'DirectCXL', 세계 첫 CXL 2.0 메모리 확장 플랫폼
기존 메모리 확장 플랫폼 대비 최대 3배 더 빨라
정 교수 "데이터 센터·HPC에서 수요 클 것" 기대

(사진) 정명수 KAIST 교수 연구팀이 대용량 메모리 장치부터 프로세스를 포함한 컴퓨터 익스프레스 링크(CXL) 2.0 기반의 차세대 메모리 확장 플랫폼인 ‘다이렉트 CXL(DirectCXL)’을 ‘End-to-End’에 시연하는데 성공했다.
(사진) 정명수 KAIST 교수 연구팀이 대용량 메모리 장치부터 프로세스를 포함한 컴퓨터 익스프레스 링크(CXL) 2.0 기반의 차세대 메모리 확장 플랫폼인 ‘다이렉트 CXL(DirectCXL)’을 ‘End-to-End’에 시연하는데 성공했다.

카이스트(총장 이광형, KAIST)가 차세대 메모리 확장 플랫폼을 만들어 실험한 엔드-투-엔드(end-to-end) 시연에 성공했다. 전 세계 첫 성공 사례다. 성능 실험 결과 기존 메모리 확장 솔루션 대비 성능이 8.3배 뛰어났다. 

정명수 KAIST 교수 연구팀은 1일 대용량 메모리 장치부터 프로세스를 포함한 컴퓨터 익스프레스 링크(CXL) 2.0 기반의 차세대 메모리 확장 플랫폼인 ‘다이렉트 CXL(DirectCXL)’을 ‘End-to-End’에 시연하는데 성공했다고 밝혔다. 

정 교수 연구팀이 제안하는 DirectCXL 프로토타입 시연 영상 일부. (사진=카이스트)
정 교수 연구팀이 제안하는 DirectCXL 프로토타입 시연 영상 일부. (사진=카이스트)

정 교수 연구팀이 프로토타입한 CXL 2.0 기반 메모리 확장 플랫폼인 ‘DirectCXL’은 메모리 확장성이 우수하다. 빠른 속도로 대규모 데이터 처리가 가능하다. 해당 플랫폼은 ▲메모리를 확장해 주는 ‘CXL 메모리 장치’ ▲ 호스트 ‘CXL 프로세서(CU)’ ▲여러 호스트를 다수의 CXL 메모리 장치에 연결하는 ‘CXL 네트워크 스위치’ ▲ 메모리 확장 플랫폼 전반을 제어할 리눅스 운영체제 기반인 ‘CXL 소프트웨어 모듈’로 이뤄졌다. 

‘DirectCXL’ 플랫폼을 사용한 시스템에서는 확장된 메모리 공간에 직접 접근한다. 데이터를 CPU 캐시로 가져와 불필요한 메모리 복사와 소프트웨어 개입이 없다는 의미다. 지연시간도 최소한으로 했다. PCIe 인터페이스만을 사용해 프로토콜 전환이 생략돼서다.

추가적인 CPU가 필요 없는 CXL 메모리 장치를 CXL 스위치에 연결하는 것만으로 메모리 확장이 가능하다. CXL 2.0 기반, CPU부터 CXL 스위치, 메모리 장치가 장착된 시스템에서 운영체제를 작동하고 데이터 센터와 응용을 실행하고 시연한 것은 정명수 교수 연구팀이 처음이다. 

기존보다 8.3배 높은 성능 갖춰

DirectCXL과 기존 RDMA 기반 메모리 확장 플랫폼 지연시간·응용 실행시간 비교 그래프. (사진=KAIST)
DirectCXL과 기존 RDMA 기반 메모리 확장 플랫폼 지연시간·응용 실행시간 비교 그래프. (사진=KAIST)

연구팀은 자체 제작한 메모리 확장 플랫폼 ‘DirectCXL’의 성능을 검증했다. CXL 동작이 가능한 다수의 자체 개발 호스트 컴퓨터가 CXL 네트워크 스위치를 통해 연결된 다수 CXL 메모리 장치들을 제어하는 환경을 만들어 실험했다. 구성된 플랫폼으로 CXL 메모리 장치 성능을 기존 RDMA 기반 메모리 확장 솔루션과 비교했다.

연구팀이 제안한 ‘DirectCXL’은 확장된 메모리에 대한 접근 시간 검증에서 기존 RDMA 기반의 메모리 확장 솔루션 대비 8.3배의 성능 향상을 보였다. 많은 메모리 접근을 요구하는 그래프 응용처리와 인 메모리 데이터베이스 응용처리에서도 각각 2.3배, 2배의 성능 향상을 기록했다.

정명수 교수는 "이번에 개발된 ‘DirectCXL’은 기존 RDMA기반 메모리 확장 솔루션보다 훨씬 적은 비용으로도 뛰어난 성능과 높은 확장성을 제공하는 만큼 데이터 센터나 고성능 컴퓨팅(HPC)시스템에서의 수요가 클 것으로 기대한다"고 전했다. 그는 "향후 해당 플랫폼을 활용해 CXL이 적용된 새로운 운영체제(OS)는 물론 시스템 소프트웨어, 솔루션 시제품 고도화에도 도움된다"고 말했다.

이번 연구는 미국 칼스배드에서 지난 7월 11일에 열린 시스템 분야 최우수 학술대회인 ‘유즈닉스 연례 회의(USENIX Annual Technical Conference, 2022)’에 발표됐다. 논문명은 ‘Direct Access, High-performance Memory Disaggregation with DirectCXL’다.

또 미국 산호세에서 이달 2~3일에 열리는 플래시 메모리 정상회담(Flash Memory Summit)에서 CXL 컨소시움이 이끄는 CXL 포럼에도 발표될 예정이다. 

AI타임스 김미정 기자 kimj7521@aitimes.com

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