플래시 메모리 기반 저장 장치는 저전력 고성능의 장점과 더불어 용량이 점차 증가하면서, 서버 시스템에 이르기까지 채용될 것으로 전망되고 있다. 그와 함께 플래시 메모리의 신뢰성 문제 역시 점차 중요해지고 있다. 각 플래시 블록에 허용된 쓰기/삭제 횟수는 제한되어 있으며, 특히 MLC 플래시 메모리의 경우는 그 횟수가 10,000회 이하이다. 또한 플래시 메모리의 쓰기/삭제 횟수가 증가함에 따라 비트에러 발생률이 급격하게 증가한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 논문에서는 RAID 기반의 플래시 저장장치를 위한 수영 기반 신뢰성 관리 기법을 제안한다. 첫째, 제안하는 기법은 쓰기/삭제 횟수 증가에 따라 플래시 메모리의 에러 발생률이 함께 증가하는 문제를 해결하기 위하여 스트라이핑 그룹의 크기를 동적으로 관리한다. 둘째, 제안하는 기법은 플래시 메모리의 특성을 고려한 로그 블록 FTL 기법을 이용한다. 이것은 데이터 영역과 로그 영역이 서로 다른 쓰기 패턴을 갖는 특정을 활용하여 각 영역에 대하여 서로 다른 신뢰성 정책을 적용하는 것이다. 셋째, 제안하는 기법은 임시로 패리티 블록을 저장하는 소량의 SCM을 사용한다. 이는 빈번한 패리티 업데이트가 즉시 플래시 메모리에 적용되지 않도록 함으로써 플래시 메모리의 수명을 연장시킨다. 실험 결과에서 제안하는 기법은 기존의 RAID-5에 비해 적은 공간 오버헤드와 높은 신뢰성을 보이면서 입출력 성능은 패리티 블록을 사용하지 않는 RAID-0과 대등한 성능을 보였다.
Due to the ever-growing capacity of flash memory along with its good properties such as low-power consumption and high performance, flash-based SSDs (solid state disks) are anticipated to be used in the storage of high-end server systems. However, the reliability problem of flash devices is becoming increasingly serious. The number of P/E (program/erase) cycles allowed to each flash block is too small, especially less than 10,000 for MLC (multi-level cell) flash memory. Furthermore, the bit error rate of flash memory becomes rapidly high as the number of P/E cycles increases. To relieve these problems, we present a lifespan-aware reliability scheme, which adopts RAID technologies together with ECCs (error correction codes). First, our scheme dynamically manages the size of striping group to cope with the increasing error rates of flash memory as the number of P/E cycles increases. Second, we use a device-aware log block mapping scheme, which uses different reliability policies for data blocks and log blocks by taking advantage of the characteristics of each block type. Third, we use small amount of storage class memory (SCM) to save parity blocks temporarily. By absorbing frequent updates of parity into SCM, we can extend the lifespan of flash memory. Simulation experiments show that our scheme obtains high reliability with minimum space overhead as well as improved I/O performances compared to traditional RAID-5.
