Silicon Motion의 SM2524XT, AI PC를 위한 새로운 PCIe Gen5 DRAM-less SSD 컨트롤러 출시

Computex 시기에 맞춰, Silicon Motion은 PC 및 에지 디바이스 (edge devices)를 정조준한 차세대 메인스트림 PCIe Gen5 DRAM-less 컨트롤러인 SM2524XT SSD 컨트롤러를 출시합니다. 작년에 회사가 처음 발표하고 곧 출시될 예정인 SM2524XT는 최대 14GB/sec의 순차 읽기 (sequential read) 속도와 최대 250만 IOPS의 랜덤 성능을 제공할 수 있다고 Silicon Motion은 주장합니다. 이 회사는 이 칩을 점점 더 복잡해지는 로컬 에이전트 (local-agent) 및 대규모 언어 모델 (large-language-model) 작업을 처리해야 하는 AI 시대의 시스템을 위한 솔루션으로 포지셔닝하고 있으며, KV 캐시 (KV caches)를 호스팅하는 데에도 사용할 예정입니다. 이번 컨트롤러 출시는 현재의 DRAM 및 NAND 가격 상황에서 비용을 억제하기 위해 DRAM-less SSD를 활용하는 것에 대한 업계의 관심이 높아진 가운데 이루어졌습니다.

Silicon Motion SM2524XT의 아키텍처 및 성능 내부 구조

TSMC의 6nm 공정을 기반으로 구축되고 쿼드 코어 ARM Cortex-R8 CPU를 특징으로 하는 SM2524XT는 ONFI 5.2 사양을 준수하도록 설계된 DRAM-less 컨트롤러입니다. Silicon Motion은 이 컨트롤러가 이전 세대인 SM2504XT 컨트롤러보다 와트당 성능 (performance per watt)을 최대 25% 더 높게 제공할 것이라고 주장하며, 클라이언트 및 에지 PC 폼 팩터 (form factors)를 위해 5W 미만의 SSD 소비 전력을 목표로 하고 있습니다.

Silicon Motion의 내부 테스트에 따르면, 이 컨트롤러는 읽기에서 최대 14GB/s, 쓰기에서 최대 12GB/s의 순차 성능에 도달할 수 있습니다. 이러한 수치는 전체 PCIe Gen5 x4 대역폭과 빠른 NAND 플래시 (NAND flash)에 의존합니다. 250만 IOPS라는 랜덤 성능 주장은 이 컨트롤러가 가장 차별화되는 부분으로, 쿼드 코어 프로세서와 최대 4,800MT/s로 작동하는 4개의 NAND 채널의 조합에서 비롯됩니다.

핵심부에서는 채널당 16개의 칩 선택 (chip selects)을 가진 4개의 NAND 채널과 쿼드 코어 프로세서가 병렬로 작동하여 플래시 변환 계층 (flash translation layer, FTL) 스케줄링 및 오류 정정 (error correction)을 관리합니다. Silicon Motion은 이 설계가 랜덤 IOPS를 250만까지 끌어올린다고 말합니다. 수년 전에는 1M IOPS에 도달하기 위해 24개의 SATA SSD가 필요했습니다. 이제는 DRAM-less SSD 영역에서 그 수치의 2.5배를 수행하고 있습니다.

전력 효율(Power efficiency)은 열 여유(thermal headroom)가 제한적인 많은 애플리케이션에서 핵심적인 차별화 요소입니다. Silicon Motion은 TSMC 6nm 공정과 PI-LTT(Intelligent Power Optimization with Low-Voltage NAND I/O) 기술의 조합을 통해 SM2524XT로 구축된 SSD의 총 드라이브 소비 전력을 5W 미만으로 낮추는 것을 목표로 하고 있습니다. 여기서 회사의 내부 테스트 결과에 따르면, 이전 세대가 4.67W에서 11,511 MB/s를 기록한 것과 비교하여, 이 컨트롤러는 4.689W의 활성 전력(active power)에서 14,800 MB/s의 순차 읽기(sequential read) 성능을 달성했습니다. 전력 소모는 거의 동일하게 유지하면서 순차 처리량(sequential throughput)은 약 29% 더 높게 제공합니다.

Silicon Motion은 또한 새로운 컨트롤러를 이전 세대 대비 와트당 성능(performance-per-watt)이 개선된 모델로 프레임화하기 위해 비교 슬라이드를 제시했습니다. 이는 SSD 발열이 지속적인 워크로드(sustained workloads) 하에서 실제 제한 요소가 될 수 있는 노트북과 SFF AI PC(그리고 Project TinyMiniMicro 노드)에서 매우 중요합니다.

신뢰성 측면에서 Silicon Motion은 SM2524XT를 단순히 눈에 띄는 순차 대역폭(sequential bandwidth)뿐만 아니라, 더 지능적인 컨트롤러 동작을 중심으로 포지셔닝하고 있습니다. 회사는 컨트롤러의 특징 중 하나로 선제적 결함 모니터링(proactive fault monitoring)과 자동 복구(automatic recovery)를 강조합니다.

오류 정정(Error correction) 또한 주요 홍보 요소입니다. Silicon Motion은 자사의 8세대 NANDXtend 기술과 온디스크 트레이닝(on-disk training)이 SSD가 지속적인 AI 추론(AI inference) 트래픽을 지원하도록 요구됨에 따라, QLC NAND의 내구성(endurance)과 데이터 무결성(data integrity)을 향상시키도록 설계되었다고 밝혔습니다.

SM2524XT는 또한 ONFI 5.1 사양의 일부로 도입된 분리된 명령 주소(SCA, separated command address) 지원을 구현하는 Silicon Motion의 두 번째 메인스트림(XT) 컨트롤러가 될 것입니다. Silicon Motion은 SSD 컨트롤러와 NAND 플래시 간의 명령(command) 및 주소(address) 신호를 분리함으로써, 기존의 공유 버스(shared-bus) 방식에 비해 더 높은 효율성, 더 낮은 지연 시간(latency), 그리고 더 나은 전반적인 성능을 달성한다고 설명합니다.

PI-LTT 기술은 I/O 전압을 낮춤으로써 NAND I/O 전력을 더욱 감소시킵니다. Silicon Motion은 이를 AI PC의 열 관리(thermals)를 위해 전력 소비를 낮게 유지하면서도 성능을 유지하도록 돕는 지능형 전력 최적화(intelligent power optimization) 접근 방식의 일부라고 설명합니다.

전반적으로, 이 새로운 컨트롤러에는 꽤 많은 기능이 포함되어 있습니다.

맺음말

Silicon Motion은 SM2524XT를 통해 AI PC가 범용 성능보다는 KV 캐시(KV Cache) 워크로드에 특화되어 최적화된 스토리지 컨트롤러를 필요로 할 것이라는 점에 승부수를 던졌습니다. 250만 IOPS를 주장하는 DRAM-less 설계는 서버 환경보다 전력 및 열 제약이 더 엄격한 엣지 AI(edge AI) 부문에서 매우 공격적인 목표입니다. Silicon Motion은 SSD를 직접 판매하지 않습니다. 대신 SSD 제조업체에 컨트롤러를 공급합니다. 실제 제품 성능은 어떤 NAND 플래시 파트너를 선택하느냐와 그들이 펌웨어(firmware)를 얼마나 공격적으로 튜닝하느냐에 크게 좌우될 것입니다. DRAM-less 설계는 지속적인 랜덤 IOPS(sustained random IOPS)가 NAND 품질과 FTL(Flash Translation Layer) 구현에 특히 민감함을 의미합니다. 조만간 이 새로운 컨트롤러가 탑재된 드라이브를 찾아 테스트해 볼 수 있기를 바랍니다.