광학 SSD: 차세대 친환경 데이터 센터 지원

AI와 디지털 기술의 발전으로 일상 생활이 더욱 편리해지고 상호 연결되었습니다. 컴퓨터, 스마트폰, 가전제품 등 매일 사용하는 기술은 점점 더 강력해지고 있으며 다양한 온라인 서비스에 대한 액세스는 계속 증가하고 있습니다. 생성적 AI의 부상은 또한 번역, 문서 요약 및 계획과 같은 새로운 서비스를 도입하여 편의성을 더욱 향상시켰습니다.

일단 이러한 혜택을 경험하게 되면, 그 혜택 없이는 삶을 상상하기가 어렵습니다. 대규모 고성능 데이터 센터를 지원하는 강력한 전력 인프라는 미래 세대를 위해 지구를 보호하면서 디지털 세계에서 우리의 삶의 질을 유지하고 개선하는 데 필수적입니다.

데이터 센터의 수와 복잡성이 증가함에 따라 데이터 센터 내에서 작동하는 장치가 점점 더 빠르고 강력해지고 있습니다. 증가하는 수요를 따라잡기 위해 고대역폭, 저지연 네트워크도 확장되고 있습니다. 기존 기술에만 의존하면 갑작스러운 데이터 센터 중단과 같은 중단으로 이어질 수 있으며, 온라인 쇼핑, 비디오 스트리밍 서비스, 원격 의료, 심지어 정부 및 기업 시스템에 대한 전자 결제를 중단시킬 수 있습니다.

환경에 미치는 영향을 최소화하면서 기술 발전에 보조를 맞추기 위해서는 데이터 센터의 성능과 에너지 효율성을 모두 향상시키는 지속 가능한 솔루션을 개발하는 것이 필수적입니다. 환경적, 사회적, 경제적 요인을 고려한 균형 잡힌 접근 방식은 미래 성장을 책임감 있게 지원하는 데 핵심이 될 것입니다.

현재 CPU, SSD 및 NIC를 포함하여 데이터 센터에서 실행되는 서버의 주요 구성 요소는 PCI Express^®(PCIe^{®)를 통해 연결됩니다}. PCIe는 장치와 CPU 간의 고속 데이터 전송을 가능하게 하는 연결 표준으로, 새로운 세대마다 대역폭이 두 배로 증가했습니다. 데이터 전송에 사용되는 주파수 범위를 넓히면 대역폭이 높아져 고속 통신과 대용량 데이터 전송이 가능합니다.

예를 들어, PCIe 4.0은 16기가 전송(GT/s)에서 데이터를 전송하는 반면, PCIe 5.0은 32 GT/s*¹에서 데이터를 전송합니다.

PCI-SIG는 현재 차세대(PCIe 7.0)를 평가하고 있으며, 기존의 전기 연결 외에도 광 연결을 표준으로 통합하기 위한 조치를 취하고 있습니다.

데이터 센터 유연성을 향상시키고, 시스템 구성을 최적화하고, 운영을 간소화하는 데에는 많은 이점이 있습니다.

예를 들어, 광 연결은 서버(호스트)와 SSD와 같은 주요 구성 요소 간의 물리적 거리를 극적으로 확장할 수 있습니다. 이전에는 단일 섀시로 제한되었던 이러한 부품 배치의 유연성은 데이터 센터 설계, 운영 및 유지보수의 효율성 향상에 기여할 수 있습니다.

더 빠른 속도로 더 많은 양의 데이터를 처리하기 위해 데이터 센터에는 상당한 수의 고성능 서버가 필요합니다. 이로 인해 전력 소비와 열 발생이 증가하여 온도가 높아지고 서버 오작동 및 전력 중단으로 인한 시스템 가동 중단의 위험이 발생합니다. 많은 현재 데이터 센터는 가장 높은 열 발생 구성 요소를 기반으로 서버를 냉각하도록 설계되었으며, 이는 종종 저전력 구성 요소의 과냉각으로 인한 에너지 낭비를 초래합니다.

광 연결을 사용하여 서버 구성 요소를 확장하고 열 발생에 따라 배열함으로써 액체 및 공기 냉각과 같은 냉각 시스템을 최적화하여 과냉을 방지하고 전반적인 효율성을 개선할 수 있습니다.

광 케이블은 전기 케이블과 동일한 대역폭을 제공하지만 더 슬림하고 더 유연한 커넥터와 케이블을 특징으로 하여 부피가 크고 더 단단한 전기 케이블(하니스)보다 시스템 구성과 유지보수가 더 쉽고 효율적입니다. 또한 신호 노이즈(전기 케이블에서 발생)를 제거하면 공간이나 공장과 같은 까다로운 환경에서 작동할 수 있습니다.

차세대 그린 데이터 센터 기술 개발 프로젝트는 일본의 국가적 노력으로, 2022년 2월 새로운 에너지 및 산업 기술 개발 조직(NEDO)이 공개적으로 요청했습니다. Kioxia는 Fujitsu Limited, NEC Corporation(NEC), AIO Core Co., Ltd., Furukawa FITEL Optical Components Co., Ltd. 및 KYOCERA Corporation과 함께 이 프로젝트에 선정되었습니다.

이러한 기업들은 에너지 효율성 개선, 용량 증가 및 지연 시간 감소에 중점을 두고 데이터 볼륨의 급속한 증가를 해결하는 데이터 센터의 기술 발전을 추진하기 위해 협력하고 있습니다. 프로젝트 목표는 2030년까지 에너지를 40% 절감하면서 현재 데이터 센터의 성능과 처리 용량을 일치시키는 것입니다.

1. 광전자공학 기술(광전 융합 장치 및 광학 스마트 NIC 개발)
2. 광학 호환 칩 등을 위한 고성능 에너지 절약 기술(절전 CPU, 절전 가속기 및 광대역 SSD 개발)
3. 분해 기술

차세대 친환경 데이터 센터에서는 시스템 설계에 광학 기술을 채택함으로써 SSD 및 CPU와 같은 구성 요소를 분리하여 유연하게 상호 연결할 수 있습니다. 이러한 접근 방식은 설치 유연성을 개선하고 데이터 처리를 향상시키며 특정 애플리케이션에 최적화된 동적 시스템 구성을 가능하게 하여 분산된 컴퓨팅 시스템을 더욱 발전시킵니다. 그 결과 데이터 센터 효율성이 향상되고, 실시간 리소스 관리 및 데이터 분석이 가능하며, 더욱 지속 가능한 IT 인프라가 구축됩니다.

프로젝트의 일환으로 Kioxia는 광대역 광 SSD의 연구 및 개발을 책임지고 있으며, 여기에는 다음과 같은 세 가지 혁신이 포함됩니다.

Kioxia는 캘리포니아주 산타클라라에서 개최된 세계 최대 메모리 및 스토리지 산업 컨퍼런스인 2024년 메모리 및 스토리지의 미래라는 FMS에서 처음으로 광학 SSD 개념을 대중에게 발표했습니다.

시연은 간단합니다. 전기 케이블을 통해 서버에 직접 연결된 KIOXIA Enterprise SSD의 작동을 40미터 광섬유 케이블로 연결된 광 SSD 모델과 비교합니다. 실제 데이터 센터의 서버와의 거리에는 상당한 차이가 있지만, 데모는 성능에 차이가 거의 없음을 보여주었습니다.