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전송 2019-01-03 12:00
[테크닉]

고성능 PC 구성 마지막 관문 M.2 SSD
QLC 낸드 시대 제대로 쓰기 팁

고성능 PC의 필수 요소로 CPU와 그래픽 카드는 널리 알려졌지만 의외로 성능 면에서 크게 관심 받지 못하고 있는 부분이 바로 스토리지, SSD다.

SSD 자체의 성능이 HDD보다 뛰어난 것은 누구나 인정하지만, 대중화의 길을 걷고 있다지만 여전히 가격대 용량비가 HDD에 한참 미치지 못하는데다, HDD와 SSD 기본 용량이 늘어나는데 발맞춰 프로그램과 데이터 용량 역시 증가하고 있어 SSD 용량 증가의 잇점을 체감하긴 애매한 상황이다.

또 다른 이유 중 하나로는 바로 쓰기 쉽지 않다는 점.

디스크 초기화 방법만 알면 새로산 제품도 Plug&Play로 바로 쓸 수 있는 하드디스크나 SATA 인터페이스 SSD와 달리, SSD의 장점인 속도를 극대화한 M.2 폼펙터 제품은 아직은 고려할 점이 많다.

이제 SSD의 용량대 가격비 갱신을 위한 QLC 낸드 플래시 SSD의 본격적인 상용화가 예상되는 2019년을 맞아, 고성능 시스템 구성을 위한 마지막 관문인 M.2 SSD를 제대로 쓰기 위해 필요한 내용들을 정리했다.

 

고성능 M.2 SSD를 제대로 쓰기 위한 최소한의 기준, 메인보드와 OS

M.2라는 폼펙터의 SSD는 내부적으로 두 가지 규격의 제품이 있다.

바로 하드디스크에서 쉽게 찾아볼 수 있는 SATA 6Gbps 인터페이스와 그래픽 카드에 사용되는 PCIe 인터페이스.

고성능 시스템을 위한 M.2 SSD라면 보통 SATA SSD 이상의 성능을 요구하는 PCIe 인터페이스 제품을 선택할텐데, 제품 스펙에서 최대 600MB/s 이상의 성능을 발휘하는 제품은 100% PCIe 인터페이스다.

그리고 추가로 확인할 중요 사항 하나.

 

PCIe 인터페이스의 M.2 SSD 성능을 제대로 쓰기 위해서는 NVMe라 불리는, 낸드 플래시와 같은 비휘발성 메모리를 위해 개발된 프로토콜을 SSD와 운영체제, 메인보드에서 모두 지원해야 한다.

NVMe 지원은 제품 제조사의 드라이버 지원 전제하에 윈도우 7 이상에서도 단순 저장용 외에 운영체제 설치도 가능하지만, AMD와 인텔의 최신 플랫폼은 공식적으로 윈도우 10 이상'만' 지원하고, MS도 새로운 윈도우 출시없이 NVMe를 네이티브 지원하는 윈도우 10을 지속 관리해 나간다는 방침이니 현 시점에서는 윈도우 10이 적합하다.

윈도우 7 SP1에 대해서는 2020년 1월 14일, 윈도우 8.1의 경우 2023년 1월 10일 연장 지원이 종료되는 것도 감안할 필요가 있다.

 

메인보드에서는 인텔 하스웰 리프레시 대응을 위한 9시리즈 칩셋, AMD는 라이젠 대응 300 시리즈 이상 칩셋에서 NVMe를 네이티브 지원하며, 그 이전 플랫폼에서는 성능 저하나 부팅 디스크로의 사용 불가 같은 호환성 이슈를 피해갈 수 없다.

추가로 인텔 9시리즈 칩셋은 칩셋의 PCIe Lane 버전이 2.0인데다 8Lane에 불과해 NVMe SSD 성능을 제대로 끌어내기 어려운 제한이 있지만, 스카이레이크 대응 100 시리즈 칩셋은 PCIe 3.0 x20Lane으로 스펙업 되면서 이러한 제약이 풀린다.

인텔 플랫폼에서 PCIe 3.0 x4Lane 기반의 NVMe SSD 성능을 제대로 쓰기 위해서는 사실상 6세대 코어 프로세서인 스카이레이크 이상의 플랫폼이 필요하다.

 

PCIe NVMe M.2 SSD 사용, 메인보드의 다른 기능과 호환성 체크

2019년 초 현 시점에서 윈도우 10(7) 이상의 운영체제, AMD 300 시리즈 이상 칩셋 또는 인텔 300 시리즈 이상 칩셋 메인보드로 구성된 시스템이라면 고성능 PCIe NVMe M.2 SSD 사용하는데 기본적인 제한은 없지만, 추가로 살펴볼 제한이 있다.

이는 M.2 SSD가 레거시 지원을 위한 AHCI(SATA) 프로토콜과 최신 PCIe NVMe 프로토콜을 동시 지원하도록 설계된데다, 칩셋의 제한적인 확장 기능이라는 근본 문제가 아직 해결되지 못했기 때문으로, 대표적인 것이 M.2 SSD 사용시 메인보드의 일부 SATA 포트를 쓰지 못하는 경우를 들 수 있다.

 

예를 들어 디앤디컴에서 국내 유통 중인 ASRock Z390 Taichi는 총 세 개의 M.2 소켓이 제공되며, 이들 소켓은 모두 SATA M.2 SSD도 동시에 지원하도록 설계되어 있다. 따라서 M.2 소켓이 사용 중일 때는 이에 대응하는 SATA 포트를 사용할 수 없고 그 반대의 경우도 마찬가지다.

대신ASRock Z390 Taich 디앤디컴 메인보드에는 추가 컨트롤러를 더해 자원 공유 문제가 없는 SATA 포트를 추가했다. 이는 제조사의 정책이나 주 타겟층에 맞춰 설계되기 때문에 메인보드에 따라 다르게 나타나는 제품 설계 방침에 따른 결과지, 제품 불량이 아니다.

 

또 다른 체크사항으로는 M.2 SSD 사용시 칩셋의 PCIe Lane을 이용하는 PCIe 슬롯의 성능이 낮아지거나 사용 불가능해질 수 있다는 점. PC의 PCIe Lane 자원은 한정되어 있는데, 더 많은 기능을 넣어 메인보드 고급화를 꾀하다보면 발생할 수 있는 문제 아닌 문제로, 이 역시 SATA 포트와의 자원 공유 방식처럼 설계 방침에 따라 달라진다.

위 사진은 ASRock Z390 Taichi 디앤디컴 메인보드의 기능 중 CPU에 직접 연결되는 부분과 메인보드 칩셋인 Z390과 연결된 기능들을 표시한 것이다. SATA 포트와 M.2 소켓의 자원 공유 방식을 택한 때문에 그 외의 확장 슬롯 성능이 저하되거나 사용 불가능해지지 않는다.

확장 슬롯과의 자원 공유 현상은 메인보드 칩셋에서 제공되는 PCIe Lane이 최대 v2.0 x8Lane인 AMD 라이젠 플랫폼에서 M.2 소켓을 두 개 이상 구현할 때 주로 볼 수 있다.

 

사용 조건이 복잡하다면? 하이엔드 메인보드의 PCIe 슬롯 활용

고성능 PCIe NVMe SSD의 제성능을 뒷받침해줄 M.2 소켓은 보통 메인보드 칩셋을 통해 구현되기 때문에, PCIe 스위치를 추가한 초고가 하이엔드 모델이라도 CPU와 바로 연결되므로, 메인보드 칩셋의 제한된 시스템 자원 공유 현상에서 완전히 자유롭기 어렵다.

하지만 PCIe 스위치를 추가해 메인보드의 PCIe Lane을 확대하면 비교적 이런 문제에서 자유로워지지만, 그만큼 가격이 상승하기 때문에 근래 메인스트림 라인업 칩셋 메인보드에서는 관련 제품이 거의 출시되지 않고 있다.

 

PCIe 스위치가 추가된 초고가의 하이엔드 메인보드가 아니더라도 멀티 GPU, 특히 SLI를 지원하는 하이엔드 메인보드라면 상대적으로 이러한 제약에서 자유롭다. 왜냐면 SLI는 CPU의 PCIe Lane을 이용하기 때문에 메인보드 칩셋의 PCIe Lane/ SATA 자원을 공유하는 일반적인 메인보드에 비해 호환 이슈를 걱정할 필요가 없다. CPU와 M.2 SSD가 직접 연결되기 때문에 성능면에서도 유리한 것은 덤이다.

 

단지 PCIe 슬롯용 변환 어댑터를 사용해야 하기 때문에 비용이 추가되고, 그래픽 카드에 배치되는 PCIe Lane이 줄어 게임 성능이 일정부분 낮아질 수 있다. 하지만, 최신 플랫폼에서 그래픽 카드 대응 CPU의 PCIe Lane이 AMD와 인텔 모두 3.0으로 업데이트된 현재는 RTX 2080 Ti의 성능 하락폭도 평균적으로 3%(PCIe 3.0 x8Lane) ~ 9%(PCIe 3.0 x4Lane)에 불과한 것으로 조사되었다.

M.2 SSD와 PCIe Lane을 나눠써도 그래픽 카드 장착 슬롯은 8Lane이 보장되므로 실제 게임 플레이에서 유의미한 차이를 느끼기 어려운 수준의 성능을 희생해 고성능 NVMe M.2 SSD의 성능을 더욱 확실히 쓸 수 있는데다, SATA 포트나 다른 확장 슬롯과의 호환성을 따지지 않아도 되니 충분히 고려해볼 수 있는 옵션이다.

한가지 첨언하자면, AMD 크로스 파이어는 CPU와 칩셋의 PCIe Lane간 조합으로도 가능하므로, 어댑터를 통해 M.2 SSD를 장착할 슬롯이 CPU의 PCIe Lane에 직접 연결되는지 미리 확인할 필요가 있다.

 

고성능 M.2 SSD의 문제, 발열을 잡아라

현재 PCIe NVMe M.2 SSD는 스펙상 최대 4GB/s에 가까운 성능을 낼 수 있다. 최대 600MB/s에 불과한 SATA SSD보다 여섯 배 이상 높은 성능인데, 이를 위해 컨트롤러와 낸드 플래시, 캐시 메모리들이 열심히 일하다 보니 그만큼 높은 열이 발생하고, 열에 의한 고장을 방지하기 위해 일정 수준의 발열이 지속되면 성능을 낮추는 '스로틀링'이 발생한다.

발열에 의한 SSD의 스로틀링을 방지하기 위해 고성능 PCIe NVMe SSD에는 CPU나 그래픽 카드처럼 별도의 방열 솔루션이 필요하다. 하지만 메인보드에 수평으로 설치되는 제품 특성상 그래픽 카드를 포함한 다른 PC 컴포넌트와 간섭 가능성을 고려해야 하므로, 간섭 가능성이 높은 쿨링'팬'보다 방열판이 주로 사용된다.

 

M.2 SSD 방열판은 SSD에 자체적으로 제공되는 것도 있지만, 셀수없을 만큼 많은 메인보드 사용조건을 고려해야 하기에 방열 효과가 의심될 정도로 얇게 디자인된 경우를 쉽게 볼 수 있다. 이점을 고려해 고성능 PCIe NVMe M.2 SSD의 가격이 많이 현실화된 근래는 하이엔드급 메인보드에서 호환성을 고안해 자체 설계된 전용 방열판은 거의 필수로 제공되고 있다.

 

ASRock Z390 타이치 디앤디컴도 메인보드 역시 마찬가지로, 최대 22110 규격의 M.2 SSD 발열 대응을 위한 방열판이 기본 제공된다. 단지, 메인보드 번들 방열판은 PCB 상단의 컨트롤러러와 캐시, 낸드 플래시등 주요 컴포넌트 발열에만 대응하기에, PCB 양면에 컴포넌트가 분산된 M.2 SSD를 쓴다면 서드파티 제조사의 M.2 SSD 방열판을 고려할 필요가 있다.

 

QLC 낸드로 기대되는 TB급 PCIe NVMe M.2 SSD 시대, 아직은 주의 필요

인텔 9 시리즈(하스웰 리프레시)를 기준으로 삼을 경우 본격적으로 개인 소비시장에 등장한지 이제 5년째에 접어들고 있지만, M.2 SSD를 사용하기에는 아직 완전한 Plug&Play를 이야기 하기에는 이른 시점이다.

M.2 SSD 장착을 위한 메인보드가 ATX 혹은 E-ATX라는 한정된 공간, 칩셋의 스펙 한계라는 제약안에서 설계되는 이유가 가장 크겠지만, 때문에 아직 보급형 칩셋보다 고급형 칩셋이 사용된 메인보드가 유리하다.

다행이라면 NVMe M.2 SSD의 가격이 SATA SSD보다 높은 편인 만큼 이정도 제품 사용자라면 가격에 크게 민감하지는 않을 것이라는 점, OS를 비롯해 일부 응용 프로그램 설치용 메인스토리지로 한 개만 쓴다면 보급형 칩셋 메인보드라도 특정 SATA 포트와의 호환성 정도만 신경 쓰면 된다.

 

인텔과 마이크론에 이어 ADATA에서 3D QLC 낸드 플래시를 내었고, 삼성전자도 조만간 관련 제품을 내놓을 것으로 예상되면서, 올해는 1TB 모델의 100달러 진입을 기대하는 사용자들이 늘고 있다.

약 10년 전인 2009년 출시된 120GB 대 SSD들의 가격이 50만원은 가볍게 기록하던 때와 비교하면 격세지감을 느낄 대목으로, 아직 QLC SSD의 성능에 불안한 점은 있지만 NVMe M.2 SSD의 고성능을 내세우기에 부족함 없는 것은 사실이다.

 

이렇게 고성능 NVMe M.2 SSD의 접근성이 개선되면서 중요해지는 것은 역시 메인보드가 어떻게 지원하도록 설계되었느냐 하는 점이다. 지금 당장은 자신과 관계없는 부분이라고 넘어가도 좋지만, 최소한 'NVMe M.2 SSD 사용시 메인보드 선택에 주의할 점이 있다더라' 정도는 기억해 둔다면 차후에 시행 착오를 줄일 수 있을 것이다.

  태그(Tag)  : 디앤디컴, 애즈락, 메인보드(칩셋), SSD, NVMe
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  이상호 기자 / 필명 이오니카 / 이오니카님에게 문의하기 ghostlee@bodnara.co.kr
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기자의 시각이 항상 옳은것은 아닙니다. 나머지는 여러분들이 채워 주십시요.

2014년부터 어려운 이야기를 쉽게 하는 것으로 편집방침을 바꿉니다.

럭키싱글 / 19-01-04 3:05/ 자국/ 신고/ 이댓글에댓글달기
과거를 돌이켜 보면 SLC를 MLC가, MLC를 TLC가 대체할 때
불안과 문제 제기가 있었고 초기 모델들에서
특정 조건에서 속도 저하 문제가 나타났었죠.
이제 곧 TLC를 QLC가 대체할 날이 오겠군요.

떡하나주면잡아먹음 / 19-01-04 10:02/ 자국/ 신고/ 이댓글에댓글달기
점점 작아지고 보급화되면서 가격까지 착한 제품들이 많아지네요.

태즈매니아 / 19-01-04 19:39/ 자국/ 신고/ 이댓글에댓글달기
TLC가 문제를 해결할 때 걸린 시간만큼 QLC도 시간이 필요하겠죠

다크묵향 / 19-01-05 21:36/ 자국/ 신고/ 이댓글에댓글달기
대중화되기 위해서는 어느정도 시간이 필요할거 같습니다.
용량이 넉넉하면서 저렴하게만 나온다면 좋을거 같네요.

프리스트 rubychan님의 미디어로그 가기  / 19-01-10 11:10/ 자국/ 신고/ 이댓글에댓글달기
성능보다도 내구성이 문제라..
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