Research on Fault Tolerant Avionics Memory Design through Multi Level Cell Flash Memory Reliability Analysis

일반적으로 MLC NAND 플래시 저장장치는 SLC NAND 플래시 기반의 장치에 비해 정보 신뢰성이 낮은 것으로 평가된다. MLC 플래시는 SLC 플래시 보다 약 1000배 이상의 RBER (raw bit error rate)을 갖는다고 평가되나 최근 Google 데이터 센터에서 수집된 결과로부터 수행된 연구를 통해 실제 RBER은 이보다 훨씬 낮은 것으로 확인되었다. 이런 연구 결과를 바탕으로 우리는 MLC 플래시의 여유 저장 공간과 SSD 내부에 존재하는 Firmware 층을 활용하여 하드웨어적 구조 복잡성의 증가 없이 정보 신뢰성을 향상시키는 방법인 IDDD (in drive data duplication) 방식을 고안하였고 실 측정결과와 계산을 통해 MLC 플래시의 정보 신뢰성이 SLC 플래시 대비 상당히 높아질 수 있음을 보였다. 우리가 연구한 총 48개 상황 중 44개의 상황에서 SLC 플래시의 RBER이 MLC 플래시보다 낮았음에도 불구하고 IDDD방식을 적용함으로써 48개의 모든 상황에서 MLC 플래시의 RBER이 SLC 플래시보다 낮으며, 43개의 상황에서 UBER (uncorrectable bit error rate) 또한 SLC 플래시 대비 낮음을 보였다. Typical MLC NAND flash devices are considered less reliable than SLC NAND flash devices. Although raw bit error rate (RBER) of MLC flash had been considered approximately 1000times or more higher than that of SLC flash, recent research conducted on Google's data center shows that it is much lower than such expectation. Based on the research, we devised In Drive Data Duplication (IDDD) scheme that efficiently exploit MLC flash's sufficient capacity to improve its data reliability without structural complexity increment using SSD intrinsic firmware layer, and showed the data reliability expectation of MLC flash could be significantly higher than that of SLC flash from measured and calculated error rates. Even though RBER of SLC flash was lower than that of MLC flash in 44 out of 48 cases we studied, applying IDDD scheme, RBER of MLC flash was became lower than that of SLC in all 48 cases and uncorrectable bit error rate (UBER) of MLC flash was became lower than that of SLC flash in 45 out of 48 cases.