모바일 임베디드 시스템을 위한 플래시 메모리기반 저장장치의 전력관리 기법

Abstract

최근 휴대용 정보기기의 사용이 급증함에 따라 NAND 플래시메모리를 시스템의 저장장치로 사용하는 사례가 늘어나고 있다. 그 이유로는 NAND 플래시메모리는 가볍고 소음과 진동이 없으며 물리적인 충격에 강해 휴대가 용이하고, 또한 전력을 적게 소모해 휴대용 기기에서 장시간 사용 할 수 있는 특성을 가지고 있기 때문이다. 그러나 최근 이동형 저장장치 시스템의 저장용량에 대한 요구사항이 커져감에 따라서 NAND 플래시 메모리 기반의 저장장치로 사용되는 대량의 NAND 플래시 메모리의 소비전력과 저장장치 기기의 버퍼메모리로 사용되는 high speed volatile memory 인 SDRAM 또는 SRAM의 누적된 소비전력으로 인하여 이동기기의 사용시간에 제약이 나타난다. 그러므로 NAND 플래시 메모리 기반의 저장장치의 효율적인 전력관리 메커니즘에 대한 연구가 필요할 것으로 예상된다. 이동형 시스템에서 소비전력 문제를 해결하기 위해서는 이동형 시스템의 특정 디바이스가 사용되지 않을시 전력공급을 차단함으로써 사용되지 않는 디바이스 전력손실을 감소시킬 수가 있다. 본 논문에서는 효율적인 전력사용을 위한 NAND 플래시 메모리 기반의 저장장치의 전력제어 메커니즘을 제안 한다. 제안하는 전력제어 메커니즘은 두 가지 측면으로 나누어질 수가 있다. 첫 번째 요소로는 FTL (Flash Translation Layer)과 Flash-aware 파일 시스템 및 시스템소프트웨어에서 실행 도중에 전력관리를 위해 정의된 소프트웨어 전력관리 API (Application programming interface)를 호출할 수 있는 인터페이스를 설계한다. 두 번째 요소로는 본 논문의 전력관리 유닛은 NAND 플래시 메모리 그리고 buffer 메모리로 사용하는 SDRAM 메모리의 전력을 공급하는 power supply의 제어를 통하여 디바이스의 전력차단 혹은 인가를 관리한다.; In many embedded mobile systems such as digital cameras, cell phones and MP3 players, NAND flash memories are used to implement secondary storage due to their characteristics such as non-volatile, lightweight, and low power consumption. SSD (Solid State Disk) is a flash-based storage which can replace traditional disk-based storage in mobile and desktop computer systems. It uses multiple slow non-volatile memories such as NAND flash to implement large capacity storage, and often employs high speed volatile memories such as SRAM or SDRAM to implement buffer spaces for high access performance. Even though the power consumption caused by an individual flash memory is small, the cumulative power consumption by multiple flash memories and buffer memory is no longer negligible. There have been many power management techniques for mobile storage systems. However, most techniques are designed for disk-based storage systems, not for flash-based systems. Considering that there are significant differences in characteristics between disk and flash memory, it is desirable to have flash-aware power management systems and complicated predictive power management techniques gives burden to mobile embedded systems. In this paper, we propose a power management mechanism which can be used for mobile storage system based on NAND flash memories. The mechanism consists of two parts: Software APIs which FTL (Flash Translation Layer) and flash-aware file system can invoke during its execution and a hardware controller which implement a power gating mechanism for flash and buffer memories. To reduce power dissipation of storage systems, we adopted power shutdown mechanism that cutoffs the power supply when this device is idle. In addition to implementing software APIs for power management, we have designed the power management unit (PMU) which actually controls the power outlet at power regulator device to NAND flash memories. The consumed power in idle mode of NAND flash memory is lower than that of SDRAM memory that is used as buffer memory in flash memory-based storage. We will extend our mechanism to optimize the power consumption by buffer memories.