NVMe를 RAM으로 쓰는 하드웨어 브릿지 개발 - 4회 - Readme

Kicad 와 AI를 활용해서 생성된 redme 파일을 블로그에 보기좋게 정리하였습니다. 

 

DDR4 to NVMe RAM 디스크 어댑터

 

 

KiCad 기반 고급 PCB 설계 프로젝트

 

• 📅 프로젝트 상태: PCB 레이아웃 초기화 완료 ✅
• 🔧 설계 단계: 부품 배치 및 배선 준비 완료
• 📈 난이도: 전문가 수준의 하드웨어 설계
• 🗓 생성일: 2026-01-11

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📋 프로젝트 개요

 

이 프로젝트는 M.2 NVMe SSD를 DDR4 메모리처럼 활용할 수 있도록 해주는 DIMM 폼팩터 어댑터를 설계하는 것입니다.

FPGA 기반 변환 회로와 DDR3L 캐시 버퍼를 통해 DDR4 메모리 프로토콜을 PCIe NVMe 저장장치로 변환합니다.

 

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🔍 주요 사양

항목내용

폼팩터	DDR4 UDIMM (133.35mm × 31.25mm)
PCB 레이어	총 8층 (신호 + 전원 + 접지)
PCB 두께	1.6mm
FPGA	Lattice ECP5-85F (BGA-381 패키지)
캐시 메모리	DDR3L SDRAM 512MB~2GB
저장장치	M.2 2280 NVMe (PCIe Gen2 x4)
전원 입력	SATA 12V (외부 보조 전원)
전원 출력	3.3V, 1.2V, 1.35V (DC-DC 변환)

 

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📁 프로젝트 파일 구조

DDR4_NVMe_Adapter/
│
├── DDR4_NVMe_Adapter.kicad_pro    # KiCad 프로젝트 파일
├── DDR4_NVMe_Adapter.kicad_sch    # 메인 회로도 (계층 구조)
├── DDR4_NVMe_Adapter.kicad_pcb    # PCB 레이아웃 (초기화됨)
│
├── 하위 회로도:
│   ├── power.kicad_sch            # 전원 회로
│   ├── fpga_core.kicad_sch        # FPGA 블록
│   ├── ddr4_interface.kicad_sch   # DDR4 인터페이스
│   ├── ddr3l_cache.kicad_sch      # DDR3L 캐시 메모리
│   ├── m2_pcie.kicad_sch          # M.2 PCIe 인터페이스
│   └── clock.kicad_sch            # 클럭 및 리셋 회로
│
├── 생성된 파일:
│   ├── ddr4_gold_fingers.kicad_mod # 288핀 골드 핑거 패턴
│   ├── generate_gold_fingers.py    # 골드 핑거 생성 스크립트
│   └── DDR4_PIN_MAPPING.txt        # JEDEC DDR4 핀맵 참조
│
├── 문서:
│   ├── README.md                   # 프로젝트 개요
│   ├── DESIGN_RULES.md            # PCB 설계 규칙
│   ├── PLACEMENT_GUIDE.md         # 부품 배치 가이드
│   └── BOM.md                      # 자재 목록 (작성 예정)
│
└── test_circuit.kicad_sch         # 테스트용 간단 회로 (LED 예제)

 

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🎯 완료된 작업 목록

 

 

✅ 회로도 설계 (개념 수준 완료)

 

• 전체 계층적 구조 설계
• 블록 다이어그램 작성
• 전원 회로 (12V → 3.3V/1.2V/1.35V)
• 100MHz 클럭 회로
• FPGA 블록 기본 구조
• M.2 PCIe 인터페이스
• DDR4 DIMM 인터페이스
• DDR3L 캐시 메모리 회로

 

 

✅ PCB 기본 설정 완료

 

• 보드 외곽 정의 (133.35mm × 31.25mm)
• 8층 PCB 스택업 정의
• 신호, 전원, 접지층 구성
• 임피던스 제어 설계 포함
• 골드 핑거 패턴 (288핀, 0.6mm 피치)
• 주요 부품 영역 구획 설정
• 전원/접지 플레인 설정

 

 

✅ 문서화

 

• PCB 설계 규칙 정리
• 임피던스 사양 (PCIe/DDR4/DDR3L)
• 신호 길이 매칭 기준 수립
• 부품 배치 가이드
• 발열 관리 전략
• 제조 스펙 및 어셈블리 가이드 포함

 

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6. FPGA 펌웨어 개발 (예상 소요: 200~500시간)

 

• DDR4 컨트롤러 구현
• PCIe Gen2 엔드포인트
• NVMe 프로토콜 처리
• 캐시 메모리 제어 로직
• 트랜잭션 처리 및 오류 핸들링

 

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⚠️ 예상 리스크 및 기술적 도전 과제

 

 

💣 기술 난이도

 

1. 프로토콜 차이
   • DDR4와 PCIe는 완전히 다른 구조
   • FPGA에서 직접 처리해야 함
2. 고속 신호 무결성
   • DDR4 (최대 3200MT/s), PCIe Gen2 (5GT/s)
   • 임피던스 제어 필수, 라인 길이 오차 ±5mil 이내 필요
3. 발열
   • FPGA 및 NVMe의 열이 집중됨
   • 소형 폼팩터 내 방열 대책 필수
4. 전원 설계
   • DIMM 슬롯만으로는 부족
   • SATA 보조 전원 필수, 다중 전압 변환 회로 필요
5. 제조 난이도
   • BGA-381 패키지 납땜 어려움
   • 8층 PCB, ENIG 골드 도금, 임피던스 제어 등 고비용

 

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