더 빠른 시스템 고속 저장장치 NVMe SSD에 대해

시스템에서는 보다 더 빠른 속도를 내기 위해 매년 또는 매 분기마다 새로운 성능의 시스템장치가 출시되고 있으며 현재도 꾸준한 여러 아키텍처가 적용된 장치 또는 버전의 업그레이드 그리고 기존 사용 포트는 과감하게 없애 보다 더 빠른 시스템을 만들고자 여러 방면에서 기술의 개발이 이뤄지고 있다.

 

캐시메모리

CPU(Central Processing Unit) 장치는 중앙제어처리 역할을 수행하는 가장 핵심적인 시스템 구성요소로써 이 성능은 다른 시스템 구성장치가 따라갈 수 없을 정도로 굉장한 연산속도를 보여주며 사용자가 지시한 내린 명령을 전반적으로 연산처리하고 다른 시스템장치에 데이터를 교환함으로써 사용자가 원하는 결과를 빠르게 도출시켜주는 역할을 수행하게 되는데 시스템이란 서로 데이터의 교환이 이뤄지면서 연산이 수행되게 되는데 CPU에서의 엄청난 속도를 다른 시스템 장치가 따라갈 수 없어 고안된 것이 바로 RAM 메모리 이다

RAM 메모리에서는 CPU에서 필요로 할만한 데이터를 미리 보관하고 있음으로써 CPU가 저장장치간 직접적인 데이터 교환이 이뤄지지 않고 RAM 메모리에서 보관하고 있는 데이터로 연산처리를 수행함으로써 사용자는 보다 더 빠른 시스템이용이 가능한 것이고 미리 데이터를 보관하고 있는 공간을 캐시 메모리라고 칭한다

저장장치 역시도 다른 시스템 구성장치의 성능이 개선된 만큼 많은 변화가 있었다 1980년대만 하더라도 MB, 메가바이트단위에서 머물렀던 저장장치의 용량이 현재는 GB, 기가바이트를 넘어 TB, 테라바이트 단위의 용량을 소화하기 까지 이르러 많은 변화가 있었다 게다가 하드디스크 경우 플로터가 회전함에 따라 데이터를 물리적으로 읽어 들임으로써 데이터의 읽기와 쓰기가 이뤄졌다

물리적으로 회전되어 데이터를 읽는 방식에서 전기적인 원리를 이용하여 전자를 데이터로 사용하여 읽기와 쓰기 형태로 변경된 SSD까지 출시되어 보다 더 빠른 속도를 체감할 수 있는 장치까지 출시되었으며 초창기 출시 모델은 하드디스크와 마찬가지인 SATA 케이블의 연결의 모델로 기존 하드디스크에서는 통상 80MB/s~200MB/s 선에서 머물렀던 속도가 500MB/s 수준으로 굉장히 빠른 부팅속도는 물론 프로그램의 구동속도에도 많은 영향을 미치게 되어 시스템 구성 시 SSD는 없으면 안될 아주 중요한 구성장치 중 하나로 손꼽히고 있다

 

SSD의 구조의 변경

기존 LP판과 같은 구조로써 데이터 교환이 이뤄졌던 하드디스크는 물리적으로 최대로 구동할 수 있는 RPM이 한정적으로 더 이상 하드디스크는 메인 저장장치로써가 아닌 데이터를 보관하는 용도인 서브 저장장치로써 자리잡고 있으며 현재는 하드디스크를 집어넣지 않더라도 SSD장치는 필수적으로 넣을 정도의 자리매김을 하고 있다

현재의 SSD는 위와같이 종류가 구성되어있으며 보다 더 빠른 속도를 내기위해 고안되어 구성된 장치들로써 하드디스크와 비교하여 굉장한 속도차이를 보여주며 SSD에는 데이터를 셀이라는 공간에 보관하게 되는데 이 셀에 몇비트까지 수용되는지에 따라 SLC, MLC, TLC 등의 구분을 보여주며 속도 또는 성능에 영향을 미치게 되며 종류별 속도와 금액 그리고 수용BIT는 아래의 표와 같다.

	SLC	MLC	TLC	QLC
셀당 BIT	1bit	2bit	3bit	4bit
쓰기 속도	빠름	보통	느림	느림
에러발생율	낮음	낮은편	높음	높음
데이터 삭제 속도	빠름	보통	느림	느림
안정성	빠름	보통	느림	느림
가격	높음	보통	낮음	낮음
평균 속도	높음	보통	낮음	낮음

기존 하드디스크에서 사용하였던 연결방식인 SATA 연결방식에서는 2.5형의 사이즈로 줄어들게 되고 속도는 대략 2~3배 가량 빠른 속도를 보여주며 나름 면적이 있어 발열의 해소가 상대적으로 좋은 SSD제품으로 꼽히며 시스템의 물리적인 사이즈가 줄어듦에 따라 사이즈의 이슈와 보다 더 빠른 속도를 내기 위해 M.2 NVME 모델이 고안되어 출시되었다.

▲M.2 SATA 와 M.2 NVM.e▼

위의 제품 군은 메모리 RAM 과 같이 얇은 사이즈로 구성되어 주로 노트북과 같은 장치에 연결이 많이 되었지만 현재는 컴퓨터 시스템에서도 많은 채택이 있는 편이다 또한 M.2 모델의 SATA버전의 경우 2.5형 SATA와 유사한 성능을 보여주게 되고 NVMe 경우 이론적으로 따져본다면 SATA 방식과 최소 2배 또는 4배까지도 차이 나는 성능을 보여주며 같은 메모리타입이라 하여 호환이 서로 되는것은 아니라 업그레이드를 고려한다면 반드시 자신의 보드에서 호환이 가능한지 체크하여 선택되어야 한다

 

출처 : 다나와 삼성전자 970 M.2 NVMe 제품 소개 페이지

순차 읽기의 속도는 3400MB/s 그리고 순차 쓰기의 속도는 2300MB/s 의 성능으로 엄청난 속도를 보여주지만 실제 사용자가 게이밍이나 일부 프로그램에서의 구동시 체감차이는 크게 차이나는 편이 아니므로 여기서 주의해야하는 것은 순차읽기와 순차쓰기의 경우 파일 하나를 두고 내부에서 읽기나 쓰기가 이뤄지는 경우에 발생되며 게임이나 프로그램과 같이 작은 용량의 파일들이 모여 큰 용량으로 이뤄진 프로그램의 경우 일일히 작은 파일안의 코드들을 읽어야 하는것들은 마찬가지이므로 속도에서의 큰 차이는 보여주지 않는다

 

예를 들어 두 SSD의 타입 별로 속도를 체감한다고 한다면 10GB 가량의 동영상 파일을 내부에서 이 동시에 속도차이가 나는 것을 알 수 있어 일반적인 용도의 유저라면 연결타입의 구분 없이 SSD가 장착이 되어있다면 굳이 NVMe SSD로 업그레이드를 할 필요는 없다 라는 결론이 나온다

 

어떤경우에 NVMe 의 사용이 유리할까?

높은 사양을 요구하는 서버에서의 CPU와 GPU의 활용도를 보다 더 높이기 위해 NVMe SSD가 사용되게 되는데 NVMe의 경우 데이터 스트림을 동시에 수행해낼 수 있고 데이터 이동 대역폭 차이에서도 굉장한 속도차이를 보여준다 대역폭이 늘어남에 따라 기존 사용하였던 서버에서의 병목현상, 성능의 저하 문제를 해결할 수 있으며 데이터의 저장은 물론 관리와 접근을 효율적으로 상승시킴으로써 클라이언트로 부터 보다 더 빠른 데이터의 제공을 할 수 있으므로 기업용 서버 혹은 연구소에서의 서버 컴퓨터 에서는 많이 사용되는 편이다

빅 데이터를 다루는 서버PC의 경우 지연 시간을 보다 더 단축시키고 워크로드가 더 빠른 속도를 요구하는 사양에서의 프로그램을 가속화시킬 수 있으며 의료, 금융 통신과 같은 산업 경우 매우 빠르면서도 성능이 높고 지연시간이 낮은서버를 요구하고 있으므로 NVMe SSD를 활용하는 편이다 또한 순차읽기/쓰기 속도의 차이는 적게는 2배 많게는 7배까지나 차이가 나게 되어 이는 빅 데이터를 다루는 경우 데이터베이스의 쿼리 속도의 향상으로 데이터베이스의 성능을 높이게 되므로 기업에서도 서버용 PC 에서의 활용이 가장 적합할 것으로 보인다.

 

M.2 의 활용 방법

메모리와 유사한 사이즈로 저장장치중에서 굉장히 소형화 된 제품으로 노트북과 같이 이동시 가벼운 무게인 소형 장치에서의 M.2 장치는 굉장히 적합하다

◀ M.2 NVMe SSD 와 M.2 SATA SSD ▶

다만 해당 장치를 이용하기 위해서는 서두에서 언급된것처럼 위의 이미지를 참고하면 NVMe 와 SATA 연결 홈이 명확하게 다른것을 알 수 있다 서로의 장치는 각각 호환되지 않으며 반드시 메인보드에서의 연결타입을 확인하여야 하며 일반적인 경우라면 서로의 슬롯은 구동방식에서 차이가 있으므로 호환이 불가능하다.

또한 빠른 속도를 위해 출시 된 것도 있지만, 소형화를 위한 목적으로 설계되어 사이즈의 구분을 가지고 있으므로 특히 노트북에서의 장착 시에는 반드시 자신의 노트북에 어떤 사이즈를 지원하는지 체크할 필요도 있으며 노트북과 같은 장치 경우 사이즈의 제약으로 길이가 이미 결정되어있는 경우가 있으므로 반드시 사이즈체크가 필요하다

 

마무리 글

1.2.5형의 SSD가 장착되어있다면 속도를 위해 NVMe의 업그레이드를 할 필요가 없다

2.서버용 PC에서의 CPU와 GPU에서의 높은 사양으로 병목현상이 일어나는 경우 NVMe 업그레이드를 고려해볼 수 있다

3.M.2의 규격은 2가지로 SATA와 NVMe로 구분되며 소형 노트북경우 업그레이드 구분과 사이즈의 체크가 필요하다