국내 연구진이 컴퓨터 없이 데이터 처리가 가능한 독립서버로 운영할 수 있고, 저전력 기반으로 탄소배출량도 크게 줄일 수 있는 스마트SSD를 개발했다.

카이스트(KAIST)는 전기및전자공학부 정명수 교수 연구팀이 물리적 장치의 실행이 아닌 가상으로 데이터 처리와 운영이 되는 도커(Docker) 개념을 적용한 새로운 프로세스인메모리(PIM) 모델 중 하나인 도커SSD를 개발했다고 27일 밝혔다. 

연구를 주도한 정명수 교수는 KAIST 출신 석·박사 인력과 함께 설립한 KAIST 창업기업 ‘파네시아’의 대표를 맡고 있다. 파네시아는 차세대 데이터 센터향 인터페이스 기술인 컴퓨트익스프레스링크(CXL)의 반도체 설계자산(IP), 근·원거리 데이터 처리 가속 솔루션 등 CXL을 활용하는 기술을 개발하는 팹리스 스타트업이다.

스마트 SSD는 여러 데이터를 처리하는 프로그램들을 데이터가 실제 존재하는 스토리지 근처에서 실행할 수 있게 함으로써 데이터 이동에 불필요한 전력 소모를 줄이고 고성능 결과를 얻게 하는 기술로 오랫동안 다양한 곳에 적용을 시도해 왔다. 

하지만 기존 데이터 처리 프로그램을 SSD 제조사별, 또 장치가 제공하는 환경별로 모두 수정하고 새로 만들어야 하는 문제로 스마트 SSD를 다양한 환경과 데이터 처리 응용에 적용하는 것에 한계가 있었다.

KAIST 연구팀은 스마트 SSD의 제조사·장치 환경에 관계 없이 현존하는 여러 프로그램을 그대로 스토리지에 이식·실행할 수 있는 도커SSD를 개발했다.

KAIST 정명수 교수 연구팀은 사용자들에게 데이터 처리 기술 중 편의성을 제공하는 방법으로 컨테이너를 주목했다. 컨테이너는 응용 프로그램과 해당 프로그램 실행에 필요한 라이브러리를 모두 포함한 소프트웨어 패키지다.

연구팀이 개발한 도커SSD는 가상화 운영체제(OS) 환경인 도커(Docker)를 스토리지 내부에서 실행할 수 있는 특허 기술을 적용해 호스트로부터 요청받은 컨테이너 단위의 작업을 처리한다. 

사용자들은 메모리·스토리지 제조사에 영향을 받지 않고 다양한 응용 프로그램을 스토리지 내부에서 실행할 수 있고 외부와 독립적인 실행 환경을 제공하는 컨테이너의 특성으로 사용자들이 기존 응용 프로그램의 소스코드를 수정할 필요가 없다.

연구팀은 일반적으로 SSD 장치에 접근하기 위해 사용되는 스토리지 프로토콜과 도커 소프트웨어 동작의 기반이 되는 네트워크 관련 프로토콜이 서로 호환되지 않는다는 점을 극복하기 위해 스토리지 프로토콜을 통해 네트워크 관련 메시지를 전송할 수 있는 새로운 인터페이스를 독자 개발했다. 

컨테이너·도커를 실행하기 위해서 기존 OS를 경량화해 도커SSD 내부에 통합하고, 스토리지에 내재된 저사양 프로세서를 활용하여 작업을 처리하면 성능이 저하될 수 있는 점을 착안해 자체 제작한 저전력 하드웨어(HW) 가속 모듈을 활용하여 네트워크 및 입출력 관련 동작을 가속함으로써 문제를 해결했다.

연구팀은 “도커SSD에 적용한 OS 수준 가상화의 실효성 검증을 통해 현재 학계에서 가장 자주 사용되는 스토리지 기반 모델보다도 데이터를 2배 빠르게 처리하면서 전력 소모 또한 약 2배 감소시킴을 확인했다”고 밝혔다. 

정명수 교수는 “불필요한 데이터 이동을 최소화해 빠르면서 에너지 절약에 최적됐고, 사용자 입장에서는 편리하면서도 우수한 호환성을 가진 메모리 모델을 확보했다”며 “PIM 모델인 도커SSD는 빠르게 확장하고 있는 국내외 데이터센터 운영기업·기관에 적용되면 탄소중립에도 기여할 것으로 기대하고 있다”고 말했다.

KAIST 교원창업 회사인 파네시아와 정보통신기획평가원의 지원을 받아 수행된 이번 연구는 스코틀랜드 에든버러에서 내년 3월에 개막하는 컴퓨터 구조 분야 최우수 학술대회인 ‘국제 고성능 컴퓨터 구조 학회(HPCA)’에서 발표될 예정이다.