썬더볼트3 활용#2 : NVMe SSD란?

앞선 글에서 썬더볼트3의 장점으로 빠른 전송속도를 언급했습니다.

최대 40Gbps의 전송속도는 범용 컨트롤러 중 PCI-E를 제외하면 가장 빠른 전송속도를 갖는것과 동시에, USB-C포트를 사용한 높은 확장성 및 PD(Power Delivery) 기능을 탑재하여 다양한 가능성을 가진 차세대 통신규약입니다.

 

그런데 이렇게 멋진 기술인 썬더볼트3는 도데체 어디에 쓸 수 있을까요?

다양한 가능성이 있지만 우선적으로 빠른 전송속도는 빠른 저장장치의 성능을 최대치로 끌어올릴 수 있을것입니다.

빠른 저장장치라,,,,,그렇죠. 아마도 모든 분들이 SSD(Solid State Disk)를 떠올리실 것입니다.

 

1. 저장장치와 전송속도의 발전

 

1) HDD to SSD

HDD와 SSD의 차이점 및 SSD로의 산업 변화  @ Chosun Biz

10여년 전부터 상용화가 시작된 SSD는 이미 우리 생활속에 깊숙히 파고들어왔습니다. 반도체 기술의 집적화를 통하여 같은 실리콘 웨이퍼에 더 많은 트랜지스터를 집어 넣을 수 있게 되었고 이는 일반적인 프로세서의 성능 향상과 더불어 트랜지스터 구조의 플래시메모리 용량 또한 늘어나게 되었습니다. 이는 곧 생산 단가하락으로 이어져 이제는 과거에 비하여 비교적 저렴한 가격에 SSD를 사용할 수 있게 되었습니다.

SSD 가격추이 @ Wells Fargo Securities LLC

기존의 HDD는 Hard Disk Drive의 약자로, 단단한 디스크 판을 통하여 데이터를 읽고 쓰는 저장장치입니다. 이는 자성체로 코팅된 도체 디스크 판에 얇은 핀으로 자기장의 밀도를 변화시켜 0과 1을 판단합니다. 기계적인 방식의 단점인 외부에 취약한 문제가 있으며, 디스크 판의 회전을 통한 데이터 로딩으로 회전 속도에 국한된 읽고 쓰는 속도의 한계가 있습니다.

이와는 다르게 SSD의 경우는 플래시메모리 여러개를 합친 구조로 각 플래시 메모리는 여러 트랜지스터(MOSFET) 유사 구조로 이루어져 전자의 적층으로 0과 1을 저장합니다. 반도체 소자를 이용하여 집적도를 크게 올릴 수 있으며, 더욱이 트랜지스터 컨트롤 방법과 NAND/NOR 구조에 따라 매우 빠른 데이터 읽고 쓰기가 가능한 방식입니다. 그렇기에 엄청난 속도의 포텐셜이 있는 방법입니다.

플래시 메모리 : 전자의 채워짐과 비워짐을 통하여 0 과 1을 기록 @ Blog,naver 작업 요약 노트

 

 

2) 전송속도의 발전

 

SSD의 대중화는 플래시메모리의 장점인 빠른 읽기/쓰기 속도와 더불어 SATA3 규격의 등장으로 가속화되었습니다.

SATA는 Serial Advanced Technology Attachment 의 약자로 1980년대부터 써왔던 저장장치 전송규격인 IDE방식을 대체하기 위하여 탄생했습니다. 기존 병렬방식의 단점인 낮은 전송속도와 기기 확장성의 한계를 극복하기 위해 직렬방식을 도입했죠.

IDE 방식과 SATA 방식

최초의 SATA1 은 전송속도가 1.5Gbps로 기존 IDE방식의 1.3Gbps대비 빨랐고 이는 SATA2 (3Gpbs) 에서 SATA3 (6Gbps)로 비약적인 발전이 이루어졌습니다.

이렇게 본다면 굉장히 빠른 통신이지만, 2020년 현재 기준으로 본다고 하면 무리일 수 있겠죠.

인터넷 속도는 2000년도 당시 56kbps의 모뎀속도에서(이때는 광랜이 아닌 전화선을 이용했죠) 현재는 10Gbps까지 나온 상태로 무려 약 18만 배 증가되었고, 하드디스크 용량도 대략 1GByte에서 현재 16TB로 약 16,000배 증가되었습니다. 물론 응용프로그램 및 영상/사진들의 용량또한 이에 맞추어서 증가되었고 과거 MByte 수준에서 GByte수준으로 1,000배 이상 증가 되었습니다. 

빠른 인터넷 속도를 통한 용량 큰 응용프로그램을 저장공간에 빠르게 저장하기 위하여 전송속도의 발전은 필연적일 수 밖에 없었던 것이죠.

현 시점에서 봤을 때 6Gbps의 전송속도(=초당 750Mbyte) 는 한계에 봉착하고 있었고 프로세서의 비약적인 발전과 더불어 저장공간으로부터의 읽고 쓰기 속도는 상대적으로 떨어지는 현상이 발생되어 프로세서 혹은 램과 저장공간 사이의 병목현상으로 컴퓨터의 성능 또한 저하될 수 있는 상황입니다.

이럴때 혜성같이 등장한 차세대 규격이 바로 NVMe 입니다.

 

2. NVMe 성능

NVMe 는 Non-Volatile Memory Express 로 비휘발성 저정장치의 새로운 표준 통신규약입니다.

2011년 인텔에 의해 최초 발표되었으며, PCI-E 3.0 4레인(x4) 방식을 채용하여 최대 32Gbps까지 전송이 가능한 규격입니다.

이렇게 등장한 NVMe는 SSD 컨트롤러 기술과 MLC/TLC의 속도개선과 더불어 SSD의 최고 성능을 발휘하게 만들어 주었습니다. 기존 SATA3의 대역폭은 SSD의 온전한 성능을 발휘하는데 너무 물이 작았던 것이죠.

NVMe 와 SATA3 읽기/쓰기 성능 비교 @ http://www.inven.co.kr/

여기서 주목할 점은 SATA3대비 굉장히 높아진 대역폭입니다. 32Gbps의 대역폭은 기존의 USB3.0(5Gbps)로는 온전한 성능을 발휘 못하기에 SATA3까지가 USB3.0 으로의 전송에 최적화 되었었습니다. 실제로도 USB3.0 상용화 이후 SATA3 기반의 SSD를 활용한 외장하드 수요가 크게 늘어나기도 했죠. 하지만 앞서 말씀드린바와 같이 점점 SATA3 대역폭은 새로운 높은 속도를 버티지 못하는 한계에 다달았습니다. 물론 USB3.1(10Gbps), 3.2(20Gbps)로 가면서 대역폭은 더욱 커졌지만 NVMe의 대역폭을 따라가진 못했고 이는 외장 디스크로써의 NVMe에게는 걸림돌이 되었습니다.

하지만 썬더볼트3의 대역폭인 40Gbps을 사용한다면 이러한 NVMe SSD의 성능을 외장 저장장치에서도 FULL로 사용 가능하게 됩니다. 바꾸어 말하면 외장으로의 대역폭 손실이 없어져 내장 저장장치와 외장 저장장치가 동일한 속도로 작동하게 되는 것입니다!!!

 

아니 그런데 외장 저장장치가 그렇게 빨라봐야 좋은 점이 있을까요?

 

앞선 "2020 맥미니, 사고싶다고 덜컥 사버리면 큰일!" 글에서도 설명드렸듯, SSD 내장 저장장치는 상당히 고가이며 특히 애플의 경우 기존 시장가 대비 상상을 초월하는 가(악!)성비를 보여줍니다.

이를 통하여 봤을 때 우리는 NVMe 와 썬더볼트3를 통하여 기존 내장 SSD의 속도 장점을 유지한 채 저렴한 가격에 저장공간을 늘릴 수 있는 기회를 갖게 되었습니다! 

 

이를 통하여 우리는 다양한 방법으로 외장 저장장치를 사용할 수 있습니다. 속도가 빠른 장점으로 OS 부팅을 통째로 사용할 수 있을 뿐더러 사진/영상 작업시 외장하드의 단점이였던 느린 전송속도를 확실히 커버할 수 있습니다. 물론 애플제품을 싸게 살 수 있는 것은 덤이구요^^

 

다음 글에는 극강의 장점인 썬더볼트3+NVMe(M.2) 구성의 여러 예시와 이런 장점의 SSD를 싸고 현명하게 구입하는 방법을 설명드리도록 하겠습니다.

 

3부에서 뵐께요 뿅!