典型的控制器功能抽出來由獨立的軟件來實現，這些功能包括卷管理、raid、快照、卷拷貝、復制等。軟件定義存儲允許用戶不必被廠商鎖定就可以采購存儲系統硬件，如硬盤這樣的存儲介質（從質量和服務角度考慮，建議從

14、原廠購買）。如果存儲控制器上的功能被抽離出來，這些功能就可以放在基礎架構的任何一部分。它可以運行在特定的硬件上，在hypervisor內部，或者與虛機并行，形成真正的超融合架構。 sds應如同一個生態系統，它將存儲的功能從傳統存儲系統中抽象出來，通過軟件實現，從存儲系統中抽離出來單獨部署，不再是硬件設備上的固件，通過軟件定義，可管理來自不同廠商的所有的物理和虛擬存儲資源，并按需進行自動配置。軟件定義存儲應具有以下特征。 （1）自服務 通過定義標準的應用編程接口（api），進行存儲的配置，可以滿足應用程序和客戶所需要的存儲資源，無需人工干預。雖然這種形式的配置在公共云存儲環境中（如amazons

15、3和新興的云計算平臺openstack）已經十分常見，但在企業的it環境中還未實現。一些存儲廠商，包括emc公司、惠普和netapp，正逐漸提供基于api的配置，這種自服務特征將極大地方便應用系統管理員的配置和應用的集成，并有效地降低管理成本。 （2）存儲虛擬化 存儲虛擬化可以聚合異構存儲資源到一個共享的存儲池，打破傳統存儲系統煙囪式的現狀，使所有存儲設備中的存儲容量得以充分利用，存儲虛擬化可以實現數據跨異構孤島，在因硬件故障進行數據遷移時，實現數據的無縫遷移，并方便管理。 （3）豐富的數據接口 sds可以對外提供豐富的數據接口，如文件系統接口（nfs、cifs等）、塊接口（iscsi、fc等

16、）、對象接口（s 3、swifi"等）以及可以供大數據分析的hdfs接口。豐富的數據接口可以為應用在存儲的接口和協議方面提供更多的選擇。 （4）異構存儲設備的快速接入和統一管理 sds的一個優勢在于對異構存儲設備的整合，不同類型的存儲系統（如nas、san、對象存儲等）以及不同廠商的存儲設備可以實現快速的接入和統一管理，這為存儲虛擬化提供了豐富的存儲資源，也為建立全局的管理視圖創造了條件。 四、分布式文件系統思考與實踐 分布式文件系統將連接在網絡中的多臺計算機組成一個統一整體供用戶訪問，這里的每臺計算機就是系統中的單個節點。分布式文件系統具有執行遠程文件的存取能力，以透明方式對分布在

17、網絡中的文件進行管理和存取，用戶在訪問文件時不再需要知道和指定它們的實際物理位置。分布式文件系統具有高可用性、高性價比、高可擴展性等優點。 在當前大多數分布式文件系統中，元數據管理和數據管理通常是分開的，從而，可以獲取更高的系統擴展性和io并發性。分布式文件系統中，元數據管理模型在一定程度上能夠決定系統的性能、可靠性、擴展性和穩定性等。元數據管理模型可以劃分為三種：集中式元數據服務模型、分布式元數據服務模型和無元數據服務模型。這三種服務模型各自都存在自身的優點與缺點，沒有一種服務模型能夠完全適應所有的應用負載，在實際的應用中，它們都各自在合適的領域發揮自身的優點。 文件系統最初設計時，僅僅是為

18、局域網內的本地數據服務的。而分布式文件系統將服務范圍擴展到了整個網絡。不僅改變了數據的存儲和管理方式，也擁有了本地文件系統所無法具備的數據備份、數據安全等優點。判斷一個分布式文件系統是否優秀，取決于以下三個因素： （1）數據的存儲方式。例如有1000萬個數據文件，可以在一個節點存儲全部數據文件，在其他n個節點上每個節點存儲1000/n萬個數據文件作為備份；或者平均分配到n個節點上存儲，每個節點上存儲1000/n萬個數據文件。無論采取何種存儲方式，目的都是為了保證數據的存儲安全和方便獲取。 （2）數據的讀取速率。包括響應用戶讀取數據文件的請求、定位數據文件所在的節點、讀取實際硬盤中數據文件的時間

19、、不同節點間的數據傳輸時間以及一部分處理器的處理時間等。各種因素決定了分布式文件系統的用戶體驗。即分布式文件系統中數據的讀取速率不能與本地文件系統中數據的讀取速率相差太大，否則在本地文件系統中打開一個文件需要2秒，而在分布式文件系統中各種因素的影響下用時超過10秒，就會嚴重影響用戶的使用體驗。 （3）數據的安全機制。由于數據分散在各個節點中，必須要采取冗余、備份、鏡像等方式保證節點出現故障的情況下，能夠進行數據的恢復，確保數據安全。 五、阻變存儲器開關機理研究進展 阻變隨機存儲器（rram）是一種基于阻值變化來記錄存儲數據信息的非易失性存儲器（nvm）器件。近年來，nvm器件由于其高密度、高速

20、度和低功耗的特點，在存儲器的發展當中占據著越來越重要的地位。硅基flash存儲器作為傳統的nvm器件，已被廣泛投入到可移動存儲器的應用當中。但是，工作壽命、讀寫速度的不足，寫操作中的高電壓及尺寸無法繼續縮小等瓶頸已經從多方面限制了flash存儲器的進一步發展。作為替代，多種新興器件作為下一代nvm器件得到了業界廣泛的關注，這其中包括鐵電隨機存儲器（feram）、磁性隨機存儲器（mram）、相變隨機存儲器（pram）等。然而，feram及mram在尺寸進一步縮小方面都存在著困難。在這樣的情況下，rram器件因其具有相當可觀的微縮化前景，在近些年已引起了廣泛的研發熱潮。 存儲器的排布一般是以矩形陣

21、列形式的，矩陣的行和列分別稱為字線和位線，而由外圍連線控制著字線和位線，從而可以對每個單元進行讀和寫操作。對于rram而言，其存儲器矩陣可以設計為無源矩陣和有源矩陣兩種。無源矩陣單元相對而言設計比較簡單，字線與位線在矩陣的每一個節點通過一個阻變元件以及一個非線性元件相連。非線性元件的作用是使阻變元件得到合適的分壓，從而避免阻變元件處于低阻態時，存儲單元讀寫信息的丟失。非線性元件一般選擇二極管或者其他有確定非線性度的元件。然而，采用無源矩陣會使相鄰單元間不可避免地存在干擾。為了避免不同單元之間信號串擾的影響，矩陣也可以采用有源單元設計。由晶體管來控制阻變元件的讀寫與擦除信號可以良好隔離相鄰單元的

22、干擾，也與cmos工藝更加兼容。但這樣的單元設計無疑會使存儲器電路更加復雜，而晶體管也需要占據額外的器件面積。 rram中的阻變元件一般采用簡單的類似電容的金屬-介質層-金屬（mim）結構，由兩層金屬電極包夾著一層介質材料構成。金屬電極材料的選擇可以是傳統的金屬單質，如au、pt、cu、al等，而介質層材料主要包括二元過渡金屬氧化物、鈣鈦礦型化合物等，這在后文將會更加詳細地討論。由于對rram器件的研究主要集中在對電極材料以及介質層材料的研究方面，故而往往采用如圖4所示的簡單結構，采用傳統的硅、氧化硅或者玻璃等襯底，通過依次疊合的底電極、介質層、頂電極完成器件的制備，然后于頂電極與底電極之間加入可編程電壓信號來測試阻變器件的性能，這樣的簡單結構被大多數研究者所采納。而簡單的制備過程和器件結構也是rram被認為具有良好的應用前景的原因之一。 六、超分辨率光存儲技術 傳統的光盤系統（如cd、dvd），以及當前的藍光系統（如blu-ray、hd-dvd）都是一種遠場二維存儲技術，能分辨的最小記錄符的大小受到光學衍射極限的限制，存儲密度已接近了物理極限。通過國內外近10年的光存儲技術的研究不難發現，光存儲技術正悄悄經歷著一場由傳統方法到新方案、由二維光存儲到多維光存儲、由遠場光存儲到近場光存儲的變革。