전기및전자공학부 정명수 교수 연구팀이 비휘발성 메모리*(Non-Volatile DIMM, NVDIMM)와 초저지연 반도체 저장장치**(Solid-State Drive, SSD)를 하나의 메모리 공간으로 통합하는 하드웨어 자동화 메모리-오버-스토리지(Hardware Automated Memory-over-Storage, HAMS) 기술 개발에 성공했다. HAMS 기술을 기반으로 제작된 메모리는, 현재 상용되는 SSD인 인텔 옵테인 대비 4배 이상인 TB 수준의 용량을 제공하는 동시에 기존 DRAM 메모리와 유사한 수준의 성능을 보인다. 이번 연구는 오는 6월 열릴 컴퓨터 구조 분야 최우수 학술대회 <International Symposium on Computer Architecture 2021>에서 발표될 예정이다.

대용량 메모리의 필요성 대두되어

    연구팀은 빅데이터 애플리케이션에 대한 수요가 폭발적으로 증가하는 데 반해, 현존하는 메모리 용량은 GB 수준에 그친다는 한계점에 주목했다. 기존에는 메모리 용량을 증가시키기 위해 소자 사이즈를 감소시켜서 회로 집적도를 높이거나, 새로운 소자를 개발하는 등의 방법을 사용했다. 이와 달리, 연구팀은 스토리지 용량이 이미 TB 수준임에 착안해 스토리지를 메모리로 활용하여 대용량 메모리 기술을 개발하고자 했다. 특히, NVDIMM과 초저지연 SSD를 하나의 메모리 공간으로 통합하여 기존 성능은 유지하면서 용량이 향상된 메모리기술을 설계하는 것이 본 연구의 핵심이다.

NVDIMM과 초저지연 SSD의 통합

    SSD가 스토리지로 사용될 경우, OS의 파일 시스템과의 장치 사이의 인터페이스 간극을 채우기 위해 OS 내 스토리지 스택을 통해서만 접근이 가능하다. 이 기존 접근 방식을 활용해 NVDIMM과 초저지연 SSD를 통합하는 것이 연구 초기의 목표였으나, OS에 의한 소프트웨어 오버헤드가 극심하여 기존 메모리와 유사한 성능을 얻기가 어려웠다. 이에 연구팀은 초저지연 SSD로의 접근 과정을 하드웨어 상에서 자동화하여 기존의 소프트웨어 오버헤드를 제거했다. 즉, SSD 접근 인터페이스를 메모리 컨트롤러 허브***(Memory Controller Hub, MCH) 내부에 포함한 것이 이번 연구에서 새롭게 제안하는 HAMS 기술이다. SSD와 메모리를 동일 주소 공간에 통합하여 대용량 메모리로 활용하는 것은 처음 시도되는 방식이다. 이는 메모리의 특성 상 스토리지 장치보다 빠른 처리 시간이 요구되어 기존의 SSD는 메모리로 활용되기 어려웠기 때문이다. 본 연구는 기존 SSD보다 성능상으로 높은 이득이 있는 초저지연 SSD를 활용하여 메모리의 처리 속도는 유지하면서 용량을 높일 수 있었다.

영구 메모리 관련 시장에서 우위 선점할 가능성 열어

    HAMS 기술은 용량 면에서는 인텔 옵테인 대비 4배 이상의 TB 수준 메모리를 제공하는 동시에 기존 DRAM 메모리와 유사한 사용자 수준의 성능을 낼 수 있었다. HAMS 기반 메모리의 특징 중 하나가 ‘비휘발성’인만큼, 연구팀은 “대용량의 메모리가 필요함과 동시에 비휘발성 특징을 활용해 시스템 장애를 유연하게 해결할 수 있는 데이터 센터 및 슈퍼컴퓨터에 활용될 수 있을 것으로 보고 있다”고 밝혔다. 또한, 정 교수는 “미래 영구 메모리 기술은 일부 해외 유수 기업이 주도하고 있지만, 이번 연구성과를 기반으로 국내 기술과 기존 스토리 및 메모리 기술을 통해 관련 시장에서 우위를 선점할 수 있는 가능성을 열었다는 점에서 의미가 있다”고 전했다.

비휘발성 메모리(NVDIMM)*
기존 DRAM에 플래시 메모리와 슈퍼 커패시터를 결합해 DRAM의 휘발성 메모리 성격을 보완하면서 임시데이터를 안전하게 저장, 복구할 수 있는 메모리. 

초저지연 SSD**
기존 SSD를 개선하여 매우 짧은 지연시간을 갖는 SSD.

메모리 컨트롤러 허브***
CPU, 램, 그래픽 카드와 같은 고속 장치 사이의 통신을 제어하는 집적회로.