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퍼스널 컴퓨팅

스토리지 제조사가 말하지 않는 TLC NAND SSD의 심각한 문제

Jon L. Jacobi | CIO 2015.11.11
지난 주 TLC NAND를 탑재한 크루셜(Crucial)의 BX200 SSD가 출시되는 등 TLC NAND SSD 시장이 급성장하는 추세다. 업체들은 성능 수치를 제시하면서 TLC NAND SSD의 성능이 다른 SSD 못지 않다고 주장한다.

TLC SSD는 일상적인 사용 시에는 별 문제가 없다. 그러나 대량의 데이터를 TLC 드라이브로 복사해 보면 어느 지점부터 쓰기 속도가 현저히 저하되는 상황을 경험하게 된다. 그 하락폭이 크지 않은 드라이브도 일부 있지만 최근 출시되는 TCL 드라이브의 대부분은 속도 저하가 심각해서 SSD가 고장 난 것이 아닌가 의심될 정도다. 차라리 고장이면 해결 방법이라도 있지, 문제는 고장이 아니라는 점이다.

캐시의 한계
SSD는 지난 수년간 시스템 성능을 끌어올리는 최고의 부품이라는 명성을 얻었다. SSD의 장점은 초고속 랜덤 액세스와 하드 드라이브에 비해 3배 이상 높은 쓰기 속도 유지능력인데, 특히 빠른 쓰기 속도는 대용량 파일 처리와 백업을 훨씬 더 수월하게 해준다.

그러나 이는 SSD가 SLC 또는 그보다 보편적인 MLC를 사용할 때의 이야기일 뿐이며, 최근 새롭게 등장한 TLC NAND에는 해당되지 않는다. TLC는 셀당 3비트를 저장하므로 같은 규격에서 SSD의 데이터 밀도를 높여 더 넓은 저장 공간을 확보할 수 있지만, 쓰기 성능은 그만큼 떨어진다. 경우에 따라서는 그 하락폭이 극단적으로 크다.

업체들은 TLC의 느린 쓰기 성능을 극복하기 위해 적당량의 SLC, 경우에 따라서는 DRAM을 고속 캐시로 사용한다. 속도 저하의 원인은 3비트 사용이므로, 삼성의 경우 TLC를 SLC처럼 사용하는 방법으로 문제를 완화하기도 한다. 드라이브에 쓰는 데이터의 크기가 이 캐시 용량을 초과하지만 않으면 아무 문제가 없고 업체들이 주장하는 성능을 그대로 얻을 수 있다.

그러나 데이터가 이 캐시에 넘쳐흐르는 순간부터 TLC가 직접 사용되고 성능도 저하된다. 삼성 840(용량에 따라 다름)과 850 EVO를 비롯한 일부 제품은 하락 폭이 비교적 크지 않은 편이다. 20GB 복사 테스트 결과 400MBps에서 300Mbps로 떨어졌다.

그러나 하락 폭이 놀라울 정도로 큰 제품도 있다. 아래에서 볼 수 있듯이 크루셜 BX200의 순차 쓰기 속도는 캐시가 넘칠 때 400MBps에서 80MBps로 떨어진다.

데이터의 크기가 크루셜 BX200의 캐시 크기를 초과하는 순간 성능은 곤두박질친다. 캐시 크기는 480GB 모델은 6GB, 960GB 모델은 12GB다.

또한 저용량 드라이브는 캐시 크기도 작으므로 TLC에 직접 쓰게 되는 시점이 훨씬 더 빠르다. BX200을 보면 960GB 모델에는 12GB, 480GB 모델에는 6GB, 240GB 모델에는 불과 3GB의 캐시만이 탑재된다. 앞의 그래프에서처럼 480GB BX200은 6GB 지점에서, 960GB BX200은 12GB 지점에서 성능이 급격히 떨어지는데, 이것은 모든 TLC 드라이브에서 동일하게 나타나는 현상이다.

요주의 제품

TLC는 2년 전 삼성 840 EVO SSD에 처음 도입됐다. 삼성은 성능 문제에 대해 솔직한 자세를 취했지만 그렇다고 그 문제를 적극적으로 알리지도 않았다. 아래는 삼성이 직접 공개한 캐시(TurboWrite)에 쓸 때와 TLC에 쓸 때의 성능 비교 도표다.

이 표에서 터보라이트 캐시가 삼성 840 EVO의 성능에 미치는 영향을 확인할 수 있다. 물론 소량의 DRAM도 성능 개선에 기여했을 것이다.

아래는 삼성 V-NAND TLC를 탑재한 더 최신 제품인 850 EVO(256GB)에 대한 AS SSD 1GB/10GB 벤치마크 결과다.


이 정도의 순차 쓰기 성능 하락은 비교적 가벼운, 수긍할 수 있는 수준이다. 당시 이 문제가 별다른 논란으로 이어지지 않은 이유도 그 때문이었다. 게다가 850 EVO는 가격도 저렴했다. 이제 도시바가 새로 출시한 Q300(Q300 프로가 아님)의 싱글 레이어 TLC NAND 테스트 결과를 보자.


1GB 데이터 세트의 지속 쓰기 성능은 459MBps지만 10GB 데이터 세트는 146MBps다. BX200보다는 양호하지만 성능 하락이 시작되는 시점이 더 빠른데다 양호하다고 해도 고급형 하드 드라이브의 쓰기 속도에 불과하다. 아래 표를 보면 대용량 데이터 쓰기 작업에서 MLC 드라이브(Kingston HyperX Savage)가 TLC 드라이브에 비해 얼마나 더 빠른지 확인할 수 있다.


20GB 복사 테스트 결과를 보면 TLC의 쓰기 속도 저하가 잘 드러난다. 850 EVO의 하락 폭은 크지 않지만, 다른 드라이브의 경우 심각한 성능 하락이 발생한다. 초록색 막대는 TLC가 얼마나 느려지는지 비교하기 위해 사용된 외장 USB 3.0 RAID 0 드라이브를 나타낸다.

낮은 성능만큼 낮지 않은 가격
이제 TLC의 지속 쓰기 성능 저하를 확인했으니, 그 반대급부로 얻는 이득은 무엇인지에 대해서도 알아보자. 읽기 성능, 그리고 쓰기 작업도 일상적인 사용 형태에서는 SSD의 성능에 준한다. 쓰기 성능 문제가 실사용에 얼마나 자주 영향을 미치며, 그러한 단점을 감수함으로써 얻을 수 있는 비용 절감 효과는 얼마나 될까?

삼성 TLC 드라이브의 경우 840 EVO 120GB와 240GB 모델을 제외하면 TLC에 직접 쓸 때도 양호한 수준의 성능을 제공한다. 가격도 현재 꽤 매력적이다. 다만 시중에는 이보다 더 우수한 지속 쓰기 성능을 제공하면서 가격은 더 저렴한 MLC 드라이브가 있다.

OCZ 트리온(Trion, 도시바), 도시바 Q300, 크루셜 BX200을 비롯한 다른 싱글 레이어 TLC NAND SSD의 대부분은 상황이 더 나쁘다. 드라이브에 얼마나 큰 용량의 데이터를 쓸 것인지는 사용자 본인만 안다. 일상적인 작업과 가벼운 컴퓨팅 작업에서는 아무런 문제가 없지만, 게임이나 영화를 드라이브로 복사할 때, OS를 설치할 때나 백업할 때 성능은 곤두박질친다.

결정적인 요소는 가격이다. 간헐적인 성능 저하일 뿐이라고 항변한다고 해도, 현재까지는 이를 감수할 만큼 비용 절감 효과가 크지 않다. 960GB BX200의 가격은 300달러인데 여기서 20달러만 더 지출하면 같은 회사의 MLC 기반 MX200 SSD를 구입할 수 있기 때문이다.

물론 현재 SSD 시장은 변동이 큰 상태이므로 싱글 레이어 TLC SSD의 가격이 MLC SSD 보다 훨씬 더 낮은 수준으로 폭락할 가능성도 있다. 그러나 그 때까지는 보급형 MLC 기반 드라이브를 선택하는 편이 더 현명할 것으로 보인다. editor@itworld.co.kr 
 Tags SSD 스토리지 NAND TLC

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