KAIST, SSD보다 빠른 차세대 저장장치 등장 가능성 높인 `OpenExpress’ 공개

SSD를 대체할 수 있는 차세대 메모리를 위한 데이터 처리기술이 개발됐다.
4일 한국과학기술원(KAIST)은 정명수 전기및전자공학부 교수 연구팀이 SSD(Solid State Drive) 데이터 병렬 입출력 처리를 하드웨어로 구현한 차세대 NVMe 컨트롤러 '오픈 익스프레스(OpenExpress)'를 개발했다고 밝혔다. NVMe는 저장장치를 위한 통신 규격으로, 하드디스크(HDD)에 사용되는 SATA 인터페이스에 비해 최대 6배 이상의 속도를 낼 수 있다.
이번에 개발된 오픈 익스프레스는 자유롭게 수정이 가능한 하드웨어 NVMe 컨트롤러의 지식 재산권(IP)을 무상으로 공개했다. 현재 전세계 인터넷·통신 기술(ICT) 기업들은 막대한 비용을 들여 NVMe를 사용하는 데 필요한 컨트롤러를 개발하고 있어 관련 IP를 외부에 공개하지 않고 있다. 미국 실리콘밸리에 있는 소수의 벤처기업이 자체적으로 개발한 IP를 일부 제공하지만 한 달에 약 4000만 원의 이용료를 내야 한다. 정 교수 연구팀은 수십 개 이상의 하드웨어 기본 IP들과 여러 핵심 NVMe IP 코어로 구성된 공개용 컨트롤러를 만들어 연구 목적을 위한 개발을 보다 손쉽게 만들었다.

OpenExpress를 장착한 시제품 및 평면도. [사진 제공 = KAIST]

KAIST 연구팀은 오픈 익스프레스를 이용한 NVMe 하드웨어 컨트롤러 시제품을 만들고 성능평가에도 나섰다. 그 결과 오픈 익스프레스를 이용해 개발한 저장 카드 시제품은 최대 7GB/s의 대역폭을 지원하는 것으로 나타났다. 이 대역폭은 초고속 차세대 메모리 연구에 사용할 수 있는 수준이다. 또 다양한 저장 서버 작업 부하를 비교한 테스트에서도 인텔의 새로운 고성능 저장장치인 옵테인 SSD(Optane SSD)보다 76% 높은 대역폭과 68% 낮은 입출력 지연시간을 보였다. 사용자의 필요에 따라 실리콘 장치 합성을 하게 되면 훨씬 더 높은 성능을 도출할 수 있을 것으로 예상된다.
NVMe는 HDD용으로 설계된 기존 SATA 규격이 SSD에서 제대로 성능을 발휘하지 못해 개발된 기술이다. NVMe는 SSD 성능을 최대한 활용할 수 있도록 개발된 초고속 데이터 전송규격으로 자리를 잡았다. 현재 NVMe는 USB 등 다양한 플래시 기반 저장장치에 적용되고 있다. 학계와 산업계는 차세대 메모리를 기반으로 한 시스템 장치 구성을 위해 NVMe를 계속해서 연구하고 있다.

OpenExpress 및 상변화 메모리를 적용한 Optane SSD의 성능 비교 그래프. [사진 제공 = KAIST]

이번 연구를 주도한 정 교수는 "이번 연구성과를 공개했기 때문에 기존 SSD 기술을 이끄는 몇몇 세계 최고 기업들만이 갖고 있던 컨트롤러를 대학과 연구소에서도 이젠 무상 사용이 가능해졌다"며 "초고속 차세대 메모리 등 저장장치 시스템의 연구를 위한 초석을 다졌다는 점에서 의미가 있다"고 강조했다.
한편 이번 연구 성과는 지난달 18일 열린 시스템 분야 최우수 학술대회인 'The USENIX Annual Technical Conference (ATC), 2020'에서 발표됐다. 아시아권 단일저자가 작성한 논문이 USENIX ATC 학술대회에 채택된 것은 해당 학술대회가 시작된 지난 1993년 이후 27년 만에 처음이다.
“이번 연구는 차세대 메모리 개발 및 공급업체인 '멤레이(MemRay)'의 지원을 받아 진행됐으며 해당 연구에 대한 자세한 내용은 웹사이트에서 확인할 수 있다.”
[이종화 기자]