병렬화된 플래시 메모리 저장 장치에서 불량 블록 관리의 정확성 보장 및 성능 최적화 기법

Abstract

다수의 연산들이 병렬적으로 실행되는 플래시 메모리 저장 장치에서 불량 블록으로 인한 플래시 메모리 오류가 발생하면 연산 간의 의존 관계로 인해 FTL과 같은 플래시 메모리 관리 소프트웨어의 동작 정확성을 보장하기 어렵다. 더욱이 실용적인 플래시 메모리 저장 장치에서는 최적화된 성능을 제공하기 위해 플래시 메모리 오류로 인한 불량 블록 관리 부담을 최소화하는 것이 필수적이다. 본 논문의 불량 블록 관리 기법은 다수의 플래시 메모리 연산들이 병렬적으로 실행되는 환경에서 불량 블록 처리 작업과 관련된 연산 간의 의존성 문제를 해결한다. 제시하는 기법은 동작의 정확성을 보장하면서도 불량 블록 처리 중에도 일반 연산이 실행되는 것을 허용하여 상위 계층 플래시 메모리 소프트웨어가 생성하는 다수의 플래시 메모리 연산들에 대한 처리 지연을 방지한다. 또한 상위 계층 요청 처리 과정에서 필수적인 주소 변환 과정을 재사상 블록 필터와 사상 정보 캐시를 활용하여 가속화함으로써 불량 블록 주소 관리 기법의 성능을 최적화한다. 구현과 관련하여 플래시 메모리 저장 장치의 성능과 자원 요구 사항에 따라 하드웨어 또는 소프트웨어 구현 모두를 지원하기 때문에 자원이 제약된 소형 저장 장치와 대용량 고성능 저장 장치 모두에 효과적으로 적용될 수 있다. 불량 블록 관리 기법을 소프트웨어 및 하드웨어로 구현하였고, 다수의 플래시 메모리 연산 중에 임의로 동기적/비동기적 오류가 중첩하여 발생하는 시뮬레이션 환경에서 동작을 검증하였다. 또한 병렬 실행 플래시 메모리 제어기가 탑재된 FPGA 개발 보드 상에서 성능을 평가하여 구현의 유효성과 실효성을 입증하였다. 실험 결과, 적은 수의 플래시 메모리 칩을 사용하는 저장 장치에서는 소프트웨어 구현만으로도 플래시 제어기가 제공하는 대역폭을 95% 이상 활용하였다. 그러나 SSD와 같이 다수의 플래시 메모리를 사용하는 고성능 저장 장치에서는 소프트웨어 개입으로 인한 요청 처리의 지연이 성능 저하 문제를 초래하였다. 하드웨어 지원 구현의 경우, 대용량 저장 장치에서도 플래시 제어기 대역폭의 97% 이상을 활용하였다.