고성능 조립형 SSD 시스템 구조 모식도.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 최근 인공지능을 훈련하기 위해 더 많은 데이터가 필요해지면서 데이터 센터 및 클라우드 서비스를 위한 주요 저장장치인 고성능 SSD(Solid State Drive) 제품의 필요성이 높아지고 있다. 하지만 고성능 SSD 제품일수록 SSD 내부의 구성요소들이 서로의 성능에 크게 영향을 미치는 상호-결합형 구조의 한계에 부딪혀 성능을 극대화하기 어려웠다.

카이스트(KAIST)는 전기및전자공학부 김동준(사진) 교수 연구팀이 고성능 조립형 SSD 시스템 개발을 통해 차세대 SSD의 읽기/쓰기 성능을 비약적으로 높일 뿐 아니라 SSD 수명연장에도 적용 가능한 SSD 시스템 반도체 구조를 세계 최초로 개발했다고 15일 밝혔다.

연구팀은 CPU, GPU 등의 비메모리 시스템 반도체 설계에서 주로 활용되는 칩 내부에서 패킷-기반 데이터를 자유롭게 전송하는 온-칩 네트워크를 구성, 성능을 극대화하는 상호-분리형(de-coupled) 구조를 제안했다. 이를 통해 SSD의 프론트-엔드 설계와 백-엔드 설계의 상호 의존도를 줄여 독립적으로 설계하고 조립 가능한 조립형 SSD를 개발했다.

개발한 조립형 SSD 시스템 구조는 내부 구성요소 중 SSD 컨트롤러 내부, 플래시 메모리 인터페이스를 기점으로 CPU에 가까운 부분을 프론트-엔드(front-end), 플래시 메모리에 가까운 부분을 백-엔드(back-end)로 구분하고, 백-엔드의 플래시 컨트롤러 사이 간 데이터 이동이 가능한 플래시 메모리 전용 온-칩 네트워크를 새롭게 구성, 성능 감소를 최소화하는 상호-분리형 구조를 제안했다.

김동준 KAIST 전기및전자공학부 교수.[KAIST 제공]

SSD를 구동하는 핵심 요소인 플래시 변환 계층의 일부 기능을 하드웨어로 가속하여 플래시 메모리가 갖는 한계를 능동적으로 극복할 수 있는 계기를 마련했다. 상호-분리형 구조는 플래시 변환 계층이 특정 플래시 메모리의 특성에 국한되지 않고, 프론트-엔드 설계와 백-엔드 설계를 독립적으로 수행하는 설계의 용이성을 가지는 점이 조립형 SSD 구조의 장점이다. 이를 통해 기존 시스템 대비 응답시간을 31배 줄일 수 있었고 SSD 불량 블록 관리기법에도 적용해 약 23%의 SSD 수명을 연장할 수 있다고 연구팀 관계자는 설명했다.

이번 연구성과는 19일 미국 올랜도에서 열리는 컴퓨터 구조 분야 최우수 국제 학술대회인 ‘제50회 국제 컴퓨터 구조 심포지엄’에서 발표될 예정이다.

김동준 교수는 “이번 연구는 기존 SSD가 가지는 구조적 한계를 규명했다는 점과 CPU와 같은 시스템 메모리 반도체 중심의 온-칩 네트워크 기술을 적용해 하드웨어가 능동적으로 필요한 일을 수행할 수 있다는 점에서 의의가 있다”며 “상호-분리형 구조는 수명연장을 위해서도 능동적으로 동작하는 SSD 구조로써 그 가치가 성능에만 국한되지 않아 다양한 쓰임새를 가진다”고 말했다.