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Issues in Flash Memory

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

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Presentation Transcript

  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 ~ 57M의 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

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

  7. Flash Memory 시장 규모 및 황의 법칙 • 무어의 법칙 • 1965년 인텔 창업자 골든 무어 • 반도체 집적도 • 가격변동 없이 1년 6개월에 2배씩 증가 • 황의 법칙 • 2001년 삼성전자 반도체 총괄 사장 황창규 • 반도체 집적도 • 가격변동 없이 1년에 2배씩 증가 • 2008년에 삼성이 128GB짜리 NAND플래시 메모리를 발표하지 않음에 따라 법칙이 깨짐 향후 하드디스크를 대체

  8. FTL (Flash Translation Layer)

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

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

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

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

  13. Sector Mapping LSN: Logical Sector Number PSN : Physical Sector Number Sector 0 LSN PSN Sector 1 Block 0 0 12 1 11 2 10 … Block 1 “Write to LSN=9” 3 9 4 8 5 7 6 6 Block 2 7 5 8 4 9 3 10 2 Block 3 11 1 12 0 Sector 15 Flash Memory Mapping table

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

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

  16. sector 6 sector 5 sector 1 sector 0 sector 2 sector 3 sector 5 sector 7 sector 0 sector 3 sector 4 sector 4 sector 4 sector 5 sector 6 sector 0 sector 1 sector 2 sector 3 sector 2 1 1 1 Spare Space 기법 • Mitsubishi • Data space : in-place • Spare space : out-of-place data space Spare space write sector 1 write sector 1 write sector 1

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

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