최근 2kg 이하의 고급 노트북 저장 장치는 대부분 SSD(Solid State Drive)가 탑재되고 있다. 작고 가벼운 데다 읽기 쓰기 속도에서 HDD를 월등히 앞서기 때문이다. 가격이 내리고 용량이 늘어나면서 데이터 센터에서도 HDD를 SSD로 교체하는 사례가 늘어나고 있다. 그러나 SSD라고 해서 다 똑같은 SSD가 아니다. SSD의 종류에 따라서 속도가 5배 이상 차이 날 수 있다. 그러나 가격은 5배 차이가 나지 않는다. 그렇다면 되도록 빠른 SSD를 고르는 게 더 낫지 않을까?

1. 3가지 플래시 메모리 종류

SSD의 핵심은 데이터를 기록하는 플래시 메모리다. 플래시 메모리는 SLC(Single Level Cell)과 MLC(Multi Level Cell), TLC(Triple Level Cell) 3가지로 구분된다. MLC는 싼 가격에 대량 생산이 가능하다는 장점이 있고 SLC는 데이터 기록의 신뢰성 측면에서 MLC를 앞선다는 평가다. SSD가 나온 초창기에는 SSD가 불안정했기 때문에 데이터 손실이 있을 경우에 치명적인 산업용 시스템에는 SLC 타입 SSD가 주로 사용됐다. 지금은 기술이 좋아져 SLC 수준의 신뢰성을 갖춘 eMLC(enterprise MLC) 같은 MLC 타입 SSD가 가장 많이 생산되고 팔린다. 가격 경쟁이 치열한 성숙기에 접어들자 SSD 시장에 새로 등장한 것이 TLC 타입 SSD다.

이 셋은 플래시 메모리의 셀당 몇 비트를 저장하느냐의 차이다. SLC는 1개의 셀에 1비트를 저장하고 MLC는 셀당 2비트, TLC는 셀당 3비트를 저장한다. 데이터를 사람으로 비유하면 SLC는 한 방에 1명씩 들어가고 MLC는 2명, TLC는 3명이 들어가는 식이다. 이렇게 되면 어떤 차이가 생길까. 방안에 1명이 있으면 처리 속도가 빠르고 한 번에 하나씩 처리하므로 수명도 길다. 뒤로 갈수록 속도는 느려지고 수명도 짧아진다. 반면 같은 공간이라도 저장할 수 있는 용량은 SLC보다 MLC가, MLC보다 TLC가 많다. 그래서 TLC는 주로 값싼 고용량의 SSD에 쓰인다. 한 방에 여러 명이 들어갈 수 있으니 당연한 일이다. 다만 TLC 타입 SSD는 수명과 속도에 있어 불안감이 있다. 특히 상대적으로 쓰기 속도가 느리다는 점, 오랫동안 쓰다 보면 성능 저하 현상이 발생할 가능성도 높다. 

[MLC 타입의 SSD. 1TB 기준 가격은 45만 2,000원이다.]

[대용량화가 쉬운 TLC 타입 SSD. 최대 4TB 용량이 제공된다. 1TB 모델의 가격은 MLC SSD보다 6만 이상 싸다.]

2. 3가지 인터페이스

SSD를 PC와 연결하는 방법은 크게 3가지다. 하나는 일반 HDD와 동일한 SATA(시리얼 ATA)로 연결하는 것, 두 번째는 PCIe(PCI Express) 카드 슬롯에 연결하는 것, 마지막 네트워크를 통해 연결하는 것이다. 세 번째는 데이터 센터 같은 엔터프라이즈 시스템에서 주로 사용된다.

SATA 연결형 SSD는 일반 3.5인치 HDD와 같이 메인보드와 SATA 케이블로 연결돼 작동한다. 읽기 쓰기 성능 향상을 기대할 수 있지만 HDD에 최적화된 구형 SATA 인터페이스를 사용하는 것이기에 데이터를 주고받는 통로 즉, 대역폭이 좁다는 한계가 있다. 평균 읽기, 쓰기 속도는  550MB/s가 일반적이다. HDD가 탑재된 구형 노트북이나 데스크톱 PC의 입출력 성능을 높이는데 알맞다.

[왼쪽이 PCIe NVMe M.2 SSD, 오른쪽이 SATA M.2 SSD다. 6배 가까운 성능 차이를 보인다.]

메인보드에 집적돼 있는 PCIe 슬롯을 통해 연결하는 타입의 SSD는 PCIe 대역폭을 그대로 이용할 수 있다는 장점 때문에 (HP 스펙터 x360이나 신형 맥북 프로 같은) 고가의 고성능 모바일 노트북에 주로 탑재된다. 가장 최근에 나온 버전 3.0의 PCIe x4 슬롯에 연결됐을 때 데이터 전송 속도는 최대 4GB/s에 이른다. SATA의 4배~5배에 달하는 엄청난 성능이다. 그래서 고성능 SSD의 인터페이스는 모두 PCIe다. PCIe 인터페이스는 매우 빠르고, SSD의 성능을 최대한 끌어낼 수 있다. PC에 탑재되는 PCIe 슬롯의 수가 증가한 것도 같은 맥락이다.

3. PCIe SSD, 3가지 폼팩터

또 PCIe 인터페이스를 쓰는 SSD의 폼팩터는 크게 3가지로 나뉜다. 하나는 PCIe 슬롯 확장 카드 형태이고 다른 하는 차세대 폼펙터로 거론되는 M.2 타입의 소형 카드다. 나머지 하나는 HDD 모양의 2.5인치다. 이 셋 중 특히, 주목받고 있는 것이 가장 작은 M.2 SSD다. mSATA SSD 업그레이드 버전쯤 되는데 mSATA 보다 작은데 다 속도는 더 빨라졌다. M.2는 노트북용으로 만들어진 것으로, 최근 삼성전자가 출시한 960 프로는 512GB의 기존 한계를 2TB로 끌어올렸다. 가격은 143만 4,000원이다.

4. 미래형 SSD는 'PCIe NVMe M.2 SSD'

PCIe 인터페이스를 쓴다고 해서 SSD 성능이 무작정 향상되는 것이 아니다. 메인보드와 SSD를 이어주는 호스트 컨트롤러더 중요하다. SATA처럼 HDD 전용으로 개발된 호스트 컨트롤러 'AHCI(Advanced Host Controller Interface)'를 쓰는 SSD도 병목 현상에서 자유롭지 못하다. HDD를 기준으로 만들어졌기 때문에 태생적으로 속도 한계가 있다. SSD를 디스크 주변으로 헤드가 회전하는 HDD용으로 만든 프로토콜과 명령과 큐 상에서 구동해서 좋을 것이 없다.

'NVMe(Non-Volatile Memory express)'가 부각되는 이유는 HDD 시대에 설계됐던 AHIC를 대체할 수 있어서다. 인텔의 750 시리즈 SSD나 삼성전자의 960 프로는 가까운 시일에 큰 힘을 발휘하지 못하겠지만 언제까지나 PCIe NVMe SSD의 선구자로 기억될 것이다. NVMe는 현재 대부분의 HDD와 SSD가 구동되는 AHCI의 확실한 대안이다. NVMe는 병렬처리를 좀 더 폭넓게 적용할 수 있도록 만들어졌다. NVMe의 사양 중 가장 눈에 띄는 것은 65,000개의 명령어를 동시에 관리할 수 있는 역량으로, ACHI의 경우는 32개가 최대치다. 즉, 최대 큐 깊이가 무려 2,000배나 좋아진 것이다. 인텔 750 시리즈 SSD를 탑재하는 것만으로 시스템 성능이 획기적으로 향상될 수 있다. 물론 최신 SSD라 하더라도 이렇게 많은 명령을 동시에 쏟아내지는 않지만, 미래 메모리 기술을 위한 여분을 생각해야 한다. 미래란 우리가 예상하는 것보다 훨씬 빨리 오게 마련이다.

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