| 현재 SSD 시장은 120/ 128GB가 주력이며 시장은 240/ 256GB로 이동 중이다. 이와 같은 시장의 변화에는 고용량을 요구하는 환경과 SSD에 사용하는 낸드 플래시의 미세공정, 이를 바탕으로 한 고용량 구현이 큰 영향을 주었다.
또한 SATA3의 6Gbps 한계에 근접한 고성능 SSD가 등장하면서 새로운 인터페이스의 요구 증가와 성능 향상을 위한 기술들이 등장하고 있으며 SSD는 앞으로도 성능 향상과 용량, 가격의 안정화가 이루어질 예정이다.
다양한 SSD, 성능 향상을 위해 도입하는 기술은 어떤 것이 있을까?
특히 올해는 성능의 한계에 다다른 SATA3 (6Gbps) 이상의 성능 및 지원 향상을 위해 PCIe 기반의 인터페이스나 이에 맞는 새로운 컨트롤러 등장 등으로 시장을 확장해 나갈 것으로 예상된다.
여기에 SSD 성능과 미세공정 도입에 따른 내구성 (수명) 한계가 드러나면서 구조적인 문제를 해결하기 위한 다양한 기술이 개발되고 있다. 3차원 제조 및 ReRAM과 같은 기술의 등장으로 낸드 플래시 메모리의 내구성 및 성능 향상, PCIe 인터페이스 지원하는 신형 컨트롤러 등장이나 컨트롤러 성능 개선, TLC 낸드 플래시 사용에 따른 성능을 보완하는 터보 라이트 (TurboWrite) 등은 현재의 SSD 성능 개선을 위한 기술들이며 이와 같은 SSD 성능 향상 기술은 현재에도 다양한 시도가 진행 중이다.
낸드 플래시 미세공정은 성능과 신뢰성 약화
SSD는 컨트롤러와 낸드 플래시 (NAND Flash) 메모리를 이용해 제작되며 이중 낸드 플래시는 특성상 미세공정이 도입될수록 낸드 플래시의 셀 구조를 약화시켜 내구성 (수명)이 하락하기 때문에 미세공정 도입이 쉽지 않아졌다.
또한 공정 미세화는 낸드 플래시에 미치는 영향 및 천문학적인 비용의 소요로 공정 전환의 시기도 늦춰지고 있다.
이와 같은 이유로 현재 19/ 20nm급 공정을 보편적으로 사용하는 대부분의 SSD 제조사는 더 미세한 공정을 도입하는 대신 안정화된 기존 제조 공정을 이용하면서 성능과 가격, 용량을 개선하는 방향을 당분간 이어갈 것으로 예상된다.
공정 기술이 발전할수록 염려되는 낸드 플래시의 성능과 신뢰성
이처럼 낸드 플래시 메모리는 기술적으로 해결이 쉽지 않은 인접 셀 사이의 간섭이나 누설 전류 증가 등으로 미세화가 점점 어려워짐에 따라 성능과 내구성 (수명), 신뢰성은 하락하고 있으며 용량 증가도 한계에 직면하고 있다.
이는 DRAM도 비슷한 상황이며 아직까지 명확한 해결책이 등장하지 못하고 있다. 이에 미세화 한계를 극복할 기술들이 등장하고 있다. 대표적인 기술이 3차원 수직구조 낸드 (3D NAND)와 상변화 메모리 (PCRAM), 스핀 주입 메모리 (STT-RAM), 저항 변화 메모리 (ReRAM)로 대표되는 차세대 메모리다.
낸드 플래시의 근본적인 변화를 가져올 기술
3차원 수직구조 낸드 기술과 차세대 메모리는 기본적으로 기존 메모리 (DRAM과 낸드 플래시 메모리) 대체와 시스템 성능 향상과 소비전력 감소, 미세화 진척으로 제조 원가 하락 등에 목적이 있다.
1. 성능 및 내구성 향상을 위한 3차원 수직구조 낸드 플래시 (3D NAND)
삼성전자 V-NAND SSD
SSD에 사용하는 낸드 플래시는 미세공정이 셀 구조를 약화시키고 내구성 (수명)을 낮게 만드는 원인으로 무작정 미세공정에 의지하기는 어렵다. 이에 낸드 플래시의 성능과 내구성, 용량 등 전반의 약점을 개선할 수 있는 방법이 등장하고 있다.
3차원 수직구조 낸드 (3D V-NAND, 3D Vertical NAND) 기술도 그 중 하나다. 10나노급 공정으로 셀 간격이 좁아지면서 미세공정 도입의 어려움과 이에 따른 전자 누설로 간섭 현상을 해결하기 위해 단층 배열 셀을 3차원 수직으로 적층하는 기술이다. 이론적으로 아주 높은 밀도를 구현 가능하지만 제조 기술이 복잡해지고 수율 확보, 데이터 저장 기간이 줄어드는 문제도 있어 결함없는 메모리 셀을 만들어야 한다.
V-NAND 기반 SSD, 성능 향상과 전력소모 감소
이 기술은 쉽게 말해 셀을 3차원 수직으로 적층하는 방법으로 더 많은 저장 용량 확보가 가능하며 MLC의 약 3천 회보다 높은 35,000회의 쓰기 수명을 제공해 내구성 (수명)의 약점을 보완한다. 또 V-NAND 기반 SSD는 일반 낸드 플래시를 사용한 제품 대비 성능 향상과 함께 전력 소모도 개선할 수 있을 것으로 알려졌다.
다양한 제조사가 3D 낸드 플래시 개발에 참여(출처 : SK하이닉스)
이에 따라 현재 삼성전자와 SK하이닉스 (SK Hynix)를 비롯하여 도시바 (Toshiba), 마이크론 (Micron) 등과 같은 낸드 플래시 메모리 제조사에서 3D 낸드 플래시 개발을 활발하게 진행 중이다. 삼성전자는 생산에 들어갔고 나머지 제조사도 이에 박차를 가하고 있다. 삼성전자는 3차원 수직구조 낸드 (3D V-NAND, 3D Vertical NAND) 메모리 양산 발표에 이어 이를 적용한 SSD 출시한 바 있다.
2. 차세대 비휘발성 메모리, ReRAM
공정 미세화나 셀당 저장 용량을 늘리는 작업은 낸드 플래시의 수명과 성능에 부정적인 영향을 주고 있어 이를 대체하기 위한 기술들이 제시되고 있으며 저항 변화 메모리 ReRAM (RRAM, Resistive Random Access Memory), 상변화 메모리 (PCRAM)와 스핀 주입 메모리 (STT-RAM)의 차세대 메모리가 대표적이다.
상변화 메모리 PCRAM은 재료 잘 잘 알려졌고 광디스크나 광 카드 등에 사용한 바 있으며 5나노 고정으로 가공해도 메모리 소자로서의 성질을 잃지 않는다. DRAM이나 낸드 플래시 메모리 직접 대체는 어려우나 시스템 성능을 향상할 새로운 메모리 개발 가능성이 높다. 비용과 리셋 전류가 비교적 큰 문제가 있다.
미세화를 극복할 차세대 메모리 PCRAM, STT-RAM, ReRAM (출처 : SK하이닉스)
스핀 주입 메모리 STT-RAM은 하드디스크의 자기 헤드에 사용한 자가 터널 집합 MTJ를 기억 소자로 이용, 고속으로 동작하며 10나노 미만의 미세 공정에도 사용 가능하다. 때문에 시스템 메모리인 DRAM 대체가 예상되는 차세대 메모리다. 원가가 높고 고성능 구현에서 DRAM보다 떨어져 이의 해결이 필요하다.
스핀 주입 메모리는 고성능 고신뢰성, 저항 변화 메모리가 고밀도, 상변화 메모리가 두 개의 중간에 위치하며 이중에서도 SSD에 사용하는 낸드 플래시를 대체하기 위한 기술은 저항 변화 메모리 (ReRAM)다. SK하이닉스 (SK Hynix)의 경우 STT-RAM은 도시바, PCRAM은 IBM, ReRAM은 HP와 공동 개발 중이다.
차세대 비휘발성 메모리로 주목받는 ReRAM (출처 : SK하이닉스)
ReRAM은 차세대 비휘발성 메모리로 주목받고 있으며 RRAM으로도 불린다. 속도는 빠르지만 전원이 차단되면 데이터가 사라지는 DRAM과 전원이 공급되지 않아도 데이터는 보존되지만 성능은 DRAM보다 떨어지는 낸드 플래시 메모리의 장점을 합한 메모리다.
차세대 메모리 중 ReRAM의 장점은 기억 소자의 재료와 구조가 상대적으로 단순하고 저전력으로 동작이 가능하다. 때문에 기억 소자를 적층하면 기억 밀도를 높이기 쉽고 고밀도 대용량화에 적합하다.
또 10ns 속도로 DRAM 수준의 속도를 내면서 다시 쓰기 성능은 100만회 이상으로 낸드 플래시 메모리의 10배 이상의 내구성을 갖추었다. 낮은 비용 또는 낸드 플래시 메모리 수준으로 제공할 수 있다면 성능 향상과 수명, 소비전력을 절감하는데 큰 영향을 줄 것으로 예상된다.
ReRAM은 3D 기술을 응용한 VRRAM (Vertical ReRAM)도 개발되고 있으며 이에 적합한 고속의 인터페이스 지원도 요구된다. 삼성전자를 비롯하여 SK하이닉스나 소니 등의 주요 제조사는 2015년으로 상용화 일정을 보고 있어 낸드 플래시 메모리를 대체하는 데는 시간이 더 필요할 것으로 전망된다.
현세대 SSD의 성능 향상 및 보완하는 기술
SSD는 이처럼 특정 환경과 미세공정 한계, 낸드 플래시 사용으로 인한 성능과 용량, 내구성 (수명) 등을 보완하기 위한 기술 개발 외에도 컨트롤러 개발과 입출력 인터페이스 방식 개선, 낸드 플래시 종류에 따른 성능이나 사용 환경에 따른 성능을 보완하는 기술도 등장했다.
1. SSD 컨트롤러 고속화와 알고리즘 개선으로 향상
컨트롤러는 SSD 성능을 결정하는 핵심 요소 중의 하나이며 일반적으로 동일한 컨트롤러를 탑재하면 성능은 대동소이 한 것으로 알려졌다. 하지만 컨트롤러는 제조사에 따라 정해진 스펙과 인터페이스 지원에 차이가 있고 제조사의 기술력에 따라 성능 차이가 발생할 수도 있다.
현재 일반 소비자용 SSD는 삼성전자와 샌드포스 (SandForce), 마벨 (Marvell)의 컨트롤러가 3강 체제로 시장을 이끌고 있는데 이들은 SATA3 (6Gbps) 한계에 근접한 성능을 내준다.
SSD 컨트롤러도 SSD 성능에 영향이 있다
SSD 컨트롤러 제조사는 꾸준히 새로운 컨트롤러와 낸드 플래시 개발로 스펙을 개선하고 있으며 컨트롤러의 고속화와 알고리즘 향상 등으로 성능을 개선한다. 컨트롤러가 고속화되면 입출력 성능이 향상되므로 같은 컨트롤러와 낸드 플래시를 사용하더라도 그만큼 더 빠른 처리가 가능해진다.
지난해 발표된 840 EVO를 예로 들면 컨트롤러의 고속화와 알고리즘 개선 등으로 기존보다 4KB QD1 랜덤 읽기 성능이 27% 향상한 것으로 알려졌으며 MEX 컨트롤러를 400MHz로 설정, 기존 MDX는 300MHz로 33% 더 빠르게 동작한다.
또 체감 성능에 영향을 주는 4K 랜덤 읽기와 쓰기 성능 향상이나 새로운 인터페이스 (PCI-Express 3.0 지원)로 대역폭을 향상해 성능을 높인 컨트롤러도 요구된다. 컨트롤러의 멀티 코어화도 다중 작업 등에 유리하며 듀얼 코어에서 3코어 기반의 제품이 등장했으며 앞으로 멀티 코어화도 함께 진행될 것으로 예상된다.
팩토리 오버클럭이 적용된 인텔 730 시리즈 SSD
오버클럭 역시 성능에 영향을 줄 수 있는데 주로 컨트롤러와 낸드 플래시 버스 클럭 향상으로 가능하다. 일반적으로 오버클럭은 데이터 안정성에 영향을 줄 수도 있어 저장장치보다는 주로 CPU와 메모리, 그래픽카드 등의 장치에서 사용되어 왔으나 SSD에서도 이를 적용할 것으로 보인다.
최근 발표가 이루어진 인텔 730 시리즈가 대표적으로 컨트롤러와 낸드 플래시 메모리를 최적화해 성능을 향상한 SSD다. 특히 컨트롤러와 낸드 플래시 버스 클럭을 팩토리OC 적용해 SSD 컨트롤러 고속화와 알고리즘 개선으로 성능을 향상했으며 낸드 채널 속도는 100MHz, 컨트롤러 속도는 600MHz를 적용한다.
인텔 730 시리즈 SSD는 제조사 테스트를 거쳐 등장한 만큼 성능 향상이나 안정성에 큰 영향이 없을 것이지만 CPU처럼 사용자가 직접 컨트롤러나 낸드 버스 클럭 설정 가능한 SSD가 등장한다면 성능과 데이터 안정성 등을 고려해야 할 것으로 예상된다.
2. 낸드 플래시 입출력 개선한 ONFI와 토글 방식
SSD에 사용하는 낸드 플래시 메모리는 SLC (Single-Level Cell)와 MLC (Multi-Level Cell), TLC (Triple-Level Cell)로 나눌 수 있으며 셀당 비트 수, 읽기와 쓰기, 내구성 (수명), 가격에 차이가 있다. 쓰기/ 지우기 (Program/ Erase) 횟수는 셀당 1비트 (bit)를 저장하는 SLC가 10만, 2비트를 저장하는 MLC가 3천, 셀당 3비트를 저장하는 TLC는 1천회로 알려졌다.
낸드 플래시 성능은 TLC < MLC <SLC 순이며 내구성 (수명)도 TLC <MLC < SLC 순이며 이처럼 낸드 플래시 메모리 종류에 따라 SSD 성능과 내구성 (수명)은 깊은 관련이 있다.
SSD 제조사는 성능 향상을 위해 ONFI/ 토글 방식 낸드 플래시를 채택
현재 시장에 출시한 SSD는 일반적으로 MLC를 이용하며 SLC에 준하거나 그 이상의 성능을 구현하기 위해 낸드 플래시의 입출력 방식을 개선하고 있다. 입출력 방식은 동기식과 비동기식, 토글 방식이 있다.
동기식과 비동기식은 인텔과 하이닉스 (Hynix), 마이크론 (Micron)이 참가해 만든 ONFI (Open NAND Flash Interface)를 사용하며 2.0 이상이 동기식, 1.x 버전은 비동기식이다. 이에 대응해 삼성전자와 도시바 (Toshiba), 샌디스크 (Sandisk)가 만든 규격이 토글 (Toggle)이며 고성능을 구현하기 위해 만들어진 입출력 인터페이스다. ONFI도 3.x 버전으로 향상되며 성능을 향상하고 있다.
고성능 SSD에 사용하는 토글 낸드 플래시는 MLC보다 빠른 SLC 낸드 플래시가 40Mb/s인데 반해 133Mb/s 또는 그 이상 (최대 400Mb/s)의 전송속도를 제공해 성능을 향상할 수 있다. ONFI 3.x도 각 채널에 최대 400MB/s의 속도를 낼 수 있고 토글 방식과 함께 8채널 지원으로 3.2GB/s, SATA3 6Gbps 이상이다. 하지만 이와 같이 성능을 향상해온 낸드 플래시는 현재의 일반 2D 구조로는 미세공정 도입이나 성능 및 내구성 향상에는 한계가 있으므로 새로운 제조 방식과 컨트롤러 지원과 향상 등이 함께 수반되어야 한다.
3. SSD 성능 향상을 위한 기술, 터보 라이트와 RAPID 모드
반도체 기술과 같은 복잡하고 어려운 기술이 낸드 플래시의 한계를 극복하고 성능과 전력 소모, 내구성 (수명)을 개선할 수 있도록 한다면 SSD 제조사에서 지원하는 하드웨어 및 소프트웨어 기술은 이보다 덜 복잡하면서 성능 향상이 가능해지며 이들과 같은 성능 향상 기술도 등장 중이다.
현재 주력으로 MLC가 사용되지만 삼성전자가 유일하게 TLC를 이용하면서 MLC보다 성능이나 내구성이 불리했는데 이에 삼성전자는 이를 보완하기 위해 두 가지 기술을 소개했다. 하나는 SSD의 낸드 플래시 영역 중 예비 영역을 이용하는 터보 라이트이며 다른 하나는 소프트웨어로 PC 메모리를 캐시로 활용해 성능을 높이는 RAPID 모드가 그것이다.
예비 영역 낸드 셀을 SLC 방식으로 기록해 성능을 향상하는 터보 라이트
터보 라이트는 예비 영역 (OP, Over-Provisioning)의 낸드 셀을 SLC 방식으로 기록하도록 해 성능을 높이는 기술이다. 예비 영역은 원래 낸드 플래시 메모리의 수명이 다하거나 오류로 인해 사용이 어려워진 메모리를 대체해 안정성이나 성능 저하를 최소화하는 역할을 하는데 터보 라이트는 이중 1/3의 용량을 버퍼로 활용해 성능을 향상한다. 840 EVO는 120/ 250GB가 3GB, 500GB는 6GB, 750GB는 9GB, 1TB는 12GB를 할당한다.
이와 같이 나머지 2비트를 무시해 쓰기 성능을 끌어올려 SLC를 사용하는 것과 같은 쓰기 속도를 얻을 수 있다. 하지만 버퍼 영역이 모두 채워지면 TLC가 가진 원래의 속도로 다시 돌아가며 SSD의 버퍼 할당 용량, 그리고 사용자의 패턴에 따라 성능 유지가 달라질 수 있다.
이 영역은 고정되어 웨어 레벨링 (Wear-Leveling)과 같은 분산 처리를 지원하지 않으며 버퍼 영역에 불량이 발생하면 터보 라이트는 사용할 수 없다. 삼성전자는 일반 용도로 수명에 문제가 발생하지 않는다고 소개했으나 특정 영역 셀의 사용 빈도가 높아 이에 따른 수명 문제가 제기될 수 있다.
시스템 메모리 일부를 캐시로 사용해 성능 향상하는 래피드 모드
840 EVO에는 예비 영역을 이용해 쓰기 성능을 높여주는 터보 라이트 (TurboWrite) 기술과 함께 RAPID (Real-Time Accelerated Processing of I/O Data)도 추가됐다. 삼성 매지션 4.2 (SAMSUNG Magician 4.2)부터 지원을 시작했으며 840 Pro 시리즈도 지원한다.
RAPID 모드는 터보 라이트가 낸드 플래시 메모리 일정 영역을 이용해 성능을 높이는데 반해 메인 메모리 (PC DRAM)의 일부 용량을 캐시로 활용해 읽기와 쓰기 성능을 높인다. 읽기 속도는 OS 캐쉬 보완 및 빈번히 이용되는 데이터의 패치도 이루어지며 하드디스크 (HDD) 성능 향상을 위해 SSD를 캐싱으로 활용하는 것과 유사하다. 터보 라이트처럼 특정 버퍼 메모리 용량을 넘어서면 성능 저하가 발생한다. 시스템 메모리를 이용하므로 시스템 메모리가 넉넉하지 않으면 성능 저하의 원인으로 작용할 수도 있으며 어플리케이션에 따라 성능 차가 크게 발생할 수 있다.
4. 절전모드의 성능 저하를 보완하는 기술, DSA
특정 낸드 플래시 메모리를 사용할 때의 성능을 보완하는 기술이 사용되는가 하면 특정 시스템 환경에서 발생하는 성능 저하를 위해 등장하는 기술도 있다. 하스웰 플랫폼에서 지원되는 DSA가 바로 그것이다.
SSD + 절전모드 (C-State, C6/ C7) 조합은 성능 저하
린필드와 샌디브릿지, 아이비브릿지, 하스웰 플랫폼은 모두 SSD와 조합시 절전모드 C-State (특히, C6/ C7의 깊은 단계)를 설정했을 때 성능 저하가 발생한다.
전기적 특성에 덜 민감한 하드디스크 (HDD)에서는 발견되지 않는 문제로 SSD는 복잡한 절력절감기술로 발생하는 CPU 타이밍과 각종 칩셋 사이의 지연시간에 민감하게 반응해 성능 저하를 일으키는 것으로 알려졌다.
메인보드 바이오스에서 C-State를 설정하고 윈도우 절전모드에서 고성능 설정이면 문제가 안되나 균형 조정이나 절전을 선택하면 SSD의 성능이 저하된다. 이에 하스웰 플랫폼에서는 저장장치 성능 최적화를 위한 기술 도입으로 저장장치 성능을 조금 더 안정적으로 사용할 수 있다.
동적 스토리지 가속기 (DSA, Dynamic Storage Accelerator)
DSA (Dymanic Storage Accelerator)로 알려진 기술이 바로 그것이며 이 기술은 전력 상황이 바뀌면 성능도 같이 조절해 성능과 전력 소모를 최적화한다. DSA는 자동과 수동 설정을 지원하며 수동은 기본값인 절전, 균형과 고성능의 3가지 설정을 선택 가능하다. 고성능은 최상의 성능으로 전력 소비가 가장 많으며 균형은 성능이 향상되고 전력 소비 증가, 절전은 보통의 성능을 제공한다.
인텔 Z87 칩셋에서만 지원하는 기술이며 인텔 RST v12.0 이상, 메인보드 바이오스에서 DSA 옵션을 활성화해야 한다. 지원 운영체제는 윈도우 7/ 윈도우 8 이상 (32/ 64bit)이다.
DSA도 완벽하게 성능 저하를 막지는 못한다.
동적 스토리지 가속기 (DSA)는 윈도우 절전과 바이오스 절전 (C-State C6/ C7)을 모두 켰을 때 발생하는 SSD 성능 저하를 보완한다. 하지만 DSA 기술이 완벽한 것은 아니며 DSA 적용과 미적용에 따른 성능 향상은 크지 않아 체감이 어려워 보인다. 더군다나 성능 상향 평준화가 이루어진 현재의 SATA3 (6Gbps) SSD는 절전모드 적용에 따른 성능 저하가 큰 영향을 주지 않을 수도 있다.
현실적인 성능 향상을 위한 PCIe 기반 인터페이스 도입
SSD의 성능에 영향을 주는 컨트롤러와 낸드 플래시 외에도 인터페이스의 향상도 성능에 영향을 미친다. 올해 주목할 기술은 인텔이 주도하는 PCIe M.2 (NGFF) 인터페이스다. 인텔은 올해 차세대 하스웰 리프레시 (Haswell Refresh) 지원 인텔 9 시리즈 칩셋에서 M.2를 지원할 예정이며 지난해 하반기부터 M.2 인터페이스 기반 SSD가 등장하고 있다.
1. PCIe 인터페이스 기반의 M.2(NGFF)와 SATA-Express
M.2 (NGFF) 기술은 PCI-Express (PCIe) 인터페이스를 기반으로 하는 것이 특징으로 현재의 SATA3 6Gbps보다 높은 1GB/s의 대역폭을 제공해 SATA3 이상의 성능 향상이 가능해진다.
M.2와 함께 인텔 8 시리즈 지원에서 취소된 것으로 알려진 SATA-Express는 비록 시장에서 M.2보다 늦은 등장이 예상되나 M.2와 같이 PCIe를 지원한다. PCIe 기반으로 대역폭과 확장성, 낮은 지연시간, 에너지 효율 등이 유리하며 M.2와 다르게 기존 SATA 인터페이스 및 PCIe 장치들과 호환도 가능한 것이 특징이다.
PCIe로 대역폭을 늘려 성능을 향상하는 M.2와 SATA-Express
PCIe는 현재 사용하는 인터페이스 중에서 다른 장치보다 빠르게 적용하고 현실적인 고속의 인터페이스인 만큼 앞으로의 SSD는 SATA3의 한계를 넘어서기 위해 PCIe 인터페이스 사용이 활발해질 것으로 예상된다.
또한 대역폭 향상으로 순차읽기와 쓰기는 향상되어 성능이 향상된 것처럼 보이나 체감 성능 향상에 중요한 4K 랜덤 읽기와 쓰기 향상도 필요한데 이를 위해서는 4K를 향상한 새로운 컨트롤러의 도입도 필요하다.
물론 이들 두 인터페이스는 메인보드 칩셋이 제공하는 한정된 PCIe 레인 (Lanes)을 이용하므로 앞으로의 성능 향상을 위해 레인 확보도 요구되며 기술 개발 및 시장 상황이나 도입에 따른 비용 문제 등 앞으로 해결해 나가야 할 부분도 많다.
2. 시리얼 방식의 SAS와 PCIe 기반으로 성능과 호환성 개선하는 NVMe
PCIe M.2나 SATA-Express 기술이 데스크탑 및 모바일 시장에 사용하는 기술이라면 서버 및 워크스테이션이나 전문가용 시장을 위한 기술은 SAS 12Gbps와 NVMe가 있다.
시리얼 방식을 토태로 만든 SAS (Serial Attached SCSI)
SAS는 시리얼 전송 방식의 특징과 SCSI의 고속 전송과 안정성, 확장성, 신뢰성 등 워크스테이션 및 서버 시장에 필요한 특징을 이어받았다. 포인트 투 포인트 시리얼 전송 방식을 이용해 고속 전송 구현이 용이하고 케이블 간소화가 가능하다.
병렬 SCSI 인터페이스인 SCSI 명령어, 진보된 커맨드 큐잉 (Advanced Command Queuing), 그리고 향상된 수정 및 에러 정정 기술을 지원한다. SATA와 같이 8b/ 10b 인코딩 (Encode, Encoding) 지원, 2012년 하반기 SATA 12Gbps를 구현했고 5년 후에는 2배인 SAS 24Gbps를 지원해 서버 및 기업용 시장의 요구, 고속의 SSD 등장 및 이에 맞는 저장장치 속도를 구현할 수 있을 것으로 예상된다.
PCIe 기반으로 성능과 호환성 개선하는 NVMe
NVMe는 PCIe 인터페이스를 기반으로 SATA 인터페이스보다 높은 대역폭을 제공하여 성능을 향상할 수 있는 규격이다. NVMe 1.0이 발표되었으며 삼성전자와 인텔, 델 등이 참여하고 있다.
기업용 SSD는 기존까지 PCIe를 이용하지만 규격이 통일되지 않아 호환성과 성능이 제각각으로 제공되었는데 NVMe로 통일해 호환성과 성능 등을 향상한다. NVMe는 고성능을 지향해 초기에는 주로 서버 시장에 활용되고 있으며 향후 SSD에 널리 사용될 것으로 알려졌다.
SSD 성능 향상을 위한 기술은 지속적으로 등장할 것
SSD를 구성하는 주요 요소인 낸드 플래시는 미세공정이 진행될수록 내구성 (수명)과 성능, 신뢰성이 하락되며 SLC와 MLC, TLC 사용에 따라 성능과 용량, 가격에 차이가 발생한다.
때문에 낸드 플래시의 미세공정 기술은 중요한데 현실적으로 19/ 20nm급 공정에 도달하면서 그 이상의 미세공정 도입은 기술적인 이유로 구현이 어려워졌다. 이에 낸드 플래시 제조사들은 대안으로 3D로 적층하는 3차원 수직구조 낸드 (3D V-NAND, 3D Vertical NAND)를 이용하거나 차세대 메모리 기술 (저항 변화 메모리, ReRAM)을 이용해 미세공정 한계를 극복하기 위한 노력이 이루어지고 있다.
시장의 요구와 시대 변화에 맞는 SSD 성능 향상은 지속 예상
또한 컨트롤러 성능과 알고리즘 개선, 낸드 플래시 입출력 방식을 개선함으로써 현실적인 SSD 성능 향상 기술, 하드웨어 및 소프트웨어를 이용한 성능 보완, 그리고 고성능 구현에 필요한 인터페이스 (PCIe)를 도입해 성능을 개선한다.
이러한 기술들은 현재 진행형인 경우도 있고 차세대 메모리 도입 등은 앞으로 기대되는 기술도 있지만 성능 향상을 원하는 시장의 요구와 시대의 변화에 따라 SSD 성능 향상을 위한 기술은 지속적으로 개선 발전되며 등장할 것으로 예상된다. |
