KR101453663B1 - 인텔리전트 ssd를 위한 효율적인 외부 정렬 방법 및 저장 장치 - Google Patents

인텔리전트 ssd를 위한 효율적인 외부 정렬 방법 및 저장 장치 Download PDF

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배덕호
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Abstract

인텔리전트 SSD(Solid State Disk)의 구조적 특징을 통해 대용량의 데이터를 정렬하는 외부 정렬 알고리즘을 효율적으로 수행하는 방안이 개시된다. 그룹화를 이용한 외부 정렬 알고리즘은 빈번한 데이터 접근을 방지할 수 있고, 런의 수에 상관없이 데이터를 관리 대용량 데이터의 쓰기 작업을 최소화할 수 있어 외부 정렬 수행 시 여러 개의 런들을 줄임으로써 효율적인 외부 정렬을 수행할 수 있다.

Description

인텔리전트 SSD를 위한 효율적인 외부 정렬 방법 및 저장 장치{METHOD FOR EFFICIENT EXTERNAL SORTING IN INTELLIGENT SOLID STATE DISK AND STORAGE DEVICE}
본 발명은 인텔리전트 SSD(Solid State Disk)에서 대용량 데이터를 정렬하기 위한 방법에 관한 것으로, 인텔리전트 SSD(Solid State Disk)를 이용하여 효율적으로 외부 정렬 알고리즘을 수행하기 위한 방법에 관한 것이다.
기술이 발달함에 따라 SSD(Solid State Disk)는 내부 대역폭이 매우 높아 호스트 인터페이스의 대역폭보다 높아져 호스트 인터페이스가 새로운 병목점이 되었다. 이러한 호스트 인터페이스에서의 병목 현상은 대용량의 데이터를 처리하는데 큰 걸림돌이 되었다. 특히, 호스트 인터페이스에서의 병목 현상은 대용량의 데이터에 대해 반복적인 데이터 접근을 수행할 경우, 접근해온 데이터에 대해 간단한 연산을 수행할 경우, 수행 시간의 대부분을 데이터 접근에 소요하는 데이터 의존적인 응용 프로그램을 수행할 경우에 더욱 분명하게 나타난다.
새로운 병목점에 대한 해결 방안으로 SSD 내부에 데이터 처리 능력을 부여하여 SSD 내부에서 데이터를 처리하기 위해 내부 데이터 처리 능력을 부여한 인텔리전트 SSD(ISSD: Intelligent Solid State Disk) 가 등장하였다.
ISSD는 멀티 채널 구조를 갖는 SSD의 장점을 활용하기 위해, 각 채널마다 데이터 처리 능력을 부여함으로써, 내부에서 병렬적으로 데이터를 처리할 수 있다.
S. Kim et al., " Fast , Energy Efficient Scan inside Flash Memory SSDs , In Proc . Int'l Workshop on Accelerating Data Management Systems using Modern Processor and Storage Architectures, ADMS, 2011.에는 SSD에 추가적인 프로세서와 메모리를 장착하여 내부에서 데이터 스캔 작업을 처리하기 위한 방법을 개시하고 있다.
본 발명은 인텔리전트 SSD(ISSD) 구조의 특징을 이용하여 효율적으로 외부 정렬 알고리즘을 수행하기 위한 방법을 제공한다.
본 발명은 ISSD에서 대용량 데이터 처리를 위한 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 ISSD를 위한 외부 정렬 방법은, 각 채널에 저장된 복수 개의 런들을 그룹으로 묶어 외부 정렬을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, ISSD를 위한 외부 정렬 방법은 상기 각 채널에 저장된 복수 개의 런들을 그룹으로 묶는 단계; 상기 그룹별로 데이터 정렬을 수행하고 정렬된 결과를 코어(CORE) 메모리로 전송하는 단계; 및 상기 코어 메모리에서 상기 각 채널로부터 전송 받은 데이터들을 정렬하여 전체 데이터에 대한 정렬을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, ISSD를 위한 외부 정렬 방법은 하나의 채널에서 생성 가능한 최대 그룹의 수를 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 각 채널에 저장된 복수 개의 런들을 그룹으로 묶는 단계는, 상기 계산된 최대 그룹의 수에 기초하여 상기 각 채널에 저장된 복수 개의 런들을 그룹으로 묶는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 각 채널에 저장된 복수 개의 런들을 그룹으로 묶는 런 그룹핑부와, 상기 그룹별로 데이터 정렬을 수행하는 데이터 정렬부와, 상기 정렬된 결과를 코어(CORE) 메모리로 전송하는 전송부를 포함하는 플래시 메모리 컨트롤러(FMC: Flash Memory Controller); 및 상기 각 채널로부터 전송된 데이터들을 정렬하여 전체 데이터에 대한 정렬을 수행하는 코어 메모리를 포함하는 저장 장치가 제공된다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 최대 그룹의 수는 상기 각 채널의 FMC(Flash Memory Controller) 메모리를 이용하여 계산될 수 있고, 상기 최대 그룹의 수는
Figure 112013028974390-pat00001
로 나타낸다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 그룹의 각각은 상기 코어 메모리의 공간에 저장되며, 상기 코어 메모리의 공간에서 상기 그룹당 크기는
Figure 112013028974390-pat00002
로 지정될 수 있다. 상기 2는 상기 코어 메모리에서 상기 각 채널에서 전송받은 데이터를 정렬하여 출력하는 공간을 마련하기 위한 변수이다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 코어 메모리는 상기 런들의 수에 상관없이 상기 인텔리전트 SSD에 존재하는 상기 각 채널의 수에 맞게 트리를 구축하여 데이터를 비교할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, ISSD에서 대용량 데이터 처리를 위한 방법을 통해서 빈번한 데이터 접근을 방지할 수 있고, 런의 수에 상관없이 데이터를 관리함으로써 대용량 데이터의 쓰기 작업을 최소화할 수 있어, 데이터를 런 생성 단계와 합병 단계, 총 2번의 쓰기 작업만으로 정렬을 수행할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, ISSD의 구조적인 특징을 이용하여 외부 정렬 수행 시 여러 개의 런들을 줄임으로써 효율적인 외부 정렬을 수행하는 방법이 제공된다.
도 1은 인텔리전트 SSD(ISSD)의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 인텔리전트 SSD(ISSD)의 데이터 전송경로를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 인텔리전트 SSD(ISSD)의 외부 정렬 알고리즘의 기본 전략을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 인텔리전트 SSD(ISSD) 환경에서의 그룹화를 통한 외부 정렬 알고리즘을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 인텔리전트 SSD(ISSD) 환경에서의 외부 정렬 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 플래시 메모리 컨트롤러(FMC: Flash Memory Controller)의 기능을 도시한 블록도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 인텔리전트 SSD(ISSD)의 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 플래시 메모리 셀(102)은 복수개가 묶음으로 이루어진 멀티 웨이 구조를 이루며, 하나의 채널(103)을 구성한다. 하나의 채널(103)에는 여러 개의 플래시 메모리 셀(102)을 제어하기 위한 플래시 메모리 컨트롤러(104)와 멀티 채널 구조로 존재하는 여러 개의 채널들을 관리하기 위한 코어(105)가 존재한다. 본 발명의 실시예들은 예컨대 이러한 도 1과 같은 인텔리전트 SSD(ISSD) 구조의 특징을 이용하여 효율적으로 외부 정렬 알고리즘을 수행하기 위한 방법을 제안한다.
도 2는 인텔리전트 SSD(ISSD)의 데이터 전송경로를 도시한 도면이다.
도 2는 인텔리전트 SSD(ISSD)의 데이터를 처리하기 위한 데이터 전송경로(201)를 나타내고 있으며, 도 2에 도시한 바와 같이 데이터 처리를 위해 플래시 메모리 셀에서 읽어온 데이터는 플래시 메모리 컨트롤러로 전송되거나(202) 또는 코어로 전송될 수 있다(203).
인텔리전트 SSD(ISSD)에서는 호스트로 데이터 전송이 이루어지지 않기 때문에 호스트 인터페이스로부터 발생하는 병목 지점을 거치지 않게 된다. 플래시 메모리 컨트롤러에서 병렬 처리를 수행한다면 플래시 메모리 셀에서 플래시 메모리 컨트롤러로 읽어오면 되기 때문에 데이터 전송 비용을 줄일 수 있다. 대용량 데이터가 여러 채널에 저장되면 각 채널에 전송되는 데이터 양도 감소될 수 있다. 따라서, 인텔리전트 SSD(ISSD)는 대용량 데이터 처리에 유리할 수 있으며, 본 발명은 이러한 ISSD에서의 대용량 데이터 처리를 위한 방법을 제안한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 인텔리전트 SSD(ISSD)의 외부 정렬 알고리즘의 기본 전략을 도시한 도면이다.
인텔리전트 SSD(ISSD)의 외부 정렬 알고리즘은 서브 파일 생성단계와 서브 파일 합병 단계로 나뉜다.
서브 파일 생성 단계는 내부 정렬 방법을 이용하고, 서브 파일 합병 단계는 채널에서 서브 파일들을 관리하는 부분과 채널에서 처리한 결과를 코어에서 합병하는 부분으로 나눠서 처리할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 플래시 메모리 컨트롤러(FMC)에서는 채널에 저장된 여러 개의 서브 파일들을 트리 형태로 관리한다.
코어(CORE)에서는 채널들을 트리 형태로 관리하여 각 채널에서 전송한 레코드를 트리를 이용해 비교한다. 이때, 코어(CORE)는 트리를 이용해 가장 작은 데이터를 순서대로 선택하여 출력하는 방법으로 전체 데이터에 대한 정렬 작업을 수행할 수 있고, 이를 반복적으로 수행하여 전체 데이터에 대한 외부 정렬 알고리즘(301)을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 인텔리전트 SSD(ISSD) 환경에서의 그룹화를 통한 외부 정렬 알고리즘(401)을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 그룹화를 통한 외부 정렬 알고리즘(401)을 효율적으로 수행하기 위해 서브 파일의 그룹(404)화를 수행함으로써 발생되는 트리 정보(405) 관리와 코어(402)에서의 그룹별 합병(407) 방법이 제안된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에서는 외부 정렬 알고리즘 수행 시 플래시 메모리 컨트롤러(403)의 메모리 크기가 작기 때문에 채널에 저장된 모든 서브 파일을 관리하는데 한계가 있으므로 여러 개의 서브 파일들을 그룹(404)으로 묶어 그룹별로 트리(405)를 구성하여 정렬 작업을 수행한다.
코어(402)에서는 트리 정보를 저장하는 것과 동시에 마지막 그룹까지 수행이 끝나면 각 트리의 루트에 저장된 데이터를 읽어 다음 데이터를 읽어오기 위한 트리의 순서를 정하여 각 채널에 데이터를 요청할 수 있다.
코어(402)에서는 각 채널에서 전송한 데이터들 중 가장 작은 데이터를 찾아 정렬한다. 각 채널에서 그룹별로 전송한 데이터가 전체 데이터에서 가장 작은 데이터라고 보장하지 못하므로 마지막 그룹에서 전송한 데이터를 확인할 때까지 이전 그룹들의 데이터들을 저장해야 한다.
이 과정에서 코어(402)는 채널들로부터 그룹별로 전송된 데이터를 합병(407)하면서 해당 그룹의 데이터를 정렬한다. 그와 동시에 이전 그룹에서 정렬된 데이터들을 함께 합병(407)한다. 그룹별 데이터를 합병(407)하기 위해 채널을 대상으로 생성한 트리 구조(406)에는 이전 그룹들의 데이터들이 추가되어 코어에서 다루는 트리의 높이는 1만큼 증가하게 된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 인텔리전트 SSD(Solid State Disk) 환경에서의 외부 정렬 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
단계(501)에서, 플래시 메모리 컨트롤러의 각 채널에 저장된 복수개의 런들을 그룹화 할 수 있다.
단계(502)에서, 각 채널에 저장된 런들을 그룹으로 묶어서 그룹별로 데이터 정렬을 수행한다.
단계(503)에서, 정렬된 결과를 코어 메모리로 전송한다.
단계(504)에서, 각 채널에서 전송된 데이터들을 정렬하여 전체 데이터에 대한 정렬을 수행한다.
따라서 인텔리전트 SSD(Solid State Disk) 환경에서 그룹화를 이용한 외부 정렬 방법은 빈번한 데이터 접근을 방지할 수 있고, 각 채널의 수에 대해서만 트리 구조를 이용해 정렬을 하기 때문에 런의 수에 상관없이 데이터를 관리할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 플래시 메모리 컨트롤러(FMC: Flash Memory Controller)의 기능을 도시한 블록도이다.
플래시 메모리 컨트롤러(600)는 각 채널에 저장된 복수 개의 런들을 그룹으로 묶는 런 그룹핑부(601)와 그룹별로 데이터 정렬을 수행하는 데이터 정렬부(602)와 정렬된 결과를 코어 메모리로 전송하는 전송부(603)를 포함한다. 코어 메모리는 채널로부터 전송된 데이터들을 정렬하여 전체 데이터에 대한 정렬을 수행한다.
외부 정렬 알고리즘에서 그룹별로 런들을 관리하려면 하나의 채널에서 생성할 수 있는 최대 그룹의 수를 구해야 하는데, 채널에서 관리할 수 있는 최대의 그룹 수는
Figure 112013028974390-pat00003
로 나타낼 수 있다.
그리고 각 그룹은 코어 메모리 공간에 저장되어야 하기 때문에 코어 공간에서 그룹 당 크기를 지정해야 한다. 코어 공간에서 그룹 당 크기는
Figure 112013028974390-pat00004
로 나타내고, 2는 상기 코어 메모리에서 상기 각 채널에서 전송된 데이터를 정렬하여 출력하는 공간을 마련하기 위한 변수이다. 상기 코어 메모리는 상기 런들의 수에 상관없이 존재하는 상기 각 채널의 수에 맞게 트리를 구축하여 데이터를 비교한다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
401: 그룹화를 통한 외부 정렬 알고리즘
402: 코어
403: 플래시 메모리 컨트롤러
404: 복수개의 런들을 그룹화
405: 복수개의 런들을 그룹화한 트리구조
406: 채널을 대상으로 생성한 트리구조
407: 코어에서의 데이터 합병

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 플래시 메모리 컨트롤러(FMC: Flash Memory Controller) 및 코어 메모리를 포함하는 저장 장치에 의해 수행되는 인텔리전트 SSD(Solid State Disk)를 위한 외부 정렬 방법에 있어서,
    상기 FMC의 런 그룹핑부에 의해 수행되는 하나의 채널에서 생성 가능한 최대 그룹의 수를 계산하는 단계 - 상기 최대 그룹의 수는 상기 각 채널의 FMC(Flash Memory Controller) 메모리를 이용하여 계산됨 -;
    상기 런 그룹핑부에 의해 수행되는 상기 계산된 최대 그룹의 수에 기초하여 각 채널에 저장된 복수 개의 런들을 그룹으로 묶는 단계;
    상기 FMC의 데이터 정렬부에 의해 수행되는 상기 그룹별로 데이터 정렬을 수행하는 단계;
    상기 FMC의 전송부에 의해 수행되는 상기 정렬된 결과를 상기 코어(CORE) 메모리로 전송하는 단계; 및
    상기 코어 메모리에 의해 수행되는 상기 각 채널로부터 전송받은 데이터들을 정렬하여 전체 데이터에 대한 정렬을 수행하는 단계
    를 포함하는,
    인텔리전트 SSD(Solid State Disk)를 위한 외부 정렬 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 최대 그룹의 수는
    Figure 112014065986474-pat00005
    로 계산되는,
    인텔리전트 SSD(Solid State Disk)를 위한 외부 정렬 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 그룹의 각각은 상기 코어 메모리의 공간에 저장되며, 상기 코어 메모리의 공간에서 상기 그룹당 크기가 지정되는,
    인텔리전트 SSD(Solid State Disk)를 위한 외부 정렬 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 그룹당 크기는
    Figure 112013028974390-pat00006
    로 지정되고,
    상기 2는 상기 코어 메모리에서 상기 각 채널에서 전송받은 데이터를 정렬하여 출력하는 공간을 마련하기 위한 변수인,
    인텔리전트 SSD(Solid State Disk)를 위한 외부 정렬 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 코어 메모리는 상기 런들의 수에 상관없이 상기 인텔리전트 SSD(Solid State Disk)에 존재하는 상기 각 채널의 수에 맞게 트리를 구축하여 데이터를 비교하는,
    인텔리전트 SSD(Solid State Disk)를 위한 외부 정렬 방법.
  9. 하나의 채널에서 생성 가능한 최대 그룹의 수를 계산하고 상기 계산된 최대 그룹의 수에 기초하여 각 채널에 저장된 복수 개의 런들을 그룹으로 묶는 런 그룹핑부와, 상기 그룹별로 데이터 정렬을 수행하는 데이터 정렬부와, 상기 정렬된 결과를 코어(CORE) 메모리로 전송하는 전송부를 포함하는 플래시 메모리 컨트롤러(FMC: Flash Memory Controller); 및
    상기 각 채널로부터 전송받은 데이터들을 정렬하여 전체 데이터에 대한 정렬을 수행하는 코어 메모리
    를 포함하고,
    상기 최대 그룹 수는 상기 각 채널의 FMC(Flash Memory Controller) 메모리를 이용하여 계산되는,
    저장 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
KR1020130036249A 2013-04-03 2013-04-03 인텔리전트 ssd를 위한 효율적인 외부 정렬 방법 및 저장 장치 KR101453663B1 (ko)

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성균관대학교 박사학위논문(2007.12. 논문제목: 플래시 SSD에서 정렬과 해시의 고찰) *
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