2014.08.11

HP 기고 | "The Machine : 혁신의 서막"

최형광 | CIO KR

이렇게 말하는 것은 어떨까? “당신이 기억하는 것을 기반으로 처리한다.”

알다시피 일반적인 프로세스에서는 기억을 기반으로 처리한다. 그렇다면 “기억의 한계는 처리의 한계”다. 나아가 “처리의 한계는 판단의 한계”에 이를 수 있다. 동의하는가?

물론 우리는(사람은) 기억하지 못해도 추론하여 처리하고, 상황 인지를 바탕으로 휴리스틱하게 접근하며, 적절한 처리를 통해 적합한 판단을 해내고 있다. 그러나 궁극적으로 충분한 모든 기억을 기반으로 인지하고, 유추하여 처리하고, 판단한다면 우리가 결정하는 오류는 더 줄어 들 것이다.

우리가 생각하는 컴퓨팅은 ?
기억을 기반으로 처리하는 프로세스를 일반적으로 “컴퓨터”라 부르는데, 좀 더 자세하고 전문적인 용어로 “폰 노이만 컴퓨터”라 부른다. 이 컴퓨터는 기억을 기반으로 처리하기에 기억의 한계가 컴퓨터의 한계가 된다. 프로그램과 데이터를 기억장치 안에 저장시켜 놓고, 저장된/기억된 프로그램에 의해 명령어를 순서대로 해독하며 실행하고 다시 저장하는 방식이다.

폰 노이만이 설계한 프로그램 기억 방식의 아키텍처는 현재 모든 컴퓨터의 기본이 되었다. 물론 다른 방법으로 “하버드 아키텍처”도 있지만 거시적으로는 “폰 노이만 아키텍처”의 파생이다. 노이만 아키텍처[그림1]의 스코토마는 데이터 경로의 병목현상 또는 기억장소의 지연 현상의 발생인데, 이는 나열된 명령을 순차적으로 수행하고, 그 명령은 일정한 기억장소의 값을 변경하는 작업으로 진행되는 노이만 구조의 본질에서 기인한다.

결국 컴퓨터의 능력은 기억의 능력이기에, 컴퓨터의 발전은 메모리의 한계 극복과 빠른 프로세서로 점철 되었다. 메모리의 용량의 확대와 메모리로 명령어나 데이터를 빨리전달 하는 게 중요했고, 처리하는 프로세서를 강화하는 것이 핵심이었다.

또 이를 구현하는 데 기술적 한계와 비용문제가 존재하기에 “메모리 계층구조 (Memory Hierarchy) [그림2]”의 적절한 배치와 활용을 기반으로 효율성을 추구 하게 되었다. [그림 1]은 “폰 노이만 아키텍처” 를 [그림2]는 “메모리 계층구조”를 보여 주고 있다. 이를 통해 메모리 계층구조의 지연 발생을 속도와 구현 비용, 용량 관계로 이해 할 수 있다. 이 구조에서 컴퓨터 발전의 과제는 더 빠른 프로세스 구축이었다.


[그림 1] 폰 노이만 아키텍처


[그림2] 메모리 계층구조

사람의 역사가 도전과 응전이라면, 기술의 역사는 한계의 도전과 극복이다. 컴퓨터 기술은 메모리 용량의 확장과 빠른 실행처리와 저장에 노력해 왔으나, 새롭게 등장하는 비정형 데이터와 폭증하는 뉴 패턴 데이터 처리의 한계를 나타내고 있다. 그러나 노이만 아키텍처를 넘어서는 새로운 아키텍처에 대한 도전 또한 지속적으로 이어져 왔다.

The Machine 새로운 컴퓨팅을 열다. (The Machine 컴퓨터의 근간을 바꾼다)
최근 HP Discover 2014에서 선보인 더 머신(The Machine) 또한 노이만 아키텍처의 한계와 근간을 뛰어넘는 새로운 개념의 기술이다.

더 머신 은 HP의 혁신 솔루션으로 폭 넓게 새로운 서버 아키텍처로 분류할 수 있는데, 마치 셀룰러 폰에서 스마트 폰의 진화만큼 대단한 혁신 기술 기반의 신개념 컴퓨터로 볼 수 있다. 더 머신은 포토닉 링크(Photonic Link), 멤리스터(Memristor) 기반 기술이 핵심으로, 그 동안 노이만 아키텍처 한계를 넘어서는 새로운 스타일의 기술이다.

기존 메모리와 저장장치 확장과 지연의 한계를 극복하는 방법으로 HP는 새로운 소재와 기술로 특징적인 2가지의 기술을 채택 했는데 첫째, 시스템의 연결에서’Photonic’(광전송) 을 사용하여 메모리 계층구조의 한계를 극복하고 있다.

오늘날 시스템의 연결(SOC)은 구리 기술을 사용하고 있는데, 이는 발열의 문제와 속도의 향상에 한계를 보이고 있었다. HP는 요소기술의 소재에 대한 혁신 기술을 선택하여 당분간 상용화가 어렵다고 평가된 광전송 기술을 적용한다.

[그림 3]는 더 머신에서 시스템과 멤리스터의 연결 구조를 보여주고 있다. 이러한 광전송의 경우 메모리 계층구조 자체가 무의미한 상태가 되며 하나의 처리과정에서 데이터 처리와 적재 등이 동시에 발생한다. 포토닉 링크 광전송 기술은 현재의 전송 속도보다 최대 10만배 빠른 전송을 제공하여 거리의 제한을 제거함으로 컴퓨팅 엑세스의 한계를 극복하게 되며, 저전력과 함께 발열의 문제도 함께 해결하는 특징을 갖게 된다.

둘째, 멤리스터 기반 기술(Memristor-based Technology)이다. SSD 스토리지보다 빠르며, 디램보다 빠른 차세대 혁신 기술로 전원공급의 중단이 발생해도 데이터를 저장 할 수 있는 비휘발성 기술이다.

멤리스터 메모리와 레지스터의 합성어로 레온 추아 교수(1971년)가 처음 이론화하였는데, 한 동안 이론상으로만 존재하다 2008년 5월 HP연구소가 티타늄 기반의Memristor를 구현해 네이처지에 관련 논문을 실으며 선보이게 된 혁신기술이다.

[그림 4]과 같이 저항, 커패시터(콘덴서), 인덕터 다음의 4번째 소자로 불리는 멤리스터는 2개의 단자를 가진 제 4 전기/전자 회로소자로써 레지스터와 메모리의 특성을 함께 가진다. 또 멤리스터는 저전력 기억소자로 메모리 DIMM과 플래시 메모리(SSD) 를 대체할 수 있고, 전하를 저장하지 않음으로 메모리 DIMM 의 속도 한계를 극복할 수 있는 HP특허 기술 중 하나이다.


[그림3] 더 머신 아키텍처


[그림 4] 멤리스터, 새로운 회로소자




2014.08.11

HP 기고 | "The Machine : 혁신의 서막"

최형광 | CIO KR

이렇게 말하는 것은 어떨까? “당신이 기억하는 것을 기반으로 처리한다.”

알다시피 일반적인 프로세스에서는 기억을 기반으로 처리한다. 그렇다면 “기억의 한계는 처리의 한계”다. 나아가 “처리의 한계는 판단의 한계”에 이를 수 있다. 동의하는가?

물론 우리는(사람은) 기억하지 못해도 추론하여 처리하고, 상황 인지를 바탕으로 휴리스틱하게 접근하며, 적절한 처리를 통해 적합한 판단을 해내고 있다. 그러나 궁극적으로 충분한 모든 기억을 기반으로 인지하고, 유추하여 처리하고, 판단한다면 우리가 결정하는 오류는 더 줄어 들 것이다.

우리가 생각하는 컴퓨팅은 ?
기억을 기반으로 처리하는 프로세스를 일반적으로 “컴퓨터”라 부르는데, 좀 더 자세하고 전문적인 용어로 “폰 노이만 컴퓨터”라 부른다. 이 컴퓨터는 기억을 기반으로 처리하기에 기억의 한계가 컴퓨터의 한계가 된다. 프로그램과 데이터를 기억장치 안에 저장시켜 놓고, 저장된/기억된 프로그램에 의해 명령어를 순서대로 해독하며 실행하고 다시 저장하는 방식이다.

폰 노이만이 설계한 프로그램 기억 방식의 아키텍처는 현재 모든 컴퓨터의 기본이 되었다. 물론 다른 방법으로 “하버드 아키텍처”도 있지만 거시적으로는 “폰 노이만 아키텍처”의 파생이다. 노이만 아키텍처[그림1]의 스코토마는 데이터 경로의 병목현상 또는 기억장소의 지연 현상의 발생인데, 이는 나열된 명령을 순차적으로 수행하고, 그 명령은 일정한 기억장소의 값을 변경하는 작업으로 진행되는 노이만 구조의 본질에서 기인한다.

결국 컴퓨터의 능력은 기억의 능력이기에, 컴퓨터의 발전은 메모리의 한계 극복과 빠른 프로세서로 점철 되었다. 메모리의 용량의 확대와 메모리로 명령어나 데이터를 빨리전달 하는 게 중요했고, 처리하는 프로세서를 강화하는 것이 핵심이었다.

또 이를 구현하는 데 기술적 한계와 비용문제가 존재하기에 “메모리 계층구조 (Memory Hierarchy) [그림2]”의 적절한 배치와 활용을 기반으로 효율성을 추구 하게 되었다. [그림 1]은 “폰 노이만 아키텍처” 를 [그림2]는 “메모리 계층구조”를 보여 주고 있다. 이를 통해 메모리 계층구조의 지연 발생을 속도와 구현 비용, 용량 관계로 이해 할 수 있다. 이 구조에서 컴퓨터 발전의 과제는 더 빠른 프로세스 구축이었다.


[그림 1] 폰 노이만 아키텍처


[그림2] 메모리 계층구조

사람의 역사가 도전과 응전이라면, 기술의 역사는 한계의 도전과 극복이다. 컴퓨터 기술은 메모리 용량의 확장과 빠른 실행처리와 저장에 노력해 왔으나, 새롭게 등장하는 비정형 데이터와 폭증하는 뉴 패턴 데이터 처리의 한계를 나타내고 있다. 그러나 노이만 아키텍처를 넘어서는 새로운 아키텍처에 대한 도전 또한 지속적으로 이어져 왔다.

The Machine 새로운 컴퓨팅을 열다. (The Machine 컴퓨터의 근간을 바꾼다)
최근 HP Discover 2014에서 선보인 더 머신(The Machine) 또한 노이만 아키텍처의 한계와 근간을 뛰어넘는 새로운 개념의 기술이다.

더 머신 은 HP의 혁신 솔루션으로 폭 넓게 새로운 서버 아키텍처로 분류할 수 있는데, 마치 셀룰러 폰에서 스마트 폰의 진화만큼 대단한 혁신 기술 기반의 신개념 컴퓨터로 볼 수 있다. 더 머신은 포토닉 링크(Photonic Link), 멤리스터(Memristor) 기반 기술이 핵심으로, 그 동안 노이만 아키텍처 한계를 넘어서는 새로운 스타일의 기술이다.

기존 메모리와 저장장치 확장과 지연의 한계를 극복하는 방법으로 HP는 새로운 소재와 기술로 특징적인 2가지의 기술을 채택 했는데 첫째, 시스템의 연결에서’Photonic’(광전송) 을 사용하여 메모리 계층구조의 한계를 극복하고 있다.

오늘날 시스템의 연결(SOC)은 구리 기술을 사용하고 있는데, 이는 발열의 문제와 속도의 향상에 한계를 보이고 있었다. HP는 요소기술의 소재에 대한 혁신 기술을 선택하여 당분간 상용화가 어렵다고 평가된 광전송 기술을 적용한다.

[그림 3]는 더 머신에서 시스템과 멤리스터의 연결 구조를 보여주고 있다. 이러한 광전송의 경우 메모리 계층구조 자체가 무의미한 상태가 되며 하나의 처리과정에서 데이터 처리와 적재 등이 동시에 발생한다. 포토닉 링크 광전송 기술은 현재의 전송 속도보다 최대 10만배 빠른 전송을 제공하여 거리의 제한을 제거함으로 컴퓨팅 엑세스의 한계를 극복하게 되며, 저전력과 함께 발열의 문제도 함께 해결하는 특징을 갖게 된다.

둘째, 멤리스터 기반 기술(Memristor-based Technology)이다. SSD 스토리지보다 빠르며, 디램보다 빠른 차세대 혁신 기술로 전원공급의 중단이 발생해도 데이터를 저장 할 수 있는 비휘발성 기술이다.

멤리스터 메모리와 레지스터의 합성어로 레온 추아 교수(1971년)가 처음 이론화하였는데, 한 동안 이론상으로만 존재하다 2008년 5월 HP연구소가 티타늄 기반의Memristor를 구현해 네이처지에 관련 논문을 실으며 선보이게 된 혁신기술이다.

[그림 4]과 같이 저항, 커패시터(콘덴서), 인덕터 다음의 4번째 소자로 불리는 멤리스터는 2개의 단자를 가진 제 4 전기/전자 회로소자로써 레지스터와 메모리의 특성을 함께 가진다. 또 멤리스터는 저전력 기억소자로 메모리 DIMM과 플래시 메모리(SSD) 를 대체할 수 있고, 전하를 저장하지 않음으로 메모리 DIMM 의 속도 한계를 극복할 수 있는 HP특허 기술 중 하나이다.


[그림3] 더 머신 아키텍처


[그림 4] 멤리스터, 새로운 회로소자


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