플래시 메모리 서밋의 참가자 등록 접수

시기: 8월 21일~23일

장소: 미국 캘리포니아주 산타 클라라 컨벤션 센터

플래시 메모리 서밋은 플래시 메모리와 그 응용에 대한 이벤트입니다. 플래시 메모리를 응용한 제품에는 SSD나 USB 메모리, SD 카드, 임베디드 스토리지 등이 있지만 플래시 메모리 서밋은 SSD 응용에 대한 논의가 활발합니다. 그것도 클라이언트 SSD보다 엔터프라이즈 SSD에 대한 관심이 높습니다. 바꿔 말하면 플래시 메모리의 응용 분야에서 최첨단을 달리는 것이 엔터프라이즈 SSD인 것입니다.

엔터프라이즈 SSD가 주목받는 배경에는 엔터프라이즈를 위한 스토리지 시장이 급속히 성장하고 있어 앞으로도 성장한다고 예측되기 때문입니다. 그것도 서버와 대칭되는 기존의 스토리지가 아니고 네트워크로 연결되는 클라우드 데이터 센터의 스토리지 용도로 큰 성장이 기대되고 있습니다.

엔터프라이즈를 위한 스토리지는 입출력 속도(IOPS)와 지연 시간, 기억용량에 따라 여러 계층으로 나뉩니다. IOPS가 가장 높고 지연시간이 가장 짧은 최고 성능 계층이 티어 0입니다. 엔터프라이즈 SSD가 등장하기 전에는 15,000rpm으로 작동하는 고회전 엔터프라이즈 하드디스크가 티어 0을 담당해 왔습니다.

클라이언트 SSD는 엔터프라이즈 하드디스크보다 고성능

이 티어 0 계층에서 SSD는 압도적인 성능차이로 하드디스크의 시장을 빼앗기 시작했습니다. 고급형 엔터프라이즈 SSD는 물론 저가형인 클라이언트 SSD도 엔터프라이즈 하드디스크를 이길 수 있습니다. 플래시 메모리 서밋의 강연에서는 15,000rpm의SAS HDD와 클라이언트 SSD(MLC타입의 낸드 플래시 메모리를 사용)를 비교해, SSD가 평균 지연 시간이 6.5분의 1로 줄어드는 것과 동시에 IOPS는 21배로 향상한다는 벤치마크 결과가 나왔습니다.

여기서 값비싼 엔터프라이즈 SSD가 아니라 저가형 클라이언트 SSD를 엔터프라이즈 전용으로 도입하는 사례가 일어나고 있어, 경우에 따라서는 큰 문제를 부르고 있습니다.

예를 들면 클라이언트 SSD를 4개 넣어 그대로 엔터프라이즈 HDD를 도입했다고 칩시다. 1개는 C 드라이브로 OS를 설치하고 3개는 레이드 5로 로그 파일을 저장하는 데 씁니다. 소규모 데이터 센터에서 이런 치환을 쓰면 입출력 성능은 큰폭으로 높아지지만 스토리지가 차지하는 크기는 변하지 않습니다.

1500rpm의 SAS HDD와 클라이언트 SSD(MLC 타입 낸드 플래시 메모리를 사용)의 벤치마크 결과. SSD 제조사인 스마트 스토리지 시스템의 강연 슬라이드.

소규모 데이터 센터 서버 구축의 예. 스마트 스토리지 시스템의 강연 슬라이드.

클라이언트 SSD에 대한 오해

그런데 1년이 지나 이 SSD의 도입은 끝나게 됩니다. SSD의 다시 쓰기 수명이 다하기 때문입니다. 엄밀하게 말하면 SSD에 내장한 MLC 타입의낸드 플래시 메모리가 수명에 도달하게 됩니다. 낸드 플래시 메모리 사용자에게는 상식이지만 SSD를 쓰는 사용자에게는 상식이 아닙니다. 하드디스크에는 다시 쓰기 수명이란 것이 존재하지 않기 때문입니다.

SSD에는 어떤 종류의 낸드 플래시가 가장 적합할 것인지, 시장 조사 회사인 IT 브랜드 펄스가 SSD의 구입층을 상대로 조사한 것

미국의 시장 조사 회사가 SSD의 구입층을 조사한 결과에 의하면, SSD에 어떤 종류의 낸드 플래시가 가장 적합할 것이냐는 질문에 대해 '모른다'를 고른 사람의 비율은 39.5%로 제일 많은 수를 차지했습니다. 고성능과 긴 수명으로 SLC가 최적이라는 답은 34.8%, 값이 싸서 MLC가 최적이라는 건 24.9%가 나왔습니다.

이 조사 결과에서 SSD 구입층의 약 40%는 SLC와 MLC를 구별하지 않는다는 것을 알 수 있습니다. 시장 가격이 싼 것은 물론 MLC SSD일 테고, 이 그룹의 대부분은 MLC 타입 SSD를 구입할 것입니다.

MLC 타입의 낸드 플래시 메모리를 탑재한 클라이언트 SSD를 데이터 센터에 도입하면 어떻게 될까요? 데이터 센터 서버는 여러가지 종류의 애플리케이션을 처리합니다.문제가 되는 건 애플리케이션마다 읽기(출력)과 쓰기(입력)의 비율이 다르다는 것인데, 데이터 센터 서버는 24시간365일 동안 멈추지 않고 작동합니다. 클라이언트 SSD는 기본적으로 논스톱 작동을 상정하지 않았습니다. 이 때문에 사용하는 애플리케이션에 따라서는 상당히 짧은 기간에 SSD의 수명이 다하게 됩니다.

240GB 클라이언트 SSD를 데이터 센터의 애플리케이션에 썼을 때의 수명. 스마트 스토리지 시스템의 강연 슬라이드.

플래시 메모리 서밋에서 SSD 제조사가 공개한 것은 아래 추정입니다. 아까 말한 4개 구성의 240GB 클라이언트 SSD에서 애플리케이션마다 다른 수명을 시험 연산한 결과입니다. 웹 서버는 읽기가 95%, 쓰기가 5%로 읽기가 주요 작업입니다. SSD의 수명은1.6년. 쓰기 비율이 5% 정도인 경우에도 드라이브의 수명은 1.6년에 불과하며 이것은 애플리케이션으로서는 수명이 상당히 긴 축에 속합니다. 다음은 익스체인지 서버의 경우입니다. 읽기 비율이 67%, 쓰기 비율이 33%며 수명은 0.3년 밖에 안 됩니다. 4개월 밖에 가지 않는 것입니다. 최악의 경우는 SQL 로깅인데 100% 쓰기 동작입니다. 겨우 0.08년, 1개월 마다 드라이브를 바꿔야 합니다.

Maen time between failure(MTBF) 백만 시간의 거짓말

이런 사례는 그저 예일 뿐이며, 케이스 바이 케이스로 길어지거나 짧아질 수 있습니다. 그보다 문제인 건 '클라이언트 SSD 대부분이 수명을 표기하지 않는다'는 것입니다. 클라이언트 SSD의 다시 쓰기 수명은 유저에게 보이지 않는 것이며, 사용법에 따라서 상당히 짧은 시간만에 제품의 수명이 다하는 것을 의미합니다.

그러면 클라이언트 SSD의 제품 스펙에서 자주 볼 수 있는 maen time between failure(MTBF) 백만 시간은 어떻게 해석해야 할까요? 백만 시간이라면 백년 이상입니다. 평균적으로는 백년 동안 고장나지 않는다는 것입니다.

말 그대로 백년 동안 고장나지 않는다는 건 백년에 한 번 고장난다는 것입니다. 하지만 MTBF는 '우발적인 고장 기간'을 나타내는 것입니다. SSD는 정상적으로 가동하는 기간 만큼만 표기하는 지표가 필요합니다. SSD의 다시 쓰기 수명이 다하기 시작하는 순간에 MTBF는 이미 쓸 수 없는 것입니다.

엔터프라이즈 SSD에서 규정하는 다시 쓰기 수명

클라이언트 SSD(컨슈머)와 엔터프라이즈 SSD의 차이. STEC의 강연 슬라이드

클라이언트 SSD와 엔터프라이즈 SSD는 상정한 용도가 근본적으로 다릅니다. 클라이언트 SSD는 하루 중 몇 시간만 작동하며 쓰는 데이터의 양도 드라이브 전체에 비교하면 몇 안 됩니다. 스마트폰이나 미디어 태블릿, 컨슈머용 노트북이 클라이언트 SSD의 적용 영역입니다.

이에 비해 엔터프라이즈 SSD는 24시간 365일 동안 멈추지 않고 작동합니다. 애플리케이션에 따라서는 하루 사이에 드라이브 통째를 몇 번이나 다시 쓰는 방대한 데이터를 기록하기도 합니다. OLTP(온라인 트랜잭션 처리), 익스체인지 서버, 웹 서버, 로깅, 데이터 웨어하우스 등의 애플리케이션에서는 스토리지의 수명이 금방 줄어듭니다.

그리고 무엇보다 엔터프라이즈 SSD의 제품 스펙에는 다시 쓰기 수명이 표기되어 있습니다. PBW(Peta Byte Write)라는 지표로 어느 정도의 데이터를 누적해서 쓸 수 있는지를 나타냅니다. 예를 들어 1PBW라면 1PB(1,000TB)의 데이터를 누적 기록할 수 있습니다. 도시바가 2012년 8월에 발표한 엔터프라이즈 SSD 신제품인 PX02AMF020가 정확히 1PBW며, 전체 다시 쓰기 데이터 용량이라 표기했습니다. PX02AMF020의 기억 용량은 200GB(0.2TB)니까 드라이브 전체를 5,000번 정도 다시 쓸 수 있게 됩니다.

엔터프라이즈 SSD용 낸드 플래시

낸드 플래시 메모리 종류에 의한 다시 쓰기 수와 가격 차이. 스마트 스토리지 시스템의 강연 슬라이드

SSD의다시 쓰기 수명이 제조 원가를 크게 좌우하는 것은 낸드 플래시 메모리입니다. SSD에 탑재한 낸드 플래시 메모리에는 크게 SLC, MLC, eMLC의 3가지 종류가 있습니다.

SLC 낸드 플래시는1개의 메모리 셀에 1bit를 기억하는종류로 다시 쓰기 수명이 깁니다. 실리콘 다이의 다시 쓰기 횟수는 10만 번에 이릅니다. 다만 기억 용량 당 가격은 3개의 종류 중에서 제일 높으며, MLC 타입의 3배입니다.

MLC 낸드 플래시는1개의 메모리 셀에 2bit(혹은 그 이상)를 기억하는 종류로, 물리적으로 SLC형과 같은 실리콘 다이에 2배의 기억 용량을 실현했습니다. 실제 가격차는 더 커서 SLC 타입의 3분의1 정도가 됩니다. 다만 다시 쓰기 수명은 SLC 타입보다 큰 폭으로 짧아, 다시 쓰기 수가 3천 번 밖에 안 됩니다.

MLC 타입을 엔터프라이즈 SSD에 쓰는 건 어렵기 때문에 나온 것이 eMLC 타입입니다. MLC 타입의 다시 쓰기 수를 3만번으로 늘린 낸드 플래시 메모리로 기억 용량 당 가격은 MLC타입의 1.3배니 그리 높지 않습니다. 가격과 수명의 균형이 좋아 엔터프라이즈 SSD에는 꽤 보급되어 있습니다.

컨트롤러 기술로 다시 쓰기 수명을 늘린다

낸드 플래시 메모리의 종류와 애플리케이션. 노란색이 MLC, 파란색이 eMLC, 빨간색이 SLC. 스마트 스토리지 시스템의 강연 슬라이드

엔터프라이즈 SSD에 들어가는 낸드 플래시의 종류를 애플리케이션으로 구분하면, 쓰기 위주 애플리케이션이 SLC, 읽고 쓰기가 혼합된 애플리케이션이 eMLC, 읽기 위주 애플리케이션이 MLC가 됩니다.

가격을 생각하면 SLC형 SSD와 eMLC형 SSD에는 아직 상당한 차이가 있습니다. 그래서 SSD 제조사는 MLC나 eMLC를 기반으로 낸드 플래시 기술과 콘트롤러 기술을 조합해 개발해서, 지금까지 SLC가 차지하던 영역을 값싼 ML SSD로 바꾸려 하고 있습니다.

예를 들어 SSD 제조사인 스마트 스토리지 시스템은 EE:Endurance Enhanced라 부르는 기술로 다시 쓰기 횟수가 4만번이 넘는 낸드 플래시 메모리를 개발하고 있습니다. SSD 제조사인 STEC도 같은 기술을 개발중입니다. MLC에 긴 수명을 보장하는 기술을 도입해 eMLC SSD의 3배를 넘는 다시 쓰기 용량을 실현합니다.

엔터프라이즈 SSD를 처음 나왔을 때부터 MLC의 적용은 어렵다는 인식이었습니다. SLC 낸드 플래시 메모리만이 엔터프라이즈로 쓸 수 있다는 의견이 많았습니다. 그것이 컨트롤러 기술 개발과 eMLC 타입 개발로 지금은 엔터프라이즈 SSD에 MLC와 eMLC를 모두 쓸 수 있게 됐습니다. 이것은 가격 절감 요구에 계속 부응한 결과이기도 합니다. 앞으로 SSD는 컨트롤러 기술이 더욱 중요하게 됩니다.

MLC로 SLC에 가까운 다시 쓰기 수명을 실행하는 MLC Endurance Enhanced. 스마트 스토리지 시스템의 강연 슬라이드

MLC SSD와 SLC SSD의 격차를 좁히는 긴 수명을 가진 SSD. STEC의 강연 슬라이드

낸드 플래시 종류에 따른 SSD의 전체 다시 쓰기 수명 차이. 오른쪽은 시크릿 소스 수명 연장 기술을 도입한 MLC 타입 SSD. STEC의 강연 슬라이드.