KAIST 정명수 교수 연구팀, 무상으로
자유롭게 수정 가능한 NVMe 컨트롤러 IP
오픈익스프레스 공개로 차세대 메모리 개발 촉진


NVMe 컨트롤러를 차세대 메모리 개발에 적합하도록 성능을 대폭 높인 NVMe 컨트롤러 관련 기술이 국내 연구진에 의해 개발되어 무상으로 공개됐다.

KAIST 전기및전자공학부 소속 정명수 교수 연구팀은 4일, SSD의 데이터 병렬 입출력 처리를 순수 하드웨어로 구현한 차세대 NVMe 컨트롤러인 ‘오픈익스프레스(OpenExpress)’를 개발했다고 밝혔다.

NVMe는 SATA보다 6배 빠른 비휘발성 메모리 인터페이스 규격으로, HDD를 위해 설계된 SATA 규격이 SSD에서 제대로 성능을 발휘하지 못하자 이를 대체하기 위해 개발됐다.

전 세계 주요 ICT 기업들이 NVMe를 사용하는 데 필요한 하드웨어 NVMe 컨트롤러 관련 IP를 확보하기 위해 막대한 비용을 투자해 독자적 개발에 나서고 있다. 하지만 해당 IP는 외부에 공개되지 않아 대학이나 연구소 등에서 이를 연구목적으로 사용하기에는 어려움이 많았다.

미국 실리콘밸리에 있는 소수의 벤처기업이 자체적으로 개발한 IP를 일부 제공하지만, 한 달에 약 4천만 원의 이용료를 내야 한다. 또 IP 수정을 위한 단일 사용 소스 코드를 받기 위해서는 복사본 당 약 1억 원을 지급해야 한다.

이러한 문제를 해결하기 위해 정명수 교수 연구팀은 자유롭게 수정이 가능한 하드웨어 NVMe 컨트롤러 IP인 오픈익스프레스를 개발하고 이를 무상으로 공개했다. 이 공개용 컨트롤러는 수십 개 이상의 하드웨어 기본 IP들과 여러 핵심 NVMe IP 코어로 구성돼 있다.

정 교수팀은 실제 성능평가를 위해 오픈익스프레스를 이용한 NVMe 하드웨어 컨트롤러를 프로토타입으로 제작하고, 오픈익스프레스에서 제공되는 모든 로직은 높은 주파수에서 동작하도록 설계했다.

오픈익스프레스를 이용해 개발한 FPGA 스토리지 카드 시제품은 최대 7GB/s의 대역폭을 지원하여 초고속 차세대 메모리 등의 연구에 적합하다.

다양한 스토리지 서버 작업 부하를 비교한 테스트에서도 인텔의 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 낼 수 있을 것으로 연 교수팀은 예상했다.

정 교수팀이 개발한 이 컨트롤러는 비영리를 목적으로 하는 대학 및 연구소들이라면 오픈익스프레스 공개 소스 규약 내에서 자유로운 사용과 함께 수정사용이 가능하다. 따라서 차세대 메모리를 수용하는 NVMe의 컨트롤러와 소프트웨어 스택에 관한 연구에 적합하다.

한편, 이번 연구는 차세대 메모리 개발 및 공급업체인 멤레이(MemRay)의 지원을 받아 진행됐다.