Persistent Memory

개요

Persistent Memory(PMEM 또는 NVRAM)는 전원이 꺼져도 데이터가 유지되는 비휘발성 특성과 DRAM 수준의 고속 접근 성능을 동시에 제공하는 차세대 메모리 기술입니다. DRAM과 SSD의 중간 계층에 위치하여, 시스템 메모리 계층 구조를 재정의하며, 데이터베이스, 인메모리 분석, 로그 시스템 등 고속·고가용성 애플리케이션에서 활용되고 있습니다.

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1. 개념 및 정의

**Persistent Memory(PMEM)**는 DRAM보다 느리지만 SSD보다 훨씬 빠르고, 전원이 꺼져도 데이터를 보존하는 메모리입니다. 주로 DIMM 폼팩터(예: Intel Optane DC Persistent Memory)를 통해 사용됩니다.

• 주요 형태: Intel Optane PMEM (3D XPoint 기반)
• 접근 방식: Load/Store 기반 메모리처럼 접근 (byte-addressable)
• 보존 특성: 서버 리부팅 이후에도 데이터 유지

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2. 메모리 계층 구조 비교

계층	용도	대역폭	지연	휘발성
DRAM	주 메모리, 휘발성	매우 높음	낮음	예
PMEM	중간 계층, 반휘발성	높음	DRAM보다 높음	아니오
SSD	저장장치	낮음	높음	아니오

PMEM은 DRAM의 대안이 아니라 보완재로 메모리 용량과 지속성 모두 확장하는 역할을 합니다.

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3. 동작 모드

모드	설명	특징
Memory Mode	PMEM을 메모리처럼 사용, DRAM은 캐시로 사용	기존 애플리케이션 그대로 실행 가능
App Direct Mode	앱이 PMEM을 직접 Load/Store 방식으로 사용	파일 시스템 또는 DAX로 제어 가능
Mixed Mode	일부는 Memory Mode, 일부는 App Direct Mode로 분할 구성	유연한 구성 가능

App Direct Mode는 개발자가 명시적으로 데이터 지속성과 배치 위치를 제어할 수 있습니다.

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4. 장점 및 활용 효과

항목	장점
빠른 재시작	OS 재시작 후 데이터 유지, 부팅 시간 단축
대용량 메모리 확장	기존 DRAM 대비 비용 효율적으로 수 TB 구성 가능
초고속 저장	디스크 I/O 대비 낮은 지연과 높은 대역폭
인메모리 데이터 유지	분석 결과, 상태 정보, 로그 등을 유지 가능

DRAM이 부족한 대규모 분석 환경이나 상태 저장형 워크로드에서 특히 효과적입니다.

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5. 주요 적용 사례

분야	적용 예시
데이터베이스	Redis, SAP HANA, MySQL Persistent Engine
인메모리 분석	실시간 그래프 분석, ML 파이프라인 캐시
파일 시스템	PMEM 전용 파일 시스템 (e.g., NOVA, PMFS, ext4-DAX)
로그/저널	OS 커널 로그, 미션크리티컬 상태 로그 보존
VM 체크포인트	가상머신 상태 저장 및 빠른 복원

특히 컨테이너 기반 분석, IoT 게이트웨이, 금융 실시간 처리에 유용합니다.

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6. 한계 및 고려사항

항목	한계점	해결 방안
속도	DRAM보다 느림 (2~3배 이상)	DRAM 캐시 구조 활용 (Memory Mode)
수명	NAND 기반 기술 대비 상대적 제한	Wear-leveling 기술, 엔터프라이즈 모니터링
프로그래밍 복잡성	App Direct API 사용 시 높은 개발 난이도	libpmem, pmem.io 등 SDK 활용
하드웨어 종속성	특정 플랫폼(Intel 등)에 한정됨	CXL 기반 기술로 확장 중

PMEM의 효과적 사용을 위해 OS, 파일시스템, 하드웨어 연계 최적화가 필요합니다.

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7. 결론

Persistent Memory는 기존 메모리 계층 구조를 재정의하며, 속도와 영속성을 동시에 제공하는 하이브리드 메모리 계층으로 주목받고 있습니다. 특히 대용량 메모리 수요가 증가하고, 데이터 보존이 중요한 워크로드가 증가함에 따라 PMEM은 DRAM과 SSD 사이의 새로운 표준으로 자리잡아가고 있으며, 향후 CXL·Compute Express Link 기술과 함께 차세대 메모리 아키텍처의 핵심이 될 것으로 기대됩니다.