솔리드 스테이트 드라이브

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삼성전자 SSD 830시리즈

솔리드 스테이트 드라이브(solid-state drive, SSD), 솔리드 스테이트 디스크(solid state disk[1][2][3])는 반도체를 이용하여 정보를 저장하는 장치로 반도체 드라이브, SSD라고도 일컫는다.

솔리드 스테이트 드라이브는 순수 전자식으로 작동하므로 기계식인 하드 디스크 드라이브의 문제인 긴 탐색 시간, 반응 시간, 기계적 지연, 실패율을 크게 줄여 준다. 반면에 DRAM이 아닌 플래시 메모리가 적용된 SSD의 경우, 데이터 접근 시간이 아닌 연속적인 읽기와 쓰기에 대해 하드 디스크보다 속도가 낮은 경우가 대부분이다. 하지만 최신 기술이 적용된 SSD의 경우, 하드 디스크 드라이브 이상의 읽기와 쓰기 속도를 낼 수 있는 것도 있다.

구조 및 기능[편집]

파일:Kingmax half slim.png
kingmax의 소형 SSD
파일:Supertalnet fdm.jpg
슈퍼탈렌트의 소형 SSD

SSD는 보통 디램 휘발성 메모리나 일차 낸드 플래시 비휘발성 메모리로 이루어져 있다.[4]

플래시 드라이브[편집]

대부분의 SSD 제조업체들은 비휘발성 플래시 메모리를 사용하여 일반 소비자용 소형 장치를 만든다. 이 플래시 메모리 기반 SSD는 "플래시 드라이브"라고 부르며 배터리가 필요하지 않다. 이들은 표준 디스크 드라이브 크기(1.8인치, 2.5인치, 3.5인치)이나 PCI 익스프레스로 만든다. 게다가 비휘발성이므로 플래시 SSD가 전원이 꺼져 있는 상태에서도 기억 정보를 지속적으로 보유할 수 있게 해 주므로 데이터 영속성을 보장한다. 플래시 메모리 SSD는 디램 SSD보다 느리며 일부 모델은 대형 파일을 다룰 때 전통적인 하드 디스크 드라이브보다 속도가 더 느리지만 움직이는 부품이 없기에 보통의 기계적 디스크에서 찾을 수 있는 검색 시간(seek time)과 다른 지연 시간은 무시할만하다.

구성 요소
  • 캐시: 플래시 기반 SSD는 작은 양의 디램을 캐시로 사용하며 이는 하드 디스크 드라이브의 캐시와 비슷하다. 드라이브가 동작하는 동안 데이터의 웨어 레벨링(wear leveling)과 디렉터리 블록 배치가 유지된다.
  • 에너지 스토리지: 또다른 요소로는 일부 형태의 배터리나 캐퍼시터를 들 수 있다. 데이터의 무결성을 유지할 필요가 있는데 캐시 안에 있는 데이터는 전원이 차단되면 드라이브에서 없어진다. 일부 모델은 전원이 유지되기까지 캐시 안의 데이터를 유지할 만큼 충분한 긴 전력을 유지하기도 한다.

SSD의 성능은 장치에 쓰이는 병렬 NAND 플래시 칩의 수에 따라 달라진다. 단일 낸드 칩은 좁은 (8/16비트) 비동기 입출력 인터페이스에 추가적인 높은 기본 입출력 레이턴시로 인하여 상대적으로 느리다.[5]. 다중 낸드 기기들이 SSD 안에서 병렬로 동작할 때 부하가 장치끼리 고르게 분배된다면 대역폭은 커지며 높은 레이턴시를 숨길 수 있다.

마이크론/인텔 SSD는 데이터 스트리핑 (레이드 0과 비슷)과 인터리빙 기술을 사용하므로 더 빠른 플래시 드라이브를 만들게 되었다. 이로써 초당 250 MB에 다다르는 읽기/쓰기 속도를 갖는 매우 빠른 SSD를 만들 수 있게 되었다.[6]

SLC, MLC와 TLC[편집]

2011년경까지 기준으로, 보급형 드라이브는 보통 멀티 레벨 셀(MLC) 플래시 메모리를 사용하며 이는 싱글 레벨 셀(SLC) 플래시 메모리에 견주어 신뢰성과 속도가 떨어진다.[7][8] 이는 SSD의 내부 디자인 구조로 완화시킬 수 있는데 이를테면 웨어 레벨링 알고리즘을 위한 여분의 용량과 인터리빙이 그것이다. 이를테면 최근에 퓨전 멀티시스템즈사가 제조한 ATTO 벤치마크에서 단일 PCIe 싱글 레벨 셀 기억 장치는, RAID 0으로 설정한 4개의 MLC 기반의 인텔 X-25M의 성능을 앞지를 수 있었다.[9] 2014년 현재 SLC 플래시 메모리를 사용한 SSD는 사실상 단종된 상태로 MLC 플래시 메모리를 사용한 제품이 일반적이다. 삼성 840 EVO 등 TLC 플래시 메모리를 사용한 제품도 출시되어 있다. TLC 낸드 사용 제품의 경우, TLC의 한계를 보완하기 위해 컨트롤러 개선, SLC 버퍼 등의 대책을 사용하고 있다.

디램 기반 드라이브[편집]

디램과 같은 휘발성 메모리를 기반으로 한 SSD는 매우 빠른 데이터 접근 속도를 보인다. (0.01 밀리초 이하이며 주로 플래시 SSD나 전통적인 HDD의 레이턴시에 발목이 잡히는 응용 프로그램을 가속하는 데 쓰인다. 디램 기반의 SSD는 보통 내부 전지나 외장 AC/DC 어댑터, 그리고 백업 스토리지 시스템을 사용하여 데이터 영구성을 보장한다. 그러나 외부 자원으로부터 전력이 드라이브에 공급되지는 않는다. 전원이 손실되면 전지는 모든 정보가 으로부터 백업 스토리지에 복사되는 동안 전원을 제공한다. 전원이 되돌아오면 정보는 백업 스토리지로부터 램으로 복사되며 SSD는 일반적인 기능을 수행한다. (이는 현대의 운영 체제에서 제공하는 최대 절전 모드와 비슷하다)

이러한 종류의 SSD는 보통 일반적인 PC와 서버에 쓰이는 같은 종류의 디램 모듈로 되어 있어 더 큰 모듈로 대체하거나 교환할 수 있다.

(직접적인) 인피니밴드 연결이나 빠른 네트워크로 된 이차 컴퓨터는 램에 기반을 둔 SSD로 사용된다.[10]

하드 디스크와의 비교[편집]

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하드 디스크의 경우, 디스크에 기록된 데이터를 읽기 위해서는 데이터를 읽어내는 헤드(바늘)가 물리적으로 데이터가 기록된 위치까지 이동해야 하므로 이동에 일정한 시간이 소요된다. (이러한 시간을 지연시간, 혹은 레이턴시 등으로 부른다.) 따라서 하드 디스크의 경우 데이터를 읽기 위한 요청이 주어진 뒤에 데이터를 실제로 읽기 까지 일정한 시간이 소요되는데, 이 시간을 일정한 한계(약 10ms)이하로 줄이는 것이 불가능에 가까우며, 데이터가 플래터에 실제 기록된 위치에 따라서 이러한 데이터에의 접근시간 역시 차이가 나게 된다. 또한 자주 사용되는 두개의 연관된 데이터가 서로 물리적으로 떨어진 위치에 기록된 경우[11], 두개의 데이터를 읽기 위해 헤드는 쉴새 없이 움직여야 한다.[12]

하드 디스크의 이러한 제한을 극복하기 위해 다양한 방법이 제안되었으나, 플래터와 헤드로 이루어진 물리적 구조를 유지한 상태에서는 그 한계가 분명하였다.

이때 대안으로 등장한 것이 솔리드 스테이트 드라이브 이다. 솔리드 스테이트 드라이브의 경우 모든 데이터는 플래쉬 메모리에 저장되어 즉각 읽고 쓰기가 가능하므로, 하드 디스크와는 달리 지연시간이 0에 가깝다.(실제로는 약 0.1ms 정도로, 하드 디스크의 1/100 수준이다.) 또한 데이터가 파편화 되어 있는 경우에도 하드 디스크 와는 달리 지연시간이 전혀 늘어나지 않는다.

장점
  • 임의 접근을 하기 때문에 탐색 시간이 없어 보다 빠르게 데이터를 주고 받을 수 있다.
  • 물리적인 이동이 없기 때문에 전력을 절약할 수 있으며, 소음이 없고, 발열도 낮다.
  • 물리적으로 움직이는 부분이 없어 기계적으로 접근이 실패할 가능성이 없기 때문에 높은 기계적 신뢰성이 보장된다.
  • 충격, 기압, 진동, 온도변화에 강하다.
  • 하드 디스크 드라이브보다 무게가 더 가볍다.
  • 크기적인 제약이 약하다. 하드 디스크와는 달리 저장장치를 구성하는 물리적인 구성요소가 단순하고, 필요에 따라 늘이고 줄이는 것이 비교적 간단하여 매우 작은 크기로 만드는 것이 가능하다.
  • 전송속도의 증가가 비교적 쉽다. HDD의 경우 데이터 전송 속도를 향상시키기 위해서는 플래터에서 물리적으로 서로 다른 위치에 있는 데이터까지 바늘이 빠르게 움직여야 하기 때문에 기계적인 장벽이 문제가 되는 반면, SSD 의 경우 데이터 전송 속도는 이와같은 기계적인 장벽에서 자유롭기 때문에 논리적인 구조에 따라 전송 속도를 비교적 쉽게 증가시킬수 있다.[13]
단점
  • 2013년 현재 플래시 메모리의 단위용량당 가격이 하드 디스크 드라이브보다 비싸다.
  • 데이터를 기록하는 행위 자체가 기록 소자의 파손을 유발하므로, 하드 디스크 드라이브보다 수명이 짧다. Wear leveling(균등 분배) 기술로 수명의 연장이 가능하다.(그러나 현실적으로는 기록소자가 파손되기 전에 장치의 수명이 끝날 확율이 더 높다)
  • 다른 요인 때문에 데이터 손상이 있을 수 있다. 예를 들면 (특히 DRAM 기반의 솔리드 스테이트 드라이브에서) 뜻밖의 정전으로 데이터 손실이 발생할 수 있으며, 일반 하드 디스크 드라이브에 비해 정전기에 약하다.
  • 하드 디스크 드라이브처럼 바로 덮어쓰기를 할 수 없고 블록단위 삭제를 한 후 쓰기를 수행한다. 때문에 임의 쓰기(Random Write)에는 약한 면이 있으며 읽기와 쓰기 성능이 비대칭적이다. 제조회사마다 고유의 FTL을 이용하여 이를 해결하고 있다.
  • 휴대용 컴퓨터에 솔리드 스테이트 드라이브를 장착하여 배터리 지속시간을 측정할 경우 하드 디스크 드라이브를 장착한 휴대용 컴퓨터의 배터리 지속시간이 훨씬 길 수도 있는데, 그 이유는 풀 로드의 경우가 아닌 유휴상태에서 솔리드 스테이트 드라이브보다 하드 디스크 드라이브의 전력 소모량이 적기 때문이다. 즉 하드 디스크의 경우 사용하지 않을때 전력 소모량을 0으로 만들수 있으나, 솔리드 스테이트 드라이브는 그것이 거의 불가능하다.
  • 일부 솔리드 스테이트 드라이브는 내장된 컨트롤러 칩셋의 한계로 인해 사용중 데이터 교환이 일시적으로 수 초간 멈추는 현상(프리징)이 간혹 발생할 수 있다. 이와같은 프리징은 주로 데이터 입출력을 담당하는 칩셋의 성능부족이 원인이나 그 이외에도 다양한 원인이 있을수 있다.

함께 보기[편집]

주석[편집]

  1. Texas Memory Systems: Solid State Disk Overview. 《Texas Memory System Resources》. Texas Memory Systems. 14 December 2012에 확인.
  2. Whittaker, Zack. Solid-state disk prices falling, still more costly than hard disks. 《Between the Lines》. ZDNet. 14 December 2012에 확인.
  3. What is solid state disk? - A Word Definition From the Webopedia Computer Dictionary. 《Webopedia》. ITBusinessEdge. 14 December 2012에 확인.
  4. What is a Solid State Disk?. Ramsan.com. 2009년 10월 21일에 확인.
  5. typical for SLC NAND - ~25 μs to fetch a 4K page from the array to the IO buffer on a read, ~250 μs to commit a 4K page from the IO buffer to the array on a write, ~2 ms to erase a 256 KB block
  6. Flash SSD with 250 MB/s writing speed. Micron.com. 2009년 10월 21일에 확인.
  7. Lucas Mearian (2008년 8월 27일). Solid-state disk lackluster for laptops, PCs. 2009년 3월 11일에 확인.
  8. Are MLC SSDs Ever Safe in Enterprise Apps?. Storagesearch.com. 2009년 10월 21일에 확인.
  9. Fusion-io vs Intel X25-M SSD RAID, Grudge Match Review - HotHardware
  10. RIndMA Disk. Hardwareforall.com. 2009년 10월 21일에 확인.
  11. 파편화 라고 부른다.
  12. 이러한 과정 역시 시간을 소모한다.
  13. 2013년 현재 HDD 로는 아직도 SATA2 규격의 전송 속도 제약을 넘지 못하고 있는 반면, SSD 는 SATA3 규격의 속도 제약을 넘기고 있다.

바깥 고리[편집]