인텔 린필드 프로세서는 네할렘 마이크로 아키텍처를 기반으로 코어 아키텍처를 대체하며 시장에 등장했으며 성과 전력 효율 등 여러 부분을 향상했다. 하지만 아키텍처 전환에 따른 플랫폼 교체 및 소켓번, 린필드 플랫폼과 조합한 SSD 성능 저하 등의 문제도 제기됐다.
이중 린필드와 P55 칩셋을 SSD와 조합했을 때의 성능 저하는 린필드 플랫폼에 기존 코어 2 세대보다 깊은 단계의 절전모드 C-State (C6/ C7)를 도입하면서 발견되었다.
린필드 + SSD + C-State 조합의 성능저하 (기사 1/ 기사 2)
메인보드 제조사들은 전력관리 기능을 덜 공격적으로 설정 즉 절전모드를 우회해 SSD 성능 저하를 회피하도록 임시 방편적인 조치를 취했다. 이에 따라 C-State 절전모드 활성화로 인한 SSD 성능 저하는 C-State 절전모드 비활성 외에 뚜렷한 해결책은 공개되지 않았고 SSD 사용시에는 C-State 절전모드를 사용하지 않아야 성능 저하를 막을 수 있었다.
하스웰 프로세서도 C-State와 SSD 조합시 성능 저하있다
이는 2세대인 샌디브릿지 (Sandy Bridge)와 3세대 아이비브릿지 (Ivy Bridge), 그리고 4세대인 하스웰 (Haswell)까지 그대로 이어졌다. 하스웰은 절전을 더욱 요구하는 시대를 반영해 C6/ C7의 C-State 외에도 모바일 프로세서는 배터리 수명 향상을 위해 더 깊은 단계의 C8/ C9, C10의 C-State를 추가하는 등 절전기술을 강화해 절전모드의 영향이 더 크다. (인텔 차세대 CPU 하스웰 현재까지 공개된 정보 종합편 참고)
이처럼 린필드부터 발생하던 C-State와 SSD 조합의 성능 저하는 4세대인 하스웰 프로세서까지 이어진 것으로 알려졌는데 이번 기사를 통해 하스웰 플랫폼과 SSD 조합의 성능 저하 문제를 다시 한번 짚어봤다.
SSD 성능 저하, 깊은 단계의 절전모드 C-State 적용시 발생
린필드와 샌디브릿지, 아이비브릿지, 그리고 가장 최근 출시된 하스웰 플랫폼과 SSD 조합에서 SSD의 성능 저하가 발생하는 조건은 C1E, EIST와 같은 절전모드보다 더 깊은 단계로 진입해 전력소비를 줄이는 절전모드인 C-State (C6/ C7)를 설정했을 때다.
절전모드는 일반적으로 최대 성능보다 전력을 절감하기 위한 것이 가장 큰 목적이기 때문에 이를 적용하면 CPU와 시스템 성능이 낮아진다. 때에 따라 복귀 문제나 이로 인한 CPU 성능 저하, 그리고 SSD가 등장하면서 절전기술 활성화에 따른 성능 문제도 제기되었다.
SSD 성능 저하와 밀접한 관련있는 CPU 절전 기술 C-State (C6/C7)
저장장치 성능 저하는 컨트롤러와 낸드 플래시 메모리를 이용해 전기적 특성에 민감한 SSD에만 발생하는 현상으로 디스크와 헤더를 이용해 덜 민감한 하드디스크 (HDD)의 성능 저하는 발견되지 않았다. 이는 하드디스크보다 빠른 속도의 SSD는 린필드 플랫폼에서 적용하기 시작한 복잡한 전력절감기술 (C-State)로 발생하는 CPU 타이밍과 각종 칩셋 사이의 지연시간에도 민감하게 반응해 성능 변화를 보여준 것으로 알려졌다.
따라서 린필드 이후의 플랫폼에서 SSD와 전절기술을 동시에 사용해야 한다면 깊은 단계의 C-State보다는 CPU 클럭스피드를 줄여 온도하락과 전력절감효과를 제공하는 C1E나 EIST, AMD CnQ와 같은 단순한 절전기술을 사용하는 것이 SSD 성능 유지에 유리하다.
하스웰 + SSD + C-State 성능 저하 그대로, 하드디스크는 영향없어
하스웰 플랫폼과 SSD, C-State 활성화에 따른 성능 저하 문제를 테스트하기 위해 인텔 코어 i7 4770K (3.5GHz)와 기가바이트 (GIGABYTE) GA-Z87-HD3 (Z87 Express), 삼성전자 DDR3-1600MHz (CL9-9-9-24, 1T) 4GB x 2, 지포스 GTX 760 2GB 레퍼런스, 윈도우 7 Ultimate K 64bit/ 윈도우 8.1 Pro K 64bit, 인텔 inf v9.4.4.1006WHQL, 인텔 RST v12.9.0.1001, 엔비디아 (NVIDIA) 지포스 332.21 WHQL 드라이버를 이용했다.
SSD는 1세대 SATA3 (6Gbps) 제품인 EK Drive Real SSD C300 128GB와 고성능에 속하는 삼성전자 840 Pro 256GB 두 제품을 이용했다. 기본 테스트는 윈도우 운영체제의 전원 옵션, 균형 조정 (권장)/ 절전/ 고성능의 3가지를 선택해하고 바이오스 절전과 C-State를 활성 또는 비활성화로 진행했다.
SSD 성능 저하, 윈도우 전원 옵션에도 영향
윈도우 8.1 전원 옵션 (균형 조정/ 절전/ 고성능, 윈도우7/ 비스타 동일)
린필드 플랫폼이 등장할 당시 윈도우 비스타 (Windows Vista)가 사용되었는데 이후 등장한 윈도우 7 (Windows 7)이나 윈도우 8/ 8.1 (Windows 8/ 8.1) 모두 운영체제 전원 옵션은 큰 차이가 없다. 기본적으로 윈도우 설치시 설정되는 균형 조정 (권장), 절전, 고성능 모드의 3가지인데 이들 전원 옵션 설정에 따라 SSD 성능 저하 정도에 차이를 보였다.
윈도우 절전 옵션 (고성능) - 소폭의 성능 저하
절전 옵션 : 고성능/ 바이오스 절전 All Off/ On
크리스탈디스크마크는 윈도우 7/ 윈도우 8.1 모두 고성능과 바이오스 절전기술을 모두 켰을 때와 비활성화했을 때 순차읽기와 쓰기, 랜덤읽기와 쓰기 (4K) 성능 하락이 적다. 절전 옵션을 균형 조정 (권장)과 절전기술을 활성 또는 비활성화했을 때 윈도우 7/ 8.1은 공통적으로 순차읽기와 쓰기, 랜덤읽기와 쓰기가 공통적으로 하락했으나 오차범위로 볼 수 있는 소폭에 성능 저하에 그쳤다.
윈도우 절전 옵션 (균형 조정) - 윈도우 7, 랜덤쓰기 성능에 영향 커
절전 옵션 : 균형 조정/ 바이오스 절전 All Off/ On
윈도우 절전 옵션의 기본 설정인 균형 조정은 윈도우 8.1이 랜덤읽기와 쓰기 성능 저하가 거의 없었던 것과 다르게 윈도우 7 환경은 랜덤읽기와 쓰기 성능도 절전모드 활성화에 따라 하락 폭이 커진 것으로 확인된다. 윈도우 7은 균형 조정과 C-State를 비롯한 절전모드 설정에 따라 Real SSD C300 128GB는 약 14%, 840Pro 256GB는 약 11%로 랜덤쓰기 성능 차, 윈도우 8.1은 순차읽기와 쓰기 부분에서 차이를 보인다.
윈도우 절전 옵션 (절전) - 운영체제 상관없이 랜덤쓰기 저하 커
절전 옵션 : 절전/ 바이오스 절전 All Off/ On
절전 옵션을 절전, 그리고 바이오스 절전 기술을 활성 또는 비활성화했을 때 윈도우 7과 윈도우 8.1 운영체제 모두 순차읽기와 쓰기, 랜덤읽기와 쓰기 성능 저하가 확인되며 특히 다른 절전 옵션보다 랜덤읽기와 쓰기 성능 격차가 크게 나타난 것으로 확인된다. 랜덤읽기와 쓰기 성능 저하는 작은 크기의 파일을 이용하는 운영체제 환경에서는 성능 저하와 직결되는 부분이다.
HD Tune v5.5 - 운영체제 관계없이 균형 조정과 절전시 성능 저하 발생
절전 옵션과 바이오스 절전 옵션에 따른 성능 (Windows 7)
절전 옵션과 바이오스 절전 옵션에 따른 성능 (Windows 8.1)
윈도우 7과 윈도우 8.1 운영체제와 전원 옵션에 따른 성능 차이는 앞서 살펴본 크리스탈디스크마크와 마찬가지로 운영체제 전원 옵션이 균형 조정 (권장)과 절전 모드일 때 순차읽기 성능 저하가 확인된다.
두 운영체제는 고성능 환경에서는 오차범위의 성능 차이, 균형 조정에서는 윈도우 7에서 840Pro 256GB는 약 17%, Real SSD C300 128GB 11% 각각 하락, 절전에서 840Pro 256GB는 약 19%, Real SSD C300 128GB는 약 10%, 윈도우 8.1에서는 840Pro 256GB는 약 14%, Real SSD C300 128GB 18% 각각 하락, 절전에서 840Pro 256GB는 25%, Real SSD C300 128GB는 32%가 하락해 성능 하락폭은 윈도우 7 환경에서 상대적으로 적었다.
균형 조정 (권장)/ 절전 모드에 따른 성능
추가로 윈도우 7/ 8.1 설치시 기본 전원 옵션인 균형 조정 (권장)은 EIST 설정과 연동되기 때문에 SSD 성능 저하로 이어졌다. 일반적인 경우 전력을 절감하기 위해 C1E나 EIST를 사용하는데 하스웰 플랫폼에서는 EIST도 성능 저하에 영향을 주었기 때문에 유사한 기능을 하는 C1E를 이용하는 것이 좋다. C1E는 하드웨어로 제어되어 윈도우 전원 옵션과 연동되는 EIST보다 지연시간이나 반응성면에서 유리하다.
이번 테스트 결과를 통해 윈도우 전원 옵션은 바이오스 C-State 옵션과 연동해 동작하는 것을 알 수 있으며 윈도우 전원 옵션의 고성능을 제외한 균형 조정과 절전은 특히 성능 저하의 원인으로 작용했다.
절전기술, 하드디스크에는 영향 없어
절전 & C-State Off (좌)/ On (우) (WD 2TB HDD)
SSD와 다르게 하드디스크는 절전기술 사용에 따른 성능 영향이 거의 없는 것으로 알려졌는데 크리스탈디스크마크에서 이를 확인 가능하다. 절전기술을 켜거나 끄거나 오차범위 정도의 성능을 제공했다.
C-State Off/ 나머지 절전모드 All Off (WD 2TB HDD)
C-State On/ 나머지 절전모드 All On (WD 2TB HDD)
HD Tune이 결과 역시 테스트에 사용한 WD 2TB Black 드라이브의 전원 옵션과 바이오스 절전기술 사용 여부에 따른 성능 저하는 발생하지 않았다. 역시 오차범위에 속하는 차이만 확인된다.
하스웰과 SSD, C-State 조합의 성능 저하, DSA로 보완?
DSA (Dynamic Storage Accelerator), 절전시 SSD 성능 저하 줄인다?
하스웰과 SSD, C-State를 조합은 린필드 플랫폼과 마찬가지로 성능 저하가 발생한다. 하지만 하스웰 플랫폼에서는 저장장치 성능 최적화를 위한 기술을 지원하고 있어 저장장치 성능을 조금 더 안정적으로 사용할 수 있다. DSA (Dynamic Storage Accelerator)로 알려진 이 기술은 동적 스토리지 가속기로 불리며 전력 상황이 바뀌면 성능도 같이 조절하여 성능과 전력 소모를 최적화한다.
단 DSA는 하스웰 지원 인텔 8 시리즈 칩셋이 모두 지원하는 기술은 아니며 인텔 Z87 칩셋에서만 지원한다. 또 인텔 RST v12.0 이상, 바이오스에서 DSA 옵션을 활성화해줘야 한다. 바이오스 DSA 옵션은 기본이 비활성이다. 지원 운영체제는 윈도우 7/ 윈도우 8 이상 (32/ 64bit)이다.
인텔 DSA 옵션 : 자동/ 수동 (절전/ 균형/ 고성능 기어)
바이오스에서 DSA 옵션을 활성화한 후 인텔 빠른 스토리지 기술 (RST)를 설치하면 성능 탭에서 동적 스토리지 가속기를 이용할 수 있다. 크게 자동과 수동 설정을 선택할 수 있다.
수동은 다시 절전과 균형, 고성능으로 세분화해 환경에 따라 맞는 옵션을 선택해 설정할 수 있으며 기본값은 절전 기어다. 자동은 윈도우 전원 관리 옵션과 발견된 I/O 활동을 기준으로 동작, 수동은 3가지 옵션 선택에 따라 전력 소비가 증가하고 성능도 향상된다. 고성능 기어가 최상의 성능과 전력 소비가 가장 많으며 균형 기어는 성능이 향상되고 전력 소비도 증가한다. 절전은 보통의 성능을 제공한다.
DSA를 활성화하면 SSD 성능 향상 가능해 - 윈도우 7 환경에 유리
DSA, 윈도우 8.1보다는 윈도우 7에서 효과가 조금 더 크다
동적 스토리지 가속기 (DSA)은 윈도우 절전과 바이오스 절전은 모두 켰을 때 발생하는 SSD 성능 저하에도 이용할 수 있다. 크리스탈디스크마크를 이용한 윈도우 7과 윈도우 8.1 환경을 모두 테스트한 결과를 보면 순차읽기와 쓰기, 랜덤읽기와 쓰기 (4K) 성능의 변화가 적은 윈도우 8.1 환경보다는 상대적으로 랜덤읽기와 쓰기 하락이 큰 윈도우 7 환경의 SSD 성능 향상에 더 유리했다.
윈도우 8.1 운영체제에서 DSA를 켜고 HD Tune을 테스트 한 결과 DSA 옵션에 따라 평균 순차읽기 성능이 향상되는 것을 확인할 수 있다. 그러나 DSA 적용에 따른 성능 향상은 실제 성능으로 체감하기는 어려울 것으로 보인다.
하스웰 + SSD + C-State 성능 저하 그대로 이어져
하스웰과 SSD, C-State 조합의 성능 저하는 린필드 플랫폼 이후에도 그대로 이어져왔다. 성능 저하의 원인으로 린필드와 그 이후 세대에는 기존보다 더 깊은 절전모드를 도입하고 적용에 따른 복귀와 타이밍 문제, SSD의 전기적인 특성에 민감하게 작용하는 등의 내용이 잘 알려진 부분이다. 즉 CPU 클럭이 하락하면서 성능 하락이 나타나듯 이와 유사한 맥락으로 볼 수 있을 것이다.
하드디스크는 린필드나 현재의 하스웰 플랫폼이나 절전기술이 성능에 영향을 주지 못하는 것으로 확인된다. 이는 하드디스크의 낮은 성능, 디스크와 헤더 등으로 구성되어 전기적 특성에 덜 민감한 특성에 기인한다.
하스웰, C-State와 SSD 조합시 성능 저하 피하지 못했다
데스크탑 환경에서는 대체적으로 절전모드 사용보다는 고성능을 위주로 활용하기 때문에 C-State 절전모드가 상대적으로 큰 영향을 주지 않는다. 하지만 노트북과 같은 환경에서는 배터리 수명이 중요해 절전모드 활용이 늘어나므로 데스크탑보다 SSD 성능 저하가 더 민감하게 작용할 수 있다. 때문에 SSD 성능을 활용하기 위해서는 바이오스에서 절전기술 설정이 가능하다면 가급적 C-State를 적용하지 않는 것이 유리하다.
또한 윈도우 7이나 윈도우 8.1 운영체제 모두에서 공통적으로 바이오스 C-State 절전모드 외에도 윈도우 전원 옵션 역시 성능 저하와 연관이 있다. SSD를 이들 운영체제와 함께 사용하는 사용자라면 고성능을 선택하거나 전력절감기술이 필요하다면 C1E를 이용해 CPU 클럭을 낮추는 것만으로도 온도 하락과 전력을 절감할 수 있다.
하지만 최근 SSD는 성능 상향 평준화가 진행되면서 SATA3 (6Gbps) 한계에 가까운 성능을 제공해 높은 성능 구현이 가능해졌고 테스트를 통해서도 확인되듯 절전모드 적용에 따른 성능 저하가 큰 영향을 주지 않을 수도 있다. 이는 고성능 SSD와 보급형 SSD 성능 차이 정말있나? 기사를 통해 살펴본 것처럼 린필드 플랫폼이 등장한 시기의 SSD와 비교해 현재의 SSD는 그만큼 높은 성능으로 체감이 쉽지 않아졌기 때문이다.
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