Application Managed Flash : 오픈채널 SSD의 시초

2016년 MIT와 서울대학교에서 공동연구로 진행하여 Fast’16에 발표한 논문이다.

해당 논문에서 제시하는 아이디어는 현재 OCSSD, ZNS와 같은 형태를 보인다. 여기서 말하는 OCSSD는 오픈채널 SSD를 의미한다. 해당 아이디어는 SSD FTL에서 처리하는 기능들을 호스트에서 제어할 수 있게 오프로딩하는 연구이다.

ZNS와 오픈채널 SSD, 그리고 이 연구 모두 FTL의 일부 기능을 호스트로 위임한다. 왜 그런지 살펴본다.

FTL의 오버헤드

FTL은 SSD 내부의 컨트롤러에 존재하는 소프트웨어 레이어이다. 호스트의 논리 주소(LBA) 를 NAND의 물리 주소(PBA) 로 매핑해주는 변환기 역할을 주로 수행한다. 혹은 가비지 컬렉션과 웨어 레벨링같은 SSD의 낸드 플래시 칩을 관리하는 역할도 수행한다. SSD는 수명 한계가 있다.

SSD는 호스트에게 단순한 블록 디바이스로 보인다. 물론 SSD는 단순한 블록 디바이스가 아니다. 이러한 호환을 위해 FTL이 번역을 하고 있기 때문이다. 또한 모든 내부 NAND 관리 (매핑, GC, WL 등)는 SSD 내부의 FTL이 책임진다.

FTL의 치명적인 문제는 블랙박스이다. FTL이 언제 GC를 수행하는지 호스트 레벨에서는 예측이 불가능하다. 이러한 문제가 오버헤드로 누적되고, 본 논문에서 설명하는 “더블 로깅 문제”가 발생하는 것이다.

오픈채널 SSD

이 제품은 호스트가 워크로드 특성에 맞게 매핑 최적화를 수행하고, GC/WL 스케줄링도 직접 제어할 수 있다. 따라서 예측 가능성도 높아진다.

ZNS

ZNS는 FTL 레벨 관리를 호스트에서 하지는 않지만, Zone 단위 쓰기를 통해 랜덤 쓰기를 방지한다. 순차 쓰기 덕분에 GC 부담이 거의 없다.

Applcation Managed Flash

해당 연구에서는 더블 로깅 문제로 인해 발생하는 각종 지연들을 해소하고자 한다. FTL의 기능을 최소화하고, FTL의 주요한 기능(GC)를 호스트로 옮긴다. 그리고 시스템 호환을 위해 블록 인터페이스와 FTL을 새로운 인터페이스로 구현하여 각각 ALFS, AFTL이라는 이름이라고 명칭한다.