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SSD의 수명 및 성능 향상을 위한 F2FS 파일 시스템의 DISCARD 명령어 관리 기법
http://doi.org/10.5626/JOK.2024.51.8.669
DISCARD 명령어는 유효하지 않는 파일 시스템의 블록 정보를 SSD에 전달함으로써 SSD의 수명과 성능을 향상시키는데 도움이 되는 인터페이스이다. 그러나, F2FS 파일 시스템에서 DISCARD 명 령어는 유휴 시간에만 처리되기 때문에 수명과 성능의 향상에 한계를 보인다. 본 논문에서는 짧은 유휴 시 간에 DISCARD 명령어를 효율적으로 처리하기 위한 EPD 기법과 DISCARD 명령어를 덮어쓰기 명령으 로 대체하기 위한 세그먼트 할당 기법인 PSA기법을 제안한다. 제안 기법의 효과를 평가하기 위해 다양한 워크로드를 기반으로 실험을 진행하였으며 실제 SSD에서의 수명과 성능을 확인하였다. 그 결과, 제안 기 법이 기존 F2FS 대비 Write Amplification Factor (WAF)를 최대 40%, 처리량을 최대 160% 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
모바일 저장장치 성능 향상을 위한 통합 호스트-저장장치 주소변환 테이블 캐시 관리기법
http://doi.org/10.5626/JOK.2023.50.11.924
최근 저장장치의 사이즈가 커지며 플래시 기반 저장장치의 주소변환 테이블 관리에 필요한 메모리 공간의 요구량 또한 점차 커지는 추세이다. 모바일 저장장치로 사용되는 UFS의 경우 하드웨어 및 가격적인 제약으로 인해 UFS 내장 SRAM 메모리 공간을 늘리기에 많은 어려움이 존재하여 늘어난 주소 변환 테이블 관리에 성능적 문제가 발생하게 된다. 이를 보완하기 위해, 호스트 DRAM 메모리를 사용해 주소변환 테이블의 일부를 적재할 수 있는 HPB 기법이 제안되었다. 본 논문에서는 호스트 메모리와 UFS의 SRAM이 통합적으로 관리되지 않아 주어진 자원을 낭비하는 문제를 발견하였고 두 캐시 계층의 특성을 고려한 통합 주소변환 테이블 관리기법을 제안한다. 본 기법을 통하여 낭비되는 캐시 자원을 최소화하고 저장장치 지연시간을 감소시키며 불필요한 저장장치 수명 저하를 방지할 수 있다. 모바일 응용 트레이스 기반으로 실험한 결과, 기존 관리기법 대비 캐시 적중률은 5% 향상하였고, 낭비되었던 캐시 공간 자원을 95% 감소하였으며 주소변환 테이블 업데이트로 발생되는 가비지 컬렉션 횟수가 43% 감소하였다.
ESP: Subpage 단위의 쓰기 명령어를 활용한 대용량 3D 플래시 메모리 기반 저장장치의 성능 및 수명 개선
http://doi.org/10.5626/JOK.2023.50.1.1
최근 대용량 3D NAND 플래시 메모리는 지속적으로 물리적인 페이지의 크기를 증가시키고 있다. 큰 크기의 페이지는 플래시 메모리의 용량을 늘리는 데는 유용하지만 작은 크기의 쓰기 요청이 지배적인 대부분의 응용에서 스토리지 시스템의 성능과 수명을 심각하게 저하시킨다. 본 논문은 작은 크기의 쓰기 요청을 처리하기 위해 동일한 페이지에 대하여 여러 번 순차적으로 쓰기 동작을 수행할 수 있는 ESP(Ease-Free Sub-Page Programming)라고 하는 새로운 NAND 쓰기 방식을 제안한다. ESP 방식은 데이터의 에러 특성을 활용하여 데이터 손실 없이 서브페이지 단위의 쓰기 동작을 구현함으로써 작은 쓰기로 인한 내부 단편화를 제거하여 스토리지 시스템의 가비지컬렉션 오버헤드를 줄일 수 있다. ESP를 지원하는 FTL(subFTL)을 구현하여 개선 효과를 검증한 결과 subFTL은 플래시 기반 저장장치 시스템의 IOPS와 수명을 각각 최대 74%와 177%까지 향상시켰다.
최대 수요 전력 저감을 위한 LSTM 기반 ESS 운영 스케줄링 기법
http://doi.org/10.5626/JOK.2019.46.11.1165
최근 우리나라의 최대 수요 전력 부하가 급격히 증가함에 따라 정전 확률이 올라가고 있다. 이에 대응하기 위해 energy storage system (ESS)에 저장한 전력을 활용하여 최대 수요 전력을 저감하는 ESS 운영 스케줄링 기법이 연구되고 있다. 수요 전력 정보를 미리 알고 있다면, ESS에 저장된 전력과 앞으로 발생할 수요 전력을 모두 고려하여 최적의 ESS 운영 스케줄링 기법을 적용할 수 있을 것이다. 그러나, 최대 수요 전력은 상대적으로 짧은 시간 구간에서만 발생하며 발생 시간도 일정하지 않아 예측이 매우 어렵다. 따라서, 미래의 수요 전력 정보를 미리 알고 있어야만 구현 가능한 최적의 ESS 운영 스케줄링기법은 실질적으로 적용이 어렵다. 본 논문에서는 과거에 측정된 수요 전력 정보만을 이용하는 ESS 운영스케줄링 기법을 제안하였다. 구체적으로, 과거에 측정된 수요 전력과 이에 대응되는 ESS의 최적 방전 전력을 입 · 출력 데이터로 활용하여 long short-term memory (LSTM) 신경망을 훈련하고 이를 ESS 운영스케줄링에 적용하였다. 제안 기법의 유효성을 검증하기 위해, 4곳의 전력 수용가들에 대한 수요 전력 데이터를 이용하여 실험을 수행하였다. 구체적으로, 제안 기법은 정확한 전력 수요 정보를 미리 알고 있어야만 구현 가능한 최적 운영스케줄링 기법 대비 최대 약 82.42%까지 연간 최대 수요 전력 감소를 달성할 수 있음을 확인하였다.
제한된 Copyback 사용을 통한 플래쉬 스토리지 성능 향상 기법
http://doi.org/10.5626/JOK.2019.46.8.726
가비지 컬렉션의 수행 시간을 최소화하는 것은 SSD 성능 개선에 매우 중요하다. Copyback 명령을 사용하면 가비지 컬렉션 수행 시간을 최소화할 수 있지만 ECC에 의한 에러 정정을 수행하지 않아 데이터 신뢰성에 악영향을 끼치는 한계점이 있다. 본 논문에서는 copyback 수행 시 실제 NAND칩의 오류 전파 특성을 파악하여 데이터 신뢰성이 문제가 되지 않는 copyback 한계 횟수를 규명하고, 제한된 횟수까지만 copyback을 수행하는 rcopyback 모델을 활용한 FTL을 제안한다. 구현된 FTL에 호스트의 워크로드 부하에 따라 SSD 내부 데이터 이동을 수행할 때 copyback의 사용 여부를 결정하는 모듈을 추가하여 제한된 횟수의 copyback을 효율적으로 활용하도록 했다. 제안된 FTL은 데이터 신뢰성 문제를 일으키지 않고 가비지 컬렉션 과정의 DMA 비용을 최소화해서 copyback을 사용하지 않는 baseline 대비 평균 I/O 처리량이 45% 개선되었다.
