DDR4 시스템의 메모리 페이지 정책에 따른 성능 분석 및 향상 방안 연구

Abstract

최근 몇 년간 유무선 네트워크의 급격한 발전 및 개인용 휴대 장치의 보급 증가와 그에 맞물린 소셜 네트워크 서비스의 활성화로 인해 생성되는 데이터의 양이 폭발적으로 늘어나게 되었다. 이 추세는 앞으로도 계속될 것으로 예측되며 이러한 추세에 힘입어 데이터센터에 대한 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 데이터센터는 컴퓨터 시스템과 이들을 연결하는 네트워크 시스템 및 저장장치인 스토리지로 구성되어 있다. 컴퓨터 시스템에서 프로세서의 비약적인 성능 향상에 비해 스토리지는 하드디스크의 물리적인 한계에 의해 오랫동안 성능 향상의 발목을 잡아왔다. 하지만 반도체 공정의 발달로 공정이 미세해지고 집적도가 높아짐에 따라 고용량 메모리의 생산이 가능하게 되었고, 메모리 가격 또한 꾸준히 하락하여 서버 시스템에 대용량 메모리를 저비용으로 구축 할 수 있게 되었다. 이로 인해 느린 스토리지를 배제하는 인 메모리 컴퓨팅이 각광받게 되었으며, 다양한 어플리케이션들의 등장으로 그 사용이 증가하고 있다. DRAM은 경쟁 기술에 비해 높은 cell 밀도, 적당히 빠른 접근속도, 높은 에너지 효율 그리고 상대적으로 저렴한 가격의 장점을 가져 수십 년간 컴퓨터의 주기억장치로써 널리 사용되고 있다. 또한 DRAM은 구조적인 특징에 의하여 row buffer를 운용하는 방법에 따라 메모리 성능 차이가 발생하게 되며, 이를 극복하기 위하여 다양한 row buffer 운용 기법들이 연구되어 왔다. 하지만 DRAM 메모리 컨트롤러의 설정을 CPU 제조사에서 담당하게 되어 세부 설정사항을 쉽게 바꿀 수 없는 점 때문에 대부분의 연구가 시뮬레이터 상에서만 이루어지고 있으며 시뮬레이션 결과를 바탕으로 기존에 비해 성능 또는 에너지 효율이 향상됨을 주장하고 있으나, 실제 최신 하드웨어에서 이를 측정한 결과가 학계에 보고되어 있지 않다. 본 논문에서는 이러한 한계로 인해 시뮬레이터에서만 확인할 수 있었던 DDR4 메모리 컨트롤러의 페이지 정책 간 성능을 UEFI 펌웨어를 직접 수정하여 실제 하드웨어에서 측정할 수 있는 방법을 제시하였다. 또한 추가적으로 adaptive page policy에서 고정 값으로 존재하는 타이밍 파라미터를 변경하여 응용프로그램에 따른 성능향상을 측정하였고 각 응용프로그램마다 최적의 성능을 보이는 파라미터 값이 존재함을 확인 하였다. 이 방법을 통해 최대 5.11% 성능이 향상되는 어플리케이션이 존재하였으며 하드웨어 변경 없이도 워크로드에 따라 파라미터를 변경하여 성능을 향상시킬 수 있는 가능성을 보였다.