NVMe 인터페이스 지원 멀티코어 SSD 시뮬레이터 개발

Abstract

SSD 스토리지는 새로운 호스트 인터페이스의 채택, 멀티코어를 사용한 멀티 채널/웨이 입출력 병렬화의 활용 등을 통해 성능/용량 모두에서 향상을 지속하고 있다. 최신 SSD의 구조를 설계하기 위해서는 최신 SSD에 적용된 기법들을 지원하는 새로운 SSD 시뮬레이터의 개발이 필수적이다. 본 논문에서는 멀티 FTL 코어 동작의 모사가 가능한 SSD 시뮬레이터인 Virtual-machine based NVMe SSD SIMulator (VNSIM)을 개발한다. VNSIM은 전체 입출력 스택을 모사하는 시뮬레이터로서, 2개 이상의 Flash Translation Layer (FTL) 코어가 동작하는 SSD 구조를 모사하고 평가할 수 있는 환경을 제공한다. 최신의 호스트 컨트롤러 인터페이스인 NVM Express를 지원하고, 페이지 캐시 레지스터 모사를 포함하는 플래시 입출력 에뮬레이터를 개발하여 플래시 입출력 성능을 시뮬레이션한다. 삼성 950 Pro NVMe SSD와의 성능 비교 검증 결과 6.2%～8.9%의 오차율을 보였다. Solid State Drives (SSD) continue to improve its performance and capacity through the adoption of new host interfaces and the use of multi-channel/multi-way I/O parallelism with multiple core controllers. In order to design and evaluate the structure of the SSDs, a new SSD simulator needs to be developed that supports the latest storage techniques. In this study, we develop a SSD simulator, the Virtual-machine based NVMe SSD SIMulator (VNSIM), which supports the latest host controller interface, NVM Express. The VNSIM simulates the entire I/O stack, from applications to Flash memories. Unlike the existing SSD simulators, the VNSIM provides an environment for simulating and evaluating SSD structures with two or more Flash Translation Layer (FTL) cores running in the SSD.We developed the Flash I/O emulator which simulates the I/O performance of the Flash memory including page cache registers. The VNSIM was validated using the Samsung 950 Pro NVMe SSD, showing that the VNSIM models the 950 Pro SSD with a 6.2%～8.9% offset.