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Serial ATA 세대별 대역폭과 도입시기
S-ATA는 세대를 거듭할수록 2배에 이르는 전송률을 보이고 있다. 그러나, 1세대의 경우 PATA 방식에 비하여 큰 성능 향상을 느낄 수 없었고 2세대의 경우 원래 도입되려고 하였던 시기인 2004년 중반을 넘어 2005년 초에서야 S-ATA 2 HDD를 내놓았다. 그동안 꾸준히 사용되어온 PATA 시장을 쉽게 교체하기는 어려운 상황이다. 특히, 1세대 제품을 가장 먼저 내놓았던 Seagate에서도 2세대 제품을 시장에서 찾아볼 수 없고 예상외로 SAMSUNG에서 다른 HDD 제조사들보다도 빠른 출시를 하였다.
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S-ATA 1세대
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S-ATA 2세대
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S-ATA 3세대
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데이터 전송률
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150MByte/s
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300MByte/s
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600MByte/s
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도입시기
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2002년 3/4분기
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2004년 중반
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2007년 중반
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PC 중 CPU나 메모리의 경우 그 속도가 점점 빨라지고 있고 이에 따라 여타 부품들의 속도 개선 등 다양한 변화가 시도되고 있다. 그러나, 실제로 체감할 수 있는 부분은 HDD 같은 기기인데 지금까지 꾸준히 속도의 개선 등 변화가 있어 왔지만 여전히 CPU 등의 속도를 따라가기에는 아직은 부족함이 없지 않다. 지금까지 유지되던 패러럴 방식의 PATA를 버리고 S-ATA로의 변화도 보다 많은 데이터를 처리하고 처리 시간이 얼마나 빠르느냐에 따라 경쟁력이 되는 시대이기 때문에 어찌보면 당연한 결과라고 할 수 있을 것이다.
Serial ATA II의 특징
(1) Native S-ATA & Native Command Queuing (NCQ)
S-ATA II는 1세대 제품과 비교하여 인터페이스상으로는 크게 변화된 부분을 쉽게 찾아볼 수 없다. 그러나, 기존 브릿지 칩셋을 사용했던 과도기의 1세대 대부분의 제품들이 브릿지 방식을 적용하였던 것과는 다르게 Native S-ATA방식을 채택하여 변환 브릿지로 인한 성능 저하를 최소화 하였다는데에 의의를 둘 수 있다. SAMSUNG이 Native 방식을 채택한 제품을 발빠르게 출시하였고, 1세대 제품들이 브릿지 방식으로 발표되었을 때보다 저렴하거나 비슷한 가격이 책정되었다. 이것은 Native 방식을 적용하는데 비용적인 측면에서 브릿지 방식과 크게 차이가 없다는 것을 의미하는 것이다.
Native Command Queuing(NCQ) [출처 : sata-io.org]
Native 방식을 적용했다는 것은 기존 1세대 제품 중 Seagate의 Native Command Queuing(NCQ)를 지원했던 것과 마찬가지로 2세대 역시 기본적으로 NCQ를 지원한다는 것을 의미하는 것이기도 하다. NCQ는 이미 많이 알려졌듯이 일반 HDD가 한번에 하나의 명령어를 처리하는데 비해 최대 32개의 명령어를 처리할 수 있는 기능이다.
이미지에서도 볼 수 있듯이 NCQ를 지원하지 않을 경우 디스크가 작동하는 동안 작업 A, B, C, D가 순차적으로 발생하면 B라는 명령이 A보다 빠르게 검색되더라도 A를 먼저 처리하기 위해서 불필요하게 A 명령어를 찾을 때까지 기다려 처리하고 이에따라 전체적인 처리는 NCQ를 지원하는 것보다 거의 2배 이상이 느려 비효율적이라고 볼 수 있다. 반면, NCQ를 지원하면 가까운 곳에 있는 명령부터 처리하여 작업 시간을 NCQ를 지원하지 않는 것보다 2배 이상 빠른 처리가 가능해진다.
(2) 데이터 전송률 1세대에 비해 2배 향상
S-ATA 1세대 제품들이 제공하던 이론상 적용되는 최대 전송률은 1.5Gbit/s (150MByte/s)의 2배에 이르는 3.0Gbit/s (300MByte/s)의 속도를 제공하여 보다 향상된 성능을 느껴볼 수 있게 되었다.
물론, 이론상의 2배이므로 실제 성능에서는 1세대의 제품들이 그랬던 것처럼 큰 성능 차이를 아직 기대하는 것은 무리가 아닐 수 없다. 그것은 현재 원칩이나 사우스브릿지 등이 어느 정도는 충분한 대역폭을 제공한다고 하더라도 아직은 이를 충분히 활용하지 못하고 있으며, 다양한 장치들이 함께 대역폭을 나누어 사용하고 있기 때문에 어느 정도 한계는 존재하게 된다. 성능 테스트 부분에서 1세대와 2세대의 차이를 직접 확인해 보았으니 이를 참고하자.
(3) Port Multiplier의 지원
Port Multiplier는 간단히 말해서 하나의 S-ATA 포트를 통하여 다수의 드라이버들이 의사소통(데이터 이동 등)하는 기능이다. 이 기술은 표준 S-ATA에 기반한 제품들은 모두 지원하며, 1세대의 S-ATA 드라이브들도 지원 가능한 기술이다. 그러나, 1세대의 경우 PATA 제품들에 비하여 이렇다할 큰 대역폭의 차이를 보이지 않았고 성능 또한 큰 차이를 보이지 않았기 때문에 Port Multiplier의 기능을 효율적으로 활용하기에는 무리가 없지 않다.
S-ATA의 일반적인 연결 (상) / S-ATA Port Multiplier 연결 (하)
[이미지 출처 : sata-io.org]
그러나, 1세대의 2배인 3.0Gb/s의 대역폭을 제공하는 2세대 S-ATA 장치들은 보다 높은 대역을 제공하므로 1세대에 비하여 S-ATA PM(Port Multiplier) 사용에 보다 유리한 위치에 있다고 볼 수 있다. S-ATA PM은 S-ATA 4포트를 제공하는 경우 최대 16개의 S-ATA 드라이브를 장착할 수 있어 비용 측면에서 유리하며, 용량 확장과 케이블 정리에도 유리하다. 그렇지만, 3.0Gb/s의 대역폭을 제공하는 2세대 제품들도 다수의 장치를 연결하면 하나의 포트가 제공하는 대역폭 내에서 작동하므로 생각만큼 큰 효율을 아직 기대하기 무리이며, 3세대 이상의 보다 높은 대역폭을 이용할 경우 현재 2세대 제품들보다도 훨씬 나은 환경이 될 것으로 예상된다.
S-ATA Port Multiplier를 지원 위해 컨트롤러는 Common-based Switching나 FIS (Frame Information Structure)-based Switching을 지원해야 한다.
Common-based Switching
Common-based Switching [이미지 출처 : sata-io.org]
Common-based Switching은 mechanical A/B switch와 유사한 방식으로 한번에 하나의 드라이브에서 명령어를 처리하도록 하고 있다. 이 방식은 하나의 드라이브에서 하나의 명령어를 처리하도록 하여 성능보다는 드라이브 용량의 확장에 중점을 둔 방식이라고 볼 수 있다. 따라서, 3.0Gb/s의 대역폭을 충분히 활용하지 못하는 단점이 있다.
FIS (Frame Information Structure)-based Switching
FIS (Frame Information Structure)-based Switching [이미지 출처 : sata-io.org]
앞서 살펴본 Common-based Switching과 다르게 FIS-based Switching은 동시에 다수의 드라이브를 연결하여 고성능을 지향하는 연결 방식이라고 할 수 있다. Port Multiplier는 입력되는 데이터를 어떤 드라이브나 입출력할 준비를 하고 있으며, 전송 공통회로 통제 알고리즘에 의해 데이터의 흐름은 균형을 이룬다. 따라서, 앞서 살펴본 Command-based Switching보다 3.0Gb/s의 대역폭을 최대한 효율적으로 이용하고 Port Multiplier상에서 Native Command Queuing(NCQ)의 성능상 이점을 최대한 이용한다.
Serial ATA II 지원 칩셋
과거에도 그랬듯이 S-ATA 1세대가 처음 시장에 나왔을 때 이를 지원하는 칩셋이 불과 손에 꼽을 정도로 그 수가 적었다. 그러다가 S-ATA HDD 제품들이 시장에 그 수가 점차 늘어감에 따라 Intel, VIA, SIS, ALI (ULI) 등의 메인보드 칩셋 제조사들과 Promise, Silicon Image 등의 컨트롤러도 등장하였다.
 
NVIDIA nForce4 Ultra (좌) / nForce4 SLI (우)
현재 시장에서 판매되고 S-ATA II를 지원하는 칩셋은 nForce4 Ultra, nForce4 SLI, nForce4 SLI for Intel Edition의 nForce4 MCP SLI(사우스브릿지)의 세가지 정도이다. 인텔이나 기타 호환 칩셋, 컨트롤러 제조사들에서는 아직 이를 지원하는 제품들에 대한 정보가 많지는 않은 편이다. 물론, 조만간 Intel에서도 S-ATA II를 지원하는 사우스브릿지인 ICH7이 955X와 같이 발표될 예정이다.
예전이나 지금이나 S-ATA는 이미 확고하게 자리잡고 있는 PATA를 넘어서기는 아직은 미흡해 보인다. 그러나, PCI-Express가 초기 발표와는 다르게 상당히 빠르게 AGP 시장을 대체하고 있듯이 메인보드 칩셋들도 S-ATA를 기본으로 지원하는 추세이기 때문에 앞으로는 빠른 보급이 가능해질 것으로 예상된다.
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