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3D XPoint 메모리 - IDF 업데이트 메모리란 이런것!


Intel Development Forum이 8월 말에 열렸는데, 생업과 육아가 바쁜 관계로 한달이 지나서야 3D XPoint 메모리에 대해 추가로 공개된 정보를 정리해 봅니다. 저번에 썼던 3D XPoint 메모리 글에서 3D XPoint 메모리로 인해 새로운 memory hierarchy가 등장하지 않을까란 추측을 했었는데, 역시나 IDF에서 새로운 memory hierarcy의 등장에 대해 소개 합니다. 여기에 한술 더 떠서 아래 그림과 같이 메모리와 저장장치(storage)의 융합이라는 표현까지 하는데 3D XPoint 메모리를 이용한 SSD와 DDR4 메모리 slot에 끼울 수 있는 DIMM 형태의 제품 두가지를 발표했기 때문인 것 같습니다. 

자료출처 - IDF 2015 홈페이지 SPCS006 session 발표자료 13 페이지

3D XPoint 메모리를 이용한 제품중에 먼저 SSD 부터 살펴보면 앞으로 "Optane"이라는 제품명으로 가지게 될 예정인데 호환성을 위해 현재 출시되어 있는 SSD의 form factor 대부분을 지원할 예정이라고 합니다. (아래 그림 참조)

자료출처 - IDF 2015 홈페이지 SPCS006 session 발표자료 12 페이지

많은 분들이 궁금해 할 부분인데, Optane SSD 성능을 인텔의 기존 고성능 SSD인 P3700 모델과 비교했을 경우 최대 성능 기준으로 시제품 Optane SSD가 대략 5배가량 빠르고 read queue depth를 줄여 SSD가 제 성능을 내기 힘든 상황을 만들면 optane SSD쪽의 성능저하가 덜하기 때문에 최대 7배 가량 성능차이가 벌어 진다고 합니다. (자료출처 - Anandtech) 7월에 3D XPoint 메모리를 발표할 때는 NAND flash 메모리 보다 1000배가 빠르다고 주장했는데 성능차이가 생각보다 크지 않아서 실망하시는 분들도 있을 겁니다. 인텔도 이 부분을 의식했는지 올해 IDF에서 Non-volatile memory session 발표자인 Al Fazio는 3D XPoint 메모리로 인해 성능 향상의 병목지점이 메모리 칩에서 시스템의 다른 부분으로 옮겨 갔다는 언급을 합니다. 쉽게 생각하면 CPU를 두배 빠른걸 쓴다고 PC의 속도가 두배가 되지 않는 것과 마찬가지라고 보면 될 것 같습니다. 

자료출처 - IDF 2015 홈페이지 SPCS006 session 발표자료 11 페이지

SSD 성능 향상에 대한 좀더 자세한 정보는 위의 그림을 보시면 되는데, 왼쪽에서 오른쪽 그래프로 가면서 기존 하드 디스크에서 NAND flash 메모리가 적용되고, SATA 인터페이스가 NVMe 인터페이스로 바뀌고 마지막으로 NAND flash가 3D XPoint 메모리로 바뀌면서 얼마만큼의 latency 성능 향상 이루어 졌는지를 보여주고 있습니다. 맨 오른쪽 2개의 그래프를보시면 메모리 자체의 latency는 줄었지만 소프트웨어 처리시간은 거의 변하지 않아 성능향상폭이 제한되었음을 알 수 있습니다. 

개인적으로 좀 더 관심이 가는 부분은 3D XPoint 메모리를 이용해서 DDR4 메모리의 DIMM slot에 꽂을 수 있는 새로운 형태의 제품이 나온다는 얘기였는데, 이 부분이 새로은 memory hierarchy의 등장과 관련이 있기 때문입니다. (아래 그림 참조) 새로 발표될 DIMM 메모리는 DDR4와 전기적 물리적으로 호환된다고 하는데, 아마도 USB2와 USB3의 관계 처럼 내부적인 프로토콜은 달라도 같은 커넥터를 쓸 수 있듯이 여러개의 DDR4 slot이 있을 경우 원하는 대로 DDR4 메모리와 3D XPoint DIMM 메모리를 섞어서 꽂을 수 있는 제품이 나올거라는 생각을 해 봅니다. 차기 제온 프로세서에 적용이 될 거라고 하는데 인텔의 영향력이 메모리 쪽으로 점점 확대되고 있습니다. 재미있는 점은 기존의 OS와 소프트웨어들이 바뀔 필요가 없다고 하는데 이 말은 3D XPoint 메모리의 엄청난 용량을 하드웨어가 제어하는 cache로 사용하겠다는 뜻 입니다. 기존 cache의 경우 CPU와 DRAM 사이에 존재했는데, 3D XPoint DIMM cache는 DRAM과 SSD 사이에 존재하는 cache라는 차이점이 있지요. 정말로 새로운 memory hierarchy의 등장이 맞습니다! 컴퓨터 구조 관련 연구를 하는 사람들에게는 정말 재미있는 연구거리가 열린 셈이지요. 저는 컴퓨터 구조 쪽으로는 잠시 기웃거리기만 해봐서 어떤 application이 가장 먼저 수혜를 받을지 당장은 머리속에 떠오르는 분야가 없는게 아쉽습니다. 

자료출처 - IDF 2015 홈페이지 SPCS006 session 발표자료 14 페이지

마지막으로 Synopsys의 Committed to Memory 블로그에서 얻은 정보를 언급하면서 글을 마치겠습니다. 3D XPoint의 제조 공정과 관련된 이야기 인데, 3D XPoint 메모리는 기존 CMOS 공정의 metal layer를 이용하는 것이 아니라 CMOS 공정의 top metal 위에 추가로 layer를 얹어서 제조하는 것이라고 합니다. 3D XPoint 아래쪽은 CMOS 공정의 입장에서는 완전히 빈 공간인데 문제는 주변부 회로가 metal layer를 모두 사용해 버리기 때문에 3D XPoint 메모리 아래쪽에 어떤 회로를 만들더라도 바깥쪽의 회로와 연결할 방법이 없다는 것입니다. 현재는 이러한 제약 때문에 아까운 빈 공간을 남겨두고 있지만 추후에는 이 부분을 활용하는 기술도 나올 것 같습니다. 3D XPoint 메모리의 발전을 지켜보는 일이 컴퓨터 구조 측면에서도 칩 설계 측면에서도 재미있는 일이 될 것 같아 기대가 됩니다. 이상 글을 마칩니다. 





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