KAIST, SSD보다 빠른 차세대 저장장치 만들었다

국내 연구진이 비휘발성 메모리 익스프레스( NVMe ) 콘트롤러 성능을 차세대 메모리 개발에 적합하도록 향상시켰다. 국내외 대학과 연구소에 기술을 무상으로 공개했다.

한국과학기술원( KAIST· 총장 신성철)은 정명수 전기 및 전자공학부 교수팀(컴퓨터 아키텍처 및 메모리 시스템 연구실)이  SSD 의 데이터 병렬 입출력 처리를 순수 하드웨어( HW )로 구현한 차세대  NVMe  컨트롤러 오픈익스프레스를 개발하는 데 성공했다고 4일 밝혔다.

NVMe 는  PCI  익스프레스 인터페이스를 기반으로 한 저장장치 통신 규격이다.  SATA  인터페이스 대비 최대 6배 이상 속도를 낼 수 있다.

OpenExpress 의주요 하드웨어  IP  코어
빠른 입출력 장치에 특화된  NVMe  인터페이스 기술은 하드디스크( HDD )용으로 설계된 기존  SATA  규격을 대체,  SSD 에서 제 성능을 발휘하기 위해 개발됐다. 현재 다양한 플래시 기반 저장장치에 적용되고 있다.

전 세계 주요 기업들은  NVMe 를 사용하는 데 필요한  NVMe  콘트롤러 관련 지식 재산권( IP ) 확보를 위해 막대한 비용을 투자하고 있다. 그러나 해당  IP 는 외부에 공개가 되지 않아 대학이나 연구소 등에서 이를 연구목적으로 사용하기에는 어려움이 많다. 소수 벤처기업이 자체 개발한  IP 를 일부 제공하지만 한 달에 약 4000만원에 달하는 이용료를 내야 한다. 또  IP  수정을 위한 단일 사용 소스 코드를 받으려면 복사본 당 약 1억원을 지급해야 한다.

연구팀이 개발해 공개한 콘트롤러는 수십 개 이상 하드웨어( HW ) 기본  IP , 여러 핵심  NVMe   IP  코어로 구성돼 있다. 실제 성능평가를 위해  NVMe   HW  콘트롤러를 프로토타입(시제품)으로 제작하기도 했다. 오픈익스프레스에서 제공되는 모든 로직은 높은 주파수에서 동작하도록 설계했다.

OpenExpress , 상변화 메모리를 적용한  Optane   SSD 의 성능 비교 그래프
오프익스프레스를 이용해 개발한  FPGA  스토리지 카드 시제품은 초당 최대 7기가바이트( GB )의 대역폭을 지원한다. 초고속 차세대 메모리 등 연구에 적합하다. 다양한 스토리지 서버 작업 부하를 비교한 테스트에서도 인텔의 새로운 고성능 저장장치인 옵테인  SSD 보다 76% 높은 대역폭, 68% 낮은 입출력 지연시간을 보였다. 실리콘 장치 합성을 하면 더 높은 성능을 도출할 수 있을 것으로 예상된다.

비영리를 목적으로 하는 대학 및 연구소라면 오픈익스프레스 공개 소스 규약 내에서 자유롭게 사용할 수 있고, 수정사용도 가능하다.

정명수  KAIST  전기 및 전자공학부 교수
정명수 교수는 “기존  SSD  기술을 이끄는 몇몇 세계 최고 기업들만이 갖고 있던 콘트롤러를 이제는 대학과 연구소에서도 무상 사용 가능하다”며 “초고속 차세대 메모리 등 저장장치 시스템 연구를 위한 초석을 다졌다는 점에서 의미가 있다■ 고 강조했다.