Issues in Flash Memory. Contents  Flash Memory 개요  FTL (Flash Translation Layer)  S/W 연구분야의 이슈.

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1 Issues in Flash Memory

2 Contents  Flash Memory 개요  FTL (Flash Translation Layer)  S/W 연구분야의 이슈

3 Flash Memory 개요  플래시 메모리 - 전원이 끊겨도 저장된 내용이 삭제되지 않는 메모리 (c.f. ROM) - 읽기 / 쓰기가 자유로운 메모리 (c.f. DRAM/SRAM) - SSD (Solid State Disk)  하드 디스크처럼 회전하지 않는 고정된 반도체 메모리  저전력 및 무소음 - 초당 32M ~ 57M 의 데이터 읽기 / 쓰기 가능 (c.f. 하드디스크 15M/sec) - 작동온도 -20 ℃ ~ 80 ℃ (c.f. 하드디스크 0 ℃ ~ 60 ℃ )

4 Flash Memory vs. Hard Disk Drive

5 NOR Flash vs. NAND Flash NOR Flash MemoryNAND Flash Memory 장점  Byte 단위 addressing  빠른 read  Block 단위 addressing  Erase/write 성능 좋음  작은 cell 크기 단점  느린 erase/write 연산  느린 random access 응용  Boot image, BIOS  Solid state disk  대용량 저장 용도

6 Flash Memory 장점 및 응용  비휘발성  고성능  저전력  충격과 온도에 대한 내구성  작은 form factor  경량  무소음

7 Flash Memory 시장 규모 및 황의 법칙  무어의 법칙 - 1965 년 인텔 창업자 골든 무어 - 반도체 집적도  가격변동 없이 1 년 6 개월에 2 배씩 증가  황의 법칙 - 2001 년 삼성전자 반도체 총괄 사장 황창규 - 반도체 집적도  가격변동 없이 1 년에 2 배씩 증가  2008 년에 삼성이 128GB 짜리 NAND 플래 시 메모리를 발표하지 않음에 따라 법칙 이 깨짐 향후 하드디스크를 대체

8 FTL (Flash Translation Layer)

9 NAND Flash Memory 의 구조 Block Main Array (512 B) Spare Array(16 B) Page (sector) Block 0 Block 1 … Block 8191 Block 2 Device Page 0 … Page 1 Page 31  1 Page = (512 + 16) Bytes  1 Block = 32 pages (sectors)  1 Device = 8192 Blocks (128 Mbytes) Page 0 Block 1 Page 1 Page m-1 Block n-1Block 0

10 Page 0 … Page 1 Page 31 Page 2 Page 3 Page 0 … Page 1 Page 31 Page 2 Page 3 Flash Memory 의 특징  Erase-before-write architecture  Erase 단위와 read/write 단위의 불일치 before overwrite page 1 Block Page 0 … Page 1 Page 31 Page 2 Page 3 copy & erase this block Block after overwrite page 1 Block Page 0 … Page 1 Page 31 Page 2 Page 3 Page 0 … Page 1 Page 31 Page 2 Page 3 1 2

11 FTL (Flash Translation Layer) + Device Driver ReadWriteErase File System Read SectorsWrite Sectors Flash Memory Mismatch! + Device Driver Flash Memory FTL + Read SectorsWrite Sectors File System Read SectorsWrite Sectors HDD 출처 : 지인정보기술

12 Memory 장치의 특성 Mobile SDRAM Low power SRAM Fast SRAM NAND NOR Memory$/Gb idle Current (mA) active Random Access (16bit) readwrite 48 320 614 21 96 75 3 65 10 32 0.5 0.005 5 0.01 0.03 90ns 55ns 10ns 10.1us 200ns 200.5us 210.5us erase 1.2sec 90ns 55ns 10ns 2ms N.A Cost Asymmetrical operations: read/write [ 박찬익, 삼성전자 ]

13 Sector Mapping LSN PSN 012 111 210 39 48 57 66 75 84 93 2 111 120 Block 0 Block 1 Block 2 Block 3 … Sector 15 Sector 0 Sector 1 “Write to LSN=9” Mapping table Flash Memory LSN: Logical Sector Number PSN : Physical Sector Number

14 Block Mapping LBN PBN 03 12 21 30 Block 0 Block 1 Block 2 Block 3 … Sector 15 Sector 0 Sector 1 “Write to LSN=9” Mapping table LBN: Logical Block Number PBN : Physical Block Number Flash Memory LBN : 9/4 =2 Offset : 1 PBN : 1 Offset : 1

15 Hybrid Mapping LBN PBN 03 12 21 30 Block 0 Block 1 Block 2 Block 3 … Sector 15 Sector 0 Sector 1 “Write to LSN=9” Mapping table LBN: Logical Block Number PBN : Physical Block Number Flash Memory LBN : 9/4 =2 Offset : 1 PBN : 1 Offset : 1 1

16 Spare Space 기법  Mitsubishi - Data space : in-place - Spare space : out-of-place sector 0sector 2sector 3sector 4sector 5 write sector 1 sector 0sector 1sector 2sector 3sector 4sector 5sector 61 write sector 1 sector 0sector 1sector 2sector 3sector 4sector 5sector 61sector 71 write sector 1 Spare space data space

17 Mirror Block 기법  M-Systems sector 0sector 2sector 3sector 4sector 5sector 6sector 7sector 8sector 9sector 10sector 11sector 0sector 1sector 2sector 3sector 4sector 5sector 6sector 7sector 8sector 9sector 10sector 11sector 11 1 1 data block mirror block write sector 1

18 S/W 연구 분야의 이슈

19 Flash Memory  휴대용 저장 장치의 대용량화 - 하드 디스크가 없는 컴퓨터 등장  Paradigm shift - Hard disk 기반  SSD 기반 - 기존 시스템 소프트웨어는 하드 디스크의 물리적인 특성을 고려

20 S/W 연구분야의 이슈  플래시 메모리의 특성 고려한 최적화 필요 (FTL)  저장 장치로서의 이슈 - 버퍼 관리자와 버퍼 교체 전략의 동작 - 메모리 상의 데이터 위치 클러스터링 - 인덱스 사용으로 인한 많은 업데이트 발생 - DBMS 질의 최적화의 결과 성능 저하  기타 - Garbage collection - Power-off recovery - Wear-leveling - Power management