상승세 타는 SSD, “이것만은 알아두자”

SSD가 출현한지는 오래 됐지만, 활용도가 점점 높아지면서 1차 저장장치 시장 지형에 상당한 변화를 주고 있다. 특히 SSD가 용량은 늘어나고 가격은 더 저렴해지고 있기 때문에 구체적인 사전 지식없이 일단 구입해서 이용하는 사용자들이 늘고 있다.

그러나 SSD가 완벽한 제품은 아니다. SSD의 역사와 특징에 대해 올바로 이해한 다음 제품을 이용한다면, 과장 광고에 속지 않고 각자의 환경에서 보다 효과적으로 사용하는 데 도움이 될 것이다.

SSD에 대한 개념은 오래 전부터 존재해왔다. 기본적으로 SSD는 전기기계식 디스크나 테이프가 아니라 트랜지스터를 사용한 영구적 스토리지 미디어다. SSD는 30년 이상 스위치, 라우터, 휴대전화, 계산기 등의 펌웨어를 비롯해 여러 가지 비디스크 영구 메모리로 사용되어 왔다.

오늘날 달라진 점은 SSD를 기업에서 1차 저장장치로 사용하게 되었다는 것이다. 이것은 기존의 하드디스크 방식을 확대하거나 완전히 교체할 수도 있는 상황이 될 수 있다. SSD를 오늘날처럼 이용할 수 있게 된 것은 저렴하고, 믿을 수 있으며, 속도가 빠르고 수명이 긴 대형 SSD 메모리 모듈을 만들어낼 수 있었기 때문이다. 현재에도 이와 관련된 문제점들을 계속 개선해나가고 있으며, 이 문제들을 해결하는 것이 SSD 성공의 열쇠가 될 것이다.

휘발성 SSD vs 비휘발성 SSD

SSD에 관해 이야기할 때 가장 큰 차이점은 이들이 휘발성 DRAM 기반 기기냐(RAM 스토리지), 비휘발성 낸드 메모리 기기냐(플래시 스토리지)에서 드러난다. 이들 모두 SSD에 속하기 때문에 혼동을 일으키기 쉽다.

DRAM 기반 기기들은 기본적으로 서버의 1차 시스템 메모리를 구성하는 것과 같은 종류의 메모리를 사용한다. 이들은 모두 매우 속도가 빠르지만, 전원에 문제가 생기면 전체 데이터를 상실할 위험이 크다. 이 문제를 해결하려면 대부분의 DRAM 기반 SSD 기기들은 예비 배터리를 준비하여 전원이 복구될 때까지 데이터를 보호해야 한다.

어떤 경우에는 이러한 예비 배터리가 며칠씩 전원을 공급하기도 하는데, 이것은 PCle 카드 팩터에 탑재되는 고성능의 DRAM SSD에서는 일반적이다. 그러나 전원이 복구되지 않으면 데이터도 복구할 수 없을 것이다. 다른 경우에는 DRAM에 같은 용량의 하드디스크 또는 다소 느린 낸드 플래시 메모리가 추가되어 전원이 나가고 들어오는 사이에 DRAM 메모리를 내리고 올린다(내부 배터리나 커패시터가 전원이 갑자기 끊겼을 때 이에 대해 작동할 충분한 전원을 공급한다).

낸드 기반(플래시) 기기들은 휴대전화와 USB 메모리에 사용되는 것과 같은 종류를 사용한다. 이러한 메모리 기기들은 저장 상태를 보존하기 위한 전원을 필요로 하지 않는다. 따라서 여기에는 데이터 보호를 위한 어떤 종류의 예비 배터리도 필요하지 않다. DRAM 기반 기기들보다 몇 배 정도 속도가 느리지만, 해당 기기와 컨트롤러가 발전함에 따라 속도가 개선되고 있다.

MLC vs. SLC

낸드 메모리 기기들은 MLC(multilevel cell)와 SLC(single-level cell)로 나뉜다. MLC라는 명칭은 이 기기들이 하나의 셀에 몇 비트의 데이터를 저장할 수 있기 때문에 붙여진 것이다. 반면, SLC 기기들은 각 셀마다 하나의 비트만 저장할 수 있다. SLC 기기들은 MLC와 같은 양의 데이터를 저장하려면 더 많은 트랜지스터가 필요하기 때문에 훨씬 더 비싸지만, MLC 기기들보다 상당히 속도가 빠르며 수명도 길다.

대부분의 노트북에 사용되는 것과 같이 일반 소비자용의 SSD는 MLC를 사용한다. MLC는 저렴한 비용, 낮은 전력 소비, 내구성이 장점이지만, 성능이 떨어진다는 것이 단점이다. 기업에서 사용하는 낸드 기반 저장 장치들은 SLC 기반인 경우가 많으며, 결과적으로는 가격이 비싸다.

컨트롤러가 성능의 관건

기존 1차 저장장치와 마찬가지로 낸드 플래시 기반 SSD는 컨트롤러의 기능에 따라 그 가치가 좌우된다. 기업급의 SSD를 실현하려면 고성능의 컨트롤러를 탑재해야 하고, 이를 위해서는 비용이 많이 들지만, 상당한 신뢰도와 성능이 제공된다. 게다가 관련 기술은 발전과 혁신을 거듭하고 있다.

DRAM 기반 SSD와 달리 플래시 기반 SSD는 장기적인 신뢰도의 문제도 갖고 있다. 각각의 SLC 방식 SSD 셀은 약 500만 번 정도 데이터를 기록할 수 있다. 반면, 멀티비트인 MLC 셀은 50~100만 번 정도의 기록한 후에는 신뢰도가 떨어진다.

이러한 문제를 해결하기 위해 SSD 컨트롤러에는 쓰기-레벨링(write-leveling)이라는 기술이 적용된다. 쓰기-레벨링이라는 기술은 SSD를 구성하는 셀들을 가로지르면서 쓰기를 분산시켜 쓰기 부하를 균일하게 분배시킨다. 또한 어떤 SSD 컨트롤러들은 수명이 다해가는 셀을 이을 수 있는 여유 공간을 이용한다.

일부 저가 컨트롤러들은 해당 기기에 부하가 걸린 상태인지를 고려하지 않고 쓰기-레벨링을 수행하지만, 다른 제품들은 이 기능을 수행하기 전에 기기의 부하 여부를 살핀다. 이것은 SSD의 성능을 벤치마킹하기 어려운 여러 이유들 중 하나이다. 몇 시간 동안은 모든 기기들이 뛰어나 보이지만 쓰기-레벨링 알고리즘이 작동을 시작하면 이내 충돌이 일어난다.

쓰기-레벨링은 예상할 수 없는 보안 문제를 일으키기도 한다. 암호화되지 않은 어떤 파일을 암호화하기로 결정한 경우를 생각해보자. 이러한 경우 서버는 디스크로부터 암호화되지 않은 파일을 읽고 암호화한 다음, 암호화되지 않은 파일 위에 암호화된 파일을 쓴다. 대개의 경우 이러한 과정에서 해당 파일은 삭제한다. 쓰기-레벨링 기술이 어떻게 작동하느냐에 따라 서버에서는 암호화되지 않은 파일들을 덮어썼다고 믿을 경우가 생길 수 있다. 실제로는 덮어쓰지 않았는데도 말이다. 어떤 컨트롤러들은 이러한 요청을 받아들여 해당 블록을 삭제하지만, 그렇지 않은 컨트롤러도 있다.

신중한 선택 필요

SSD에 대해 검색하면서 자신의 1차 저장장치로 적합한지 고민하는 중이라면, SSD는 기존의 회전형 디스크와는 완전히 다른 종류이며, 여기에는 아직도 이런저런 문제점들이 존재한다는 사실을 잊지 말자. 확실히 SSD의 막강한 성능은 앞으로도 IT 분야의 중요한 선택사항으로 이용될 것이다. 그러나 SSD가 어떻게 작동하는지에 대한 이해 없이 무작정 구입하지 말자. 그렇지 않으면 자신의 컴퓨터 환경에 맞지 않는 것을 알고는 매우 당황하게 될 것이다.  editor@idg.co.kr