낸드 플래시 기반 저장 장치의 수명 향상을 위한 고효율 데이터 압축 계층의 설계

Abstract

낸드 플래시 메모리는 공정 개선을 통한 고집적화와 multi-level cell 기술의 발전으로 인해 가격 대 용량비가 개선되면서 하드 디스크를 대체할 수 있는 차세대 저장장치로 각광받고 있다. 그러나 동시에 이러한 발전이 단위 셀당 P/E 사이클의 감소를 수반하면서, 낸드 플래시의 수명을 관리하기 위한 소프트웨어적 기법의 필요성이 커지고 있다. 본 논문에서는 이러한 기법들 중 하드웨어 데이터 압축 모듈을 활용한 개선 방법에 주목하고자 한다. 데이터 압축 모듈의 도움으로 장치로 전달되는 쓰기 요청의 양을 감소시킨다면 성능 및 수명 개선을 기대할 수 있지만 필연적으로 발생하는 내부 단편화 문제와 함께, 읽기 위주의 workload에서 발생할 수 있는 비효율적인 읽기 연산으로 인하여 특정한 workload에서는 읽기 성능의 감소를 불러오는 경우가 발생할 수 있다.

이에 본 논문에서는 추가적인 쓰기 버퍼를 활용한 chunk 이어쓰기와 chunk단위로 관리되는 읽기 버퍼, 압축을 고려한 garbage collection 기법을 도입하여 이러한 문제를 해결한다. 낸드 플래시 저장장치 시뮬레이터에 구현하여 실제 환경에서 수집한 트레이스를 바탕으로 실험한 결과 기존 기법 대비 쓰기 연산의 횟수를 68% 감소시켜 최대 수명을 약 1.85배 증가시킬 수 있었으며, 읽기 위주의 트레이스를 대상으로 실험하였을 때 평균 45% 읽기 연산의 횟수를 줄일 수 있었다.