'月 4000만원 NVMe' 국산화.. 무상 공개

[아시아경제 황준호 기자] 반도체로 데이터를 저장하는 SSD의 성능을 최대한 활용할 수 있도록 개발된 차세대 NVMe(Non Volatile Memory express) 컨트롤러가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 특히 연구진은 이 컨트롤러를 만들기 위한 NVMe 지식재산권(IP)을 무상으로 공개한다. 수천만원에서 수억원이 소요됐던 NVMe연구에 새로운 장이 열릴 것으로 예상된다.

한국산 NVMe 컨트롤로 개발

OpenExpress를 장착한 시제품 및 평면도

정명수 한국과학기술원 전기및전자공학부 교수의 연구팀은 SSD의 데이터 병렬 입출력 처리를 하드웨어를 구현한 차세대 NVMe 컨트롤러 '오픈 익스프레스(OpenExpress)'를 개발했다고 4일 밝혔다.

NVMe 컨트롤러는 SSD의 메모리와 인터페이스 간에 데이터 교환을 제어하는 장치다. 하드디스크(HDD)용으로 설계된 기존 규격(SATA)이 SSD에서 제대로 성능을 발휘하지 못하면서 대체제로 개발됐다. SSD는 컴퓨터의 핵심 장치 중 하나인 보조기억장치(하드디스크, HDD)의 느린 속도로 인해 개발된 저장장치다.

이 장치는 NVMe 연구에 적합한 성능을 갖췄다. 오픈 익스프레스를 활용해 개발한 FPGA 스토리지 카드 시제품은 최대 7GB/s의 대역폭을 지원한다. 다양한 스토리지 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. 또 이 장치는 비영리를 목적으로 하는 대학 및 연구소들이라면 'OpenExpress' 공개 소스 규약 내에서 자유로운 사용과 함께 수정 사용도 가능하다.

연구용 무상 공개

OpenExpress 및 상변화 메모리를 적용한 Optane SSD의 성능 비교 그래프

오픈 익스프레스는 NVMe 연구에 새로운 장을 여는 기술이라는 측면에서 의미가 크다. 연구팀은 오픈 익스프레스를 무상으로 공개한다. 이 공개용 컨트롤러는 수십 개 이상의 하드웨어 기본 IP들과 여러 핵심 NVMe IP 코어로 구성돼 있다. 연구팀은 실제 성능평가를 위해 오픈 익스프레스를 이용한 NVMe 하드웨어 컨트롤러를 프로토타입(시제품)으로 제작하고, 오픈 익스프레스에서 제공되는 모든 로직은 높은 주파수에서 동작하도록 설계했다.

세계 ICT 분야 기업은 NVMe 개발을 위해 막대한 비용을 투자하고 있다. 하지만 각 기업은 IP를 외부에 공개하지 않아, 대학이나 연구소 등은 연구가 불가능한 상황이었다. 미국 실리콘 밸리에 한 기업이 자체 개발한 IP를 공개하고 있지만 한 달에 4000만원에 달하는 이용료를 내야 했다. IP 수정을 위해 단일 사용 소스 코드를 받기 위해서는 복사본 당 약 1억원을 지급해야 했다.

정명수 교수는 "이번 연구 성과를 공개하면서, 기존 SSD 기술을 이끄는 몇몇 세계 최고 기업들만이 갖고 있던 컨트롤러를 대학과 연구소에서도 무상으로 사용할 수 있게 됐다"라며 "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 ATC2020(The USENIX Annual Technical Conference 2020)에서 발표됐다. 아시아권 단일 저자가 작성한 논문이 이 학술대회에 채택된 것은 대회 사상 처음(1993년)이다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr