一种可扩展速度与性能的电路装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子电路领域，可用作内存级磁盘，或计算机的速度放大器或组件部件扩展装置。
【背景技术】
[0002]近十年来，CPU和内存的性能提高了 100多倍，但硬盘的性能只提高了两倍。整个数据处理的瓶颈，就在硬盘上。只要能打通这个瓶颈，信息传输就走上了 “高速公路”。正因为此，固态硬盘才被用于取代机械硬盘。固态硬盘(Solid State Disk)用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元组成。固态硬盘的接口规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同，在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致。基于闪存的固态硬盘是固态硬盘的主要类别，其内部构造十分简单，固态硬盘内主体其实就是一块PCB板，而这块PCB板上最基本的配件就是控制芯片，缓存芯片(部分低端硬盘无缓存芯片)和用于存储数据的闪存芯片。除了主控芯片和缓存芯片以外，PCB板上其余的大部分位置都是NAND Flash闪存芯片了。固态硬盘没有普通硬盘的电机和旋转介质，因此启动快、抗震性极佳。固态硬盘不用磁头，磁盘读取和写入速度快，延迟很小。读写速度一般可以达到100M每秒以上。但是，即使如此，比起目前内存DDR4的几十G每秒的速度，以及CPU更快的处理速度，可以说，固态硬盘的速度还是极其慢。
[0003]另一方面，移动存储设备在近年快速普及，但是遇到速度瓶颈尤其是4K速度瓶颈。移动存储设备主流的包括移动硬盘和u盘。对于传输文件而言，可能顺序速度更重要，但是对于移动计算来说，以及对于缓存来说，重要的，就不是顺序速度而是4K速度。
[0004]U盘的4K性能非常低，一般达不到5MB每秒，从U盘运行程序因此十分缓慢。因为，4K速度是程序运行速度的主要决定因素之一。
[0005]移动硬盘，尤其是用固态硬盘加装的移动硬盘，其4K性能是不错的，往往能够有30MB每秒，但体积太大，不便携带。而且，其实区区30MB每秒，依然大大低于USB3接口的600MB传输上限，没有利用好带宽。即使是USB2的老式设备，其带宽60MB也被浪费了一半。
[0006]因此，目前的移动存储设备不适合用于移动计算，或者缓存应用。这一点，也基本上是行业共识。
【发明内容】
[0007]为了解决上述问题，创造一种硬件，使得硬盘可以达到内存速度，并基于这样的硬盘制造的移动存储设备也能够更好更适合地用于移动计算，或者缓存应用。
[0008]本发明包括一块中央板和M块扩展板(M大于等于I)。中央板通过表面带电路触点的凹凸连接槽与扩展版平行地嵌合，同时通过DIMM接口或USB接口与计算机连接。中央板上包含一个设备控制器，如集成接口 bridge和RAID控制的运行控制器，称之为运行控制器，及2个以上固态硬盘主控，称之为存储控制器，一般为2-8个，假定为N个，以及对应数目的缓存颗粒，相应地，中央板上和扩展板上对应的卡口连接槽数量为N的倍数，如2N、4N等，与每个存储控制器控制的实际通道数有关，偶数可以便于实现双通道或多通道。扩展板上包括扩展部件，比如闪存芯片，或内存颗粒等，扩展板与中央板对应的卡口连接槽扣合之后应当能够将电路触点针脚连接上，构成完整的电路。如附图1所示。
[0009]缓存颗粒也可以替换为内置于存储主控的SRAM缓存。
[0010]扩展通道板上包括扩展部件，比如闪存芯片，或GPU，或DRAM芯片，等，扩展板与中央板对应的卡口连接槽，两者扣合之后应当能够将电路触点针脚连接上，构成完整的电路。之后通过中央板的控制器以并行计算或RAID的方式叠加扩展板上的存储或计算性能(注:中央板只有一块，是计算核心层，但扩展板的数目没有限制，可以是一块、两块，也可以是更多，以中央板为核心，可以一层层叠加，通过中央板的控制器以并行计算或RAID的方式叠加扩展板上的存储或计算性能)。
[0011]卡口连接槽设计可以是长方形凹凸设计，电路触点和导线布置在长边的两侧上，扣合上之后，上下板的电路针脚就可以实现连接。如附图2和附图3所示。当然连接槽的设计只是举例，还有更多的实现方式。
[0012]以下面的两个具体实施案例辅助说明。
[0013]实施案例一:一种快速的只有内存条或U盘大小的企业级固态硬盘RAID，DMM接口或USB接口
本实施案例包括三块电路板组成。一块中央板，两块存储通道板。(本案例中以两块存储通道板为例，构成三层的电路元件板，实际上可以无限扩展下去，以N块存储通道板构成N+1层的结构，扩展版与扩展版之间也可以以连接槽连接。)
中间与计算机接口(如USB或DIMM)连接的是中央主控板。中央板是双面的，依次分为3个区域，连接区，控制A区，和控制B区。连接区，在中央板上使用SATA和RAID桥接控制器来将设备经USB或DIMM接口与计算机连接，控制A区正反面各有一块SSD主控作存储器主控，采用双核ARM架构CPU，以便处理双数据通道，正反面各有一个DRAM颗粒作缓存，控制B区正反面各由一块同样的SSD主控作存储器主控，正反面各有一个同样的DRAM颗粒作缓存，控制A区的正反面和控制B区的正反面的4个存储控制器和缓存将分别属于并控制4个不同的磁盘，见下文介绍。
[0014]对于三层结构，中央板正面有4个电路连接槽，控制A区2个，控制B区2个，背面也有4个电路连接槽，也就是说每个存储器主控对应2个，每个连接槽对应并负责一个数据通道的跨电路板布线连接。
[0015]两块存储通道板其实是一样的，不妨叫做Fl与F2。每块存储通道版主要都是非易失存储芯片的阵列，如SLC NAND闪存或ReRAM存储材料，这些非易失存储芯片分布在每块通道版的正反面。
[0016]反面通过4个电路连接槽与中央板连接，凹凸的插槽扣合上后针脚针脚就可以实现连接。其中2个插槽将存储通道版的正面的电路(两个通道)与控制A区的一个面的存储主控和缓存电路相连，构成一个完整的磁盘，另外2个插槽将存储通道版的反面的电路(两个通道)与控制B区的一个面的存储主控和缓存电路相连，构成另一个完整的磁盘。
[0017]另一块存储通道版也以一样的方式与中央板的另外一面的主控和缓存连接上，构成另两个磁盘。
[0018]当中央板正反两面分别与通道版通过电路连接槽扣紧之后，实际上就构成了折叠起来的4块固态硬盘，这两块固态硬盘组成RAID5或RAIDO工作，通过USB与计算机连接，却只有普通的U盘大小。理论上速度可以达到一般固态硬盘的4倍到8倍。见附图4所示。
[0019]USB接口可以替换为DIMM接口，使得设备可以直接连接到DIMM总线(也就是目前内存使用的双列直插接口)。这样可以获得DIMM总线的速度提升，样品测试有2.4GB每秒的速度，并仅有毫秒级别的平均写入延时。DIMM可利用并发式访问机制增加速度。而DIMM总线插口处一般空间狭小，本发明的超小体积就能够发挥作用。这样，计算机就不会有硬盘速度瓶颈问题，也不需要再提供SATA接口了，缩减为CPU-DIMM (内存+存储)结构。见附图5所示。
[0020]此外，USB接口可以替换