연구

RESEARCH

연구성과

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EE학부 정명수 교수 연구팀, 항상 일정한 입출력 지연시간을 가지는 키벨류 데이터베이스를 위한 하드웨어-소프트웨어 SSD 프레임워크 세계 최초 개발 성

<(왼쪽부터) 전기및전자공학부 정명수 교수, 권미령 박사과정, 이승준 통합과정, 최현규 박사과정>

 

우리 학부 정명수 교수 연구팀이 세계 최초로 PLM SSD 기반, 키밸류 (KV) 저장장치용 하드웨어-소프트웨어 SSD 프레임워크를 삼성과 공동 개발에 성공하고 기존 데이터센터향 저장장치 및 스토리지 스택에 비해 항상 일정한 입출력 지연시간을 보장함으로서 페이스북/야후등의 사용자 워크로드에서 탁월한 성능향상을 보였습니다.

 

정명수 교수님 연구팀은 일정한 읽기 지연시간을 제공하는 NVMe에서 제시된 새로운 예측 지연 모드(Predictable Latency Mode, PLM) 인터페이스를 실제 데이터센터향 SSD 하드웨어 적용하여 긴 꼬리 지연시간을 제거한 로그 기반의 통합 키밸류 저장장치(Log-Structured Merge Key-Value Stores, LSM KV Store)용 하드웨어-소프트웨어 프레임워크, Vigil-KV를 세계 최초로 개발하였습니다. 이는 기존 데이터센터의 LSM KV Store 대비, 3.19배 빠른 꼬리 지연시간 및 34% 빠른 평균 지연시간을 자랑합니다.

데이터베이스의 한 종류인 LSM KV Store는 다양한 응용 데이터를 관리하는 데 사용되어, 사용자 읽기 경험을 저하하지 않도록 특정 시간 안에 사용자 요청을 처리해야 합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해, SSD 내부 작업을 수행하지 않고 읽기 서비스와 관련된 결정적 (Deterministic) 모드에서 일정한 읽기 지연시간을 보장하는 PLM SSD를 활용하였습니다.

 

구체적으로 Vigil-KV 하드웨어는 여러 개의 PLM SSD를 연결해주는 PLM SSD 배열장치(RAID)로 구성함으로써 시스템 내부에 결정적 모드 SSD가 항상 존재하도록 하여 SSD 내부 작업을 없앱니다. 또한, Vigil-KV 소프트웨어는 LSM KV Store 내부 동작으로 인해 결정적 모드가 해제되지 않도록 통합/완전저장(Compaction/Flush) 연산과 같은 LSM KV Store 동작과 사용자 요청을 스케줄링하였습니다.

 

연구팀이 제안한 연구성과 중 특히 주목할 만한 점은 세계 최초로 실제 SSD에서 PLM 인터페이스를 구현하였고, LSM KV Store용 하드웨어-소프트웨어 프레임워크로 일정한 읽기 지연시간을 제공한다는 것입니다. 연구팀은 Linux 4.19.91 및 RocksDB 6.23.0을 사용하여 Vigil-KV 소프트웨어를 구현하였고, 1.92TB 데이터센터향 NVMe SSD에서 Vigil-KV 하드웨어의 프로토타입을 제작했습니다.

 

권미령, 이승준, 최현규 박사과정생들이 참여한 이번 논문은 이번 논문은 미국 칼스배드에서 지난 7월 11일에 열린 시스템 분야 최우수 학술대회인 2022 유즈닉스 연례학술대회(USENIX Annual Technical Conference, ATC)에서 논문명(Vigil-KV: Hardware-Software Co-Design to Integrate Strong Latency Determinism into Log-Structured Merge Key-Value Stores)으로 발표되었습니다.

 

또한 본 연구의 결과는 페이스북/야후의 사용자 입출력 실험에서 우수한 성능을 인정받고 삼성전자 산학협력 우수논문상에서 최우수상을 수상하였습니다 (최재혁 교수님 회로 연구와 공동 수상).

해당 연구는 삼성전자 전략산학의 지원을 받아 진행되었으며 해당 연구에 대한 자세한 내용은 연구실 웹사이트(http://camelab.org)에서 확인하실 수 있습니다.

 

<삼성전자 우수논문상 최우수상을 수상 중인 권미령 박사과정생>

 

<수상 발표>

 

<연구 내용을 발표 중인 권미령 박사과정생>

 

<LSM KV store용 하드웨어-소프트웨어 프레임워크>

 

<평가 결과>