SSD 탑재한 플래시 스토리지, 데이터센터 성능 가속
[컴퓨터월드] 최근 스토리지 시장의 화두는 ‘플래시 스토리지’다. 전 산업에서 IT에 대한 의존도가 심화되고 있는 지금, 기업은 한층 복잡해진 시스템에서 더 정확하고 빠른 응답을 실현할 수 있는 보다 효율적인 IT 자원을 원하게 됐다. 이러한 시장 요구에 부응하기 위해 스토리지 기업들은 기술 상향이 이미 한계치에 다다른 HDD가 아닌 새로운 저장장치를 물색해야 했다. 엔터프라이즈 스토리지 기업이 ‘플래시’에 주목하게 된 배경이다.
플래시 메모리 기반 SSD를 저장장치로 채택한 플래시 스토리지는 기존 HDD 기반 스토리지에 비해 월등한 데이터 처리 속도를 제공한다. 기존 HDD 스토리지에 플래시 기술을 결합, 기존 스토리지보다 향상된 성능을 실현하는 ‘하이브리드 스토리지’는 이제 스토리지 시장의 ‘대세 상품’이 됐다. 나아가 2013년에는 HDD를 완전히 배제, SSD만을 저장장치로 활용하는 ‘올플래시 스토리지’ 제품도 속속 출시됐다. 플래시 기술이 차세대 스토리지의 핵심 요소로 확고히 자리매김한 것.
그리고 2014년, 스토리지 업계 관계자들은 올해부터 플래시 스토리지 시장이 본격적으로 개화되리라 예측하고 있다. 그간 HDD를 중심으로 움직였던 스토리지 기업들은 이제 그 중심축을 SSD와 나눴다. 이어 점차 SSD 쪽으로 중심축이 이전되리라 예측, 이를 주시하며 미래를 준비하고 있다. 이러한 격동의 시점에서, 플래시 스토리지의 오늘을 들여다본다.
SSD, ‘피부로 느껴지는’ 성능 개선
2011년 인텔이 제시한 초경랑 노트북, 울트라북을 처음 접한 사용자들은 으레 빠른 부팅 속도에 놀랐다. 그들은 오래도록 데스크톱/일반 노트북을 사용해오면서, 기기의 전원을 누른 후 본격적인 업무 진행에 앞서 커피 한 잔을 준비할만한 ‘대기 시간’에 익숙해져 있다. 이들에게 울트라북 부팅에 걸리는 6초대의 시간을 처음 경험한다는 것은 분명 경이로운 일일 것이다.
이처럼 기존 노트북과 대비했을 때 울트라북의 성능이 극대화됐다는 것은 누구라도 분명하게 체감할 수 있다. 대체 뭐가 달라졌기에 이렇게 명백한 성능 개선이 이루어졌을까? 컴퓨터의 두뇌에 해당한다는 CPU인가? 아니면 프로그램 실행을 수행하는 RAM? 글쎄, 부족하다. CPU, RAM이 컴퓨팅 기기의 성능에 직접 관여하는 것은 맞다. 그러나 CPU만, 혹은 RAM만 최신 제품으로 교체한다 한들 피부에 와 닿는 성능 개선이 이뤄지지는 않는다.
성능을 극대화한 주인공은 저장장치다. HDD(Hard Disk Drive)를 저장장치로 활용하는 데스크톱, 일반 노트북과 달리 대부분의 울트라북은 SSD(Solid State Drive)를 저장장치로 활용한다. SSD는 HDD보다 데이터를 훨씬 빨리 읽어 들인다.
원리는 이렇다. 자기디스크라는 금속 원판에 데이터를 기록하는 HDD와 달리 SSD는 플래시 메모리라는 반도체를 이용한다. 자기디스크를 회전, 순차적으로 데이터를 읽어내는 방식이라 데이터 읽기에 일정량의 탐색시간을 소모해야 하는 HDD와 달리 SSD는 비순차적으로 데이터에 접근, 탐색시간 없는 고속 데이터 읽기를 실현한다.
플래시 메모리는 상대적으로 저장 용량이 큰 데이터저장형(NAND) 메모리와 처리 속도가 빠른 코드저장형(NOR) 메모리로 나뉜다. SSD가 대용량 저장장치의 터줏대감으로 위치를 공고히 하고 있는 HDD과 어깨를 나란히 할 만큼 성장할 수 있었던 것은 낸드플래시 메모리의 발전 덕분이다.
낸드플래시 메모리는 고집적이 가능한 반도체다. 이는 반도체 기술 발전에 따라 하나의 칩에 더 많은 데이터를 저장할 수 있는 낸드플래시 메모리를 개발할 수 있다는 의미다. 2008년 시장에 출시된 낸드플래시 메모리 기반 SSD는 최대 256GB의 데이터를 저장할 수 있게 됐다. 저장장치 SSD가 비로소 ‘대용량’이란 수식어를 달 수 있을 수준으로 성장한 셈이다.
가격 낮아진 SSD, 활용 영역 확장
플래시 메모리를 저장장치로 사용하는 SSD 기술은 2010년 이후 대중들에게 알려지기 시작했지만, 사실은 신기술이 아닌 오래된 기술이다. 최초의 SSD는 1980년대 개발됐다.
SSD는 HDD로는 실현할 수 없는 데이터 처리 속도를 제공한다. 또한 소형화가 용이해 HDD보다 더 적은 공간과 전력을 소모한다는 강점을 갖는다.
반면 SSD는 HDD에 비해 가격이 매우 비쌌다. SSD는 HDD와 견주었을 때 성능 대비 가격경쟁력을 갖추지 못했다. SDD는 한동안 군사, 항공우주, 선박과 같은 특수한 분야에서만 한정적으로 사용됐다.
그러다 SSD는 2010년 들어 그 경쟁력을 다시금 재조명받게 된다. SSD를 구성하는 플래시 메모리가 ‘무어의 법칙’을 충실히 이행하며 점차 용량은 커지고 가격은 낮아지는 방향으로 발전했기 때문이다. 이러한 플래시 메모리의 발전, 특히 가격 인하는 SSD의 활용 영역을 확장했다.
HDD의 한계, 차세대 저장장치의 필요성 불러
SSD는 최근 엔터프라이즈 스토리지 시장에서 그 영향력을 확대해 나가고 있다.
SSD가 엔터프라이즈 스토리지 시장의 차세대 키워드로 주목받게 된 배경은 두 가지다. 하나는 기업 IT 환경이 기존보다 더 빠르고 효율적으로 데이터를 처리할 수 있는 스토리지를 필요로 한다는 점, 다른 하나는 그간 스토리지의 주 저장장치로 활용돼 왔던 HDD의 기술적 한계점이 논의되고 있다는 점이다.
전 산업 영역에서 IT에 대한 의존도가 심화되고 있는 지금, 기업 IT 부서는 더 방대한 데이터를 더 신속하게 처리해야 하는 요구에 직면해 있다. 반면 기업 IT 환경의 복잡성은 통합 정보시스템 구축, 고도화로 인해 점점 더 커지고 있다. 이러한 상황에 대응하기 위해 애플리케이션의 복잡한 요구에 보다 신속하고 정확하게 대응할 수 있는 새로운 스토리지의 필요성이 대두된 것.
새로운 스토리지의 저장장치로 HDD의 한계점이 거론됐다는 점도 중요하다. HDD 기술은 데이터 처리 속도 향상 등에서 발전이 정체돼 있어 향후 CPU 등 연산장치의 발전 수준에 보조를 맞추지 못할 것으로 예측되고 있다. 2010년 들어 CPU의 연간 성능 향상비는 약 50%인데 반해 HDD는 약 10%로 기록되고 있다. 특히, HDD의 성능 중 응답속도에 관여하는 회전수는 10년간 15,000RPM을 넘어서지 못했다. 이는 CPU/메모리로 구성, 서버 요청에 직접 응답하는 스토리지 컨트롤러의 성능 향상 수준에 HDD가 제대로 대응하지 못한다는 의미다. 따라서 스토리지 업계는 미래 연산장치에 필적하는 속도를 제공할 수 있는 차세대 저장장치를 필요로 하게 됐다.
이러한 상황에서 스토리지 시장은 새로운 스토리지를 구성할 차세대 저장장치로 SSD를 지목했다. 실제로 스토리지 업계는 10년 전부터 SSD의 가능성에 주목해왔다. 여기서 그간 꾸준히 진행돼 온 플래시 메모리의 가격 하락은 SSD가 엔터프라이즈 스토리지 시장의 아이콘으로 부상하는 데 힘을 실었다.
플래시, 어떻게 품나? 하이브리드 또는 올플래시
이러한 추세에 따라 SSD를 활용한 스토리지, 플래시 스토리지가 시장에 속속 등장하기 시작했다.
‘플래시 스토리지’는 이제 막 IT 업계에서 조명받기 시작한 터라 아직까지 정확하게 의미가 합의되지 않았다. 업계 및 매체에 따라 HDD 없이 SSD만을 저장장치로 활용하는 ‘올플래시(all-flash) 스토리지’로 의미를 한정해 사용하기도 하고, 기존 HDD 스토리지 아키텍처에 플래시 기술을 부분 적용한 ‘하이브리드(hybrid) 스토리지’까지 포괄한 의미로 사용하기도 한다.
본지에서는 하이브리드/올플래시 스토리지 전체를 아울러 플래시 스토리지로 간주한다.
하이브리드 스토리지는 기존 HDD 기반 스토리지에 플래시 메모리/SSD를 채택, 전통적인 스토리지 기술과 플래시 기술이 혼재된 스토리지를 의미한다.
올플래시 스토리지는 저장장치로 SSD만 활용하는 스토리지를 의미한다.
이 개념만 두고 보면 하이브리드 스토리지와 올플래시 스토리지의 차이점은 단순히 SSD 채택 비중으로 보인다. 하지만 실제로는 그렇게 단순하지 않다. 올플래시 스토리지에 대한 개념은 현재 스토리지 업계 내에서 업체 간 차이를 보이고 있다.
SSD만 장착하면 올플래시 스토리지?
EMC는 “일각에서는 기존 HDD 시스템에 SSD를 장착하면 되지 않냐고 주장하지만, 기존 HDD 시스템은 SSD가 낼 수 있는 모든 성능을 끌어올리는 데는 부족할 수 있다”고 밝힌 바 있다.
넷앱 역시 “기존 HDD 스토리지의 컨트롤러는 HDD를 기준으로 설계돼 있다. 기존 컨트롤러는 SSD를 HDD 성능 수준으로밖에 활용하지 못한다”고 밝혔다.
기존 HDD 스토리지에 HDD 대신 SSD를 장착할 경우, HDD가 처리할 수 있는 이상의 IO가 발생할 시 컨트롤러 CPU 단에서 한계가 발생해 병목 현상이 일어날 수 있다는 것이 이들의 설명이다. 컨트롤러에 병목 현상이 걸리면 SSD가 아무리 많이 장착돼도 SSD의 성능을 제대로 발휘할 수 없다는 것.
EMC는 SSD의 성능을 최대한 발휘하기 위해, 올플래시 스토리지는 ▲HW 측면에서 CPU/메모리 등 컨트롤러 성능이 충분해야 하며 ▲SW 측면에서는 충분한 컨트롤러 성능을 기반으로 SSD에 최적화된 새로운 방식의 데이터 보호, 운영 기술을 제공해야 한다고 강조했다. 새로운 HW 아키텍처 기반 위에, SSD의 특성을 살려 기존과 차별화된 데이터 효율성을 실현할 SW/OS를 두어 플래시의 ‘혜택’을 충분히 활용할 수 있어야지만 올플래시 스토리지로 새로운 가치를 창조할 수 있다는 것.
EMC, 넷앱의 경우 SSD의 성능을 최대한 뒷받침해줄 수 있는 새로운 아키텍처를 채택한 스토리지가 올플래시 스토리지라 규정하고 있으며, HDD와 SSD를 혼재해 활용하는 하이브리드 스토리지 제품과는 다른, 새로운 아키텍처를 채택한 올플래시 스토리지 제품군을 별도로 두고 있다.
이러한 움직임은 최근 스토리지 시장에서 플래시 기술에만 주력하는 신흥 세력이 등장하고 있다는 점에서 더욱 두드러진다. 2013년 한국 지사를 설립한 플래시 전문 스토리지 기업인 퓨어스토리지, 바이올린메모리는 오로지 올플래시 스토리지만을 공급한다. 이들은 올플래시 스토리지에 대한 자사만의 특화된 기술을 바탕으로 전통적인 스토리지 전문기업 및 대형 IT 기업이라는 스토리지 시장의 ‘거인’들 사이에서 자신들의 이름을 알리는 데 성공했다.
100% SSD, 기존 스토리지 아키텍처와 통합 불가?
반면 기존 HDD 기반 스토리지 시스템의 포트폴리오에 플래시 영역을 추가, 통합 포트폴리오를 구축함으로써 플래시 스토리지라는 새로운 시장 흐름에 대응하려는 업체들도 있다. 이들은 별도의 올플래시 제품군을 갖는 게 아니라, 하이브리드에서 올플래시까지 아우르는 통합 스토리지 시스템을 구축하려 하고 있다.
히타치데이터시스템즈(HDS)는 기존 HDD 기준 스토리지 아키텍처를 건드리지 않고 플래시 기술을 통합하려는 움직임을 보였다. HDS가 택한 방법은 플래시 전용 컨트롤러의 설계였다. HDS는 그간 포트폴리오와 통합되면서 낸드플래시 기반 메모리 모듈을 최적으로 수용, 엔터프라이즈급으로 운용 가능한 자체 컨트롤러를 개발했다.
델은 가상화 기반 스토리지 아키텍처로 하이브리드/올플래시를 아우른다. 델의 스토리지 아키텍처는 SSD, HDD를 혼합해 사용할 수도 있고, SSD만 채택할 사용할 수도 있다. 이는 델의 스토리지 아키텍처에 모든 저장장치를 논리적 가상화 볼륨으로 통합, 하나의 디스크 풀로 관리하는 가상화 기술이 적용돼 있기 때문이다. 이로써 물리적 드라이브의 한계를 제거한다는 것이 델의 설명.
성능, 가격경쟁력…MLC냐 SLC냐
장기간 지속되는 경기 침체에 따라 기업 IT 부서는 비용 절감을 계속 요구받고 있다. 이에 따라 엔터프라이즈 솔루션 제공업체는 비용 대비 높은 성능을 실현할 수 있는 가격경쟁력을 갖춘 제품으로 시장 영향력을 확대하고자 하는 움직임을 벌이고 있다. 이러한 흐름은 플래시라는 키워드로 변화의 흐름을 맞이하고 있는 스토리지 업계에서도 예외가 아니다.
이에 스토리지 업체들은 폭발적인 성능 개선 뿐 아니라 성능 대비 가격경쟁력을 갖춘 플래시 스토리지 개발에 주력할 필요가 있었다.
플래시 스토리지의 가격경쟁력을 논하기에 앞서 SSD의 종류를 이해할 필요가 있다.
SSD는 낸드플래시 메모리와 이를 제어하는 컨트롤러 사이의 연결 방식에 따라 MLC, SLC 등으로 나뉜다.
MLC(Multi Level Cell, 다중레벨셀)는 셀당 두 개의 비트를 저장시키는 방식. SLC(Single Level Cell, 싱글레벨셀)는 셀당 한 개의 비트를 저장시키는 방식이다. 중요한 차이점은 속도와 수명, 그리고 가격이다.
SLC는 속도와 수명 모두 MLC보다 월등하다. 평균적으로 SLC SSD는 MLC SSD보다 읽기 속도가 약 30%, 쓰기 속도가 약 75% 빠른 것으로 알려져 있다.
수명 역시 SLC가 우월하다. 반영구적 수명을 자랑하는 HDD와 달리, SSD는 반도체 기반이라는 특성상 쓰기를 할 때마다 셀에 미세한 손상이 발생한다. 이러한 ‘쓰기 제한’으로 SSD의 수명을 가늠하는데, MLC의 쓰기 제한은 10^3, 10^4번인데 반해 SLC의 경우 10^5번이다.
반면, SLC는 현재 MLC보다 2배 이상 비싸다. MLC가 본래 소비자급 SSD로 개발됐으며, SLC는 소비자급으로 판매되지 않는다는 점을 보면 이해가 쉽다.
즉, MLC는 그 자체만으로는 엔터프라이즈급 스토리지 저장장치로 활용되기에 성능, 수명 면에서 SLC보다 부적합한 셈이다.
그러나 MLC는 SLC보다 월등한 가격경쟁력을 갖고 있다. MLC SSD가 HDD보다 높은 처리 속도를 실현할 수 있다는 것 역시 자명하다.
이에 가격경쟁력을 자사 플래시 스토리지의 프로모션 키워드로 활용하기를 원하는 스토리지 업체들은 MLC에 주목, MLC SSD를 활용해서 엔터프라이즈 스토리지에 필요한 수준의 수명을 보장할 수 있는 방법을 강구하게 됐다.
퓨어스토리지는 MLC의 고가용성을 엔터프라이즈급 SW로 확보하는 방침을 펼쳤다. HDS의 경우 MLC 모듈에 자체 개발한 플래시 전용 컨트롤러를 탑재, 웨어 레벨링(Wear Leveling)이라는 기술을 구현함으로써 SSD의 내구성을 강화했다.
은행·증권·제조 분야 및 가상화 환경 중심으로 확산
플래시 스토리지는 빠른 데이터 처리를 필요로 하는 기업 애플리케이션에 우선 적용될 것으로 보인다. 구체적으로 은행사의 계정계 시스템, 증권사의 증권거래 시스템, 제조업의 전사적자원관리(ERP)나 생산관리시스템(MES) 등 분야에서 기존 HDD 스토리지를 뛰어넘은 고성능을 요구함에 따라 이처럼 데이터 집약형인 애플리케이션에 플래시 스토리지가 발 빠르게 적용될 것으로 예측된다.
특히 가상화는 스토리지 시장에 SSD의 도입을 촉진시킬 화두다. 가상화 환경에서 물리적으로 통합된 HW에는 데이터 트래픽, 속도 면에 서 기존보다 훨씬 빠른 고성능을 요구되기 때문이다. 예를 들어, VDI 환경에서 통합 데스크톱은 기존에 개인 데스크톱이 처리했던 IO를 모두 모아 처리하기 때문에 이를 감당할 고성능 스토리지를 필요로 한다.