Post on 02-Feb-2016
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Issues in Flash MemoryIssues in Flash Memory
ContentsContents
Flash Memory 개요 FTL (Flash Translation Layer)
S/W 연구분야의 이슈
Flash Memory Flash Memory 개요개요
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 ℃ )
Flash Memory vs. Hard Disk DriveFlash Memory vs. Hard Disk Drive
NOR Flash vs. NAND FlashNOR Flash vs. NAND Flash
NOR Flash Memory NAND 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
Flash Memory Flash Memory 장점 및 응용장점 및 응용
비휘발성 고성능 저전력 충격과 온도에 대한 내구성 작은 form factor
경량 무소음
Flash Memory Flash Memory 시장 규모 및 황의 법칙시장 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 2008년에 삼성이 128GB짜리 NAND
플래시 메모리를 발표하지 않음에 따라 법칙이 깨짐향후 하드디스크를 대체
FTL (Flash Translation Layer)FTL (Flash Translation Layer)
NAND Flash MemoryNAND Flash Memory 의 구조의 구조
BlockMain Array
(512 B)Spare
Array(16 B)
Page (sector)
Block 0
Block 1
…
Block 8191
Block 2
DevicePage 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
Page 0
…
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Page 3
Page 0
…
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Page 3
Flash MemoryFlash Memory 의 특징의 특징
Erase-before-write architecture
Erase 단위와 read/write 단위의 불일치
beforeoverwrite page 1
Block
Page 0
…
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Page 2
Page 3
copy & erase this block
Block
afteroverwrite page 1
Block
Page 0
…
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…
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Page 2
Page 3
1
2
FTL (Flash Translation Layer)FTL (Flash Translation Layer)
+Device Driver
Read Write Erase
File System
Read Sectors Write Sectors
Flash MemoryFlash
Memory
Mismatch!
+Device Driver
Flash MemoryFlash
Memory
FTL
+
Read Sectors Write Sectors
File System
Read Sectors Write Sectors
HDDHDD
출처 : 지인정보기술
Memory Memory 장치의 특성장치의 특성
Mobile SDRAMLow power SRAM
Fast SRAM
NANDNOR
Memory $/Gb idleCurrent (mA)
activeRandom Access (16bit)
read write
48320614
2196
753
65
1032
0.50.0055
0.010.03
90ns55ns10ns
10.1us200ns
200.5us210.5us
erase
1.2 sec
90ns55ns10ns
2 ms
N.AN.AN.A
Cost
Asymmetrical operations: read/write
[ 박찬익 , 삼성전자 ]
Sector MappingSector Mapping
LSN PSN
0 12
1 11
2 10
3 9
4 8
5 7
6 6
7 5
8 4
9 3
10 2
11 1
12 0
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 NumberPSN : Physical Sector Number
Block MappingBlock Mapping
LBN PBN
0 3
1 2
2 1
3 0
Block 0
Block 1
Block 2
Block 3
…
Sector 15
Sector 0
Sector 1
“Write to LSN=9”
Mapping table
LBN: Logical Block NumberPBN : Physical Block Number
Flash Memory
LBN : 9/4 =2Offset : 1
PBN : 1Offset : 1
Hybrid MappingHybrid Mapping
LBN PBN
0 3
1 2
2 1
3 0
Block 0
Block 1
Block 2
Block 3
…
Sector 15
Sector 0
Sector 1
“Write to LSN=9”
Mapping table
LBN: Logical Block NumberPBN : Physical Block Number
Flash Memory
LBN : 9/4 =2Offset : 1
PBN : 1Offset : 1
1
Spare Space Spare Space 기법기법
Mitsubishi
- Data space : in-place
- Spare space : out-of-place
sector 0
sector 2
sector 3
sector 4
sector 5
write sector 1
sector 0
sector 1
sector 2
sector 3
sector 4
sector 5
sector 6 1
write sector 1
sector 0
sector 1
sector 2
sector 3
sector 4
sector 5
sector 6 1
sector 7 1
write sector 1
Sparespace
dataspace
Mirror Block Mirror Block 기법기법
M-Systems
sector 0
sector 2
sector 3
sector 4
sector 5
sector 6
sector 7
sector 8
sector 9
sector 10
sector 11
sector 0
sector 1
sector 2
sector 3
sector 4
sector 5
sector 6
sector 7
sector 8
sector 9
sector 10
sector 11
sector 1 1 sector 1 1
sector 1 1
data block data block mirror block mirror block
write sector 1 write sector 1 write sector 1
S/W S/W 연구 분야의 이슈연구 분야의 이슈
Flash MemoryFlash 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
S/W S/W 연구분야의 이슈연구분야의 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