The 39th IEEE International Parallel & Distributed Processing Symposium (IPDPS) 2025 

우수국제학술대회 논문 채택

(제1저자: 김기환, 정현선, 안성훈, 책임저자: 김영재 교수)

▶ (왼쪽부터) 김기환 석사과정, 정현선 석사과정, 안성훈 석사과정

데이터 중심 컴퓨팅 및 시스템 연구실(DISCOS)의 김기환(제1저자), 정현선(공동 1저자), 안성훈(공동 1저자)과 박준혁(석사과정), Safdar Jamil(Post-Doc Researcher), 변홍수(박사과정)과 김영재 교수(교신저자)가 작성한 “KVAccel: A Novel Write Accelerator for LSM-Tree-Based KV Stores with Host-SSD Collaboration” 논문이 The 39th International Parallel & Distributed Processing Symposium (IPDPS’25)에 게재가 확정되었다.

로그 구조 병합(LSM) 트리 기반 키-값 저장소(KVS)는 쓰기 집약적인 환경에서 높은 성능을 제공하기 때문에 널리 사용되고 있지만, compaction 과정에서 발생하는 쓰기 정체(write stall)로 인해 성능 저하 문제가 발생할 수 있다. 기존 해결책으로는 I/O 트래픽을 조절하거나 여러 스레드를 사용하여 compaction 시간을 단축하는 방법이 있지만, 이는 예상치 못한 처리량 감소를 초래하거나 호스트 CPU 사용량을 증가시키는 단점이 있다. 또한, FPGA, GPU, DPU를 활용한 하드웨어 기반 접근 방식은 compaction 시간을 줄이는 데 효과적이지만, 추가적인 하드웨어 비용이 발생하는 문제가 있다.

본 연구에서는 쓰기 정체를 우회하기 위해 듀얼 인터페이스 SSD를 활용하는 하드웨어-소프트웨어 공동 설계 프레임워크인 KVACCEL을 제안한다. KVACCEL은 논리적 NAND 플래시 공간을 블록 인터페이스와 키-값 인터페이스 모두에서 사용할 수 있도록 할당하며, 키-값 인터페이스를 쓰기 정체 시 임시 쓰기 버퍼로 활용한다. 이러한 전략을 통해 쓰기 정체를 효과적으로 줄이고 자원 활용을 최적화하며, 장치 내 LSM 기반 쓰기 버퍼와 iterator 기반 범위 검색(range scan) 메커니즘을 바탕으로 하는 Rollback 과정을 통해 호스트와 장치 간 일관성을 유지한다.

KVACCEL은 쓰기 집약적인 워크로드에서 산업 표준으로 많이 사용되는 RocksDB에 비해 처리량이 37% 증가하였고, 최신 기술 ADOC과 비교하였을 때도 17% 높은 처리량을 달성하였다. 또한, KVACCEL은 QoS(Quality of Service) 지표 중 하나인 P99 Latency에서 RocksDB와 ADOC과 비교하여 각각 30%, 20% 감소를 달성하였다.

논문의 1저자인 김기환 학생은 “학부 연구생 시절부터 진행한 본 연구를 입학 첫 학기에 좋은 결과로 마치게 되어 기쁘다. 소프트웨어와 하드웨어를 포함하는 시스템 전반적인 이해를 요하는 난이도 있는 연구였지만, 김영재 교수님의 열성적인 지도 및 조언과 뛰어난 연구실 동료들과의 협업을 통해 좋은 결과를 얻어낼 수 있었다. 이번 연구는 연구자로서의 삶의 밑거름이 되었고, 연구의 기회를 주시고, 지도해주신 김영재 교수님과 논문 작성에 도움을 주신 박준혁(석사과정) 선배, Safdar Jamil(Post-Doc Researcher) 선배, 변홍수(박사과정) 선배에게 큰 감사를 전하고 싶다”라고 소감을 전했다.

▲ KVACCEL의 단일 장치 내 하이브리드 인터페이스 구조

▲ KVACCEL의 핵심 기술인 쓰기 정체 시 I/O Redirection 기법

▲ RocksDB와 ADOC과의 KVACCEL 성능 비교 (a) 처리량, (b) P99 Latency, (c) 효율성

제 39회 IEEE 국제 병렬 및 분산 처리 심포지엄(IPDPS’25)은 2025년 6월 3일부터 7일까지 이탈리아 밀라노에 위치한 밀라노 공과대학교에서 개최된다. IPDPS는 병렬 및 분산 컴퓨팅 분야의 최신 연구 성과를 발표하고 토론하는 국제적인 포럼으로, 전 세계의 엔지니어와 과학자들이 참여한다. IPDPS는 알고리즘, 응용 프로그램, 아키텍처, 머신 러닝 및 인공지능, 프로그래밍 모델, 컴파일러 및 시스템 소프트웨어 등 다양한 주제를 다룬다. 또한 IPDPS는 정보과학회 소프트웨어분야 우수학술대회, BK21 플러스 사업 CS 분야 우수국제학술대회(BK IF=2)에 등재가 되어 있다.

 

참고자료:

학회: https://www.ipdps.org/

논문: https://discos.sogang.ac.kr/file/2025/intl_conf/IPDPS_2025_K_Kim.pdf