KAIST「SSDより速い保存装置製造技術を開発」と発表

KAISTは4日、データベース(DB)の超高速・大容量処理に適合した情報貯蔵装置であるNVMeコントローラを、次世代メモリ開発に適合するよう、秒あたりの入力・出力処理能力など、機能的側面で性能を大幅に向上させた次世代NVMeコントローラに関わる技術を開発したと発表した。

発表によると、KAIST電気電子工学部のジョン・ミョンス教授の研究チーム(コンピュータアーキテクチャ及びメモリ研究室)は、SSDのデータ並列入出力処理をハードウェアで具現した次世代NVMeコントローラ、「OpenExpress」の開発に成功した。

ジョン・ミョンス教授の関連論文(OpenExpress: Fully Hardware Automated Open Research Framework for Future Fast NVMe Devices)は7月18日に開催されたシステム分野の最優秀学会の「The USENIX Annual Technical Conference (ATC)、2020」で発表された。KAISTによると、アジア圏の単一著者の論文がUSENIX ATC学会に採択されたのは1993年に学会が始まって以来、初めてであるという。

高速入出力装置に特化したNVMeインターフェイス技術は、ハードディスク用に設計された既存のSATA(Serial ATA)規格がSSDの性能に対応できなかったため、代替する技術として開発された。NVMeはSSDの性能を最大限活用するために開発された超高速データ転送規格としての地位を確立し、現在は多様なフラッシュ基盤貯蔵装置に適用されている。また、次世代メモリを基盤としたシステム装置構成のために、学界と産業界ではNVMeが持続的に研究されている。

全世界のICT分野の主要企業は、NVMeを使用するために必要なハードウェアNVMeコントローラの知的財産権(IP)の確保のために莫大な費用を投資し、独自開発を行っている。しかし、このような企業のIPは企業外部には公開されず、大学や研究所などで研究目的に使用することは難しい。アメリカのシリコンバレーにある一部のベンチャー企業は独自開発したIPを部分的に提供しているが、使用料が1ヶ月約4千万ウォン(約356万円)かかり、IP修正のための単一使用ソースコードのコピーあたり約1億ウォン(約890万円)がかかるなど、莫大な費用が必要となる。

このような問題を解決するために、ジョン・ミョンス教授の研究チームは自由に修正ができるハードウェアNVMeコントローラの知的財産権(IP)である「OpenExpress」を開発し、無償で公開した。この公開用のコントローラは数十個以上のハードウェア基本IPと様々な核心NVMe IPコアで構成されている。ジョン・ミョンス教授の研究チームは実際の性能評価のために、OpenExpressを用いたNVMeハードウェアコントローラを試作し、OpenExpressで提供される全てのロジックを高周波数で動作するように設計した。

「OpenExpress」を利用して開発されたFPGAストレージカードの試作品は最大で7GB/sの帯域幅に対応できる。従って、超高速次世代メモリなどの研究に適合する。多用なストレージサーバー作業負荷の比較テストでも、インテルの新しい高性能貯蔵装置、「Optane SSD」より76%高い帯域幅と68%低い入出力遅延時間をみせた。使用者の必要に応じてシリコン装置合成を行うことで、さらに高性能になると予想される。

ジョン・ミョンス教授の研究チームが開発したコントローラは、非営利を目的とする大学や研究所であれば、「OpenExpress」オープンソース規約内で自由な使用と修正ができ、次世代メモリを収容するNVMeのコントローラとソフトウェアスタックに関わる研究に適合する。

ジョン・ミョンス教授は、「今回の研究の成果を公開で、既存のSSD技術を先導する、世界最高企業のみが持っていたコントローラを大学と研究所でも無償使用ができる」と言い、「超高速次世代メモリなど、貯蔵装置システムの研究のための礎を築いたことに意味がある」と述べた。

この研究は次世代メモリ開発及び供給企業の「メムレイ(MemRay)」の支援で行われ、詳細はウェブサイト(http://camelab.org)で確認できる。

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