초록 ▼

○ 연구개요
본 과제의 목표는 PCIe/NVMe기반 DRAM-less SSD를 위한 입출력 스택을 최적화하는 것임. 본 과제에서 가정하는 NVMe DRAM-less SSD는 SSD 내부에 DRAM이 없기 때문에, 호스트의 DRAM을 빌려서 주소변환테이블 저장, 쓰기버퍼 구현 등을 수행하고자 함. 이는 최고 수십 GB/s에 달하는 PCIe/NVMe 인터페이스 속도와 컨트롤러에서 호스트의 DRAM을 접근할 수 있는 NVMe의 HMB (Host Memory Buffer) 기능 때문에 가능함. 또한, 이를 사용할 경우 내부 DRAM

○ 연구개요
본 과제의 목표는 PCIe/NVMe기반 DRAM-less SSD를 위한 입출력 스택을 최적화하는 것임. 본 과제에서 가정하는 NVMe DRAM-less SSD는 SSD 내부에 DRAM이 없기 때문에, 호스트의 DRAM을 빌려서 주소변환테이블 저장, 쓰기버퍼 구현 등을 수행하고자 함. 이는 최고 수십 GB/s에 달하는 PCIe/NVMe 인터페이스 속도와 컨트롤러에서 호스트의 DRAM을 접근할 수 있는 NVMe의 HMB (Host Memory Buffer) 기능 때문에 가능함. 또한, 이를 사용할 경우 내부 DRAM 대신 호스트의 DRAM을 사용하므로, 입출력 스택 변화가 불가피함. 이를 위해 본 연구에서는 먼저 1)호스트의 DRAM을 이용해 주소변환테이블 관리, 가비지컬렉션 등의 FTL을 개발하고, 2)성능향상을 위해 SSD의 쓰기버퍼 계층을 운영체제의 버퍼캐시 계층과 통합하고자 함. 마지막으로 3)FTL 수행 및 쓰기버퍼 관리를 운영체제에게 일부 분담하여 호스트와 SSD가 협력하는 연구를 수행하고, 이에 따른 성능상의 손익 및 오버헤드를 분석하고자 함.

○ 연구 목표대비 연구결과
목표로 한 아래의 연구 내용을 모두 완수하였음
1. NVMe의 HMB 기능을 지원하는 SSD 에뮬레이터 개발: 호스트와 SSD가 공유하는 HMB 기능을 지원하는 NVMe 소프트웨어 에뮬레이터를 개발함
2. 상용 NVMe SSD에서 HMB의 역할 분석: 상용 SSD에서 HMB를 매핑 테이블 캐시로 사용하여 SSD의 입출력 성능을 개선함을 다양한 실험을 통해 확인함
3. 호스트와 SSD가 공유하는 버퍼캐시로서의 HMB: HMB를 호스트와 SSD가 공유하는 버퍼캐시로 사용하여 SSD의 입출력 성능을 개선함
4. 사용자 응답성 향상을 위한 NVMe SSD 스케줄링 기법 설계: 전위 프로세스의 입출력 요청을 먼저 처리하는 방법을 통해 입출력 요청이 다수 포함된 전위 프로세스의 시작 시간을 개선함
5. 프로세스 우선순위를 고려한 NVMe SSD 기반 입출력 스케줄링: NVMe SSD 기반 시스템에서 프로세스 우선순위를 고려한 입출력 스케줄링을 수행하여 프로세스 우선순위에 따른 차등 입출력 서비스를 제공함
6. HMB를 이용한 빠른 입출력 명령 처리: HMB를 호스트와 SSD가 입출력 요청 및 응답을 빠르게 주고받기 위한 공간으로 사용하여 SSD의 입출력 성능을 개선함

○ 연구개발결과의 중요성
현재 SSD 시장에서 DRAM-less SSD 제품이 지속적으로 관심을 받고 있고, 동시에 TLC/QLC 및 3D NAND 등 플래시 메모리가 점차 대용량화 되어감. 현재 출시되고 있는 NVMe DRAM-less SSD가 중저가 SSD 시장을 공략하는데 그치고 있으나, NVMe의 높은 대역폭과 본 연구에서 제안한 호스트 메모리 버퍼 기반의 기법들을 적용한다면 낮은 비용에 고성능을 지원하는 새로운 SSD 시장을 개척할 여지가 있음. 즉, 본 연구가 매우 적절한 시기에 수행되었으며 연구 결과가 상용 SSD에 활용될 여지가 충분함. 추가로, 매우 큰 잠재력을 가지는 호스트 메모리 버퍼를 활용한 스토리지 연구 기반 환경을 제시함으로써 SSD 연구 분야 확장에 이바지함.


(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• (1) NVMe의 HMB 기능을 지원하는 SSD 에뮬레이터 개발 ... 5
• (2) 상용 NVMe SSD에서 HMB의 역할 분석 ... 6
• (3) 호스트와 SSD가 공유하는 버퍼캐시로서의 HMB ... 7
• (4) 프로세스 우선순위를 고려한 NVMe SSD 기반 입출력 스케줄링 ... 9
• (5) 사용자 응답성 향상을 위한 NVMe SSD 스케줄링 기법 설계 ... 10
• (6) 빠른 입출력 명령 처리를 위한 공간으로서의 HMB ... 12
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 15
• 4. 참고문헌 ... 16
• 5. 연구성과 ... 17
• 대표적 연구실적 ... 20
• 끝페이지 ... 32