낸드 플래시 기반 저장장치의 피크 전류 모델링을 이용한 전력 최적화 기법 연구

Abstract

낸드플래시 기반 저장장치는 성능 향상을 위해 다중 채널, 다중 웨이 구조를 통해 다수의 낸드 디바이스를 병렬 동작시키고 있다. 하지만 동시 동작하는 낸드 디바이스의 수가 늘어나면서 전력 소모 문제가 가시화되었으며, 특히 디바이스 간 복수의 피크 전류가 서로 중첩되면서 높은 전력소모로 인해 데이터 신뢰성과 시스템 안정성에 큰 영향을 미치고 있다. 본 논문에서는 낸드 디바이스에서 지우기, 쓰기, 읽기 동작에 대한 전류 파형을 측정, 이를 프로파일링하여 피크 전류에 대한 정의와 모델링을 진행하였고, 나아가 다수의 낸드에서 피크 전류 중첩 확률을 계산한다. 또한 시스템 수준의 TLM 시뮬레이터를 개발하여 다양한 시뮬레이션 시나리오를 주입하여 피크 전류 중첩 현상을 분석 한다. 본 실험 결과에서는 낸드간 피크 중첩 현상을 차단할 수 있는 간단한 전력 관리 기법을 적용하여 피크 전류 중첩과 시스템 성능 간의 관계를 살펴보고 이를 통해 성능 저하 최소화를 위한 피크 중첩 비율을 제시하였다. NAND flash based storage devices adopts multi-channel and multi-way architecture to improve performance using parallel operation of multiple NAND devices. However, multiple NAND devices consume higher current and peak power overlap problem influences on the system stability and data reliability. In this paper, current waveform is measured for erase, program and read operations, peak current and model is defined by profiling method, and estimated probability of peak current overlap among NAND devices. Also, system level TLM simulator is developed to analyze peak overlap phenomenon depending on various simulation scenario. In order to remove peak overlapping, token-ring based simple power management method is applied in the simulation experiments. The optimal peak overlap ratio is proposed to minimize performance degradation based on relationship between peak current overlapping and system performance.