NAND 플래시 관리 알고리즘

Jan 27, 2026 · Updated Feb 11, 2026

핵심 개념

NAND 플래시는 페이지를 덮어쓸 수 없고, 블록 단위로만 지울 수 있으며, 지우기 횟수에 수명 제한이 있다. SSD 컨트롤러는 이러한 특성을 숨기고 HDD처럼 동작하게 만들기 위해 FTL, Garbage Collection, Wear Leveling 등의 내부 관리 기법을 수행한다.

비유하면, 사무실 서랍 정리와 같다. FTL은 서류가 어느 서랍에 있는지 기록한 인덱스이고, GC는 버린 서류와 남길 서류가 섞인 서랍을 정리하는 과정이다.

동작 원리

1. FTL (Flash Translation Layer)

논리 블록 주소(LBA) → 물리 페이지 주소 변환 테이블을 유지한다. NAND는 덮어쓰기가 불가하므로, 같은 LBA에 새 데이터를 쓰면 다른 물리 페이지에 기록하고 FTL이 매핑을 갱신한다.

유효(valid)/무효(invalid) 페이지 추적
빈(free) 블록 관리
물리 블록 상태(erased, written, invalid) 관리

2. Garbage Collection (GC)

쓰기가 반복되면 무효 페이지가 쌓여 빈 블록이 부족해진다.

Garbage Collection 과정

1 Victim 블록 선택

무효 페이지가 많은 블록을 선택

2 Valid 페이지 복사

유효 페이지를 빈 블록으로 이동

3 블록 Erase

원래 블록 전체를 지워 빈 블록으로 확보

Before GC:
Block A                    Block B (free)
┌──────┬──────┬──────┬──────┐  ┌──────┬──────┬──────┬──────┐
│Valid │Inval │Valid │Inval │  │Empty │Empty │Empty │Empty │
│ P0   │ P1   │ P2   │ P3   │  │      │      │      │      │
└──────┴──────┴──────┴──────┘  └──────┴──────┴──────┴──────┘

After GC:
Block A (erased)           Block B
┌──────┬──────┬──────┬──────┐  ┌──────┬──────┬──────┬──────┐
│Empty │Empty │Empty │Empty │  │ P0   │ P2   │Empty │Empty │
│      │      │      │      │  │      │      │      │      │
└──────┴──────┴──────┴──────┘  └──────┴──────┴──────┴──────┘

3. Over-provisioning (OP)

SSD 전체 용량 중 일부(보통 ~20%)를 사용자에게 노출하지 않고 내부 관리용으로 예약한다. GC 임시 저장, 즉시 쓸 빈 공간 확보, 웨어 레벨링 여유 공간으로 사용한다.

4. Wear Leveling (마모 평준화)

특정 블록만 자주 지우면 그 블록이 먼저 수명이 다하므로, 쓰기를 여러 블록에 분산한다. “콜드 데이터”(자주 안 바뀌는 데이터)를 자주 지워진 블록으로 이동하여 모든 블록이 비슷한 횟수로 지워지게 한다.

5. Write Amplification (WA)

호스트가 요청한 쓰기량 대비 실제 NAND에 쓴 양의 비율이다.

WA = NAND에 쓴 데이터량 / 호스트 요청 쓰기량

예: 호스트 1 페이지 쓰기 요청
→ 실제: 2 페이지 읽기 + 3 페이지 쓰기 + 1 블록 지우기
→ WA = 3/1 = 3

WA가 높으면 쓰기 수명이 감소하고 성능이 저하된다.

예시

256GB SSD에서 200GB만 사용자에게 보임 (56GB = OP). 파일 삭제 시 TRIM 명령으로 OS가 SSD에 알려주면, SSD가 해당 페이지를 무효로 표시하고 다음 GC 때 정리한다.