언젠가 SSD가 HDD를 대체할 것이란 희망섞인 전망도 있었지만, HDD의 가격 대비
용량이 훌쩍 성장하면서, 앞으르도 양쪽이 공존하는 것으로 의견이 수렴하고 있다.
하지만 HDD의 발열과 소음, 진동, SSD 대비 낮은 성능, 특히 레이턴시의 한계는
아쉬운 점으로 꼽힐 수 밖에 없는데, 이에 SSD 또한 SLC를 시작으로 MLC를 거쳐 TLC와 3D 낸드, QLC까지
발전하면서 가격대 용량비를 개선해오고 있다.
단지, 낸드 플래시는 최소 데이터 저장 단위인 셀당 용량이 늘어남(SLC -> MLC
-> TLC -> QLC)에 따라 제어 난이도가 높아지고, 이는 특히 쓰기 성능 및 수명 저하로 이어지는 부작용을 피할 수
없었다. 따라서 SSD에 쓰이는 낸드 플래시의 주류가 SLC에서 MLC로, MLC에서 TLC로 넘어갈 때 수명과 성능
하락에 대한 소비자들의 우려를 피할 수 없었다.
하지만, 일부 예외적인 경우를 제외하면 새로운 낸드 플래시도 문제없이 시장의 대세로
자리잡았으며, 이제는 더 많은 용량을 싼 가격에 제공할 수 있는 QLC 낸드 기반 SSD의 상용화 시점이 주된 관심사로
떠오르고 있었다.
그런 와중에, 5월에 엔터프라이즈 분야에서 업계 최초로 QLC 낸드 기반 SSD를
상용화한 마이크론이 일반 소비자용 QLC SSD인 크루셜 P1 시리즈를 내놓았고, 국내에서도 아스크텍을 통해 공식 판매를
시작했다.
어떤 특징을 갖춘 제품인지 살펴보았다.
QLC 낸드 플래시 SSD, 읽기 성능 위주/ 용량이 중요한 사용자 겨냥
게이머라면 체감하고 있겠지만 최근 AAA급 게임들의 용량은 기하급수적으로 늘고 있으며,
100GB를 넘는 타이틀도 종종 눈에 띈다. 게임 뿐만 아니라 스마트폰에서도 쉽게 찍을 수 있는 4K UHD 영상,
인공지능, 자율 주행 자동차, IoT 처럼 우리 주변에서는 데이터 생성 속도가 빨라지고 있다.
단순히 데이터가 늘고 있는데 그친다면 HDD로도 충분하겠지만, 빅데이터와 엮이면서 이렇게
생성된 자료를 읽어 유의미한 결과물을 도출해 내기 위한 스토리지 성능 역시 무시할 수 없는 일이다.
현실적으로 성능이 중요한 스토리지에서 낸드 플래시 기반 SSD외의 대안이 없는 상황에서
TLC 대비 단숨에 저장 용량을 30% 이상 늘릴 수 있는 QLC의 매력은 외면하기 어렵고, 이에 따라 마이크론 역시
QLC 낸드 기반 SSD의 주 용도로 실시간 빅 데이터 분석/ 동적 아카이브/ 인공 지능/ 머신-딥 러닝/ VOD 및
미디어 스트리밍 등 읽기 집약적인 분야를 들고 있다.
마이크론은 QLC 낸드를 도입함에 따라 전반적인 TCO 감소와 기존 TLC/ MLC 기반
시스템보다 더 많은 용량, 적은 공간 등의 이점을 누릴 수 있음을 강조하고 있다.
엔터프라이즈용 QLC 낸드 기반 SSD인 5210 ION을 먼저 출시한 것도 이러한
기업의 니즈를 충족시키기 위함으로 보이며, 이제 소비자용 QLC 낸드 SSD인 P1 시리즈를 출시하기에 이른다.
마이크론의 소비자용 첫 QLC 낸드 SSD, 크루셜 P1 500GB
마이크론 크루셜 브랜드의 첫 소비자용 QLC 낸드 기반 SSD인 P1 시리즈는 PCIe
3.0. x4Lane M.2 인터페이스와 NVMe 1.3 지원 2280 폼펙터의 SSD로, 여기에 쓰인 QLC NAND는
64층 구조, 다이 내부 플랜 구조를 4개로 구성해 2 플랜 구조 제품보다 2배 빠른 병렬 처리가 가능하다.
컨트롤러는 4채널 낸드 구성과 DRAM 캐시 및 PCIe 3.0 x4 NVMe 1.3을
지원하는 실리콘모션의 SM2263ENG가, 캐시 메모리는 마이크론의 DDR3L 512MB(D9SHD)가 쓰였으며, PCB 하단에는 2개의
낸드 장착 부위와 추가 캐시 메모리 실장용 포인트가 구성되어 있다.
마이크론 P1 시리즈는 이번에 살펴볼 500GB 모델외에 1TB와 2TB 모델이 준비되어
있으며, PCB 후면의 실장 포인트는 이들 대용량 제품을 위해 마련된 것으로 판단된다.
한편, 탑재된 QLC 낸드(NW946)에 대한 세부 내용은 아직 공개되지 않았지만 두
개의 칩이 쓰인 점을 감안할 때 각 칩당 용량은 256GB, 전체 용량이 500GB이므로 총 12GB 용량이 오버프로비저닝
및 SLC 캐싱(Dynamic Write Acceleration)을 위해 할당된 것으로 판단된다.
크루셜 P1 500GB SSD의 발열과 성능은?
SATA SSD대비 고성능을 발휘하는 PCIe NVMe SSD의 경우 상대적으로 높은
발열을 피하기 어렵다. 또한, 높은 발열은 필연적으로 성능저하(스로틀링) 위험을 높이게 된다. 실리콘모션의
SM2263ENG 컨트롤러가 쓰인 크루셜 P1 500GB SSD의 발열과 스로틀링 발생 여부를 파악하기 위해 나래온 더티
테스트 6.0.4를 이용해 성능 변화를 관측하면서, 플리어 i5 열화상 카메라로 제품의 발열 상태도 확인했다.
결과적으로 크루셜 P1 500GB 아스크텍 SSD의 발열 특성은 특별히 문제될 것 없어
보인다.
전체 용량의 90%에 달할 때까지 계속된 쓰기 작업에도 Crystal Disk Mark
기준 최대 63℃, 열화상 카메라 기준 컨트롤러의 온도는 40℃를 넘지 않았으며, 성능면에서도 캐싱 용량 한계로 판단되는
저하 현상이 발생했지만, 스로틀링으로 의심되는 스터터링 증상은 확인할 수 없었다.
크루셜 P1 500GB 아스크텍은 클린 상태와 90% 더티 상태에서도 스펙상 성능을
준수한다. 단지, 이는 테스트 파일 크기가 1GB일 때로, 테스트 파일 크기가 32GB로 커질 경우 클린 상태일 때는
정상적인 성능을 발휘하지만, 더티 상태에서는 성능 하락이 관측되었다.
체감 성능과 밀접한 4K 랜덤 읽기/ 쓰기 성능은 크루셜 P1 500GB 스펙상 읽기
90K IOPS와 쓰기 220K IOPS가 명시되어 있으며, 검증을 위해 Anvil's Storage Utilities의
4K 랜덤 읽기와 쓰기 성능 벤치마크를 실행했다.
크리스탈 디스크 마크 테스트처럼, 4K 랜덤 읽기와 쓰기 성능은 스펙상 성능에 근접한
것으로 나타났다. 4K 랜덤 읽기가 스펙보다 약 5% 낮게 측정되었지만, 클린 상태와 90% 더티 상태에서 모두 스펙상
성능을 유지한다.
마이그레이션/ 관리 툴로 편리한 사용
아직까지 SSD는 데이터 백업용보다 운영체제 혹은 응용 프로그램 설치 용도로 쓰이는
비중이 높고, 일일히 다시 설치하는 경우를 생각하기 쉽다. 하지만 마이그레이션 SW가 제공된다면 기존 스토리지의 정보를
그대로 옮길 수 있는데, 마이크론은 아크로니스 트루 이미지 OEM 버전을 제공해 마이그레이션 편의성을 제공한다.
마이그레이션 프로그램은 시스템에 크루셜 드라이브가 있는지 감지해 동작하므로 설치를 위해
시리얼을 입력하는 불편함 없이 프로그램 설치만으로 쓸 수 있다. OEM 버전인 만큼 일부 기능은 사용할 수 없지만,
'계정' 메뉴를 통해 OEM 버전 사용자에게 최신 트루 이미지를 할인된 가격에 제공하는 프로모션 페이지에 접속할 수 있다.
크루셜 P1 시리즈는 크루셜 SSD 관리 프로그램인 'Storage Executive'를
이용해 성능과 수명 관리를 위한 오버프로비저닝(Over Provisioning, OP) 공간을 추가 할당 할 수 있다.
프로그램의 권장 옵션은 전체 용량의 10%지만 사용자가 1%에서 50%까지 조절할 수 있으며, 당연히 SSD 관리를 위해
별도의 용량을 추가 할당하는 것이므로 그 용량만큼 사용자가 실제 쓸 수 있는 용량을 줄어들게 된다.
따라서 OP 용량은 사용자의 환경에 맞춰 적절한 용량을 책정할 필요가 있으며, 제품 보증
기간인 5년간 매일 약 54GB의 자료를 쓸 수 있는 100TB의 쓰기 수명 한계 스펙을 제공하므로, 일반적인 사용자라면
굳이 해당 옵션을 수동 조절할 필요는 없을 것이다.
모멘텀 캐시로 QLC 쓰기 수명과 성능 향상 기대
크루셜 P1 시리즈는 QLC 낸드 플래시가 사용된 제품 특성상 쓰기 수명이 TLC
기반 제품보다 낮을 수 밖에 없다. 당장 동일한 5년 보증이 지원되는 크루셜의 TLC 기반 제품인 MX500 시리즈
500GB 모델은 180TBW의 수명을 지원하지만, P1 시리즈 500GB 모델은 스펙상 100TBW 수명을 보증한다.
이에 따라 크루셜 P1 시리즈의 쓰기 수명이 불안하다면 시스템 메모리를 추가 캐시로
활용하는 모멘텀 캐시를 통해 보완할 수 있다. 시스템 메모리의 일부를 추가 캐시로 활용해 낸드 플래시의 쓰기 작업을 최소화하므로
수명 연장 효과를 기대할 수 있으며, 더티 상태에서 크게 하락한 CDM 32GB 테스트의 쓰기 성능도 상당 부분 개선할 수 있다.
모멘텀 캐시 기능 적용 상태에 따라 실제 쓰기 작업량을 비교해 보았다. 90% 더티
상태에서 CDM을 이용해 1GiB 파일 셋의 읽기/ 쓰기 성능을 테스트 한 후 CDI로 SSD에 얼마나 읽기/ 쓰기가
이뤄졌는지 체크하는 방식이었다.
결과에 따르면 모멘텀 캐시를 적용하지 않았을 때는 호스트의 쓰기 작업량이 48GB를
기록되었지만, 모멘텀 캐시를 쓰면 쓰기 작업은 15% 수준인 7GB로 대폭 줄어드는 것을 볼 수 잇다. 실제 낸드 플래시에 쓰이는 경우에 따라
다르겠지만, 이번 테스트 결과만 보면 여섯 배 이상의 쓰기 수명 개선 효과를 기대할 수 있는 것이다.
참고로, SSD의 읽기 작업량도 모멘텀 캐시를 사용하지 않을 때는 77GB에 달하는 반면, 모멘텀 캐시를 쓸
때는 1GB 미만으로 줄어들어 전반적인 SSD의 부하가 낮아져, 보다 안정적인 운용이 가능하다.
단지, 캐시로 쓸 수 있는 메모리 용량을 사용자가 지정하는 것이 아니라 상황에 따라
유동적으로 자동 할당하는 방식이므로, 시스템 메모리가 충분하지 않거나 다른 프로그램의 메모리 요구 상황에 따라 효용성이
차이날 수 있다.
그럼에도 극적인 성능 향상 기대할 수 있고, 사용자에 따라 QLC 낸드 플리시의 쓰기
수명을 우려하는 사용자의 걱정을 덜어줄 수 있을 것이다.
QLC 낸드 플래시 SSD 시대의 선도 모델, 크루셜 P1 500GB
SLC 낸드는 셀에 전자가 있고 없음으로 1bit의 정보를, MLC는 4단계(00/ 01/ 10/ 11)의
전위차로 2bit의 정보를, TLC는 8단계로 3bit를, QLC는 16단계로 4bit의 정보를 저장한다. 따라서 QLC는 다른 낸드보다 같은
조건에서 더 많은 저장공간을 제공하면서 용량대 가격비 개선을 기대할 수 있지만, 미세한 전위차 조정 능력과 미세한 오류도 잡아낼 정밀한 에러
정정 능력이 요구된다.
여기에 기존 TLC/ MLC 낸드 플래시 SSD급의 성능을 내면 더할나위 없겠지만, 처음
만나본 QLC 낸드 플래시 기반 SSD인 크루셜 P1 500GB 아스크텍 모델의 성능은 3000MB/s를 뛰어넘는 고성능
3D TLC 낸드 기반 NVMe SSD보다 아쉬운 면도 있다.
그러나 수년째 성능이 정체된 SATA SSD에 비해서는 확실히 뛰어난 성능을 발휘하며,
TLC 낸드 제품에 비해 쓰기 수명이 낮지만 일상적인 용도로 쓰기에는 모자라지 않은 스펙이다. 성능이 아쉽거나 QLC
낸드의 수명에 대한 불안감이 있다면 관리툴서 지원되는 모멘텀 캐시 기능으로 보완할 수 있다.
QLC 낸드 플래시 기반 일반 소비자용 SSD는 인텔 660P 시리즈에 이어 마이크론의
크루셜 P1 시리즈로 포문이 열렸지만, 2018년 8월 말에도 인텔과 마이크론의 QLC 낸드 플래시 수율이 50%에 달하지
못했다는 소식이 전해진 바 있다.
때문에 아직 가격은 TLC 기반 제품에 비해 QLC의 특색이 확연히 드러난 수준은
아니지만, 유사한 성능과 용량의 TLC 낸드 플래시 기반 SSD에 비해 경쟁력있는 수준으로 책정되어 판매 중이다.
QLC 낸드 플래시 SSD는 당초, 성능보다 적절한 가격대 용량을 제공하기 위한 제품임을
감안하면 현 시점에서도 개성은 확실히 어필하고 있는 것은 사실이다.
|
