데이터 센터를 장악한 플래시 메모리(파트 2)

플래시 메모리는 수십억대의 휴대폰에서 사진, 비디오 및 음악을 저장하는 데 사용되며, 번개처럼 빠르며 매우 슬림한 오늘날의 PC 설계에서 보편적으로 사용되고 있다. 이 플래시 메모리는 현재 데이터 센터용 저장 매체로서 기존 하드 디스크 드라이브(HDD)를 빠르게 대체하고 있다. 소위 ‘퍼포먼스’ HDD는 플래시 메모리로 대체되어 역사의 뒤안길로 곧 사라질 것이며 느리고 값싼 HDD는 소유자가 거의 액세스할 필요가 없는 데이터를 보관하는 용도로 사용될 것이다. 물론 사람(및 기계)이 새로운 디지털 콘텐츠를 놀라운 속도로 생성하면서 이 ‘콜드 데이터’의 양은 계속 증가하겠지만, ‘핫’, ‘웜’ 또는 ‘루크웜’ 데이터라고도 하는 더 재미있고 흥미롭고 실행 가능한 데이터용 저장매체는 확실히 플래시 메모리로 옮겨가고 있다. 플래시 기술은 이미 HDD보다 훨씬 빠르고 전력 소모도 적다. 또한 점점 더 작아지고 있어 고밀도 플래시 칩 수십 개를 SSD에 넣을 수 있으며, SSD는 이미 HDD의 최대 용량보다 2배 이상 많은 데이터를 저장할 수 있다. 플래시 메모리가 데이터 센터 워크로드의 점점 더 많은 부분을 차지함에 따라 데이터 스토리지의 놀라운 변화를 볼 수 있는 것이다. 그리고 삼성전자는 압도적인 플래시 메모리 생산 업체로서 다음을 포함한 여러 핵심 기술 분야에서 선두를 달리고 있다. 1. 초고밀도 SSD 지난 2013년에 삼성전자는 거의 1TB(테라바이트)의 데이터를 저장할 수 있는 엔터프라이즈용 SSD를 생산하기 위해 3D 버티컬 NAND(V-NAND) 기술을 최초로 사용한다고 발표했다. 이 기술에는 최대 24 레이어의 수직 적층 메모리 셀을 포함하는 칩이 사용되었다. 2016년 초에 이 기술을 사용한 최초의 15.36TB SSD를 출하한 후, 2018년 초에는 30.72TB SSD로 용량을 늘렸다. 이 최신 SSD는 현존 최대 용량의 하드 디스크 드라이브(HDD)보다 두 배 이상의 용량을 제공하면서도 더 소형화된 폼팩터(드라이브 케이스)로 약 절반의 공간만을 차지한다. 삼성전자는 차세대 엔터프라이즈 SSD용으로 더 소형화된 폼팩터인 NF1을 최근 개발했다. 이 제품의 자세한 내용은 제품 개요를 읽어보거나 짧은 동영상을 통해 알아볼 수 있다. 1.75인치 높이의 ‘1U’ 서버 랙은 이러한 NF1 SSD를 최대 36개까지 수용할 수 있다. 이는 일반적으로 SSD 24개를 수용하기 위해 3.5인치 높이의 ‘2U’ 서버 랙이 필요했던 이전 서버 구성보다 3배 많은 용량이다. 2. 고성능 PCIe NVMe 스토리지 또한 삼성전자는 SSD와 중앙 연산 장치(CPU) 간의 데이터 전송을 가속화하기 위해, 점점 더 대중화되고 있는 NVMe(Non-Volatile Memory Express) 스토리지 프로토콜과 고속 PCI Express(PCIe) 인터페이스를 결합한 플래시 드라이브 개발에 앞장섰다. NVMe는 기존 디스크 기반 프로토콜(예: AHCI)을 대체하고 철저하게 플래시 스토리지 성능을 극대화하기 위해 구축되었으며, PCIe 인터페이스를 사용하여 컴퓨터에 고대역폭 연결을 가능하게 한다. 예를 들어, NVMe SSD가 초당 8 기가바이트(Gb/s)인 PCIe 레인 4개로 연결된 경우(가장 일반적인 구성), 6Gb/s인 레인 1개만 사용하는 기존 SATA SSD보다 대역폭이 5배가 넘는다고 생각해 보자.(1×6=6Gb/s 대비 4×8=32Gb/s) 따라서 소프트웨어는 플래시 용으로 설계되었으며 하드웨어는 최대 데이터 전송 용량을 목적으로 설계되었다. 즉, 새로운 기술을 적용하여 성능이 크게 향상되었다. 컴퓨터 사용자들의 선호도가 HDD에서 더 슬림하고 세련된 노트북 디자인에 적합하고 고성능의 상시 작동 기능을 제공하는 플래시 드라이브로 계속 변화함에 따라, 플래시에 최적화된 NVMe SSD가 올해 말에는 PC용으로 가장 인기 있는 SSD가 될 것으로 예상된다. 삼성전자는 2016년 말 이래로 NVMe를 포함한 모든 인터페이스에 걸친 엔터프라이즈용 SSD의 선두 공급업체이다. 한편, 클라우드 스토리지 제공 업체들은 대세를 따라 데이터 센터 전체에 NVMe 기반 서버 설계를 점차 적용하고 있다. 올해의 OCP Summit에서 주요 클라우드 업체들 대부분의 신규 서버 디자인에 NVMe SSD가 사용되었다. 이러한 클라우드 스토리지 혁신의 물결을 촉진하기 위해 2016년에 출시된 삼성전자의 PM963 SSD는 세계에서 가장 많이 팔리는 NVMe 데이터센터 SSD 일 것이다.(분석 보고서 및 삼성전자 자체 데이터 기반) 삼성전자의 최첨단 TLC 버티컬 낸드플래시 메모리로 구성된 이 제품은 데이터 센터 환경에 최적화되어 있으며 다양한 데이터 센터 작업 환경에서도 뛰어난 성능을 발휘하도록 설계되었다. PM963은 PCIe 레인 4개를 사용함으로써 순차 및 임의 읽기에서 SATA SSD의 약 4배 성능을 제공하여 SATA에 비해 훨씬 더 나은 성능 대비 전력 효율성을 보여준다. 새로운 NF1 폼팩터에서 최대 15.36TB의 용량을 제공할 차세대 데이터 센터급 NVMe 제품인 PM983은 높은 스토리지 용량과 훨씬 빠른 데이터 전송이라는 두 가지 측면에서 최고의 성능을 제공할 것이다. 이와 더불어 SSD에서 데이터를 가져오는 시간도 줄일 수 있다면 어떨까? 이것이야말로 판도를 완전히 바꾸는 성능이 아닐까? 3. 저지연 SSD 삼성전자는 최근 Z-SSD라는 새로운 ‘저지연’ 메모리 제품의 양산을 발표했다. 이 제품은 독점적인 V-NAND 기술을 사용하며 PCIe 인터페이스를 통해 사용할 수 있는 데이터 대역폭을 극대화한다. 더 중요한 것은 요청을 실행하는 데 필요한 16마이크로 초의 지연 시간이 일반적인 NVMe SSD보다 5배 짧다는 것이다. 삼성전자는 짧은 지연 시간이 가져올 이점을 더 파악하기 위해 파트너들과 협력하고 있다. 일단 지연 시간이 짧다는 것은 저장된 데이터에 더 빨리 액세스할 수 있다는 것을 의미하며, 이는 실시간 데이터 분석 및 기타 고성능 컴퓨팅 작업을 하는 사람들에게 효과적인 이점이 될 수 있다. 초기 연구에 따르면 관계형 데이터베이스의 스토리지 지연 시간을 줄임으로써 Z-SSD 및 유사 기술이 상당한 영향을 미칠 수 있으며, AFA(올 플래시 스토리지 어레이)의 컨트롤러 캐싱과 같은 애플리케이션에도 사용될 수 있다. 언젠가는 Z-SSD가 완전히 새로운 수준의 고성능, 저지연 스토리지로 구현되기를 희망한다. 그렇다면 고밀도 스토리지, 고성능 및 짧은 지연 시간의 공통점은 무엇일까? 짐작했겠지만, 그건 바로 SSD이다. 또한 데이터 센터의 수요가 급증함에 따라, 삼성전자 및 동종 업계 업체의 혁신이 가속화될 것으로 예상된다. 차세대 SSD의 가능성은 무한하다. 이 부분에 대해서는 향후 블로그 글에서 다룰 예정이다. 그럼 기대해 보자!