한국 기업과 연구소, 대학에서 매년 막대한 로열티를 주고 미국 기업에 빌려 써야만 했던 기술이 있었습니다. 단순 사용이 한 달에 사천만 원! 응용 작업을 하고 싶으면 1회 당 1억! 정말 많은 곳에서 빌려 쓰다 보니 매년 한국에서 미국으로 빠져나가는 로열티가 어마어마했습니다.
너무 비싸다는 불만은 항상 터져 나왔지만 이게 없으면 안 되는 기술이고 이렇게 제공을 해 주는 곳도 거의 없다 보니 미국 기업은 배짱 장사를 계속 이어 나갈 수가 있었다고 합니다. 하지만 2020년, 드디어 한국의 한 대학 연구팀에서도 이 기술을 자체 개발해 냈다는 가쁜 소식이 전해졌는데요. 그런데 이 소식에 한국보다 전 세계 대학과 연구소들이 더 열광했습니다.
개발은 우리나라가 했는데 왜 세계가 기뻐했던 걸까요? 전자 제품의 필수 부품인 ‘데이터 저장 장치’ HDD와 SSD. 수년 전까지만 해도 하드 디스크인 HDD가 저장장치로 사용되어 왔지만 처리속도가 훨씬 빠른 SSD가 개발되면서 HDD의 시대는 지고 SSD의 시대가 열렸습니다.
그런데 SSD의 성능을 제대로 구현하려면 ‘NVMe 컨트롤러’가 필요했습니다. NVMe 이건 무엇일까요? 기존의 HDD에는 SATA 인터페이스가 사용되었는데요. 이걸 그대로 SSD에 사용하니 속도의 한계가 있었다고 합니다. 빨리하려고 SSD를 개발했는데 이렇게 하니 SSD의 능력을 100% 끌어낼 수가 없었던 것이죠. 그래서 개발된 것이 바로 NVMe입니다.
SATA는 데이터를 한 줄로 들어오게 한다면 NVMe는 여러 줄로 세워서 처리하니까 훨씬 더 높은 효율을 낼 수 있다고 합니다. NVMe는 SATA보다 무려 6배 이상의 빠른 속도를 낼 수 있습니다. 이제 모든 제품이 SSD로 대체되고 있기 때문에 당연히 SSD의 성능을 제대로 뽑아낼 수 있는 NVMe를 이용할 수밖에 없게 되었는데요.
그래서 전 세계 ICT 분야 기업과 관련 대학, 연구소에서 NVMe 컨트롤러 관련 지식재산권을 확보하려고 노력했습니다. 그리고 기술을 개발한 기업들은 절대 외부로 이 기술을 공유하지 않았습니다. 미국 실리콘 밸리의 몇몇 기업들만 비용을 받고 기술의 일부를 제공해 줬는데요.
이건 기술 개발을 못하고 있는 기업들과 연구 목적으로 이 기술이 꼭 필요했던 연구소와 대학에게는 한 줄기 빛과 같은 거래였다고 합니다. 문제는 그 비용이 너무 비쌌다는 것이죠. 그냥 기술의 일부를 제공받는 것만 해도 한 달에 약 4천만 원. IP 수정을 위한 단일 소스 코드를 받으려면 복사본만 약 1억 원이었습니다.
기업들이야 제품을 팔아 이윤을 창출하다 보니 부담스러운 금액이라도 사용할 수는 있었지만, 문제는 대학과 연구소들이었습니다. 한정된 예산으로 연구해야 하다 보니 한 연구에 몇천만 원씩, 몇억씩 투자할 여유가 없었던 것입니다. 그런데 2020년 한국 카이스트 정명수 교수의 연구팀이 NVMe 컨트롤러를 개발해 냈습니다.
데이터 병렬 입출력 처리를 순수 하드웨어로 구현해 내면서 인텔의 고성능 SSD인 옵테인보다 2배 이상 성능을 대폭 향상시키는 데 성공했습니다. 정명수 교수의 연구팀은 오픈 익스프레스의 실제 성능 평가를 위해 프로토타입을 제작했고 개발된 시제품은 인텔의 옵테인과 비교했을 때 레이턴시는 68% 짧았으며, 대역폭은 76% 높았습니다.
여기까지 봤을 때 정명수 교수의 연구팀이 정말 엄청난 개발을 해냈다는 사실은 잘 알겠는데요. 그런데 한국에게 너무 기쁜 이 소식을 듣고 세계 대학과 연구소들이 더 신났다고 합니다. 그 이유는 정명수 교수의 연구팀이 비영리를 목적으로 하는 국내외 대학과 연구소에게 자신들이 개발한 NVMe 컨트롤러를 규약 내에서 자유로운 사용과 수정이 가능하도록 제공한다고 했기 때문입니다.
그동안 미국 기업들은 한 달에 4천만 원이나 받았는데, 복사해 주고 1억을 버는 것인데, 큰돈이 될 수 있는 기술을 개발하고도 오로지 기술 발전을 위해 배포 있는 선택이라니, 쉬운 결정이 아니었을 텐데 정말 대단하지 않나요? 그런데 정명수 연구팀의 놀라운 행보는 이것뿐만이 아니었습니다.
지금까지는 2020년의 업적이었다면 2021년에는 비휘발성 메모리와 초저지연 SSD를 하나의 메모리로 통합하는 기술인 MoS를 개발하는 데 성공했습니다. 메모리 슬롯당 테라바이트 수준의 저장 용량을 제공하면서 D램과 유사한 데이터 처리 속도를 낼 수 있다고 합니다. 인텔 옵테인 메모리 대비 슬롯당 4배 이상의 저장 용량을 가진 것입니다.
기존에는 OS의 도움 없이 비휘발성 메모리가 CPU에 직접 접근이 가능했지만, 대용량 데이터를 처리하는 데 한계가 있었습니다. 이 한계를 대안하기 위해 나온 것이 인텔을 옵테인 메모리와 메모리 드라이브 기술이었는데요. 하지만 이 기술들은 OS의 도움을 받아야 했기 때문에 NVDIMM보다 입출력 속도가 절반으로 떨어졌습니다.
반면 연구팀이 개발한 MoS 기술은 옵테인 영구 메모리보다 데이터 읽기/쓰기 속도는 110% 향상되었고, 에너지 소모량은 45% 절감되었다고 합니다. MoS 기술은 초저지연 SSD를 주메모리로 NVDIMM을 캐시메모리로 활용하는 구조입니다. 대용량 저장 공간인 SSD를 메모리로 제공하면서 NVDIMM을 단독으로 사용하는 것과 유사한 기능을 제공해 기존에 있던 기술 한계를 개선할 수 있었다고 합니다.
이 연구는 그동안 해외 일부 기업들이 주도하고 있던 미래 연구 메모리 기술 분야에서 한국이 우위를 선점할 수 있다는 가능성을 열어주었다고 합니다. 그리고 얼마 뒤 정명수 교수팀이 세계 최초의 기술을 개발했다는 기쁜 소식이 또 들려왔는데요.
‘전체론적 그래프 기반 신경망 기계학습 기술’ 줄여서 홀리스틱 GNN. 그래프 기계학습 추론의 그래프 처리, 그래프 샘플링 그리고 신경망 가속을 스토리지/SSD 장치 근처에서 수행한다고 합니다. 연구팀은 자신들이 세계 최초로 개발한 이 기술을 자체 제작한 프로그래밍으로 시제작했는데요. 이것이 이상적인 상황에서 최신 고성능 엔비디아 GPU를 이용한 기계학습 가속 컴퓨팅 대비 속도는 7배 향상, 에너지는 33배 절약할 수 있다고 합니다.
그리고 1년 뒤 정명수 교수의 연구팀은 대용량 메모리 장치부터 프로세스를 포함 컴퓨트 익스프레스 링크2.0기반 차세대 메모리 확장 플 폼, 다이렉트 CXL을 세계 최초로 프로토타입으로 제작했습니다. 운영체제가 실장된 단대단 시연에 성공했습니다.
이것은 높은 수준의 메모리 확장성을 제공하고 빠른 속도로 대규모 데이터 처리가 가능하다고 하는데요. CXL2.0은 그동안 높은 확장성에도 불구하고 연구 방향성을 제시해 줄 시제품의 개발과 연구가 진행되지 않고 있었습니다. 어쩔 수 없이 메모리 업계와 학계는 CXL1.0/1.1을 기반으로 연구 및 개발을 진행할 수밖에 없었습니다.
이번에도 정명수 교수의 연구팀은 가장 먼저 세계 최초로 CXL 2.0 기반의 다이렉트CXL 제작에 성공하면서 업계 발전을 위해 필요한 부분을 채워주었습니다. 여기서 멈추지 않고 올해는 CXL 3.0 기술을 활용한 AI 반도체를 세계 최초로 개발하셨는데요.
잘한 것은 널리 알리고 알려 더 많은 응원을 받아야 힘이 나는 법이니 짧게나마 교수님의 연구팀이 그동안 이루어왔던 연구 성과를 소개해 드렸는데요. 끊임없이 좋은 연구 성과를 내놓으며 업계 발전을 이끌고 있는 정명수 교수님과 연구팀들 덕분에 한국이 기술 강국으로 한걸음 앞설 수가 있었습니다. 앞으로도 계속 좋은 성과가 전해지기를 응원하겠습니다.
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