2. SSD를 보는 방법, 스펙을 이용하자
기술 발전이 이루어지면서 SSD는 초기 시장과 비교해 수많은 제품이 등장했으며 제조사별로 사용하는 컨트롤러나 낸드 플래시 메모리를 비롯한 스펙이나 성능, 가격도 천차만별이다.
특히 SSD는 컨트롤러나 낸드 플래시 종류에 따라 성능이 제각각이고 제조사의 펌웨어 튜닝 능력과 지원 소프트웨어, 기술력, 인지도와 보증 기간 등 고려해야 할 부분이 상당히 늘어났다.
SSD 스펙을 보면 성능이 보인다
그 중에서도 성능과 스펙은 여전히 SSD를 선택하는 기준의 하나이며 기본 스펙을 보면 SSD가 제공하는 성능과 전반의 특징을 파악할 수 있는 만큼 이에 맞는 다양한 고려가 필요하다.
스펙 체크 포인트 1 - 제조 공정과 낸드 플래시 종류
낸드 플래시 공정 미세화는 쉽지 않은 일이다
SSD에서 제조 공정과 낸드 플래시 (NAND Flash) 메모리 종류는 성능과 수명, 내구성에 깊은 연관이 있다.
일반적으로 제조 공정을 미세화하면 단위 면적 당 더 많은 회로를 넣거나 저장 공간을 늘릴 수 있어 용량 확대, 단가 하락 등이 가능하지만 기술의 한계와 공정 안정화에 따른 시간이 요구되며 기술 개발에 천문학적인 비용이 소요되기도 한다. 또 SSD에 사용하는 낸드 플래시의 공정 미세화는 셀 구조를 약화시켜 수명과 내구성을 낮게 만드는 원인이 되므로 공정 미세화는 쉽지 않은 일이다.
현재 대부분의 SSD는 19/ 20nm급 공정을 이용하고 있으며 10nm급 공정에 가까워지면서 구조 문제를 해결하기 위한 기술들이 등장하고 있다. 3차원 수직구조 낸드 (3D V-NAND, 3D Vertical NAND)도 그 중 하나로 셀을 3차원 수직으로 적층해 더 많은 저장 용량 확보와 MLC의 약 3천 회보다 높은 35,000회의 쓰기로 수명을 향상할 것으로 알려졌다.
SSD에 사용하는 낸드 플래시 종류 (SLC/ MLC/ TLC)
SSD에 사용하는 낸드 플래시 메모리 종류는 크게 SLC (Single-Level Cell)와 MLC (Multi-Level Cell), TLC (Triple-Level Cell) 방식으로 나눌 수 있다. 이들은 방식에 따라 셀당 비트 수와 읽기, 쓰기, 수명과 내구성, 가격에도 차이가 있다.
셀당 1비트 (1bit)를 저장하는 SLC, 2비트 (2bit)를 저장하는 MLC, 셀당 3비트 (3bit)를 저장하는 TLC는 쓰기/ 지우기 (Program/ Erase) 횟수가 SLC는 10만, MLC는 3천, TLC는 1천회로 알려졌으며 삼성전자가 출시하는 TLC 기반 SSD는 eTLC 사용으로 일반 TLC보다 수명과 내구성 면에서 유리해 TLC 방식이라고 무조건 떨어지는 것은 아니다.
일반적으로 성능과 수명, 내구성 및 안정성은 TLC < MLC < SLC 순이며 가격면에서는 TLC가 상대적으로 유리하다. 현재는 가격과 성능, 용량을 적절하게 구현한 MLC가 주로 사용된다. TLC는 삼성전자가 출시했으나 MLC 대비 용량은 증가를 제외한 성능이나 가격적인 메리트가 높지는 않은 편이다.
동기식 MLC/ 토글 MLC 사용하는 SSD
또 성능과 수명 향상을 위해 동기와 비동기식 메모리, 토글 (Toggle) 방식을 이용하고 있다. 동기식과 비동기식은 인텔과 하이닉스, 마이크론이 참가해 낸드 플래시 입출력 규격으로 만든 ONFI (Open NAND Flash Interface)가 사용되며 2.0 이상이 동기식, 1.x 버전은 비동기식이다. 삼성전자와 도시바 (Toshiba), 샌디스크 (Sandisk)는 이에 대응해 토글 방식으로 고성능 SSD를 위한 낸드를 개발했다.
소비자용은 토글 방식, 보안과 정확성을 요구하는 기업용은 ONFI를 선호한다. 토글 낸드 플래시의 전송속도는 MLC보다 빠른 SLC 낸드 플래시가 40Mb/s인데 반해 133Mb/s로 전송속도 향상이 가능하다.
스펙 체크 포인트 2 - SSD 컨트롤러
CPU가 PC의 두뇌를 담당하듯 SSD의 두뇌 역할은 SSD 컨트롤러가 담당한다. SSD 컨트롤러는 보통 주요 기능을 관리하는 ARM 기반의 아키텍처 코어와 특정 기능을 담당하는 코프로세서, SATA 컨트롤러와 DRAM 컨트롤러, 낸드 인터페이스 (최근 컨트롤러는 ONFI/ 토글 낸드 플래시 지원), 암호화를 위한 AES 256 및 에러 검출과 정정을 위한 ECC 엔진 등이 탑재된다.
현재 SSD에 사용하는 주요 컨트롤러
현세대 SSD는 삼성전자와 마벨 (Marvell), 샌드포스 (SandForce)를 주축으로 사용하며 일부 제조사는 마벨이나 샌드포스 컨트롤러를 커스터마이징한 버전을 사용하기도 한다. 이들 외에도 인텔 (Intel)과 인디링스 (Indilinx)를 인수한 OCZ, LAMD (Link A Media Devices)를 인수한 SK하이닉스 (SK Hynix), 일반에 잘 알려지지 않은 Phison, SMI, JMicron, Alcor 등에서도 SSD 컨트롤러를 개발하고 있으며 이들은 주로 보급형 SSD에 사용된다.
이들 SSD 컨트롤러는 종류에 따라 차이를 보이나 대부분의 컨트롤러는 SATA3 (6Gbps) 한계에 근접한 성능을 내주고 있으며 서버용 컨트롤러는 더 높은 성능과 안정성을 향상하기 위한 높은 에러 정정 (ECC) 기술 등도 포함하고 있다.
스펙 체크 포인트 3 - 인터페이스
인터페이스는 장치 사이를 이어주는 기술로 데스크탑용 SSD는 SATA 방식 그중에서도 현재는 SATA3 (6Gbps)가 널리 사용된다. 스몰폼팩터 등 작은 공간을 활용하는 장치를 위해 개발된 mSATA 규격도 SATA 인터페이스를 지원한다. 또 고성능을 제공해 서버 환경에서 사용되는 PCI-Express SSD는 PCIe x2/ x4/ x8 인터페이스가 주로 사용된다.
높은 성능을 구현한 SSD는 주로 PCIe 인터페이스를 적용했으며 mSATA는 SATA 규격을 이용하지만 초기에는 일반 2.5인치 SSD보다 성능이 낮았는데 현재는 일반 2.5인치 크기 SSD와 성능 격차가 줄어 SATA와 mSATA 사이의 성능 격차는 거의 없어지는 추세다. 용도에 따라 캐싱용 SSD도 있는데 이들도 SATA와 mSATA 인터페이스를 이용한다.
SATA/ mSATA (상좌)/ PCI-Express (상우)/ M.2 SSD (하)
하드디스크 (HDD)는 SATA2 (3Gbps)와 SATA3 (6Gbps) 사이 속도 차가 거의 없으며 자체 속도는 SATA2에 못미친다. 하지만 SSD는 메모리에 저장하는 방식이므로 인터페이스 방식에 따라 속도 차이가 크게 나타난다.
데스크탑과 노트북용 SSD는 SATA3 인터페이스를 주로 사용하는데 최근에는 SATA3 (6Gbps)에 근접한 성능의 SSD가 등장한 상황으로 SATA 인터페이스에서는 더 이상 높은 성능을 구현하기 어려워졌다. 이에 SSD의 성능 향상을 위해서는 새로운 인터페이스가 필요한 상황이며 일반 PC에도 널리 사용하는 PCIe 인터페이스 방식이 가장 현실적인 대안이다.
하스웰 리프레시 지원 인텔 9 시리즈 칩셋은 PCIe M.2 지원
실제로 인텔이 올해 2분기 출시할 것으로 알려진 하스웰 리프레시 (Haswell Refresh) 지원 인텔 9 시리즈 칩셋은 PCIe 기반의 M.2 인터페이스 (1GB/s, PCIe 2.0 x2)를 지원해 SSD의 성능을 향상할 예정이다.
지원이 취소된 것으로 알려진 SATA-Express 규격도 PCIe 기술을 이용하는 것으로 알려졌다. SATA-Express는 PCIe 4.x 규격도 차후 지원 예정이며 PCIe 1/ 2/ 3 규격을 지원한다. 가장 최근의 PCIe 3.x 규격은 1레인이 1GB/s, 2레인에서는 4GB/s의 대역폭을 구현해 SATA3의 6Gbps 이상의 대역폭을 확보 가능하며 현재 SATA3 한계 성능에 도달한 SSD 성능 향상이 가능해진다.
PCI-Express 인터페이스는 PCIe 1.0 규격이 1레인 (PCIe 1.0 x1)에서 250MB/s, 2.0 규격은 500MB/s, 3.0 규격은 1GB/s의 대역폭을 제공하므로 SSD 성능 향상에 가장 적합하다. SATA3는 6Gbps로 600MB/s 정도지만 손실을 고려하면 실제로 이보다 낮아져 사실상 600MB/s에 근접한 최근의 SSD가 성능의 한계점으로 보인다.
스펙 체크 포인트 4 - SSD 성능과 용량
SSD 성능은 낸드 플래시 메모리 종류와 인터페이스 방식 외에 SSD를 제어하는 컨트롤러도 중요하며 여기에 제조사의 튜닝 능력 등에 따라 차이가 발생하기도 한다. 일반적으로 동일한 컨트롤러를 탑재하면 성능은 대동소이 한 것으로 알려졌다.
또 제조사에 따라 속도를 향상하기 위한 기술을 제공하며 SLC 메모리 방식을 응용해 MLC를 사용하면서도 성능과 수명, 데이터 신뢰성 등을 향상한 도시바 (Toshiba) 액셀러레이터 기술, TLC 사용에 따른 성능 문제를 보완하기 위해 예비 영역 (오버 프로비저닝, OP, Over Provisioning)을 버퍼로 이용해 SLC 방식으로 저장하면서 성능을 높이는 터보 라이트 (TurboWrite), 메인 메모리의 일부를 캐시로 활용해 성능을 높이는 RAPID는 삼성전자가 제공한다.
낸드 플래시와 인터페이스, 컨트롤러, 튜닝 등에 따라 달라지는 성능
최근의 SSD는 SATA3 (6Gbps, 600MB/s) 인터페이스 한계에 근접한 성능을 내주고 있어 사용자가 체감하기 어려워졌다. 보통 순차 읽기와 쓰기 성능이 우수하면 성능도 높을 것으로 생각하지만 SSD는 운영체제를 설치하여 사용하기 때문에 파일 크기가 작은 데이터를 읽어오는 랜덤 읽기와 쓰기 속도 (4K, IOPS)가 중요하게 작용한다. 랜덤 읽기와 쓰기는 IOPS (Input/ Output Operations Per Second)로 표기하며 초당 입출력 계산 속도, 숫자가 클수록 빠른 제품이다.
또 SSD는 낸드 플래시 메모리를 기본적으로 병렬로 연결하며 일반적으로 용량이 증가할수록 높은 성능을 제공할 수 있는 구조가 만들어진다. 이때 메모리 속도는 메모리의 쓰기 대역폭과 메모리가 몇 개 장착되느냐에 따라 달라지며 용량이 커지는 만큼 낸드 칩을 여러 개 이용하고 나누어 쓰기 때문에 더 빨라진다.
오버 프로비저닝 (OP, Over Provisioning) 영역에 따라 용량 표기 달라져
용량 표기 방식은 오버 프로비저닝 (OP, Over Provisioning) 영역을 용량에 포함하고 있느냐 그렇지 않느냐 따라 달라진다. 128/ 256GB로 표기되는 제품이 있는가 하면 120/ 240/ 250GB로 표기되는 제품이 있는데 후자가 오버 프로비저닝 영역을 제외한 표기 방식이다. SSD는 보통 2의 배수로 SSD 용량을 표기해 64/ 128/ 256GB로 표기한다.
오버 프로비저닝은 예비 영역으로 낸드 플래시 메모리의 수명이 다하거나 오류로 인해 사용이 어려워진 메모리를 대체해 안정성이나 성능 저하를 최소화한다. SSD는 크기만 다를 뿐 오버 프로비저닝 영역을 제공한다. SSD 관리툴에서는 SSD의 일부를 사용자가 오버 프로비저닝 영역으로 설정할 수도 있는데 일반 사용자는 이 부분을 크게 고려하지 않아도 된다.
웨어 레벨링 효율도 오버 프로비저닝과 연관이 있는데 웨어 레벨링은 SSD가 꽉 차는 (더티 상태) 상태에서는 비효율적으로 동작할 수 있는데 SSD에 저장 공간이 남아있거나 오버 프로비저닝 영역이 제공되면 안정적인 동작이 가능해진다.
스펙 체크 포인트 5 - SSD 지원 기술 (웨어 레벨링, TRIM, GC)
SSD는 수명 문제를 고려하지 않을 수 없으며 높은 성능 구현과 함께 지속적으로 사용시 안정적인 성능 유지도 중요하다. 수명 문제는 적게 쓸수록 유리하지만 저장장치로 활용하는 과정에서 수많은 읽기와 쓰기 작업이 이루어지므로 SSD를 사용하지 않으면 모를까 수명은 줄어들 수밖에 없다.
이에 SSD 제조사는 성능 유지를 위한 기술을 지원하며 트림 (TRIM)과 GC (Garbage Collection), 웨어 레벨링 (Wear Leveling)이 대표적이다. 제조사에 따라 자체적으로 성능 유지를 위한 기술을 지원하기도 하며 플렉스터의 트루 스피드 (True Speed)나 리뷰안테크의 K-Speed, 메모라이트 Constand Speed와 같은 기술이 대표적이다.
최신 SSD는 웨어 레벨링과 트림 (TRIM), GC (Garbage Collection) 지원
트림은 불필요한 데이터를 삭제하는 기술로 실제 데이터 영역의 데이터까지 삭제하도록 해준다. SSD는 하드디스크와 다르게 낸드 플래시 메모리를 이용해 기존에 삭데된 데이터가 셀에서 완전히 삭제되지 않고 남아있으며 이를 완전히 삭제해야 다음 기록시 원활하게 동작하여 프리징 등이 발생하지 않는다. GC는 불필요한 영역을 자동으로 해제하여 사용 가능한 공간으로 만들고 성능을 향상하는 기술이다.
트림은 인텔, 삼성전자, 도시바 (Toshiba), A-DATA, 메모라이트 등에서 제공하는 SSD 관리툴을 이용해 수동으로 동작할 수도 있으며 수동 트림 지원은 윈도우 XP처럼 트림 명령어를 자동으로 지원하지 않을 때 유용하다. 윈도우 비스타 이상의 운영체제는 트림을 지원해 메인보드 바이오스에서 AHCI를 켜고 윈도우를 설치하면 자동으로 트림을 실행한다.
SSD 스펙 정보 (TRIM/ GC 지원 표기)
또한 낸드플래시 메모리는 셀당 쓰기 수명이 있고 특정 셀에 과다한 쓰기가 발생하면 수명은 그만큼 감소하는데 이것을 방지하는 기술이 웨어 레벨링 (Wear Leveling)이다. 웨어 레벨링은 특정 셀에 쓰기/ 지우기 작업이 집중되는 것을 방지하며 셀에 균등하게 쓰기 작업을 분배해 오래 사용할 수 있도록 해준다.
초창기나 일부 SSD에 사용한 SSD 컨트롤러는 웨어 레벨링을 지원하지 않기도 했지만 현재 출시되는 대부분의 SSD에 탑재한 SSD 컨트롤러는 웨어 레벨링, TRIM과 GC를 지원한다. 따라서 사용자는 구입하려는 SSD가 이들 기술을 지원하고 있는 제품인지만 체크하면 된다.
[영상] RTX50 4분기출시/SSD 추가 인상설/인텔 아크 무관심/PCIe 7.0 발표,그리고 스냅드래곤X엘리트 
