NAND 플래시 저장장치 쓰기 버퍼를 위한 차세대 메모리 이용 가능성

Abstract

최근에 낸드 플래시 메모리는 임베디드 저장 장치로서 많이 사용되고 있을 뿐만 아니라 플래시 메모리의 저장 용량의 대용량화로 하드 디스크를 대체하는 SSD(solid state disk)와 같은 제품이 출시되고 있다. 플래시 메모리는 하드디스크에 비하여 저전력, 빠른 접근성, 물리적 안정성 등의 장점이 있지만 읽기와 쓰기의 연산의 불균형적인 비용과 덮어 쓰기가 안 되고 쓰기 전에 해당 블록을 지워야하는 부가적인 작업을 수행해야 한다. 이와 같은 플래시 메모리의 특징은 플래시 메모리의 성능을 저하 시키고 기존의 하드디스크를 대체하는 것을 어렵게 만든다. 플래시 메모리의 이런 단점을 극복하기 위하여 버퍼 캐시, 파일 시스템, FTL(flash translation layer)등에서 다양한 정책들이 제안되고 있다. 본 논문에서는 이와 같은 플래시 메모리의 성능 개선을 위해서 플래시 메모리의 쓰기 버퍼를 MRAM, FeRAM, PRAM과 같은 차세대 메모리를 사용하여 플래시 메모리의 쓰기 연산에 단점을 보완하는 방법을 제안한다. 본 논문에서는 차세대 비휘발성 메모리를 쓰기 버퍼로 이용한 여러 가지 버퍼 관리 정책을 제시하였고 쓰기 버퍼 관리 정책에 적응적인 OF(optimistic FTL)을 설계하였다. 그리고 트레이스 기반 시뮬레이션을 통해 쓰기 버퍼 관리 정책과 FTL에 따른 플래시 메모리의 성능 향상을 측정하였다. 실험 결과를 통해 쓰기 요청이 발생했을 때 차세대 메모리 쓰기 버퍼를 사용한 결과가 사용하지 않았을 때 보다 최대 읽기 연산 90%, 쓰기 연산 50%, 소거 연산 70% 감소하는 효과를 보였다.; While NAND Flash memory is used in a variety of end-user devices, it has a few drawbacks such as asymmetric speed of read and write operations, inability to in-place updates and so on. To overcome those problems, various flash-aware strategies are suggested in terms of buffer cache, file system, FTL and so on. Also, recent development of next generation non-volatile memories such as MRAM, FeRAM and PRAM bring higher commercial value to Non-Volatile RAM (NVRAM). At today’s price, however, they are not cost effective yet. In this paper, we suggest the utilization of small sized next-generation NVRAM as a write buffer to improve the overall performance of NAND Flash Memory-based storage systems. We proposed various NVRAM write buffer management policies and OF(optimistic FTL) and evaluated performance improvement of NAND Flash Memory-based storage systems on each policy. Experimental results show that the maximum number of read operations decreased by 90%, write operations by 50% and erase operations by 70% compared to traditional NAND flash memory-based storage systems.