SSR: Smart Suspend/Resume Technique for High Capacity 3D NAND Flash Memory Based Storage System

NAND 플래시 메모리 기술이 지속적으로 확장됨에 따라 플래시 기반 SSD는 최신 스토리지 시스템의 핵심 구성 요소가 되었다. 최신 스토리지 시스템의 주요 설계 목표 중 하나는 데이터 센터, 클라우드, LLM 및 자율자동차와 같은 최첨단 애플리케이션에 필수적인 낮은 읽기 응답시간을 달성하는 것이다. 이러한 목표를 달성하기 위해 이전의 많은 연구는 읽기 작업에 대한 요청이 있을 때 현재 진행 중인 지우기 작업을 즉시 중단하고 읽기 요청을 처리함으로써 읽기 응답시간을 최소화하였다. 안타깝게도 이러한 지우기 중단 기술은 임의의 지점에서 지우기 동작을 중단/재개하기 위해 NAND 주변 장치에 추가 하드웨어 비용을 발생시킬 뿐만 아니라 무엇보다 SSD의 수명을 심각하게 단축시킨다. 또한, 기존의 중단/재개 기술은 쓰기 동작의 기아 문제(starvation)를 피할 수 없다. 이러한 제한을 극복하기 위해 본 논문에서는 최신 SSD에서 사용되는 반복적 지우기 메커니즘을 활용하는 새로운 시스템 수준 지우기 중단 기술인 SSR(Smart Suspend Resume)을 제안한다. SSR은 160개의 실제 3D TLC NAND 플래시 칩을 사용하여 구성한 정밀한 플래시 메모리 특성 모델링을 기반으로 단일 erase loop 내에 여러 개의 safe point를 도입하고, 읽기 요청 인가 시 safe point에서만 중단/재개 동작을 지원하도록 한다. 이를 통해 중단/재개 동작의 발생 빈도를 제한함으로써 저장장치의 신뢰성 저하와 쓰기 기아 문제를 효과적으로 방지할 수 있다. 시스템 수준의 다양한 평가 결과, SSR은 기존 기법보다 읽기 응답시간의 지연을 최대 10배 개선할 수 있음을 보여 준다.