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기존 상용 기술 활용 영구 메모리 효과 달성
기존 상용 기술 활용 영구 메모리 효과 달성
  • 박광하 기자
  • 승인 2021.03.16 14:17
  • 댓글 0
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정명수 KAIST 교수 연구팀
NVDIMM·ULL SSD 결합
TB급 영구 메모리 기능 구현
연구팀이 제안하는 MoS 기술 개요. [자료=KAIST]
연구팀이 제안하는 MoS 기술 개요. [자료=KAIST]

'비휘발성 메모리(NVDIMM)'와 '초저지연 반도체 저장장치(ULL SSD)'를 통합하는 방식으로 성능·용량을 대폭 끌어 올린 메모리 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 개발된 기술은 현재 소수의 글로벌 기업이 주도하고 있는 미래 영구 메모리(Persistent Memory) 기술보다도 월등히 뛰어나다는 게 연구진의 자평이다.

KAIST는 정명수 전기및전자공학부 교수 연구팀(컴퓨터 아키텍처 및 운영체제 연구실)이 NVDIMM과 ULL SSD를 하나의 메모리 공간으로 통합하는 '메모리 오버 스토리지(Memory-over-Storage, MoS)' 기술 개발에 성공했다고 16일 밝혔다.

KAIST는 개발 기술이 기존 스토리지 기술을 재사용하면서도 인텔의 '옵테인 기술'보다 뛰어나다고 말한다. 옵테인 기술보다 메모리 슬롯당 4배 이상인 테라바이트(TB) 수준의 저장 용량을 제공할 뿐만 아니라 휘발성 메모리인 D램에 버금가는 속도의 사용자 데이터 처리가 가능하다는 것이다. 1TB는 1024GB로, DVD 한장 용량은 보통 4.5GB다.

기존 NVDIMM 방식은 운영체제(OS) 도움 없이 CPU가 직접 NVDIMM에 접근할 수 있다는 장점이 있다. 반면 NVDIMM은 D램을 그대로 활용하므로 데이터 휘발을 막기 위해 배터리가 사용되곤 한다. 문제는 배터리 용량을 무한히 늘릴 수는 없다는 점이다. 배터리가 모두 방전되면 D램에 저장된 데이터도 사라지는 한계가 분명했다.

이를 해결하기 위한 대안으로는 인텔의 옵테인 메모리나 '메모리 드라이브' 기술 등이 있다. 하지만 이들 기술은 NVDIMM에 접근하기 위해 OS를 거쳐야 하므로 NVDIMM에 비해 읽기·쓰기 속도가 50% 수준으로 떨어진다.

반면 정 교수팀이 제안한 MoS 기술은 NVDIMM 용량과 ULL SSD의 용량을 하나의 공간으로 통합하고, 내부 동작을 하드웨어로 자동화한 영구 메모리 기술이라는 점이 다르다.

MoS 기술은 ULL SSD를 주 메모리로 활용하고 NVDIMM을 캐시 메모리로 활용한다. 따라서 대용량의 SSD 저장 공간을 사용자에게 메모리처럼 사용하게 해줌과 동시에 NVDIMM 단독 사용 시와 유사한 성능을 얻게 함으로써 미래 영구 메모리 기술들이 가지는 한계점을 전면 개선했다.

MoS 기술은 CPU나 메인보드 칩셋에 있는 '메모리 컨트롤러 허브(MCH)'에 적용돼 사용자의 모든 메모리 요청을 처리한다. 사용자 요청은 일반적으로 NVDIMM 캐시 메모리에서 처리되지만 NVDIMM에 저장되지 않은 데이터의 경우 ULL SSD에서 데이터를 읽어와야 한다.

기존 기술들은 SSD 읽기를 OS가 처리하는 반면, MoS 기술은 MCH 내부에서 하드웨어가 SSD 입·출력을 직접 처리하는 것이다. 이를 통해 ULL SSD에 접근 시 발생하는 OS의 입·출력 오버헤드(추가로 요구되는 시간)를 저감할 수 있다. 또한 큰 용량을 지닌 SSD를 일반 메모리처럼 사용할 수 있게 해주는 장점도 있다.

MoS 기술은 소프트웨어 기반 메모리 드라이브나 옵테인 영구 메모리 기술 대비 에너지 소모량 45% 절감 뿐만 아니라 데이터 읽기·쓰기 속도 또한 110% 향상되는 효과를 달성했다.

결과적으로 대용량의 메모리가 필요하고 정전으로 인한 시스템 장애에 민감한 데이터 센터, 슈퍼컴퓨터 등에서 MoS 기술이 기존 메모리나 미래 영구 메모리 기술을 대체할 수 있다는 게 KAIST의 설명이다.

MoS 기술 개발 연구진. (왼쪽부터) 정명수 교수, 장지에 박사후연구원, 권미령 박사과정, 국동현 박사과정. [사진=KAIST]
MoS 기술 개발 연구진. (왼쪽부터) 정명수 교수, 장지에 박사후연구원, 권미령 박사과정, 국동현 박사과정. [사진=KAIST]

정명수 교수는 "미래 영구 메모리 기술은 일부 해외 유수 기업이 주도하고 있지만, 이번 연구성과를 기반으로 관련 시장에서 우위를 선점할 수 있는 가능성을 열었다는 점에서 의미가 있다"고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 우수신진(중견연계) 사업, KAIST 정착연구사업 등의 지원을 받아 수행됐다.

이 밖에도 올해 6월에 열릴 컴퓨터 구조 분야 최우수 학술대회인 이스카(International Symposium on Computer Architecture, ISCA)'에서 관련 논문(논문명 Revamping Storage Class Memory With Hardware Automated Memory-Over-Storage Solution)이 발표될 예정이다.


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