낸드플래시보다 1천배 빠른 메모리, 데이터센터 어떻게 바꿀까

미국지디넷 칼럼 '인텔의 3D크로스포인트는 서버와 스토리지를 어떻게 변화시킬 것인가' 번역

인텔은 3D크로스포인트(3D XPoint) DIMM에 이어, SSD를 올해 소개한다. 3D크로스포인트가 스토리지와 메모리를 개선할 막대한 잠재력을 가졌지만, 결국 가격에 구애받을 것이다.

[☞원문링크: How Intel's 3D XPoint will transform servers and storage]

나는 이달(3월) UC샌디에고에서 열린 제7회 연례 비휘발성메모리 워크숍에 참석했다. 인텔의 펠로우이자 3D크로스포인트 스토리지 수석아키텍트인 프랭크 T. 하디가 실내를 메운 박사급(PhD) 연구자, 경쟁자들 앞에서 기조연설을 했다. 물론 인텔은 아직 여러 핵심적인 질문에 답할 준비가 안 돼 있었으나, 그들이 말하고자 하는 바를 명확히 했다.

1세대 크로스포인트는 20nm 공정으로 제조되며, 스토리지와 시스템 메모리 양쪽에 쓰일 수 있다. 그러나 SSD나 디스크와 달리, 크로스포인트는 바이트 주소로 참조 가능한데(byte addressable), 말인즉 D램과 비슷하게 쓰일 수 있다는 뜻이다. 데이터 스토리지 용도일 경우 4k 블록 디바이스처럼 쓰인다.

그러나 크로스포인트의 밀도는 D램의 10배(지만 초기 제품은 싱글레벨셀이기 때문에 플래시만큼의 밀도에는 못 미친)다. D램과 결합한 3D 크로스포인트 서버는 D램보다 확실히 낮은 비트당 가격에 4배의 메모리 용량을 지원할 수 있다.

인텔, 마이크론의 3D크로스포인트 구조 개념도. 초록색 부분이 셀, 노란색 부분이 셀렉터다.

3D 크로스포인트는 a)바이트 주소로 참조 가능하다는 점, b) 기록 내마모성이 낸드플래시의 1천배 이상이라는 점, 그리고 c) 1천배 빠른 I/O 특성 덕분에 DIMM으로 사용될 수 있다. 3D 크로스포인트 DIMM은 낸드플래시에서처럼 웨어레벨링(wear-leveling)을 수행할 컨트롤러를 요구하지만, 짐작컨대 그 트래시 컬렉션 프로세스는 낸드플래시 디바이스의 풀 블록 쓰기보다 훨씬 세분화될 것 - 즉 훨씬 간섭이 적을 것 - 이다.

■최초 '옵테인' SSD

명칭(Nomenclature): 3D 크로스포인트는 기술이다. 옵테인(Optane)은 3D 크로스포인트를 사용하는 SSD 제품 브랜드다.

인텔은 PCIe와 NVMe 인터커넥트를 갖춘 최초의 옵테인 SSD로 기업 시장을 노리고 있다. 범용 SATA 6Gb/s 인터페이스는 충분히 빠르지 않고, PCIe와 NVMe가 훨씬 더 효율적이다.

그들은 모든 엔터프라이즈/클라우드 시장에 대응해 복구할 수 없는 비트 오류율(uncorrectable bit error rate, UBER) 수치를 10의 마이너스 17승(10 to the negative 17th, 즉 0.00000000000000001)으로, 수명을 5년으로, 성능을 탁월하게 만들고 있다.

■지연시간이 짧은 스토리지 설계

수많은 변화가 3D 크로스포인트의 성능 강화로 귀결된다. 이런 것들을 포함한다:

▲인터럽트에서 폴링으로 전환: 대기 시간을 늘렸음에도 지연 시간이 더 짧아졌다.

▲더 짧은 지연시간과 더 예측가능한 성능을 위해 3D 크로스포인트를 페이지/스왑 공간으로 사용.

▲새로운 플러싱 쓰기 명령.

▲처음으로 리눅스에서 쓸 수 있게 된 새로운 NVM라이브러리, PMEM.io.

▲노바(Nova)같은, 퍼시스턴트 메모리 인지 파일 시스템.

▲마이크로소프트가 작업 중인, 윈도용 스토리지급 메모리 지원.

▲향후 하이브리드 메모리 사용을 위해 설계될 제온 프로세서.

저 마지막 항목은 향후 몇년간 또는 영원한 종속을 야기하는 주술일 수 있다. 인텔이 그 API와 컨트롤러 명세(spec) 공개에 얼마나 관대하게 나올까?

■스토리지비츠 점수는요(The Storage Bits take)

3D 크로스포인트는 스토리지와 메모리를 개선할 막대한 잠재력을 가졌다. 관건은 가격이다.

인텔은 3D 크로스포인트가 D램(GB당 5달러)과 플래시(GB당 0.2달러) 사이쯤에 있을 것이라 말한다. 심히 유동적이다. 내가 볼 땐 3D 크로스포인트 DIMM 가격이 초기 GB당 2달러 언저리에 나오겠지만, GB당 1달러에 나오더라도 낸드플래시 가격의 5배 수준이다.

또다른 문제: 3D 크로스포인트가 유행에 실패할 경우. 대규모 확장 배치는 항상 부지런한 기술 시범 사용 과정에서 찾아내지 못한 버그와 이슈를 드러낸다. 우리는 기술의 실제 성능에 대해 치우침 없는 평가를 내리기 위해 (데이터센터에 SSD 수백만대를 쓰고 얻은 데이터로 논문을 내놓은 구글처럼) 8년씩이나 기다릴 수 있을까?

그러나 인텔과 마이크론이 공언한대로 또는 그와 비슷하게라도 결과물이 나와 준다면, 이는 플래시가 시작한 짧은 지연시간과 높은 IOPS의 혁명을 이어갈 것이다. 진정한 성공은 3D 크로스포인트 SSD의 도움에 힘입어 그 기술과 D램의 통합이 실현돼 메모리 용량과 서버 성능을 끌어올리는 것이다.