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TLC 낸드 플래시기반 저장 장치에서 페이지 중복쓰기 기법을 이용한 SLC 버퍼 성능향상 연구
원삼규(Samkyu Won),정의영(Eui-Young Chung) 대한전자공학회 2016 전자공학회논문지 Vol.53 No.1
다중 셀 기반의 저장장치 특히, TLC 낸드 플래시는 낮은 가격을 무기로 SSD에 채용되고 있다. 그러나 TLC는 기존의 MLC대비 느린 성능과 내구성으로 인해 일부 블록(Block)을 SLC 영역으로 할당하여, 버퍼로 사용함으로써 성능을 개선하는 구조를 발전시켜 왔다. 본 논문에서는 SLC 버퍼 성능을 보다 향상시키기 위하여 SLC 블록에 대해 페이지 덮어쓰기 기능을 도입하였다. 이를 통해, 제한된 회수 이내에서 지움 동작 없이 데이터 갱신을 가능하도록 했다. 특히, 기존의 SLC 버퍼 영역이 채워지는 경우 유효 페이지를 TLC 블록으로 이동 복사하고, 해당 블록을 지워야 하는데, 제안된 방법을 통해 유효 페이지 복사 및 지움 동작을 50% 이상 줄일 수 있었다. 시뮬레이션 평가 결과 기존의 SLC 버퍼 대비 버퍼 덮어 쓰기를 통해 2배의 쓰기 성능 개선을 달성 하였다. In multi-level-cell based storage devices, TLC NAND has been employed solid state drive due to cost effectiveness. Since TLC has slow performance and low endurance compared with MLC, TLC based storage has adopted SLC buffer scheme to improve performance. To improve SLC buffer scheme, this paper proposes page overwriting method in SLC block. This method provides data updates without erase operation within a limited number. When SLC buffer area is filled up, FTL should execute copying valid pages and erasing it. The proposed method reduces erase counts by 50% or more compared with previous SLC buffer scheme. Simulation results show that the proposed SLC buffer overwrite method achieves 2 times write performance improvement.
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낸드 플래시 기반 저장장치의 피크 전류 모델링을 이용한 전력 최적화 기법 연구
원삼규(Samkyu Won),정의영(Eui-Young Chung) 대한전자공학회 2016 전자공학회논문지 Vol.53 No.1
낸드플래시 기반 저장장치는 성능 향상을 위해 다중 채널, 다중 웨이 구조를 통해 다수의 낸드 디바이스를 병렬 동작시키고 있다. 하지만 동시 동작하는 낸드 디바이스의 수가 늘어나면서 전력 소모 문제가 가시화되었으며, 특히 디바이스 간 복수의 피크 전류가 서로 중첩되면서 높은 전력소모로 인해 데이터 신뢰성과 시스템 안정성에 큰 영향을 미치고 있다. 본 논문에서는 낸드 디바이스에서 지우기, 쓰기, 읽기 동작에 대한 전류 파형을 측정, 이를 프로파일링하여 피크 전류에 대한 정의와 모델링을 진행하였고, 나아가 다수의 낸드에서 피크 전류 중첩 확률을 계산한다. 또한 시스템 수준의 TLM 시뮬레이터를 개발하여 다양한 시뮬레이션 시나리오를 주입하여 피크 전류 중첩 현상을 분석 한다. 본 실험 결과에서는 낸드간 피크 중첩 현상을 차단할 수 있는 간단한 전력 관리 기법을 적용하여 피크 전류 중첩과 시스템 성능 간의 관계를 살펴보고 이를 통해 성능 저하 최소화를 위한 피크 중첩 비율을 제시하였다. NAND flash based storage devices adopts multi-channel and multi-way architecture to improve performance using parallel operation of multiple NAND devices. However, multiple NAND devices consume higher current and peak power overlap problem influences on the system stability and data reliability. In this paper, current waveform is measured for erase, program and read operations, peak current and model is defined by profiling method, and estimated probability of peak current overlap among NAND devices. Also, system level TLM simulator is developed to analyze peak overlap phenomenon depending on various simulation scenario. In order to remove peak overlapping, token-ring based simple power management method is applied in the simulation experiments. The optimal peak overlap ratio is proposed to minimize performance degradation based on relationship between peak current overlapping and system performance.
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Flash Translation Layer의 정량적 성능 예측 모델링
임경일(Kyungil Im),박상훈(SangHoon Park),원삼규(Samkyu Won),방관후(Kwanhu Bang),정의영(Eui-Young Chung) 대한전자공학회 2010 대한전자공학회 학술대회 Vol.2010 No.6
Recently, various flash translation layers(FTL) have been studied and introduced to improve the performance of SSDs by mitigate unique characteristics of NAND flash memories which is the main data storage of SSDs. However, evaluation of FTLs has been totally based on simulation that requires actual implementation of the corresponding FTL algorithm. Therefore, in this paper, we proposed the modeling method that predict performance of FTLs easily and fast. We may know quantitative performance of FTL simply and accurately by parameterization of FTL and input logical access patterns. By comparison to real simulation results, we prove that our modeling method shows very simple and accurate prediction results with only 12% of error.
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