데이터 스토리지의 과거와 현재

사용하는 만큼 기술도 따라간다 IDC에 따르면, 올해 전세계 데이터의 양이 2.16제타바이트로 성장하고 2016년에는 3.77제타바이트로 성장할 것으로 예상했다. 주목할 만한 것은 우리가 데이터를 만드는 만큼 스토리지 기술도 따라가고 있다. 데이터 스토리지는 가장 빠르게 성장하는 반도체 기술이다. 테이프 스토리지, 하드디스크 드라이브, SSD(solid state disk) 스토리지는 12개월에서 18개월마다 두 배로 성장해왔다. 현재 데스크톱 드라이브의 기본적인 저장 용량은 4TB이며, 올해 말에는 5TB가 될 것으로 예상된다. 이는 100만 장의 사진 또는 HD 동영상 562시간 분량을 저장할 수 있는 용량이다. 씨게이트는 2020년 가열 자기 기록(heat-assisted magnetic recording, HAMR) 방식의 60TB 데스크톱 하드드라이브가 출시될 것이라고 말했다. 이는 1,200만 장의 사진 또는 HD 동영상 6,750시간을 담을 수 있는 분량이다.

마이크로SD 카드, 10년이 되지 않아 128MB에서 128GB로 마이크로SD 카드는 저장 용량이 매년 평균 175% 성장율을 보였다. 60년 이상의 역사를 가진 하드드라이브 기술과 비교했을 때 NAND 플래시 메모리는 여전히 어리며, 역동적이다. 1987년 도시바는 최초로 NAND를 발표했으며, 1995년에는 카메라용 40MB 메모리 카드를 소개했다. 20년이 지나지 않아 손톱크기보다 작은 마이크로SD NAND 메모리 카드가 1TB 이상을 저장한다. 128GB NAND 플래시 카드에 얼마나 많이 저장할 수 있을까? 약 3만 2,000여 곡의 음악과 27편의 영화, 25만 장 이상의 사진을 저장할 수 있다. 평면 NAND 플래시가 저장 능력의 한계에 부닥친 반면, 3D NAND는 향후 미래에 좀더 많은 발전가능성을 보여준다.

하드디스크 드라이브 저장 능력, 100만 배 증가 1956년 IBM은 최초로 RAMA C350(Random Access Method of Accounting and Control)이라는 하드디스크 드라이브(HDD)를 소개했다. RAMA C350은 24인치 50장의 디스크를 갖고 있었다. 이 디스크 플래터들의 무게는 약 1톤에 가까웠다. 여기에는 5MB, 즉 MP3 한 곡의 음악을 저장할 수 있었다. 비용은 MB당 1,000달러 정도 들었다. 오늘날 3.5인치 데스크톱 드라이브는 4TB를 저장할 수 있는데, 이는 76만 곡의 MP3 음악을 저장할 수 있다. 헬륨으로 채워진 데이터센터 드라이브는 6TB를 저장할 수 있다.

기업용 디스크 스토리지 최초로 기업 데이터 용으로 구축된 EMC 시메트릭(Symmetrix) 하드드라이브 스토리지 어레이가 오늘날 일반적인 USB보다 훨씬 적은 저장용량을 갖고 있었다는 것을 믿기 힘들 것이다. 왼쪽 사진이 EMC의 시메트릭 1이다. 4개의 디스크 드라이브를 가진 이 스토리지는 2GB까지 저장공간을 지녔으며 메모리는 256MB였다. 오른쪽 사진은 현재 10세대 EMC 시메트릭 VMAX다. 하나의 캐비닛에 3.5인치 디스크 240개가 들어간다. 디스크드라이브는 2PB 이상, 메모리는 128GB으로, 최초의 스토리지 어레이가 출시된 지 20년이 되기 전에 저장 용량이 100만 배 이상 증가했다. 최신 스토리지 어레이는 또한 200만 IOPS(input/output operations per second)의 올 플래시 메모리 스토리지를 제공한다.

크기가 문제가 되는 이유 위 사진은 1970년대 다이산 디스크 팩으로, 200MB 저장 용량에 무게는 10파운드다. 이 디스크 팩은 IBM 1311 디스크 드라이브에 실렸는데, 아마도 세탁기 크기만 할 것이다. 이 디스크 드라이브 플래터는 1965년에 최초로 사용된 바 있다. 각 디스크는 20섹터를 가졌으며, 50kbps 데이터 전송율을 보였다. 오늘날 빠르게 진화했다. 아래 사진은 도시바 PCIe 512GB NAND 플래시 드라이브로, 모바일 디바이스 내에서 발견할 수 있다. 이는 2Gbps를 저장할 수 있으며, 4개의 PCIe 2.0 I/O를 갖고 있다. 이 드라이브는 원자 크기, 19nm의 트랜지스터를 통해 막대한 저장용량을 자랑한다.

드라이브 줄이기 왼편은 DEC에서 출시한 RA80 디스크드라이브로, 당시 가장 유명한 14인치였다. 1980년대 초 플래터 디스크 드라이브 기술이다. RA80 디스크 플래터는 31 섹터, 1,092 트랙을 가졌으며, 각 트랙마다 412바이트를 저장할 수 있엇다. 오른쪽 사진은 씨게이트가 출시한 5GB 마이크로드라이브다. 마이크로드라이브는 1999년 IBM에서 최초로 1.8인치, 1인치, 0.85인치 크기로 세상에 나왔으며, 아이포드(iPods)와 같은 MP3 플레이어에 사용된 것으로 유명하다. 2009년에 NAND 플래시 스토리지가 모바일 디바이스에서의 마이크로드라이브의 자리를 대신함에 따라 종적을 감췄다. 마이크로드라이브는 하드드라이브 산업이 어떻게 면 밀도를 어떻게 줄였는지 알 수 있는 좋은 견본이었다. 오늘날 2.5인치 2TB 노트북 하드드라이브는 인치당 760기가비트 면 밀도를 가졌다.

NAND 플래시 SSD SSD(Solid state drives)는 단지 몇 년 전만 하더라도 너무 비쌌지만 현재 SSD는 GB 당 50센트에도 미치지 않는다. SSD는 컴퓨터 역량을 가장 싸게 끌어올릴 수 있는 방법이다. 일부 SSD들은 데이터 전송속도가 하드드라이브의 그것보다 5배나 빠르다. NAND 플래시 트랜지스터의 크기 감소와 함께 SSD 저장능력은 증가했다. 현재 NAND 플래시 트랜지스터의 3개 가운데 하나는 19nm보다 작다. 1nm는 10억분의 1미터다. 128기가비트 NAND 판, 3D NAND와 RRAM(Resistive Random Access Memory) 기술을 통해 SSD 저장능력을 4배로 만들 수 있는 것으로 널리 알려져 있다.

테이프는 죽었다? 1950년대 초, 마그네틱 테이프 스토리지가 나온 이래로, 몇번이나 죽음을 선언한 바 있다. 그러나 그것은 이제 산업계의 농담이 됐다. 테이프는 여전히 훌륭한 데이터 저장 수단이다. 디스크 드라이브 스토리지의 절반이 되지 않는 비용으로 저장할 수 있다는 것이 장점이다. 왼쪽은 1952년경, 0.5인치 마그네틱 테이프 1,200피트 길이의 IBM 726 테이프 드라이브에는 각 얼레마다 2MB의 데이터를 저장할 수 있었다. 오늘날 테이프 카트리지는 6TB 이상을 저장할 수 있다. 2022년에는 128TB까지 저장할 수 있을 것으로 예상된다. 오른쪽 사진은 IBM TS3500 테이프 라이브러리다. 이 기본적인 테이프 라이브러리 캐비닛은 12 TS1140 테이프 드라이브 이상과 260개 4TB 카트리지, 총 1PB 저장 용량을 갖고 있다. 1PB는 HD 동영상 13년치다.