Controller는 어떻게 진화해야 하는가
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Interview
AI Devices를 비롯한 Edge Device 시장이 빠르게 확대되면서 저장장치에는 더 높은 성능과 데이터 품질, 전력 효율은 물론, 제품과 응용마다 서로 다른 요구사항이 제시되고 있습니다. 이러한 변화는 Controller1의 역할뿐 아니라 개발 방식에도 새로운 기준을 제시하고 있습니다.
Edge Device용 NAND Flash Storage Controller를 개발하는 에이아이오는 이러한 시장 변화에 대응하기 위해 Tailorable Architecture2을 개발해 왔습니다. 삼성전자 메모리사업부에서 NAND Flash Firmware 설계를 주도한 뒤, 에이아이오를 공동 창업해 현재까지 Controller SoC Architecture와 Firmware 개발을 이끌고 있는 한승현 연구소장을 만나 AI Devices 시대 Controller 기술의 진화와 Tailorable Architecture에 담긴 개발 철학에 대해 이야기를 나누었습니다.
변화하는 시장은 새로운 Controller를 요구합니다.
지난 20여 년 동안 NAND Flash는 셀당 저장 비트 수를 확대(SLC→MLC→TLC→QLC)하고, 3D NAND가 상용화되면서 저장 용량과 성능을 지속적으로 향상시켜 왔습니다. 하지만 집적도가 높아질수록 셀 간 간섭과 데이터 오류 가능성도 함께 증가했고, 이를 안정적으로 제어하기 위한 Controller1 기술의 역할은 더욱 중요해지고 있습니다.
NAND Flash 기반 스토리지의 적용 분야도 빠르게 확대되었습니다. 과거 PC와 모바일이 중심이었다면, 이제는 AI Devices를 중심으로 스마트 디바이스, 자율주행차, 산업용 로봇 등 다양한 제품에서 NAND Flash 기반의 스토리지가 활용되고 있습니다. 동일한 NAND Flash 기반 스토리지라도 해도, 제품마다 요구되는 성능과 동작 특성은 모두 다르며, 지원해야 하는 Host Interface와 고객 요구사항 또한 다양해지고 있습니다. 특히 Edge는 데이터센터나 PC처럼 통일된 요구 조건이 존재하는 시장이 아니라, 제품과 응용마다 요구 조건이 서로 다르다는 점이 가장 큰 특징입니다.
이러한 환경에서는 새로운 NAND Flash와 Host Interface, 고객 요구사항이 등장할 때마다 Controller 와 Firmware를 처음부터 새롭게 설계하는 방식으로는 시장 변화의 속도를 따라가기 어렵습니다. 개발 기간은 길어지고 검증 비용은 증가하며, 축적된 기술과 개발 경험을 다음 제품 개발에 지속적으로 활용하기도 어렵기 때문입니다.
한승현 연구소장은 이러한 변화가 NAND Storage 제품 개발 방식 자체의 혁신을 요구하고 있다고 설명합니다.
“예전에는 하나의 제품을 얼마나 잘 만드는지가 중요했다면, 이제는 변화하는 시장에 얼마나 빠르게 대응할 수 있는지가 경쟁력입니다.
Controller와 Firmware는 변화하는 NAND Flash와 다양한 Host 환경, 그리고 고객 요구에 유연하게 대응할 수 있어야 합니다.”
에이아이오가 Tailorable Architecture2을 개발하게 된 배경도 여기에 있습니다. 변화하는 시장에 신속하게 대응하면서도 검증된 품질과 개발 효율을 동시에 확보하기 위해, 제품마다 Controller와 Firmware를 새롭게 설계하는 대신 검증된 기술을 기반으로 다양한 제품에 적용·확장할 수 있는 공통 아키텍처가 필요하다고 판단했습니다. 에이아이오는 오랫동안 Edge 시장에서 제품·응용별로 서로 다른 요구 조건을 충족하는 Controller와 Firmware를 개발해 오며, 이 분야의 노하우를 꾸준히 축적해 왔습니다.
1 Controller: Host와 NAND Flash 사이에서 데이터를 읽고 쓰며, 오류를 수정하고 저장 공간을 관리하는 저장장치의 핵심 시스템 반도체입니다.
2 Tailorable Architecture: 다양한 NAND Flash와 Host 환경에 맞춰 Controller를 유연하게 설계하고 최적화할 수 있도록 개발한 AIO의 독자적인 Controller 플랫폼입니다.
좋은 Controller는 어떻게 만들어지는가
좋은 Controller는 NAND Flash의 특성을 이해하고, 다양한 Host 환경과 고객 요구에 맞춰 최적의 성능과 데이터 품질을 구현할 수 있어야 합니다. 이는 Controller 경쟁력을 결정하는 핵심 요소입니다.
한승현 연구소장은 서울대학교에서 RTOS1와 Embedded Linux2를 연구한 이후, 삼성전자 메모리사업부에서 NAND Flash Controller와 Firmware 개발을 수행하며 Controller 기술이 제품 경쟁력을 좌우하는 핵심 요소임을 직접 경험했습니다. 이 경험은 Controller가 단순한 인터페이스 칩이 아니라 NAND Flash의 성능과 데이터 품질을 결정하는 핵심 기술이라는 인식으로 이어졌습니다. 또한 변화하는 NAND Flash와 다양한 Host 환경에 대응하기 위해서는 제품마다 Controller를 새롭게 개발하는 방식이 아니라, 검증된 기술을 기반으로 개발 효율과 품질을 함께 확보할 수 있는 체계가 필요하다는 개발 철학으로 이어졌습니다.
2011년 에이아이오를 공동 창업한 이후에도 이러한 철학은 이어졌습니다. 고객 요구 수집과 Controller SoC 설계 및 개발, Firmware 설계 및 개발, Validation3, Qualification4, 양산 대응까지 제품 개발 전 과정을 하나의 개발 체계로 구축하며, 연구 단계의 기술을 실제 양산 제품으로 구현하는 데 집중해 왔습니다. 이러한 개발 철학은 오늘날 에이아이오의 모든 Controller 개발 과정의 기반이 되고 있습니다.
1 RTOS (Real-Time Operating System): 실시간으로 데이터를 처리하고 장치를 제어하기 위해 설계된 운영체제입니다.
2 Embedded Linux: 임베디드 기기에 최적화해 사용하는 Linux 기반 운영체제입니다.
3 Validation: 제품이 설계 의도대로 정상적으로 동작하는지 확인하는 개발 단계의 검증 과정입니다.
4 Qualification: 반도체 제품이 고객의 품질과 성능 기준을 만족하는지 검증하는 인증 및 평가 과정입니다.
Tailorable Architecture1, 변화에 대응하는 Controller 기술
에이아이오의 Tailorable Architecture (NF-TSA)은 검증된 Controller SoC와 Firmware IP를 기반으로 다양한 NAND Flash와 Host Interface, 그리고 고객 요구사항에 맞춰 Controller를 유연하게 최적화할 수 있도록 설계한 에이아이오의 독자적인 architecture 플랫폼입니다. 동일한 기술 자산을 기반으로 제품별 특성과 응용 환경에 필요한 기능을 최적화함으로써 다양한 제품 개발과 변화하는 시장 요구에 효율적으로 대응할 수 있습니다.
Tailorable Architecture의 핵심은 검증된 기술 자산을 다양한 제품으로 확장할 수 있는 architecture 플랫폼입니다. 하나의 Controller를 모든 제품에 동일하게 적용하는 것이 아니라, 동일한 Controller SoC와 Firmware를 기반으로 제품 특성과 적용 환경에 맞춰 필요한 기능을 최적화함으로써 다양한 NAND Flash와 응용 환경에 유연하게 대응할 수 있습니다. 이를 통해 고성능(High Performance), 높은 신뢰성(High Reliability), 저전력(Low Power)이라는 기술 목표와 저원가(Low Cost), 하위 호환성(Backward Compatibility), 맞춤형(Customizable)이라는 시장 요구를 균형 있게 충족하도록 설계되었습니다.
또한 개발 과정에서 축적된 검증(Validation) 결과와 고객 인증(Qualification) 경험, 그리고 양산 노하우는 이후 제품 개발에도 지속적으로 활용됩니다. 새로운 NAND Flash나 Host Interface가 적용되더라도 검증된 기술을 기반으로 필요한 기능을 최적화함으로써 개발 효율을 높이고, 안정적인 제품 개발과 양산 품질 확보가 가능합니다.
이러한 Tailorable Architecture는 현재 SD Card, UFD, eMMC Controller 개발에 적용되고 있으며, 이를 통해 다양한 제품의 양산 경험과 기술 자산을 축적해 왔습니다. 축적된 기술을 바탕으로 산업용 및 차량용 제품은 물론 UFS와 cSSD 등 다른 interface 제품까지 기술 적용 범위를 지속적으로 확대하고 있습니다.
한편 SD Card, UFD, eMMC는 Host Interface 관점에서는 Legacy 규격으로 분류되지만, 여전히 전 세계 수많은 Edge Device에서 가장 폭넓게 사용되는 저장장치입니다. 반면 이들 제품에 탑재되는 NAND Flash는 1~1.5년의 짧은 주기로 세대교체가 이루어지기 때문에, 에이아이오는 Legacy Host Interface 제품에서도 항상 최신 NAND Flash를 지원하는 Controller를 개발하고 있습니다. 이처럼 Edge 스토리지 시장은 다양한 제품이 오랜 기간 공존하는 Long Tail 시장으로, Host Interface가 Legacy라 하더라도 지속적인 기술 개발이 반드시 필요한 영역입니다.
한승현 연구소장은 Tailorable Architecture의 핵심은 검증된 기술을 기반으로 다양한 제품과 시장 요구에 유연하게 대응할 수 있는 Controller 플랫폼이라고 설명합니다.
“좋은 Controller는 하나의 제품을 위한 기술이 아니라, 앞으로 등장할 새로운 NAND Flash와 다양한 응용 환경에도 지속적으로 대응할
수 있어야 합니다. Tailorable Architecture는 이러한 변화에 유연하게 대응하기 위해 구축한 에이아이오의 핵심 Controller 기술입니다.
Host Interface가 Legacy라고 해서 기술이 멈춰 있는 것은 아닙니다. NAND Flash가 계속 진화하는 한, 이를 지원하는 Controller
기술도 함께 진화해야 합니다.”
AI Devices를 비롯한 Edge Device 시대에는 저장장치에 요구되는 성능과 적용 환경이 더욱 다양해질 것입니다. 에이아이오는 Tailorable Architecture를 기반으로 변화하는 NAND Flash와 다양한 응용 환경에 유연하게 대응하는 Controller 기술을 지속적으로 발전시키며, 차세대 AI Devices를 위한 스토리지 플랫폼 경쟁력을 더욱 강화해 나갈 것입니다.
1 Tailorable Architecture (NF-TSA): 다양한 NAND Flash와 Host 환경에 맞춰 Controller를 유연하게 설계하고 최적화할 수 있도록 개발한 에이아이오의 독자적인 Controller 플랫폼입니다.
