SSD, 과연 좋기만 할까?

솔리드 스테이트 디스크(SSD)가 결국은 자기 기록 방식 하드디스크를 밀어내고 주류 저장장치로 자리매김하게 될 것이라는 데 대부분 동의할 것이다.

기존의 하드디스크 드라이브보다 가볍고 내구성도 더 좋으며, 전력 소모도 적다는 기대에서다.

하지만 성능에 있어서는 아직 물음표가 남아있다. 최소한 광고 만큼 기대를 부응시켜 주지는 못하고 있다. 데스크탑이나 랩탑에서 사용하는 경우에는 특히 그렇다. 장및빛 전망과 기대로 점철된 SSD의 실상에 대해 짚어본다.

소비자용 SSD vs. 기업용 SSD

보스턴의 에비언 세큐리티 LLC의 연구실장 에이비 코헨은 “소비자용 SSD에는 아직 문제가 대단히 많다”라고 단언하고 나섰다. 600~800달러의 돈을 더 주면서까지 SSD를 살 이유가 없다는 것이 그의 주장이다.

그는 먼저 대다수 소비자용 SSD의 경우 대부분 용량이 크고 가격이 싼 반면 I/O가 느리고 읽기/쓰기 횟수가 1/10 수준인 멀티레벨셀(MLC) 낸드 플래시 메모리를 사용한다는 점을 지적했다.

반면 기업용 SSD는 싱글레벨셀(SLC) 낸드 메모리와 복수의 채널을 이용해 데이터 처리량을 늘리고, 특정 셀 그룹만 닳게 하지 않고 드라이브 전체에 걸쳐 균등하게 데이터가 배분될 수 있게 하는 웨어레벨링 소프트웨어를 이용하고 있다.

일부 소비자급 SSD에도 웨어레벨 기능이 포함되는 추세이긴 하지만 향후 몇 년간 기업용 SSD와 소비자용 SSD간의 차이는 지속적으로 남아있을 것이라고 그는 관측했다.

다른 애널리스트들도 의견을 같이하고 있다. 심지어 후지쯔 같은 하드드라이브 제조업체들도 향후 2년 간은 SSD가 대중화되기 힘들 것이라고 내다보고 있다. 2년은 있어야 하드드라이브의 대체 상품으로서 경쟁력 있는 가격대비 성능 비율이 실현될 것이라는 전망이다.

가트너의 애널리스트 조셉 언스워스는 요즘 1TB 하드드라이브가 200달러도 채 되지 않는다는 사실을 언급하며, "128GB에 200달러선의 가격이 적정하다. 그리고 이는 2010년 정도는 되어야 달성될 것"이라고 내다봤다.

이어 "이렇게 된다고 해도 SSD 업계는 소비자들과 기업 고객들에게 왜 돈은 더 주고 더 적은 저장공간을 사야 하는 지에 대해 설득력 있는 이유를 제시해야 할 것”이라고 지적했다.

가트너와 아이서플라이 등 시장조사기관에 따르면, 최근 소비자용 SSD의 가격은 기가바이트당 2~3.45달러 선이며, 하드드라이브는 기가바이트당 약 0.38달러 정도다. 대략 6~9배 정도의 차이를 보이는 셈이다.

물론 2년 전만해도 SSD의 기가바이트당 가격은 17.50달러였던 것을 감안하면 실로 눈부시게 하락한 수치다. 그럼에도 불구하고 아직 시기가 되지 않았다는 데에서는 업계의 견해가 일치하고 있다.

후지쯔의 사업개발 부사장인 조엘 핵버그는 "한 동안은 전체 SSD 산업에서 소비자용 SSD가 차지하는 비중은 미미할 것"이라고 전망하며, "가장 큰 장벽은 역시 가격"이라고 언급했다.

한편 SSD 가격 인하를 주도하고 있는 기업은 인텔과 마이크론 테크놀로지이다.

이들이 내놓을 SSD들은 32GB 칩 기술에 기반하고 있는데, 여기에 사용된 낸드 플래시 칩의 가격은 4달러에 불과하다. 기가바이트당으로 계산하면 0.99달러가 된다.

오브젝티브 어날리시스의 애널리스트 짐 핸디는 이 두 회사가 소비자급 SSD 제품에서 기가바이트당 1달러 벽을 처음으로 깨게 될 것이라고 예상했다.

SSD의 약점 '비순차적 쓰기'

SSD에 사용되는 낸드 플래시 메모리는 크게 두 종류다. 하나는 SLC로 셀 하나 당 1비트를 저장하는 것이며, 다른 하나는 셀 당 2비트 이상을 저장하는 MLC이다.

소프트웨어나 펌웨어를 쓰지 않더라도 SLC 메모리는 MLC보다 더 빠르고 안정적이며, 수명이 더 길다. 반면, SLC는 생산 단가가 비싸고 저장 용량이 MLC보다 적다.

SLC와 MCD를 막론하고 모든 SSD들은 본질적으로 동영상 시청이나 음악 듣기 같은 순차적 읽기와 랜덤 읽기에 탁월한 성능을 보인다. 여유 공간이 있는 한 추가적인 데이터 복구 프로세스가 필요 없기 때문이다.

휴대용 단말기에 SSD가 탁월한 선택인 이유가 바로 이것이다. 이런 장치들은 대부분 음악이나 동영상 감상용이고, 데이터 쓰기가 거의 필요 없기 때문이다.

그러나 낸드 플래시는 비순차적 쓰기에서는 효과적이지 못하다. 대부분의 SSD 제조사들이 마케팅 자료에서 빠른 스피드에 대해 선전하고는 있지만, 제시된 읽기/쓰기 속도에 대해 평균적인 수치는 제시하지 못하고 있는 실정이라는 것이 코엔, 언스워스를 비롯한 여러 전문가들의 지적이다.

언스워스는 업체들이 이러한 단점을 보완하기 위해 낸드 플래시 자체를 통해서가 아닌 컨트롤 전자공학, 메모리 버퍼, 멀티 컨트롤러 채널, 낸드 칩의 평행 인터리빙 및 플래시 관리 소프트웨어 등을 통해 읽기/쓰기 속도의 향상을 꾀하고 있다고 설명했다.

일단 순차적 읽기 속도는 두 가지 방법을 통해 달성될 수 있다. 하나는  DRAM 버퍼를 이용한 것이고, 다른 하나는 I/O 채널의 수를 늘리는 방법이다.

순차적 쓰기 또한 펌웨어를 이용하면 순차적으로 데이터를 리매핑해 기록하면서도 응용프로그램 차원에서는 비순차적으로 기록되고 있는 것처럼 인식시킬 수 있다.

랜덤 읽기 측면에서는 SSD가 하드디스크 드라이브에 비해 월등히 효율적이다. 데이터를 읽기 위해 물리적인 동작이 필요없기 때문이다.

한 예로 7,200rpm 하드 디스크 드라이브에서의 기계적인 데이터 배치에 소요되는 지연 시간은 약 5~6ms다. 그러나 SSD에서는 이 속도가 100배나 빠르다.

그러나 비순차적 쓰기와 관련해서는 이야기가 달라진다. SSD상의 랜덤 쓰기와 관련한 문제는 낸드가 기록을 할 빈 블록을 찾으려면 응용프로그램이 필요하다는 것이다. 빈 블록이 없을 경우 응용프로그램이 먼저 데이터를 삭제해줘야만 한다. 그리고 이 과정에서 약 2밀리세컨드의 지연이 발생한다.

낸드 플래시 메모리의 또 다른 근본적인 문제는 '쓰기 증폭'이라고 불리는 문제다.

인텔의 스토리지 아키텍쳐 디렉터 크누트 그림스러드에 따르면, 데이터가 플래시 메모리에 기록되는 방식은 호스트 시스템에 기록되는 방식과 다르다.

데이터가 0.5에서 1MB의 블록에 놓이게 되므로 호스트가 플래시 메모리상의 4KB 블록의 삭제를 요청할 때, 호스트에 기록되는 것보다 20~40배나 많은 데이터가 낸드 플래시 메모리에 기록되게 된다.

그림스러드는 ”그 결과, 예를 들어 4KB를 쓰길 원한다고 할 때. 1MB에 해당하는 공간을 삭제하고 거기에 기록을 원치 않는 데이터를 다시 집어넣어야 하게 된다. 결과적으로 의도했던 것보다 훨씬 많은 양을 낸드에 기록하게 되는 것"이라며, 이 같은 프로세스는 심각한 오버헤드를 초래하게 된다고 설명했다.

웡은 "순차적 성능은 DRAM 버퍼를 통해 쉽게 향상시킬 수 있다. 하지만, PC의 사용자 프로파일을 보면, 대부분의 실행이 비순차적으로 이루어지는 것을 볼 수 있다"라며 비순차적 쓰기 성능의 중요성에 대해 언급했다.

기업용 SSD는 어떨까?

SSD는 기본적으로 드라이브 콘트롤러 내에 정교한 펌웨어와 소프트웨어를 필요로 한다. 때문에 SSD를 고도의 트랜잭션을 요구하는 연산에 최적화하는 데에는 많은 비용이 요구된다.

STEC이 EMC에 납품하는 기업용 SSD는 초당 트랜잭션(또는 IOPS)이 5만 2,000 회에 달하지만, 동급의 소비자급 SSD 드라이브는 초당 트랜잭션 수는 300~600 회 정도에 불과하다. 포워드 인사이츠의 웡은 이렇게 말한다. "더 낫게 만들지 못한다는 것이 아니다. 하지만, 지금은 그 정도 수준이라는 것이다.”

인텔은 웨어레블링 소프트웨어를 통해 쓰기 증폭 문제를 대부분 극복하고 호스트에 대해 30배나 더 향상된 쓰기 성능을 구현할 수 있었다고 주장하고 있다. 결과적으로 초당 트랜잭션이 3만 5,000회에 달한다는 설명이다.

가트너의 언스워스는 이와 관련 낸드 플래시 메모리를 인터리빙함으로써 성능을 최적화하는 동시에 효율을 높이는 10 채널 컨트롤러를 사용한데 따른 것이라고 설명했다.

인텔은 또 회사가 곧 출시 예정인 SSD 제품들이 기존의 하드디스크와 필적할만한 읽기 및 쓰기 속도를 제공한다고 밝히고 있다.

인텔의 신형 고성능 SATA 솔리드 스테이트 드라이브 제품라인을 개발한 팀의 일원이었던 그림스러드는 "개발 중인 노트북 및 PC용 SSD 드라이브의 평균 순차적 읽기 속도는 최고 250MB/sec, 평균 순차적 쓰기 속도는 70MB/sec 정도"라며, "시리얼 ATA SSD의 비순차적 읽기 속도는 3만 5,000 IOPS이며 비순차적 쓰기 속도는 3,300 IOPS"라고 말했다.

이 주장이 사실이라면, 더 많은 읽기와 더 적은 쓰기를 필요로 하는 응용프로그램의 경우 기존 하드디스크 드라이브보다 SSD를 통해 엄청난 성능상의 이점을 누릴 수 있게 된다.

대부분의 전문가들은 광채널이 부착된 스토리지 장치에서는 하이엔드 15,000 rpm 하드드라이브를 사용하는 것보다 SSD를 쓰는 게 훨씬 낫다는 데 의견을 같이 하고 있다.  

에이비언 세큐리티의 코헨은, 하이엔드 플래시 드라이브의 가격대 성능비가 20:1 정도로 하이엔드 광채널 드라이브를 앞서고 있다고 설명했다.

단일 SSD 드라이브의 비순차적 읽기 성능을 달성하고자 하는 기업이 있다면 15,000rpm 하드디스크 드라이브가 20대는 있어야 한다는 뜻이다.

그는 “쇼트 스트로크 회전 디스크 드라이브 하나 값이면 20대의 SSD 드라이브를 놓을 수 있다는 것”이라고 말했다.

절전 효과/운영체제 지원도 '글쎄'

SSD는 노트북 배터리의 수명도 늘려준다고 흔히 알려져 있다. 하지만, 대부분의 전문가들은 SSD를 통한 전원 절약이 평균적인 일반 랩탑에서의 추가 30분 정도에 불과하다는 테스트 결과를 보고하고 있다.

심지어 몇몇 미디어들은 일부 SSD의 경우 실제로는 기존의 하드디스크 드라이브보다 더 많은 배터리 전력을 사용한다는 것을 보여주는 테스트 결과를 발표하기도 했다.

SSD를 노트북과 PC에 설치하려면 역시 낸드 플래시의 속성을 완전히 활용할 수 있도록 마이크로소프트가 운영체제를 업데이트 해야만 한다.

그러나, 가장 최근의 서비스 팩에도 필요한 변경이 취해지지 않았으며, 마이크로소프트 내의 소식통들도 내년인 2009년에 그에 관한 어떠한 진전이 있을 것이라는 얘기를 들은 바 없다고 코헨은 전하고 있다.  

윈도우에서 SSD의 빠른 순차 읽기 속도 덕을 볼 수 없는 이유는 운영체제 자체가 12KB 단위로 하드드라이브에 데이터를 전달하도록 최적화되어 있기 때문이다.

반면 SSD는 4KB 단위로 데이터를 받도록 최적화되어 있으며, 현재의 SSD 드라이브들은 512바이트 단위로 데이터를 받는 하드디스크 드라이브 베이에 구겨 넣어지고 있는 실정이다.

다른 말로 하면, 데이터를 보내고 받기 전 두 겹의 번역이 필요하다는 것이 포워드 인사이츠의 웡의 설명이다.

에이비언 세큐리티의 코헨은 최근 자신의 분석 노트에서 "마이크로소프트는 낸드 인테그레이션보다 PC 터치 스크린 기능을 더 중요하게 생각하는 것 같다”라고 비꼬기도 했다.

코헨은 낸드와 SSD에서의 낸드의 성능을 최대한 활용하기 위해 필요한 표준들이 다양한 위원회들을 통해 수립되기 시작하고 있어, 2009경에는 완전한 기능을 가진 제품이 시판될 것이라고 내다보고 있다.

성능 향상 체감 어려워

SSD를 파는 업체들도 속도 문제에 있어서는 소비자들 수준에서 거의 차이를 느끼지 못할 것이라는 사실을 인정한다.

가트너 언스워스는 “시중에 판매되고 있는 어떤 SSD는 하드드라이브보다 쓰기 속도가 느린 것도 있다. 이것은 한 번에 얼마나 많은 양을 쓰냐에 달려있는데, 만일 10MB를 쓴다면 하드디스크와 같은 속도겠지만, 1GB바이트라면 문제가 달라진다”라고 지적했다.

플래시 메모리 제조업체인 STEC의 사업개발 부사장인 팻 윌키슨은 SSD 제품들의 성능이 천차만별이라고 인정했다.

윌키슨은 "EMC 제품급의 장치들에 필요한 것은 노트북에 필요한 것과는 근본적으로 다르다"라며, "구동하는 응용프로그램에 따라 성능이 제각각인 것이 현실이다. 게다가 비순차적 쓰기 속도는 정말 끔찍하다. PC 사용자에게는 쓰기가 정말 중요함에도 불구하고 말이다”라고 말했다.

웨스턴 디지털의 제일 빠른 PC 하드디스크 드라이브는 3.5인치에 10,000rpm 인 벨로시랩터로, 용량은 300GB이다. 컴퓨터월드의 테스트 결과에 따르면 벨로시렙터의 버스트 속도는 250.3MB/sec.로 우리가 테스트한 기계적 드라이브들 중 제일 높은 수치였다. 평균 읽기/쓰기 속도는 105.6MB/sec였다.

웨스턴 디지털의 제일 빠른 노트북 드라이브는 2.5인치, 7,200rpm 스콜피오 블랙으로 최대 320 기가의 용량을 자랑한다. 우리가 실시한 테스트 결과에 따르면, 이 드라이브의 평균 읽기 속도는 63.8MB/sec이었으며, 버스트 읽기 속도는 무려 238.8MB/sec였다.

참고로 지난 4월, 컴퓨터월드는 두 개의 다른 상위 하드디스크드라이브를 두 개의 상위 SSD 드라이브와 함께 테스트한 바 있다. 결과는 SSD가 소폭 빨랐지만 부팅 시간의 경우 사실상 차이가 없었다.

시험에 사용된 드라이브들은 다음과 같다

? 32GB 크루셜 인터널 2.5-in. SATA SSD

? 32GB 리데이타2.5-in. SATA SSD

? 250GB 시게이트바라쿠다 7200.9 3.5-in. SATA 하드 드라이브

? 200GB 시게이트 모멘터스 7200.2 2.5-in. SATA 하드 드라이브.

결과는 아래와 같다.

SSD의 내구성 및 안정성

SSD의 신뢰도를 측정할 수 있는 새로운 표준이 마련되어야 한다는 데 전문가들의 견해가 일치하고 있다. 그렇게 해야만 플래시 메모리의 실제 수명이 좀 더 분명하게 정의될 수 있다는 것이다.

가트너 언스워스는 "SSD를 만드는 회사가 80여 곳이 넘었다. 그러나 품질은 제각각이다"라고 말했다. 실제로 웨스턴 디지털의 SSD 드라이브는 MTBF 시간이 140만 시간이라고 홍보되는 반면, 인텔은 자사의 새 익스트림 SSD 드라이브의 MTBF가 120만 시간이라고 주장한다.

하지만, 전문가들은 MTBF 시간이 부정확할 뿐더라, 드라이브의 신뢰도를 측정하기에는 너무 주관적인 방법이라고 지적한다. 응용 프로그램이 다르면 드라이브를 사용하는 하는 정도도 다르기 때문이다.

드라이브의 수명을 측정하는 더 효율적인 방법은 '얼마나 많은 쓰기 싸이클을 처리할 수 있는가'라든가, '쓰고 지울 수 있는 횟수나 얼마나 되는가 하는 것'일 것이다.

SSD는 움직이는 부품이 없어 내구성 면에서 하드디스크보다 유리하지만, 플래시 메모리의 수명은 다른 여러 가지 요인들에 따라 크게 달라질 수 있다.  

우선 SSD 드라이브가 SLC 메모리를 쓰느냐 MLC를 쓰느냐도 문제가 될 수 있다.

SLC는 보통 쓰기 싸이클, 또는 셀 당 쓰기가 이 10만 회인 반면, MLC는 1,000 회에서 1만 회까지 견딘다. SLC의 내구성이 MLC보다 10여 배 이상 뛰어난 것이다.

문제는 MLC를 탑재한 SSD가 쓰기 증폭 교정 소프트웨어를 사용해 속도를 증가시켰을 경우 수명이 단축된다는 것이다.

즉, 셀들이 더 많은 데이터를 더 빈번하게 저장하기 때문에 수명이 엄청나게 단축될 수 밖에 없다는 뜻이다.

이를 해결하기 위해서는 장치 전체에 고르게 데이터를 배분하여 특정 셀들이 조기에 닳게 되는 것을 방지하는 '웨어레벨' 기술이 적용되어야 하지만 이 기술은 기업용 SSD에만 주로 탑재되고 있다.

후지쯔의 핵버그는 향후 2년간은 후지쯔가 어떠한 SSD 드라이브 출시 계획도 없다고 밝히며, SSD의 성능 및 신뢰도를 변화시킬 어떤 기술적 돌파구가 마련되지 않은 한 계속 그럴 것이라고 덧붙였다.

이어 그러기까지 앞으로 2년은 더 있어야 할 것으로 내다봤다.

그럼에도 불구하고 오브젝티브 애널리시스는 10년도 안 되는 기간 동안에 미미했던 낸드 플래시의 매출이 160억 달러 시장으로 성장했다는 점을 지적했다.

핸디는 최근 보고서를 통해 “반도체 시장 역사상 가장 빠른 기술적 성장을 보이고 있는 이 제품은 DRAM을 제치고 주요 반도체 메모리로 자리매김하게 될 것이다"라고 적고 있다.

한편, 가트너는 저가 SSD 부문이 2007년의 63만 5,000개에서 2012년 3,300 만개로 증가할 것으로 내다보고 있다. 언스워스도 5년간 매년 117% 성장을 하게 될 것으로 전망했다.

그러나, 현재로서는 하이엔드 스토리지 어레이나 서버를 제외하고 SSD가 두각을 나타낼 수 있는 부문은 데이터 읽기가 주 목적인 휴대용 단말기 시장 뿐이다.

에이비언 세큐리티의 코헨은 애플의 맥북 같은 울트라포터블 노트북이나 하이엔드 노트북 분야에서 SSD가 상대적으로 잘 나가는 것으로 보일 수 있지만 이는 "성능이 나아서가 아니라 단지 멋져 보이기 때문"이라고 말했다.