HDD에서 SSD로의 전환을 이끌다

삼성 플래시 메모리 리더십의 규모와 범위를 심도 깊게 살펴보는 시리즈의 두 번째 에피소드입니다.
에피소드 1에서는 삼성 플래시 메모리의 혁신 과정을 살펴보고, 시장에서 선두자리를 차지한 후, 무려 18년 동안 그 자리를 지키고 있는 낸드플래시 기술의 발전 과정을 살펴봤습니다. 이번에는 삼성이 세계 최초로 SSD(solid-state drive) 상용화를 시작하고, SSD가 전통적인 스토리지 기술 HDD(hard disk drive)를 대체하는 강력한 대안으로 떠오르며 어떻게 PC 스토리지 패러다임이 바뀌어 가는지 살펴보겠습니다.
삼성은 업계를 선도하는 낸드플래시 기술을 이용하여 PC 스토리지 세계의 새로운 장을 열었습니다.

스토리지 매체 패러다임 변화의 시작

스토리지의 진화는 그야말로 경이로울 뿐입니다. 비교적 단순한 종이 기반 기술로 시작해, 자기 테이프 기반 기술로 발전하고, HDD로, 그리고 이제는 SSD로 진화하고 있습니다.

자기 디스크와 기계식 모터를 기반으로 작동하는 HDD와, 낸드플래시를 이용하는 SSD의 차이는 전통적인 LP 플레이어, 즉 전축과 MP3 플레이어의 차이를 생각해 보면 쉽게 이해할 수 있습니다. HDD는 전축이 LP 판을 읽는 것과 비슷한 방식으로 데이터를 인식하는 반면, SSD는 디지털 방식으로 (유추를 계속하기 위해, 음악 또는) 데이터를 처리합니다. 무엇이 이런 큰 차이를 만드는 것일까요? 이 질문에 답하려면 우선 각각의 기술이 어떻게 작동하는지 살펴봐야 합니다.

간단히 설명하면 HDD는 플래터라고 하는 얇은 마그네틱 필름에 자기적 자극을 가하여 데이터를 읽고 씁니다. 플래터를 물리적으로 돌려가면서 파일을 인식하므로, 플래터가 특정 속도에 도달하면 소리가 커지고 전력 소모도 많아집니다. 따라서 컴퓨터 CPU와 RAM이 아무리 빠르게 작동해도 HDD가 이런 속도를 따라가지 못하면 전체적으로 속도가 느려질 수 밖에 없습니다.

SSD는 이런 문제를 효과적으로 해결해 줍니다. SSD는 낸드플래시 메모리를 사용하므로 HDD보다 데이터 처리 속도가 훨씬 빠릅니다. SSD는 HDD와 달리 모터 같은 기계적인 요소가 없어, 작동할 때 더욱 조용하고, 신뢰성이 높으며, 온도도 낮습니다.

HDD에서 SSD로 전환하는 데에는 오랜 시간과 많은 연구가 필요했습니다. 초기 SSD 기술 개발은 1970년대로 거슬러 올라갑니다. 하지만 많은 비용과 큰 사이즈의 문제로 수년간 상용화에 많은 어려움이 있었습니다.

삼성은 초기 단계부터 스토리지 장치 패러다임이 결국 SSD로 전환할 것이라는 확신을 가지고 여러 해 동안 혁신과 개발 노력을 기울여 왔습니다. 삼성의 이런 열정적인 노력은 마침내 2006년 32GB SSD를 장착한 PC를 선보이며 결실을 맺었습니다. 당시 출시된 모델은 Sens Q30PLUS 삼성 노트 PC와 Sens Q1 ultra-mobile PC였습니다. SSD 기반 PC라는 완전히 새로운 시장을 여는 획기적인 순간이었습니다.

이것이 획기적인 사건이 된 이유는 그때까지만 해도 플래시 메모리는 카메라, MP3, USB 기기에 플래시 드라이브로 사용되고 있었기 때문입니다. 당시만 해도 비용 및 다른 여러 문제 때문에 SSD 기술을 PC에 적용할 수 있다고 생각하는 사람은 많지 않았습니다. 하지만 삼성은 이런 통념을 깨고 선도적 낸드플래시 기술을 이용하여 SSD를 개발함으로써 가격 경쟁력도 갖추면서 쉽게 소비자 노트북 PC에 적용할 수 있다는 사실을 증명했습니다. 당시 삼성이 개발한 SSD 용량은 20GB와 30GB HDD에 해당하는 규모였고, 부팅 속도는 다섯 배나 빨랐습니다.

내장 SSD로 시장을 선도하다

SSD를 구성하는 4대 요소: 낸드플래시, DRAM, 컨트롤러와 함께 작동을 원활하게 해주는 펌웨어. 낸드플래시를 많은 책을 보관하는 도서관이라고 가정하면 컨트롤러는 책을 잘 정리하는 사서에 해당합니다. 다르게 표현하자면 낸드플래시는 데이터를 한데 모아 SSD 용량을 채우고, 컨트롤러는 인터페이스와 메모리 간의 데이터 이동을 조정하고 읽기와 쓰기 순서를 설정하여 드라이브의 성능을 개선해 줍니다.

삼성이 SSD 혁신을 주도하겠다는 의지와 노력이 있었기에 주요 구성 요소를 자체적으로 개발할 수 있었습니다. 이런 삼성의 믿음과 헌신이 있었기에 2006년부터 지금까지 글로벌 SSD 시장에서 선두자리를 지켜올 수 있었습니다. 삼성은 오늘날 독보적인 SSD 기술은 물론 세계 최대 규모의 생산 시설과 낸드플래시 시장 점유율을 보유하고 있으며, SSD의 성능과 신뢰성을 좌우하는 중요한 요소인 컨트롤러와 펌웨어 부문에서도 가장 앞서나가고 있습니다.

삼성의 혁신적인 낸드플래시 개발 역사는 세계 최초로 SSD 상용화를 가능하게 만드는 데 핵심적인 역할을 했습니다. 2006년 삼성은 세계 최초로 40나노 32GB 낸드플래시 메모리를 상용화했는데, 이는 당시 유행하던 ‘floating gate’ 아키텍처의 한계를 극복한 CTF(charge trap flash)의 혁신적인 설계가 결정적인 역할을 했습니다.

사실 삼성은 이미 2010년대 초반 초고용량 반도체 기술이 기가바이트 시대에서 테라바이트 시대로 전환될 것으로 예측하고,이 과정에서 낸드플래시 기술이 결정적인 역할을 할 것으로 내다봤습니다.

그리고 예상은 머지 않아 현실이 되었습니다. 삼성은 2010년 소비자용 SSD 사업을 시작하고, 2011년 20나노 고속 낸드플래시와 전용 컨트롤러를 갖춘 SSD 830 시리즈를, 2012년에는 3비트 TLC(triple-level cell) NAND 플래시를 갖춘 SSD 840 시리즈를 출시했습니다. 특히 SSD 840 시리즈는 3비트 MLC NAND 플래시를 성능과 신뢰성이 뛰어난 SSD에 적용하는 것이 힘들다는 통념을 깨는 것이라 더욱 큰 의미가 있었습니다.

2013년 삼성은 최초로 3차원 V-낸드플래시 메모리를 대량 생산하고 상용화하기 시작하면서, 정밀 공정 기술의 한계를 재정의하는 쾌거를 이루었습니다. 삼성은 획기적인 혁신을 발판으로 SSD 용량을 크게 늘렸고, 2014년에는 SSD 850 시리즈를 출시했으며, 3차원 V낸드를 삼성의 소비자용 SSD의 표준으로 만들었습니다.

2013년 삼성은 1TB에 달하는 기업 데이터 센터 SSD의 양산을 시작했고, 2016년에는 15.36TB SSD, 2018년에는 30.72TB SSD를 출시했습니다. 삼성은 처음으로 32GB SSD를 출시한 지 12년만에 기존 모델보다 용량이 1,000배나 큰 30.72TB 스토리지의 기업용 SSD를 선보이면서 초고용량 반도체의 새로운 장을 열었습니다.

오늘날 삼성은 계속되는 혁신을 통해 SSD 시장과 플래시 메모리 기술을 선도해 나가고 있습니다.

삼성의 SSD 역사