NVMe를 RAM으로 쓰는 하드웨어 브릿지 개발 - 3회 - 구조

 

 

 

[개발기 3탄] DDR4 슬롯에 NVMe SSD를 꽂는 구조는 어떻게 설계될까?

 

NVMe SSD를 DDR4 슬롯에 꽂는다.

처음 들었을 땐 ’가능할까?’라는 의문이 드는 이 아이디어가,

지금은 점점 실현 가능한 하드웨어로 구체화되고 있습니다.

 

이번 3회차 포스팅에서는, Magic Gender 프로젝트의 기본 설계 구조와

KiCad로 제작된 기초 CAD 도면을 통해

어떻게 물리적 제약을 극복하고 있는지 소개드립니다.

 

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📐 프로젝트 개요: “RAM 슬롯에 꽂는 NVMe 젠더”

 

Magic Gender는 기존 DDR4 메모리 DIMM 슬롯 규격(133.35mm x 31.25mm) 내에,

NVMe SSD + FPGA + DDR3L Cache + 전원회로를 모두 배치해야 합니다.

 

 

🧩 주요 설계 목표 요약

항목내용

폼팩터	DDR4 UDIMM (133.35mm x 31.25mm) 완벽 호환
주요 부품	NVMe SSD, FPGA (Lattice ECP5), DDR3L 버퍼
구조 형태	수평 적층형 하이브리드 구조
전원	DDR 슬롯 전력 + 보조 SATA 3.3V 입력
특징	주소 공간 1:1 하드웨어 매핑, Zero Software Dependency

 

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🧭 이번 회차 KiCad 설계 요약

 

아래는 KiCad에서 설계 중인 PCB 기본 구조의 상단 이미지입니다.

각 요소를 나누어 설명드리겠습니다.

 


 

 

📌 1. DDR4 DIMM Form Factor 구획

 

• 전체 보드 크기: 133.35mm x 31.25mm
• 이 규격은 데스크탑 메모리 슬롯과 100% 호환되도록 정의된 크기입니다.
• 이미지의 외곽 녹색 박스가 해당 영역입니다.

 

👉 호환성과 안정성을 확보하기 위해 반드시 지켜야 하는 규격입니다.

 

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📌 2. M.2 Socket Zone (Horizontal)

 

• 파란색 박스는 M.2 NVMe SSD가 수평으로 삽입되는 영역입니다.
• 일반적으로 M.2 SSD는 메인보드에 수직으로 삽입되지만,
• 이 프로젝트에서는 높이 제약을 극복하기 위해 수평 배치가 필수입니다.

 

🧠 여기서 중요한 점:

 

• PCIe Lane 신호의 간섭 최소화를 위해 FPGA와 물리적으로 가까운 배치가 중요합니다.
• 고속 신호 안정성을 위해, 이 영역 주변에는 GND 쉴딩 패턴도 함께 설계될 예정입니다.

 

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📌 3. DDR3L Cache Area

 

• 우측 하단의 회색 점선 박스는 DDR3L 캐시 메모리 영역입니다.
• 사용 예정 부품: Micron MT41K512M16 – DDR3L 1GB
• FPGA와 직접 연결되어, NVMe I/O 지연을 보완하고 버퍼링 역할을 수행합니다.

 

💡 DRAM을 NVMe 앞단에 배치한 이유:

 

• NVMe SSD는 응답 속도가 상대적으로 일정하지 않기 때문에,
• 임시 버퍼 메모리가 없으면 전체 시스템 안정성이 떨어집니다.

 

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📌 4. Power Section (왼쪽 상단)

 

• 보드 좌측에 표시된 Power Section은 전력 안정성을 위한 핵심입니다.
• DDR 슬롯에서 받는 기본 전원(1.2V, 3.3V) 외에도,
• SATA 커넥터를 통한 외부 전원 보조 입력을 고려한 설계입니다.

 

🚨 설계 포인트:

 

• NVMe SSD는 최대 3.3V @ 2~3A까지 필요할 수 있으므로,
• SATA 보조 입력 없이 DDR 슬롯만으로는 안정적 동작이 어려울 수 있습니다.

 

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🔍 고밀도 적층 구조의 설계 철학

 

이번 설계는 단순히 부품을 넣는 것이 아니라,

고속 신호 안정성, 발열 처리, 전력 효율, 기구 간섭까지 모두 고려된 구조입니다.

 

🧠 특히 강조할 점:

 

1. 신호 간섭 최소화
   • FPGA와 NVMe 사이의 라우팅은 최단거리로 배치
   • DDR3L과 FPGA는 병렬 배선으로 대칭 구성
2. 열 배출 고려
   • 발열이 심한 FPGA/NVMe 주변에는 다수의 Thermal Via를 설계 예정
   • 히트싱크 장착 가능 공간 확보
3. 기구 간섭 방지
   • DIMM 슬롯 삽입 시, 높이 31.25mm를 절대 넘지 않도록 부품 배치 계획
   • NVMe는 PCB 내에서 완전히 수평으로 눕혀 고정

 

 

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✨ 마무리 멘트

 

“DDR 슬롯에 꽂는 SSD? 그 상상이 점점 구체화되고 있습니다.

공간과 전력, 신호의 삼박자를 고려한 이번 설계는 Magic Gender의 핵심 기반이 될 것입니다.

다음 포스팅에서는 실제 회로의 전기적 흐름을 자세히 소개해드리겠습니다.”