存储级内存技术(Storage Class Memory，SCM)如相变存储器(Phase ChangeMemory，PCRAM)具有高速、非易失性、字节可寻址、高集成度、低功耗、抗辐射干扰等优点受到了国内外研究者的广泛关注，被认为是最有前景的存储介质，其极大的模糊了内存和外部存储的界限，为计算机存储系统的软硬件设计带来了新的契机，有望实现更高性能的存储和数据管理。基于此，本文提出了一种支持逻辑电路辅助计算的SCM存储系统架构，该系统架构支持将部分或者全部数据处理的任务卸载至基于逻辑电路器件的SCM存储器件内部进行，仅仅将处理结果返回至处理器和内存。通过这种方式不仅消除了外部存储和内存之间数据迁移，解决I/O瓶颈和海量数据传输导致的功耗问题，还可以充分利用具有并行执行能力的逻辑电路器件如FPGA进行部分数据处理的任务，解决现有软件计算效率低的问题。基于提出的架构，本文利用赛灵思(Xilinx)的Artix-7系列FPGA和美光(Micron)的商业相变存储器（PCRAM）芯片搭建了支持存储内计算的原型系统。获得的主要成果包括:　　1.提出了支持逻辑电路辅助计算的存储内数据处理的异构架构。近年来，随着集成电路产业的快速发展以及生产成本的不断降低，逻辑电路器件如FPGA、ASIC、CPLD等得到了蓬勃和快速发展。相对于传统的CPU器件，逻辑电路器件具有较强并行处理能力，在许多数据处理任务上都更具有性能优势。基于此，本文提出了一种支持逻辑电路辅助计算的存储内数据处理的异构架构。该架构选择使用具有并行处理能力逻辑电路器件作为存储器控制器和服务器CPU的协处理器，可以将部分数据处理的任务卸载至基于逻辑电路的存储器控制器。通过这种方式，该架构可以同时利用CPU较强的计算能力和FPGA的并行执行能力来获得更高性能优势。与传统的计算架构相比，通过这种方式不仅可以消除外部存储和内存之间数据迁移，解决I/O瓶颈问题，减少由海量数据传输导致的功耗，还使用具有并行执行能力的逻辑电路器件如FPGA进行数据处理，解决现有软件计算效率低的问题。　　2.为设计新一代支持存储内计算的新型存储设备的设计与实现提供了新的研究方向。设计和实现新型存储设备是工业界和学术界普遍关注的一个热点问题。本文为设计和实现下一代存储设备提供了新的研究方向，即新一代SCM存储设备可以支持存储内计算的数据处理模式。通过这种方式，新一代存储设备既可以作为普通的数据存储设备，也可以作为服务器CPU的一个协处理器辅助进行数据处理。基于存储内计算的新型存储器设备具有更高的性能、更高的效率、更低的能耗、更广泛的应用场景，如数据密集型应用系统或者高性能计算机。　　3.设计实现了一种可以消除存储设备内部和外部不必要数据迁移的新型存储器系统。在异构存储内计算架构以及SCM存储技术高速发展的基础上，本文通过使用美光(Micron)商用PCRAM芯片和赛灵思公司(Xilinx)的FPGA芯片，设计了一种支持逻辑电路辅助计算的PCRAM存储器系统。该系统使用字节可访问型PCRAM芯片作为大容量外部存储器，使用FPGA作为存储其控制器和加速器，支持将部分数据处理的任务卸载至存储器内部，达到将计算和存储融合的目的，消除了I/O瓶颈、解决现有的软件执行效率低等问题，提高了系统的效率。值得一提的是，这是首个真正的SCM设备支持存储内计算的数据处理模式，可以同时消除存储设备内部和存储设备外部的不必要的数据迁移。　　4、设计实现存储内计算的编程模型和加速算法IP。本文提出了一种存储内计算编程模型，该编程模型支持将部分处理的任务卸载至存储器控制器上进行。本文存储内计算的编程模型主要是包括三个模块:存储器接口协议模块、加速模块以及存储器控制器模块。在这样的一种编程模型的基础下，只需通过增加相应的加速算法IP，存储内计算方系统就非常容易可以实现在数据处理类型上的扩展。为了证明存储内计算方式的性能优势，本文设计了三种支持存储内计算的IP核，支持将字符串匹配、数据库查询以及排序应用卸载至基于逻辑电路的存储器控制器内，仅将处理结果返回至服务器。　　5.性能测试与对比分析。本文搭建了三种对比测试平台，通过对比传统方式和存储内计算方式对“字符串匹配”、“数据库检索”及“排序”三种应用的性能，来验证本文存储内计算方式的性能优势。实验结果验证了本文存储内计算方式的性能优势。此外，存储内计算方式还可以极大的减少了对CPU和内存的占用。本文存储内计算方式的性能优势主要是因为减少了内外存的数据传输，并利用了具有高并行执行能力的FPGA进行数据处理。