서버, 기업, 데이터 센터등, 흔한 말로 엔터프라이즈 시장에는 SAS 12Gbps나 PCIe 기반 확장카드 방식의 SSD가 등장하고 있지만, 일반 사용자용 PC에는 아직도 SATA 6Gbps 방식의 스토리지와 인터페이스가 대세를 이루고 있다.
SATA 6Gbps 인터페이스 및 SSD의 성능 돌파를 위한 대안 RAID, 어떤 방식이 있을까
때문에 아무리 최신 SSD라도 대부분 최대 550MB/s 성능이 한계선으로 여겨지고 있는데, 그나마 하스웰 리프레시 CPU와 함께 등장한 인텔 9 시리즈 칩셋부터 새로운 M.2 인터페이스와 관련 SSD가 선보이고 있지만, M.2라도 SATA 기반 제품은 여전한 성능 한계가, PCIe 기반제품은 비싼 가격이 발목을 잡고 있다.
이런 배경에서 스토리지 성능을 끌어올리기 위한 수단으로 여전히 관심 받고 있는 기술이 바로 RAID인데, RAID란 어떤 기술인지 살펴보고자 한다.
극단적인 성능 추구 RAID 0, 최고의 안정성을 위한 RAID 1
RAID는 Redundant Array of Inexpensive Disks 혹은 Redundant Array of Independent Disks의 약자로, 그 이름에서 유추할 수 있듯 다수의 디스크를 기반으로 하나의 디스크처럼 인식하도록 구성하는 기술을 뜻한다.
RAID라면 단순히 성능 향상을 위한 기술로 받아들이기 쉽지만 사실은 성능만큼이나 안정성도 고려된 기술인데, 성능과 안정성 중 어떤 것을 중점으로 두느냐에 따라 디스크 구성 방식이 바뀌게된다.
디스크 구성 방식은 RAID 레벨(Level)로 분류하며, 현재 쓰이고 있는 RAID 레벨은 성능에 중점을 둔 RAID 0과 안정성에 중점을 둔 RAID 1을 기반으로 다양한 방법들이 선보이고 있다.
RAID의 기본, 성능의 RAID 0과 안정성의 RAID 1
일반 사용자들이 RAID라면 가장 먼저 떠올리는 성능 향상용 RAID 방식은 스트라이핑(Striping)이라고도 불리는 RAID 0으로, 각 디스크에 모든 데이터를 나눠 저장하므로 SSD나 하드디스크의 성능을 최대로 쓰면서 용량 낭비도 없고, 두 개 이상의 디스크만 있다면 갯수에 상관없이 구성할 수 있다.
이론적으로는 SSD나 HDD를 더할수록 그만큼 성능과 용량이 늘어나지만, 단점으로는 자료가 나눠서 저장되므로 RAID를 구성하고 있는 디스크 중 하나에 문제가 발생한다면, 최악의 경우 모든 데이터를 날릴 수 있다.
이에 비해 미러링(Mirroring)으로도 불리는 RAID 1의 경우 '거울(Mirror)'이라는 이름처럼 완전히 동일한 데이터를 각각의 디스크에 저장하는 방식으로, RAID 1 구성을 위해서는 두 개 이상의 짝수 디스크가 필요하다.
가장 기본적인 RAID 방식인 Level 0/ 1은 최소 두 개의 디스크만 있으면 구성할 수 있다
쉽게 이야기하자면 RAID 1은 디스크에 저장된 내용을 다른 디스크에 실시간 백업하는 것으로 볼 수 있는데, 미러링된 디스크 세트는 특정 디스크에 문제가 발생해도 완전히 똑같은 자료가 남아있으므로 데이터 안정성을 중시할 때 구성하는 방식이다.
RAID 1은 그 특성상 전체 디스크중 절반의 용량을 사용할 수 없고, 쓰기 성능 향상은 기대할 수 없지만, 읽기 성능은 원본과 미러링된 디스크 양쪽에서 불러올 수 있으므로 성능 향상을 기대할 수 있다.
성능과 안정성을 동시에 추구한 RAID 구성은?
앞서 설명한 RAID 0과 RAID 1이 각각 성능과 안정성을 극단적으로 추구한 방식이기 때문에 반대로 안정성과 성능면에서는 서로 부족한 모습을 보이는데, 이를 개선하기 위해 새롭게 등장한 RAID 구성 방식이 있다.
그 중 앞서 개발된 것이 RAID 2/ 3/ 4로, 실제 데이터를 저장하는 디스크는 성능 향상을 위해 RAID 0으로 구성하고, 여기에 데이터 복구를 위한 별도의 디스크가 추가된 형태이다.
RAID 2는 bit 단위, RAID 3은 byte 단위, RAID 4는 block 단위로 데이터를 분산 저장하며, RAID 2는 데이터 복구를 위한 헤밍코드를, RAID 3/ 4는 페리티 코드를 이용하므로 RAID 0이나 RAID 1에서 부족했던 점들이 개선되었지만, 뒤를 이어 개선된 RAID 방식이 등장함에 따라 현재는 사장된 방식이다.
RAID 2/ 3/ 4를 밀어낸 RAID 방식은 바로 Level 5와 Level 6으로, 각각의 디스크에 데이터를 분산 저장하여 성능을 높이면서도 다른 디스크에 저장된 데이터 복구를 위한 페리티 정보를 함께 저장해 안정성을 높인 방식이다.
이렇게 데이터와 페리티 정보가 분산 저장됨에 따라 RAID 2/ 3/ 4 방식에 비해 특정 디스크에 문제 발생시 바로 대처할 수 있는데, RAID 5는 하나의 페리티 정보를 저장하므로 하나의 디스크에 문제 발생시 대처가 가능하지만 두 개의 디스크에 문제 발생시 대처하기가 어렵다.
RAID 6는 페리티 정보를 두 개의 디스크에 저장하므로 두 개의 디스크 고장까지 대응할 수 있지만, 이를 위해 복잡한 연산이 필요하므로 쓰기 작업 구현이 복잡해서 일반적으로 잘 사용되지 않으며, RAID 5는 최소 세 개, RAID 6 구성에는 네 개의 디스크가 필요하다.
기본 RAID의 응용, 01/ 10/ 50/ JBOD
현재 주로 쓰이는 RAID 기술은 성능 중시형 RAID 0과 안정성 중시형 RAID 1, 성능과 안정성을 둘 다 고려한 RAID 5가 있지만, 기존에 RAID 2/ 3/ 4와 같이 다양한 방식의 RAID 구성이 가능하다.
대표적인 것이 바로 인텔 메인보드 칩셋에서도 기본 지원하는 RAID 10(1+0)으로, RAID 1(미러링)로 안정성을 확보한 디스크 세트들을 RAID 0(스트라이핑)으로 성능을 확보하는 방식이며, RAID 01은 그 반대의 경우(스트라이핑 후 미러링)이다. 또한 RAID 50은 RAID 5를 기반 디스크 세트를 RAID 0으로 더해 안정성을 더한 방식이다.
한편, RAID는 특성상 용량이 다른 디스크를 이용할 경우 더 큰 용량 디스크의 여분 공간을 버리게 되므로 동일한 용량의 디스크를 이용해야 용량의 낭비가 없는데, Spanning으로도 불리는 JBOD(Just a Bunch of Disks)은 서로 다른 용량의 디스크를 마치 하나의 디스크처럼 사용할 수 있도록 해주는 기술이다.
다른 RAID 레벨과 달리 성능이나 안정성면에서 아무런 이득이 없지만 용량 낭비가 없고, 데이터가 각각의 디스크에 순서대로 저장되므로 특정 디스크에 문제가 발생할 경우 해당 디스크에 저장된 자료만 손실되어 RAID 0에 비해 데이터 손실 위험성이 낮다.
RAID, 부족한 성능 보완 -> 성능 한계 돌파
RAID가 처음 등장한 1980년대에는 하드디스크의 부족한 성능과 안정성을 보완하고자 하는 목적이 강했다면, 최근 데스크탑에서의 RAID는 인터페이스 제한 때문에 정체된 스토리지 성능의 한계를 돌파하고자 하는 목적이 더 커졌고, 별도의 RAID 확장카드가 필요했던 초기와 달리 메인보드 칩셋에서도 기본 지원하면서 접근성도 높아졌다.
PCIe M.2 SSD의 RAID 구성, 성능은?(사진 : 기가바이트 Z170X-UD5 제이씨현)
최근 RAID의 또 다른 변화라면 PCIe 기반 스토리지를 이용한 SSD 구성이 가능해졌다는 것으로, 이는 인텔 9 시리즈 칩셋과 함께 등장해 인텔 100 시리즈 칩셋에서 본격적으로 지원되고 있는 M.2 인터페이스의 등장에 힘입은 것으로 판단된다.
M.2 SSD는 SATA와 PCIe 기반 스토리지 구현이 가능한데, 그렇다면 성능 향상을 위해 등장한 PCIe 기반 M.2 SSD를 이용해 RAID를 구성해보면 그 성능은 어느 수준에 다다를지 궁금해진다.
다음 기사에서는 PCIe M.2 SSD를 이용한 RAID 구성 실전에 대해 알아보도록 하겠다.
[영상] RTX50 4분기출시/SSD 추가 인상설/인텔 아크 무관심/PCIe 7.0 발표,그리고 스냅드래곤X엘리트 
