최근 급속도로 보급되는 SSD는 부품 고장이 없는 한 이론상 영구 사용이 가능한 HDD와 달리 쓰기 횟수 상한으로 수명을 맞게 된다. 이런 SSD 수명을 늘리는 기술로는 웨어레벨링(Wear Leveling)이 존재한다. 그런데 시러큐스대학과 플로리다국제대학 연구팀이 웨어레벨링에는 SSD 연명 효과가 인정되지 않았다는 연구 결과를 발표했다.
SSD를 구성하는 NAND형 플래시 메모리는 블록이라고 불리는 데이터량 단위로 소거 동작을 관리하고 있어 더 작은 페이지라고 불리는 데이터량 단위로 읽기/쓰기를 관리하고 있다. 웨어레벨링은 모든 블록에 데이터를 분산해 쓰도록 해 특정 블록이 열화했을 때 데이터 소실이나 고장을 막는 동시에 SSD 자체 제품 수명을 늘리는 기술로 알려져 있다.
웨어레벨링은 주로 데이터가 쓰이지 않은 영역에서만 일하는 동적식, 플래시 칩을 대상으로 일하는 정적식, 장치 전체를 대상으로 일하는 전역식 3가지로 나뉜다. 이번에 연구팀은 플래시 파일 시스템 시뮬레이터인 FTLSim을 이용해 동적식 DAGC(Dynamic Adjust-ment Garbage Collection)와 정적식 알고리즘인 DP(Dual-Pool), PWL(Progressive Wear Leveling) 등 3개 알고리즘을 이용해 최대 100회 풀 드라이브 쓰기를 실시해 기록 효율, WAF를 측정했다.
WAF는 호스트 컴퓨터로부터 SSD에 기입되는 데이터량에 대한 NAND형 플래시 메모리에 기입되는 실제 데이터량 비율이다. 이상적인 스토리지 시스템이라면 WAF는 1.0이 되지만 실제로 운영되는 SSD 기입 효율은 대체로 2∼4 정도다.
반도체 기업 샌디스크는 SSD 수명을 추정하는 측정 표준인 LDE(Longterm Data Endurance)를 발표하고 있다. 이에 따르면 재기록 보증 횟수×플래시 메모리 전체 용량÷WAF=기입 가능한 총 데이터량을 나타낼 수 있다고 한다. 다시 말해 WAF가 오를수록 SSD에 쓸 수 있는 총 데이터량이 줄어 SSD 수명도 짧아진다는 것이다.
연구팀은 대상 가상 SSD에 대해 실험 전 풀 드라이브 순차 쓰기를 1회 실시하고 또 256GiB 순차 쓰기와 768GiB 랜덤 쓰기를 3회 나눠 실시해 기록 효율을 갖췄다. FTLSim으로 구축된 SSD 구성은 페이지 사이즈 4KiB, 블록 사이즈 1KiB, 블록당 페이지 수 256페이지, 블록 처리 FIFO, 물리 용량 284KiB, 논리 용량 256KiB다.
결과를 보면 웨러레벨링을 하지 않은 SSD는 거의 변화하지 않지만 DP와 DAGC는 WAF가 조금 오르고 PWL은 75회 이후 급속하게 올라가며 최고로 11.94를 기록했다고 한다. 연구팀은 시스템 설계 관점에서 SSD는 용량 고정으로 하는 게 간단하다는 걸 인정하며 용량 가변 실험도 실시했다. 용량 고정 SSD는 물리 용량이 논리 용량보다 낮으면 고장으로 간주되지만 용량 가변이면 논리 용량도 완만하게 감소하기 때문에 SSD 내구 수명은 연장된다고 할 수 있다. 연구팀에 따르면 용량 가변 SSD는 웨어레벨링을 사용하면 쓰기 효율이 최대 6.9에 이르는 반면 웨어레벨링이 없는 경우에는 쓰기 효율이 2.89에 머물렀다고 한다.
연구팀은 웨어레벨링은 지금까지 상당히 연구되는 테마지만 실제로는 올바르게 운용하는 건 매우 어렵고 결과적으로 놀라울 만큼 효과가 없고 비효율적이라고 평가했다. 더구나 웨어레벨링에 의해 플래시 메모리 내구성 한계가 저하된 게 가까운 미래에 예로 보고될 것으로 예상하고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.