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저장장치 | [분석] 데이터센터급 모델로 알아보는 인텔 SSD

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작성자 배틀리뷰 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 작성일15-09-16 18:02 조회2,446회 댓글22건

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▣ 인텔의 진짜 기술력을 알 수 있는 DC 시리즈, 무엇이 다를까?

인텔은 SSD 시장 초기부터 주력 저장장치의 변화를 감지하고 기술을 개발해 온 전적이 있습니다.

다만 SSD는 더 큰 의미에서 낸드 플래시 저장장치에 속하는 제품이라 SSD 전문 개발업체 뿐만 아니라, USB 메모리 스틱부터 SD 메모리 카드를 만들던 곳까지 SSD 사업에 진출하는 등 춘추전국시대를 맞이하고 있습니다.

고사양 게임과 함께 마케팅 프로모션을 진행할만큼 뛰어난 성능을 자랑하는 펌웨어 튜닝형 SSD, 저렴한 낸드플래시와 컨트롤러만 조립해도 기존의 HDD(하드디스크)보다 뛰어난 성능을 낼 수 있어 값싸게 교체하면서 사용하는 OS용 묻지마 SSD, 그리고 뛰어난 내구성과 준수한 성능으로 오래가는 리얼 저장소형 SSD로 나뉘어집니다.

인텔 SSD는 위 3가지 타입 중 1번과 3번에 속하는 고급 기술력을 근간으로 삼고 있습니다. 게이머들을 위한 저장장치로 불리는 인텔 SSD 730 시리즈 및 최근 출시된 SSD 750 시리즈로 동급 SSD 가운데 문제 발생률이 가장 적어 안정성과 성능을 동시에 제공하는 제품으로 알려져 있습니다. 뛰어난 내구성과 준수한 성능은 까다로운 기업(Enterprise) 시장에서도 압도적인 점유율로 입증되고 있다고 봐도 무방하겠습니다.

시쳇말로 "살 사람은 산다" 라고도 하는 인텔의 SSD, 과연 어떤 점들이 다른지 분석해 보았습니다.



#1. 컨트롤러 및 펌웨어 (Controller & Firmware) 기술

인텔의 기술력을 가장 면밀하고 적나라하게 확인할 수 있는 SSD 라인업으로는 DC 시리즈가 있습니다. 데이터 센터용으로 개발되는 DC 시리즈는 SSD 기술의 절반 이상을 차지하는 컨트롤러 기술에 담을 수 있는 모든 것을 담고 있기도 합니다.

컨트롤러의 다양한 기술 중에는 일반 소비자용 SSD에는 포함되지 않거나 축소되는 등, 데이터 센터용 제품에서만 접할 수 있는 기능들이 여럿 있습니다. 인텔은 그 중에서도 일반 소비자용 SSD 에서도 중요한 역할을 하는 에러 교정 기술(ECC, Error Check Correction)을 특별히 강화해 데이터 판독 실패율을 크게 줄입니다.

인텔 Full End to End Data Protection 프로그램에 포함된 Advanced Error Correction 기술 덕분에 SSD의 수명에 영향을 주는 낸드 플래시 히트율도 함께 줄어들어, 최종적으로는 데이터 신뢰성을 높이고 더불어 내구성도 향상되는 결과를 얻을 수 있습니다.


▲ 보편적인 SSD의 데이터 흐름도, 모델에 따라 세부적으로 다를 수 있지만 위 다이어그램 구조에서 크게 벗어나지 않습니다.

낸드 플래시 히트는 읽기와 쓰기로 나뉘어지는데 전기신호의 [ 체크 / 전달 ]만 이루어지는 읽기 작업과 달리, 쓰기작업은 신호 [ 체크 / 변환 / 전달 ]의 과정을 거치기 때문에 내구성을 떨어뜨리게 됩니다.

SSD는 ECC 기술로 낸드 플래시의 데이터를 판독할 수 없을만큼 셀 전하량이 변환되지 않은 경우, 해당 작업을 실패로 간주하고 이를 호스트 컨트롤러로 보고합니다. 읽기 작업이라면 해당 데이터는 손상된 것으로 처리되고, 쓰기 작업이라면 웨어레벨링 기술로 배정한 다음 셀에 쓰기를 시도합니다.

보편적인 이론상 실패로 간주되는 허용 오차 전하량은 SLC : 50% / MLC : 25% / TLC : 12.5% 수준입니다. 셀 레벨이 늘어날수록 허용 오차범위가 줄어들고, 이는 SSD의 안정성과 내구성에도 영향을 미치기 때문에 파워유저분들이 TLC 보다 MLC를, MLC 보다는 SLC를 선호하는 이유이기도 합니다.


▲ 인텔이 가장 최근 설계한 [CH29AE41AB0] 컨트롤러, 엔터프라이즈급 안정성을 기반으로 제작되며 일반 소비자용 SSD 시리즈는 성능 지향적 펌웨어가 적용됩니다.


#2. 향상된 HET 낸드 (High Endurance Technology) 기술

지금은 인텔이 SSD 컨트롤러 기술 개발에 집중하고 있지만, 실제로는 낸드 플래시 공정 개발에도 참여한 전적이 있습니다. 같은 미국계 메모리 반도체 기업인 마이크론(Micron)과 협력을 통해 인텔 마이크론 플래시(IMF) 연합을 구축하고 있기 때문입니다.

인텔 마이크론 플래시 싱가폴(IMFS) 생산기지 및 기술 개발을 겸하는 인텔 마이크론 플래시 테크놀러지(IMFT)를 통해 SSD의 내구 신뢰성을 책임지는 낸드 플래시 기술에도 일가견이 있는 인텔입니다.

기본적으로 낸드 플래시 분야는 메모리 반도체 개발의 주체인 마이크론이 더 많은 지분을 가지고 있지만, 인텔 역시 자사 SSD의 품질을 보장하기 위해서 마이크론과 지속적으로 기술 협력 및 개발을 이어가고 있는 실정입니다. 이러한 협력의 결과물이 내구성을 획기적으로 높인 HET 낸드 플래시 입니다.


▲ 2011년 인텔 개발자 포럼에서 언급된 SSD 신뢰성을 높이기 위해 필요한 낸드 플래시의 근본적인 개발 방향

MLC 낸드 플래시는 근본적으로 셀 하나당 2 bit를 저장하기 때문에 데이터 밀도가 높은 편입니다. 같은 공간에 두 배의 데이터를 저장하게 되니 전기신호들이 서로 간섭을 일으킬 확률도 늘어나게 됩니다. 물론 그런 사태가 벌어지지 않게끔 일정수준 이상의 간격을 유지하도록 개발되지만, 낸드 플래시의 특성상 쓰기작업으로 인한 신호 자극이 반복되면 자연스럽게 전하를 움직이거나 묶어두는 힘이 약해지게 됩니다.

인텔은 셀 간의 간격을 늘리는 대신 셀 내부에 저장되는 비트의 배치 간격을 늘리는 방법을 제안했고, 이러한 기술이 실제로 적용된 사례가 바로 HET 낸드 플래시 입니다.

아래에 준비한 2011년 인텔 IDF 포럼에서 공개된 HET 기술 소개에서 공개한 다이어그램을 보면 쉽게 이해할 수 있습니다. 볼록하게 솟아있는 비트 데이터(분배 포인트) 사이의 간격이 멀어질수록 내구성과 안정성이 확보되는데, HET 기술이 적용된 낸드 플래시는 얼핏봐도 일반적인 MLC 구조보다 훨씬 여유로운 간격을 두고 배치되는 것을 알 수 있습니다.

HET 낸드 플래시는 SLC에 근접하는 내구 신뢰성을 보장하기 때문에 엄청난 데이터 입출력이 발생하는 대규모 서버에서 좋은 모습을 기대할 수 있습니다.


▲ HET 낸드 플래시 다이어그램, MLC지만 SLC급 내구 신뢰성을 보장할 수 있도록 개발된 IMFT 회심의 역작입니다.


▲ HET 낸드 플래시의 마킹은 [29F16B16MCME1 / 왼쪽], 일반 MLC 낸드 플래시는 [29F32B08MCMF2 / 오른쪽] 으로 구분됩니다.


HET 낸드 플래시는 일종의 eMLC로 볼 수 있습니다. eMLC란 산업용(Enterprise) MLC을 뜻하며, 스토리지 사용량이 많은 환경에서도 충분한 내구 신뢰성을 제공할 수 있도록 설계됩니다. eMLC는 일반적인 MLC 대비 약 10배 정도의 내구 신뢰성 향상을 기대하므로 P/E Cycles(기록/삭제 반복횟수)가 비약적으로 상승하게 됩니다.

국내에서 널리 알려진 낸드 플래시 P/E Cycles 수명자료는 HP Technical white paper 및 플래시 메모리 서밋(Flash Memory Summit) 문헌에 뿌리를 두고 있는 경우가 많습니다. 2013년 5월에 발표된 자료로 2015년 현재도 MLC 및 TLC의 평가지표로 활용할 수 있을만큼 객관적인 자료지만, SLC 낸드 플래시는 비교적 후한 평가가 내려진 감이 있습니다. 30nm 이상의 구 공정으로 생산된 SLC들은 실제로 100K에 근접한 P/E Cycles를 보장했지만, 20nm 전후의 최신 공정으로 생산된 SLC들은 약 30~60K 수준의 P/E Cycle를 제공합니다.

최신 공정 SLC의 P/E Cycles와 eMLC 기술에 따른 보정 Cycles
을 대입해 그래프를 그려보면 HET가  SLC에 가까운 내구 신뢰성을 지녔음을 재차 확인할 수 있습니다.


▲ 2015년 기준으로 각 낸드 플래시 타입에 기대할 수 있는 최대 내구 신뢰성을 그래프로 나타낸 자료입니다.


▲ 2013년 5월 공개된 HP Technical white paper, 테이블 표로 정리된 내용 아래에 추가 해석까지 살펴볼 수 있습니다.


▲ 네트워크, 서버, 스토리지 전문기업 시스코(Cisco)에서 발표한 P/E Cycles 자료입니다.
20nm대에 돌입한 SLC의 내구 신뢰성을 30K 수준까지 낮춰보는 시각도 있습니다.



#3. 무정전 데이터 보호 (Enhanced Power Loss Data Protection) 기술

무정전 기술은 기업용 제품이라면 거의 필수적인 기능으로 여겨지고 있습니다. 전력 공급이 끊겼을 때도 전기제품들의 안전을 보장하기 위해 UPS라는 장비가 있을 정도입니다. 하지만 기본적으로 어떤 제품이든 최악의 상황을 피하기 위한 대책은 끊임없이 연구하기 마련입니다.

인텔의 무정전 데이터 보호 역시 마찬가지입니다. SSD는 전기신호로 데이터를 읽고 쓰기 때문에 예기치 않게 전원이 꺼지면 데이터가 손상될 확률이 높습니다. SSD로 운영체제 부팅에 실패하거나, 데이터가 손상된 것으로 나타나는 현상의 대표적인 원인으로 알려져 있습니다.

인텔의 DC 3000 시리즈는 SSD에 캐패시터를 탑재해 데이터 손상 확률을 크게 낮춰줍니다. 갑자기 정전이 되더라도 캐패시터에 축적된 전력을 공급해 컨트롤러가 진행중인 작업을 빠르게 마무리짓고, 데이터의 안전을 확보한 상태로 SSD가 종료되기 때문입니다.


▲ 인텔 Enhanced Power Loss Data Protection 동작 흐름도, 정전이 발생해도 안전하게 작업을 종료할 때 까지 전력을 공급합니다.



▲ 인텔 SSD의 무정전 데이터 보호 설계, 2개의 캐패시터로 컨트롤러가 안전하게 작업을 마칠 수 있는 시간을 벌어줍니다.



▣ 맞춤형 설계로 시스템 설계사의 고민을 덜어주는 인텔 SSD

일반 소비자용 SSD들이 연속 읽기/쓰기 성능에 주력하는것과 달리, 엔터프라이즈급 SSD들은 초당 입출력 처리 성능(IOPS)에 초점을 맞춰 개발됩니다. 기본적으로 로컬 네트워크뿐만 아니라 인터넷을 거쳐서 데이터에 접근하는 방식을 전제로 구축되기 때문에 SSD의 연속 읽기/쓰기 성능을 발휘하는 경우는 흔치 않기 때문입니다.

또한 다운로드(읽기) 작업이 업로드(쓰기)에 비해 압도적으로 많기 때문에 읽기 성능을 극대화 하는 한편, 쓰기 작업은 성능보다 신뢰성 확보를 우선하는 경향이 있습니다.


1. 인텔 DC S3700 시리즈

인텔 DC S3700 시리즈는 엔터프라이즈급 SSD 중에서는 최상위 모델로 앞서 소개한 모든 기술들이 포함됩니다. SATA3 인터페이스 기반으로 기존 서버의 업그레이드나 신규로 도입하는 스토리지 서버용으로도 모두 적합한 모델입니다.

HET 낸드 플래시를 써서 대규모의 데이터 입출력에도 안전성이 보장되고, 무정전 캐패시터 기능으로 오염이나 손상의 위험도 크게 줄어듭니다. 값으로 매길 수 없을만큼 가치가 높은 데이터를 다룬다면 필수적인 솔루션이라고 할 수 있겠습니다.

다양한 서버 플랫폼과 호환성이 검증된 인텔 AHCI SATA 규격으로, 범용성도 높아 보수적인 시스템 엔지니어라도 충분히 안심하고 쓸 수 있는 것이 특징입니다.




2. 인텔 DC P3600 시리즈

인텔 DC P3600 시리즈는 중형 서버에 유리한 모델로 DC S3700과 비교했을 때 상대적으로 서버의 규모는 작지만 더 높은 성능이 필요한 경우에 유용합니다. PCIe 인터페이스 기반으로 설계되었기 때문에 여러개를 장착하기는 힘들지만, DC P3600 하나만으로도 SATA3 SSD 를 6개 쯤 합친 것과 비슷한 성능을 보여주기 때문입니다.

또한 차세대 프로토콜인 NVMe를 지원하기 때문에 기존의 AHCI 프로토콜보다 SSD의 성능을 이끌어내는데 유리합니다. NVMe 프로토콜 자체가 최신 규격이기 때문에 기존 서버에 사용하기 보다는 최신 사양의 서버를 새롭게 도입할 때 함께 사용한다면 최적의 효율을 기대할 수 있습니다.

인텔 DC P3600 시리즈 역시 HET 낸드 플래시와 무정전 캐패시터 기능을 지원해 데이터 신뢰성과 안정성, 내구성을 모두 만족시켜 줄 수 있는 차세대 SSD 솔루션입니다.




3. 인텔 DC S3500 시리즈

인텔 DC S3500 시리즈는 중소기업에서 운용하는 소규모 서버를 위한 실용적인 SSD 입니다. 앞서 소개한 DC S3700 시리즈나 DC P3600 시리즈는 뛰어난 성능을 자랑하지만 용량대비 가격이 압도적으로 비싼 편입니다.

DC S3500 시리즈는 절반 이상 저렴한 비용으로도 규모에 알맞은 안정성과 내구성을 확보할 수 있도록 설계된 엔터프라이즈급 SSD 입니다. 낸드 플래시는 HET 대신 인텔 마이크론 20nm MLC 낸드 플래시를 쓰지만, 고급 ECC 알고리즘과 무정전 캐패시터는 상위모델과 동일한 수준으로 구성됩니다.

중소기업이나 SOHO 사무실에서 활용하는 소규모 서버는 데이터 입출력 규모가 적고, 인터넷을 거치지 않고 로컬 네트워크에서 직접 액세스하는 경우가 많기 때문에 상위 모델을 쓰지 않아도 충분한 성능과 안정성이 보장됩니다. 일반 소비자용 SSD와 비교해도 부담없는 가격이다 보니 비용대비 효율면에서는 가장 훌륭한 솔루션으로 평가할 수 있습니다.





▣ 인텔의 SSD처럼 혼자서 가라?

SSD의 저장공간인 낸드 플래시가 SLC/MLC 세대를 지나 TLC 세대로 접어들고 있고, QLC개발이 표면화 되고 있는 시점이지만 SSD 시장은 여전히 바람 잘 날 없어 보입니다.

글로벌 브랜드인 마이크론이나 플렉스터도 소비자용 SSD 시장에서 자잘한 이슈들로 일희일비를 거듭하고 있고, 그나마 인텔과 비견될만한 삼성은 840 EVO를 비롯한 Planar TLC 모델들의 속도저하 사건으로 홍역을 치르고도 아직 대응이 미흡했다는 지적을 받고 있습니다.

반면 인텔은 2012년 샌드포스 컨트롤러에서 AES-256bit 암호화 기술이 정상적으로 작동하지 않는 문제를 직접 찾아내 공론화 시켰고, 기업 및 임베디드용 제품으로 전세계에 판매된 520 시리즈 전량 리콜을 실시해 보안 및 기능성 이슈를 단숨에 일축시키기도 했습니다.


▲ SSD 전체 점유율(원형차트) / 시장별 점유율(분포도) / 2013년 6월 가트너 집계(글로벌)

엔터프라이즈급 서버를 구축하는 시스템 엔지니어들이 대체로 보수적인데다, 기승을 부리는 악의적 해킹으로 인한 데이터 유출 문제에서 자유로울 수 없는 SSD의 특성상 인텔의 조치는 책임감 있는 모습으로 볼 수 있습니다. 자사 기술력의 문제가 아닌 결함조차 용납하지 않는 신뢰성과 성능을 바탕으로 한 인텔 SSD의 입지는 엔터프라이즈 시장에서 차지하고 있는 점유율이 대신 말해주고 있습니다.

엔터프라이즈 SSD 시장과는 대조적으로 일반 소비자용 SSD 시장은 가장 쉽게 눈에 띄는 성능적인 면이 강조되고 있지만, AHCI 프로토콜과 SATA3 인터페이스가 한계를 맞이했기 때문에 프리미엄 모델들도 차별화 요소가 상당히 제한된 상황입니다. 더욱이 보급형 제품들도 가속기능을 통해 순간적으로 성능을 끌어올리는 기술들이 대거 선보이기 시작하면서 차이를 느낄 수 없는 지경에 이르렀습니다.



한마디로 대세인 SATA3 기반 SSD의 성능으로는 더 이상 차별화 된 모습을 보기가 힘든 상황이고, 오히려 무리하게 성능을 높인 제품들 사이에서 크고 작은 문제들이 보고되고 있습니다. 그 와중에도 안정성 및 내구성 관련 기술을 당당하게 공개하면서 꿋꿋이 안정성 위주로 개발을 이어가고 있는 인텔 정도가 그나마 새로운 제품이라고 할만한 SSD들을 출시하고 있는 상황입니다.

하드웨어 배틀은 앞으로도 다양한 제조사들의 SSD를 살펴보면서 각종 기술들을 소개하는 지면을 가질 예정입니다. 하드웨어 배틀의 SSD 분석을 통해 회원 여러분들이 제품을 구입할 때 보다 현명한 선택을 하시는데 도움이 되지 않을까 기대해봅니다.

긴 글 읽어주셔서 감사합니다.
작성일 제목 조회수 추천 / 비추천
2018-01-08 AMD@CES2018 [38] 4074 14 / 0
[ - http://hwbattle.com/bbs/board.php?bo_table=hottopic&wr_id=866 ]
추천 4 비추천 1

댓글목록

배틀넘버1님의 댓글

배틀넘버1 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 작성일
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수고 많으셨습니다.
인텔 DC 시리즈의 엔터프라이즈 및  데이터 센터 / 클라우드 등 다양한 웹 스토리지 시장에서 경쟁력은 다름 아닌 "인텔" 이라는 브랜드라고 느껴지네요.

배틀리뷰님의 댓글

배틀리뷰 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 댓글의 댓글 작성일
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성능+안정성을 동시에 만족시켜주는 곳이 좀처럼 없다보니... 인텔 SSD 기술을 살펴보다 보니 "살사람은 산다"는 말이 참 와닿더군요. ㅎㄷㄷ

배틀리뷰님의 댓글

배틀리뷰 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 댓글의 댓글 작성일
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소비자용 SSD 시장은 워낙 치고 빠지는 성향이 강하다 보니... ㅎㅎㅎ;;
하지만 저도 인텔 SSD를 씁니다 -_-b 6년차인데 아직 쌩쌩합니다. 후후훗

프레이님의 댓글

프레이 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 작성일
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오~ 해외사이트 보다 찾았는데 진짜 인텔은 서버시장에서만 점유율 80% 라네요. 돈 되는 곳에서는 삼성보다 무시무시한 파급력 어쩔..;; ㅎㄷㄷ
삼성이 소비자용 SSD 밀어주는건 좋은데... 좀 공들여서 만들어줬으면 하는데 840 EVO 부터 TLC에 안정성+성능 하락에 말이 많아서... 에효;;

출처는 http://www.expreview.com/43395.html !!

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