파두 사업보고서 (2023.12)
6. 주요계약 및 연구개발활동

가. 경영상의 주요계약 당사는 보고서 작성기준일 현재 회사의 재무상태에 중요한 영향을 미치는 비경상적인 주요 계약은 없습니다. 나. 연구개발 활동(1) 연구개발활동의 개요 당사의 주력 제품인 PCIe Gen3, Gen4를 지원하는 데이터센터용 NVMe SSD 개발 및 양산에 이어, 최근 다수의 고객과의 공급 논의를 바탕으로, PCIe Gen5를 지원하는 데이터센터용 NVMe SSD를 개발 완료하였습니다. 이미 양산 매출로 확인된 기술적 차별성과, 제품의 완성도를 바탕으로 PCIe 규격의 발전과 데이터센터 고객의 필요 시점에 발맞추어 향후 지속적으로 데이터센터용 NVMe SSD를 고도화해 나갈 계획입니다. 또한 당사는 데이터센터에서 가장 많은 자원을 필요로 하는 AI의 학습 및 추론을 위한 워크로드와 video processing 워크로드의 성능과 소비전력을 최적화 목표로 연구개발의 분야를 확장하고 있습니다. 당사가 연구개발을 진행하고 있는 분야는 1) 통신반도체(CXL 네트워크 반도체), 2) 저장반도체(CXL 메모리용 반도체), 3) 전력반도체(PMIC) 등이며, 다양하고 방대한 연구 개발을 효율적으로 추진하기 위해 과제 성격 및 진행도에 따라 자체 사업화 조직, 사내 TF, 산학과제, 외부 기업들과의 파트너쉽 등을 적극적으로 활용하고 있습니다.

(2) 연구개발 조직

팀	담당업무 및 역할

SoC/IP	- SSD 컨트롤러는 SSD의 성능, 신뢰성, 전력 효율에 가장 큰 영향을 미치는 핵심 부품임. 동사 컨트롤러는 기존의 일반적인 컨트롤러 구조와 다르게 하드웨어와 소프트웨어가 유기적으로 결합된 독특한 구조를 갖고 있으며, SSD 컨트롤러가 수행하는 작업들을 하드웨어와 소프트웨어에 배분하여 성능과 전력 효율을 향상하고자 함. SoC 팀은 FW 팀과 긴밀히 협업하여 하드웨어와 소프트웨어의 상호 작용에 대한 깊은 이해를 바탕으로 경쟁력을 갖춘 SSD 컨트롤러 SoC를 개발하는 역할을 수행

Strategic Marketing	- 시장과 업계의 동향 , 고객의 요구 사항 , 제품과 기술 표준에 대한 이해 그리고 회사 내부 상황을 종합적으로 고려하여 만들 가치가 있는 제품을 정의함 . 팀의 궁극적인 목표는 고객이 우리 제품을 채택 (design win)하도록 하는 것이며 이를 위해 고객과 적극적으로 소통하고 개발 , 검증 부서와는 긴밀히 협력하면서 정의에 부합되는 제품이 적시에 개발될 수 있도록 관리하는 업무를 수행

Firmware	- FW 팀은 SoC 팀과 긴밀히 협업하면서 SSD 동작 및 하드웨어와 소프트웨어의 상호 작용에 대한 이해를 바탕으로 다양한 요구를 충족시키는 SSD 컨트롤러를 개발

- SSD에서 데이터가 실제로 저장되는 곳은 NAND 플래시 메모리이며 NAND의 성능과 신뢰성은 SSD의 성능과 신뢰성에 영향을 미침. 또한 NAND는 제조사마다 그 특성이 달라서 SSD의 성능과 신뢰성을 향상시키려면 NAND의 특성에 대한 파악이 선행되어야 함. NAND의 집적도가 지속적으로 올라 가는 것과는 반대로 NAND의 성능과 신뢰성은 계속 떨어지고 있어 NAND의 특성을 파악하는 것은 더욱 중요해지고 있음. NAND 팀은 제조사 제공 자료 및 실제 실험 결과를 통해 NAND의 특성을 파악하고 NAND에 최적화된 알고리즘과 펌웨어를 개발하여 NAND의 성능과 신뢰성을 극대화하는 것을 목표로 함

HS	- SSD는 컨트롤러, NAND, DRAM을 비롯한 모든 부품들이 PCB에 실장된 형태 즉, 호스트 시스템에 장착될 수 있는 독립된 단위(module)로 만들어짐. 모듈의 설계는 SSD 성능과 신뢰성은 물론 SSD의 재료비와 직결되고 생산성과 불량율에도 영향을 미치는 중요한 활동임. 게다가 SSD는 다양한 외관과 형태(Form Factor)를 갖기 때문에 모듈 설계 시에는 부품의 공용화, 최소화, 이원화를 항상 염두에 두어야 함. MD 팀은 견고 (robust)하고 경제적이면서 (economic) 유연한 (flexible) 모듈 개발을 목표로 PCB 회로 설계, 부품의 선정, 시제품의 제작 및 검증, 양산 이관에 이르기까지 모듈 개발의 전 과정을 수행함

Validation Quality	- SSD는 시장과 고객의 요구 사항을 만족하고 업계 표준 (PCIe, NVMe 등)을 준수해야 하며 몇몇 인증을 취득해야 하는 제품임. VE팀은 SSD가 이러한 요구 조건을 모두 충족하면서 의도한 대로 기능 (function)하는 지를 검증하는 역할을 수행함. 검증 과정에서 문제를 발견하는 것뿐만 아니라 수정, 개선될 수 있도록 분석을 진행하는 것도 VE 팀의 역할이며, 고객의 요구 사항과 표준에 대한 이해 및 검증 경험을 기반으로 설계적 고려 사항을 제공함

- SSD는 예외 상황이 언제나 발생할 수 있는 예측 불가능한 환경에서 동작함. 특히 장기간 무중단으로 동작하는 엔터프라이즈 SSD의 동작 환경에서는 예외 발생 위험이 훨씬 높아지게 되므로 최대한 검증 범위를 확장하여 어떠한 상황에서도 SSD가 제대로 기능하는 지를 확인해야 함. VQ팀은 다양한 예외 상황을 가정한 검증 계획을 수립하고 실행하여 SSD의 신뢰성을 보장하는 역할을 수행함. 또한 DQ 팀은 대량의 시료를 장시간 검증하기 때문에 프레임워크의 개발, 자동화 등을 통해 검증 효율성을 향상하려는 시도를 활발히 전개하고 있음

- SSD는 전문 검증 장비만이 아니라 실제 동작 환경에서도 검증되어야 함. VQ 팀은 다양한 실제 상용 서버 시스템에서 SSD 검증을 진행하면서 시스템에 따른 성능 편차는 없는 지, 예외 사항 없이 일관성 있게 동작하는 지를 확인하는 역할을 수행함. 검증의 마지막 관문은 고객이 자신들의 시스템에서 SSD를 직접(또는 동사와 공동으로) 검증하고 적합 여부를 판정하는 과정임. VQ 팀은 이러한 고객 승인 과정을 주관하는 팀으로서 고객과 직접 소통하면서 고객의 시스템과 검증 과정을 이해하고 검증 계획을 수립하는 한편 장애 발생 시 1차 분석을 수행함

Test Solution	- SSD 검증 과정에서 많은 데이터가 생성되며, 단순히 문제가 있는지, 없는지를 확인하는 것과 개선 방향성 (또는 숨은 위험)에 대한 단서를 찾는 것이 중요함. TS 팀은 SSD를 검증하는 과정에서 생산되는 데이터를 활용하기 위한 기반 (infrastructure)을 구축하고 분석을 수행하여 잠재적 기회와 위험에 대한 통찰(insight)을 제공하는 역할을 수행함

MS(Mixed Signal)	- SSD의 경쟁력을 나타내는 가장 중요한 지표로는 성능 (읽기와 쓰기의 속도 및 응답 시간 )과 함께 전력 효율임 . SSD 수준의 전력 효율 향상을 위해서는 SSD 컨트롤러 뿐 아니라 SSD를 구성하는 개별 부품들의 필요에 맞게 효율적으로 전력이 공급되도록 관리하는 소자의 역할이 중요함 . MS 팀은 동사 SSD 컨트롤러에 최적화된 컴패니언 칩 (companion chip)으로서 전력 관리 소자를 개발하여 전력 효율을 한 차원 더 끌어 올리는 것을 목표로 함

MSA(Memory Storage Architecture)	- SSD 컨트롤러 유관 개발 /사업은 크게 SSD 사업과 컨트롤러 사업으로 구분됨 . 컨트롤러 사업은 다시 개발 유관 모든 작업을 본사가 수행하는 풀 -턴키 (full-turneky) 사업 모델과 본사는 컨트롤러의 기본 기능만을 제공하면서 고객사로 하여금 고객 사의 개발팀의 취향에 맞는 FW와 HW를 개발하도록 하는 컨트롤러 사업 모델로 구분됨 . 풀 -턴키 사업은 쉽게 고객 참여가 가능하지만 , 고객사의 개발 엔지니어들이 개발 과정에 참여하기 어려운 구조인 반면 , 컨트롤러 사업인 경우 고객사의 개발 엔지니어들이 SSD 개발 과정에 참여하게 하는 구조임 .
- 더불어 MSA팀은 차세대 컨트롤러를 설계함에 있어서 제품 수준의 요구 사항을 바탕으로 SSD 컨트롤러에 대한 적확한 기획을 돕고 , 차세대 컨트롤러 상에 동작하는 초기 소프트웨를 개발함으로써 , 차세대 컨트롤러의 실용성과 유효성을 자체 검증하는 역할을 수행함 .

System Architecture	- SSD 개발을 통해 적용된 아키텍쳐적인 배움들은 SSD 영역에만 적용될 것이 아니라 , SSD를 포함한 다양한 차세대 데이터센터 응용들 (예컨대 CXL swtich, CXL DRAM, NPU 등 )에도 적용될 수 있음 .
- 하지만 이러한 배움들을 실제 설계와 구현에 적용하기 위해서는 직관이 아니라 , 실제 적용 사례를 모사한 시뮬레이션에 근거한 데이터에 기반하여야만 함 . 시스템 아키텍처팀은 작게는 특정한 칩 또는 장치 수준에서 시작하여 , 크게는 특정 칩들과 장치들이 상호 연결된 시스템 수준에서 각각의 칩들과 장치들이 어떠한 성능과 어떠한 구성으로 만들어지는 것이 적확한지를 파악하는 것을 목표로 함 .

CXL switch	- CXL 스위치는 차세대 데이터센터의 화두인 메모리 컴퓨팅 중심 아키텍처의 핵심 구성 요소로 부각되고 있음 . CXL 스위치팀은 SoC/IP 팀 및 자회사인 이음 (EEUM)과 협업하여 CXL 스위치 칩을 기획하고 설계 /구현 /검증하는 것을 목표로 함 .
- CXL 스위치 IP 및 이 IP를 칩으로 개발하기 위한 설계 /구현 /검증이 CXL 스위치팀의 역할 및 책임이며 , 이를 바탕으로 당사 및 이음의 기존 SSD 개발 팀과 협업하여 시스템 수준의 사업적 경쟁력 있는 제품을 기획하고 구현하는 것을 목표로 함 .

(3) 연구개발 비용

당사는 신제품 개발 및 SSD컨트롤러 시장에서의 경쟁 우위 확보를 위해 매년 매출액의 상당 부분을 연구개발비로 지출하고 있습니다. 당사의 최근 3개년 연구개발비용 및 매출액 대비 비중은 아래와 같습니다.

[ 경상연구개발비/ 매출액 비중(%) ]
(단위: 백만원, %)

구분	2023년	2022년	2021년

연구개발비	51,742	30,805	11,618

매출액	22,471	56,402	5,157

(매출액 대비 비율)	230.26%	54.62%	225.29%

(4) 연구개발 실적1) 자체 개발 과제

(가) 진행 완료 과제

당사의 과거 3 개년간의 자체 개발과제 현황은 다음과 같습니다.

연도	연구개발과제	적용제품	비고

2023년	- PCIe Gen5 NVMe 기업용 SSD 컨트롤러 SoC 개발완료	FC 5161	Gen5 컨트롤러 개발 완료

- PCIe Gen5 NVMe E1.S 기업용 SSD Module 개발	ECHO Gen5	PCIe Gen5 E1.S SSD 개발 완료

2022년	- PCIe Gen4 NVMe U.2 기업용 SSD Module 개발	DELTA Gen4	PCIe Gen4 U.2 SSD 개발 완료

- PCIe Gen5 NVMe E1.S 기업용 SSD Module 개발(주)	ECHO Gen5	PCIe Gen5 E1.S SSD 개발 개시

2021년	- PCIe Gen5 NVMe 기업용 SSD 컨트롤러 SoC 개발	FC 5161	Gen5 컨트롤러 개발 개시

- PCIe Gen4 NVMe U.2 기업용 SSD Module 개발	DELTA Gen4	PCIe Gen4 U.2 SSD 개발 개시

- PCIe Gen3 NVMe E1.S 기업용 SSD Module 개발	BRAVO Gen3	PCIe Gen3 E1.S SSD 개발 완료

- PCIe Gen4 NVMe U.2 Aerospace Module 개발	DELTA Gen4	PCIe Gen4 Aerospace용 SSD 개발 완료

2020년	- PCIe Gen4 NVMe 기업용 SSD 컨트롤러 SoC 개발	FC 4121	Gen4 컨트롤러 개발 완료

- PCIe Gen3 NVMe E1.S 기업용 SSD Module 개발	BRAVO Gen3	PCIe Gen3 E1.S SSD 개발 개시

(나) 진행중인 과제

연구과제명	연구기간	연구 결과 및 기대효과	적용제품	비고

3세대 제품군 고도화 과제	2023.01~ 2023.12	마이크로 아키텍처 설계 고도화	ECHO Gen5	-

소프트웨어 기술 플랫폼화

경쟁사 대비 성능 격차 유지 및 시장 확대

CXL메모리 반도체개발 과제	2022.08~	CXL 프로토콜 지원 메모리 및 관련 소프트웨어 개발	개발중	-

FPGA 기반의 CXL 메모리 PoC 개발

CXL 메모리 반도체의 제품화

전력반도체(PMIC)개발 과제	2021.12~	90% 이상의 전력효율을 목표로 하는 PMIC 개발	개발중	-

고효율의 Power Solution 기술 및 제품 확보

고성능 SSD 적용 및 데이터센터, 자동차 분야로 확대 기대

2) 정부 국책 과제

연구과제명	주관부서	연구기간	지원받은사업비(천원)	관련제품	비고

초고성능 컴퓨팅을 위한 고신뢰, 초절전 eSSD 용 저전압 Power Loss Protection (PLP) 및 Multi-channel PMIC 통합 전력 반도체 개발	산업통상자원부	2023.05~2025.12	1,891,000	eSSD용 통합 전력반도체	개발중

PCIe4.0 표준을 지원하는 데이터센터용 SSD 개발	중소기업기술정보진흥원	2020.11~2022.11	600,000	DELTA Gen4	개발완료

초고성능컴퓨터 I/O 워크로드에 최적화된 NVMe SSD 요소 기술 개발	재단법인 초고성능컴퓨팅 연구단	2016.11~2021.06	565,000	BRAVO Gen3	개발완료

DELTA Gen4

(5) 향후 연구개발 계획

(가) 데이터센터용 차세대 NVMe SSD1,2세대 데이터센터용 NVMe SSD까지는 시장에서 당사의 실력을 검증, 평가받아야 했기 때문에 서로 다른 회사의 NAND 플래시메모리를 지원하면서도 당사가 컨트롤러, 소프트웨어, 모듈 PCB, 검증, SCM, 및 양산에 이르기까지의 전 과정을 직접 수행할 수밖에 없었으며 따라서 시장을 확대하는 것 또한 제한적일 수밖에 없었습니다. 본사 제품의 경쟁력은 강화하고, 확장성을 극대화하기 위해 당사는 3세대 제품부터 고성능, 고신뢰성, 저전력 컨트롤러 고도화 및 소프트웨어 기술 플랫폼화에 집중하고 있습니다. 컨트롤러 고도화는 이미 완성된 아키텍처를 바탕으로 고객 요구 사항과 NAND 플래시메모리 기술 변화를 수용하는 마이크로 아키텍처의 설계 고도화, 검증 고도화, 및 칩 제작의 고도화로 이루어집니다. 별도의 아키텍트 TF 조직과 상품 기획 조직의 협업과 다양한 고객의 요구 사항들을 반영하여 마이크로 아키텍처 설계 고도화를 달성해 나가고 있습니다. 그리고 4세대 컨트롤러부터는 ASIC emulator와 검증 조직의 강화를 통해 컨트롤러에 대한 검증 범위는 확대하면서도 검증 기간은 단축할 것입니다. 마지막으로 경쟁사와 동등한 수준의 선단 공정을 활용하여 칩을 제작함으로써 성능과 소비전력의 격차를 더 확대해 나갈 것입니다.

또한 현재 당사는 데이터센터용 SSD를 개발하기 위한 전 기술 영역을 모두 내재화하여 데이터센터 고객에게 SSD를 공급하거나, NAND 플래시메모리 제조사로 하여금 SSD에 대한 제조와 보증만을 하게 하고 있습니다. 하지만 3세대 컨트롤러부터는 SSD용 소프트웨어를 플랫폼화 함으로써 NAND 플래시메모리 제조사와 데이터센터 내에 있는 소프트웨어 개발자들이 당사의 컨트롤러를 활용하여 직접 자신들의 SSD를 customize할 수 있도록 하여 보다 확장된 고객기반을 구축하고자 합니다.

( 나 ) 통신반도체 [CXL Switch]

CXL은 데이터센터 서버들의 다양한 프로세싱 유닛들인 CPU, GPGPU, AI chip, DPU가 보유한 메모리들 사이의 cache 일관성을 보장하며 각자 보유한 메모리들 사이의 공유를 지원하는 데이터센터향 차세대 메모리 네트워크 프로토콜입니다. CPU의 강자인 Intel, AMD뿐만 아니라 최종 수요처인 Meta, Microsoft, Google등과 같은 거대 하이퍼 스케일러도 모두 CXL 컨소시움에 적극적으로 참여하고 있기 때문에 발전 전망이 매우 밝으며 CXL 버전 1.1을 지원하는 첫 CPU가 2023년에 출시되었으며, 2020년대 중 후반 이후 출시될 프로세싱 유닛들은 폭발적으로 증가할 것으로 예상되고 있습니다. CXL을 지원하는 프로세싱 유닛들 사이의 메모리가 공유되기 위한 핵심 요소는 CXL네트워크 반도체이며, 본 사에서는 해당 CXL 반도체 개발을 위해 2023년 미주 R 센터를 구축하여 초기 PoC를 위한 IP를 설계하고 있습니다. 당사가 이미 보유한 고속 serial link 용 SoC기술 및 모듈 하드웨어 개발 기술과 하드웨어 소프트웨어 통합 최적화 설계 기술에 미주R 센터에서 개발할 CXL 네트워크 IP를 결합하여 경쟁력 있는 CXL Switch 및 제품을 개발하는 것을 목표로 하고 있습니다.

(다) 저장반도체 [CXL 메모리용 반도체]

Video 관련 데이터와 함께, 최근 선풍적인 주목을 받고 있는 ChatGPT에서 볼 수 있는 바와 같이 초거대모델을 지원하는 AI 학습과 추론과 관련된 데이터에 대한 빠르고 효율적인 처리는 차세대 데이터센터의 핵심 서비스 및 워크로드가 되고 있습니다. 초거대모델은 그 이름에서 알 수 있는 바와 같이 모델의 크기가 크고 GPU memory에 저장되는 모델과 관련된 가중치 파라미터가 거대하기 때문에 하나의 GPU에서 학습과 추론을 담당할 수 없습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 현재는 모델 자체를 분할하는 모델 병렬화와 학습에 사용되는 데이터를 분할하여 처리하는 데이터 병렬화 등의 기법을 통해 여러 개의 GPU를 통해 분산 학습 및 분산 추론하는 방식으로 진화하고 있습니다. 예컨대 ChatGPT는 1,750억개의 파라미터를 유지하기 위해 10,000장의 GPU를 활용하고 있습니다. 데이터와 모델을 서로 다른 GPU와 해당 GPU들의 메모리에 분할하여 처리하면서도 사용자 입장에서는 하나의 모델처럼 동작해야 하기 때문에 현재 구조의 GPU들을 활용한 분산 학습 및 추론은 극심한 동기화 오버헤드를 겪을 수밖에 없습니다. 더불어 일반 목적의 GPU는 소비 전력이 매우 클 뿐만 아니라, 확장성에도 한계가 있기 때문에, 초거대모델의 파라미터가 폭발적으로 증가함에 따라 성능 및 전력 문제는 점점 더 심각해질 것입니다.앞서 설명한 메모리 네트워크인 CXL 프로토콜은 서로 다른 프로세싱 유닛들, 예컨대 GPU들 사이의 캐시 일관성을 보장하는 메모리 공유를 지원합니다. 따라서 모델의 크기가 커짐에 따라 메모리 증량이 필요한 경우, GPU의 개수를 늘리는 것이 아니라, CXL을 지원하는 메모리만을 증량함으로써 메모리 한계 문제에 대처할 수 있습니다. 본 사의 차세대 TF에서는 Syracuse 대학, DGIST, 숭실대와 함께 2022년부터 CXL 프로토콜을 지원하는 메모리, 관련 SW 및 서비스에 연구 및 개발하고 있습니다. 본사의 CXL 메모리는 용량당 가격과 소비전력 모두를 고려하여 DRAM뿐만 아니라 DRAM 캐시와 NAND flash memory를 메모리 타입으로 지원할 것입니다. AI 학습 및 추론은 메모리 접근 패턴이 예측 가능하므로 본사에서 개발한 caching 및 prefetching 알고리즘을 통해 캐시 미스 오류를 0%로 만들 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 이미 Computer science분야에서 국제적으로 저명한 학술대회인Usenix ATC에 관련 논문을 제출하는 등의 연구 개발 활동을 활발히 진행 중에 있습니다.

(라) 전력반도체 [PMIC]

데이터센터용 뿐만 아니라 모든 반도체 및 해당 반도체를 이용한 제품(예컨대 GPU chip과 GPU 카드, SSD controller와 SSD)은 다양한 종류의 파워 레일이 필요하며, 하나의 파워 소스로부터 다양한 종류의 파워 레일을 공급할 수 있는 power solution 칩들, 대표적으로 Power Management IC (PMIC)가 필수적입니다. 기성의 PMIC는 범용성을 목표로 하고있어 해당 칩을 사용하는 제품의 파워 레일별 소비전력 패턴에 최적화되어 있지 않기 때문에, 단가가 비싸며, 전력 효율도 매우 낮습니다. 예컨대 80%의 전력 효율을 가진PMIC를 채택한 반도체 및 제품은 시스템에서 100W를 공급해주어도, 실제 반도체에게 전달되는 전력은 80W 밖에 되지 않기 때문에, 90%의 전력 효율을 가진 PMIC에 비해 10W를 낭비하게 되는 문제가 있습니다. 데이터센터 수준에서의 전력 효율성의 문제점을 미리 인식한 당사는 2021년 power solution팀을 셋업하고, 자체적으로 데이터센터용 반도체와 제품용 PMIC를 개발해 나가고 있습니다. 당사의 PMIC는 다양한 파워 레일 전체 및 해당 파워 레일을 모든 전류 구간에서 전류 용량 가변성을 제공하는 특허 기술을 기반으로 90%~95% 이상의 전력 효율을 목표로 개발하고 있습니다. 더불어 PMIC 설계를 최적화하여 경쟁사 대비 30% 정도 낮은 원가 경쟁력 확보를 목표로 하고 있습니다.

[연구개발 로드맵]

연구과제	연구기관	소요자금	재원	기대효과

조달방법

데이터센터용 차세대NVMe SSD	(주)파두	약 550억원	자체조달	데이터센터용 저장 장치 경쟁력 격차 유지 및 시장 확대

CXL 네트워크 반도체	(주)파두(미주 R 센터 중심)	약 350억원	자체조달	차세대 데이터센터 메모리 네트워크의 핵심 반도체 기술 확보 및 시장 선점

CXL 메모리 반도체	(주)파두미 Syracuse 대대구경북과학기술원숭실대	200억원	자체조달	DRAM만이 아니라, NAND도 메모리로 활용할 수 있도록 함으로써 용량대비 가격 및 소비전력 감소. NAND기반 공유 메모리 시장 선점.

PMIC 반도체	(주)파두서울시립대	약 30억원	자체조달	기존 제품들 대비 저가격/고안정성,/고효율인 power solution 기술 및 제품 확보. SSD시장 뿐만 아니라 데이터센터 및 자동차로 응용분야 확대