SSD를 활용한 클라우드 컴퓨팅 환경의 구현
차세대 컴퓨팅을 논의함에 있어 클라우드 컴퓨팅은 반드시 포함되어야 하는 필수 기술이 되고 있다. 최근 전세계적으로 비용, 서비스, 업무 효율화를 위한 클라우드 컴퓨팅 및 서비스가 급속히 확산되고 있으며 주요 국가들의 IT 정책 기조 역시 간소화, 범용화, 개방화를 지향하고 있다. 이와 맞물려 IT 부문의 개혁과 혁신이 요구되면서 클라우드가 주요 정책의 하나로 본격 추진되고 있다.
글 이성호 이사(인텔코리아 ESS 기술담당)
현재 기업 내부용인 프라이빗 클라우드 뿐만 아니라 외부 고객을 대상으로 하는 퍼블릭 클라우드 서비스가 급속히 증가하고 있다. 이에 따라 서버, 스토리지, 네트워크를 비롯한 다양하고 많은 하드웨어가 인프라 구축을 위해 사용되고 있고, 클라우드의 특성상 데이터가 급속하게 증가하므로 저장장치의 중요성이 특히 커지고 있다. 저장용량도 물론 중요하지만 데이터 입출력의 고속화가 꼭 필요한 분야가 클라우드이기 때문에 이러한 요구를 만족시켜줄 수 있는 기술이 필수적이라 할 수 있다. 이러한 관점에서 클라우드 컴퓨팅에 힘을 실어주는 것이 SSD(Solid State Drive)이다.
주요 IT 디바이스에 HDD가 아닌 SSD를 저장장치로 사용해 성능과 기능을 크게 향상시킨 제품들이 잇달아 출시되고 있는 가운데, 클라우드 컴퓨팅을 SSD를 활용해 구현하려고 하는 노력들이 곳곳에서 시도되고 있다.
그렇다면 클라우드 컴퓨팅에 SSD가 부각되고 있는 이유는 무엇일까. 무엇보다 SSD는 기존 HDD에 비해 스토리지의 효율성을 대폭 향상시킬 수 있다는 점이 가장 큰 장점으로 꼽힌다. 갈수록 늘어가는 데이터 양과 이를 처리해야 하는 업무 로드, 그리고 이에 소요되는 비용 등에서 발생되는 문제점은 IT 관리자들의 가장 큰 고민거리 중의 하나인데, 이러한 고민의 상당부분을 SSD가 해결해 줄 수 있다는 것이다. 즉, SSD를 사용하면 전력 사용량을 줄이면서도 처리속도는 높일 수 있고 이를 통한 생산성 향상은 물론 총소유비용(TCO) 절감 효과를 얻을 수 있어 기업의 경쟁력 향상에도 크게 이바지할 수 있을 것으로 기대된다.
SSD 기술 트렌드
현재 컴퓨팅을 위한 클라이언트 PC와 서버 플랫폼의 핵심 요소인 프로세서와 메모리의 성능은 눈부시게 발전하고 있다. 반면, 하드디스크 드라이브의 경우는 상대적으로 발전이 더딘 것이 현실이다.
기업 측면에서도 인터넷의 폭발적인 성장과 더불어 급증하는 데이터를 저장하고 분석 및 활용을 위해 저장장치의 중요성이 갈수록 커지고 있으며, 저장용량 측면뿐만 아니라 성능, 전력사용량 등에 있어서도 적절한 저장장치의 선택이 중요한 요소라 할 수 있다. 이러한 관점에서 SSD(Static Storage Device)가 각광을 받고 있다.
SSD는 하드디스크에 비해 월등히 빠른 입출력 속도로 인해 기존의 하드디스크가 차지하던 영역을 급속히 대체할 것으로 예측된다. 다만, 상대적으로 높은 가격이 걸림돌로 작용하고 있으나 급속한 기술 발달과 수요 증가에 따라 이러한 부분도 조만간 해소될 것으로 보여 본격적인 SSD 시대가 다가올 것으로 보인다. 또한 PC나 울트라북, 태블릿 등의 개인용 디바이스뿐만 아니라 기업 업무용 대용량 스토리지 장치 분야에 있어서도 채택 및 활용도가 계속 커질 것으로 전망된다. 현재 SSD 시장은 인텔, 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론, 도시바 등이 주도하고 있다.
SSD란 무엇인가?
현재도 가장 보편적으로 사용되고 있는 하드디스크 드라이브는 플래터(Platter)라 불리는 자기디스크를 물리적으로 회전시키며 데이터의 입출력을 처리하는 방식을 채택하고 있다. 반면, SSD는 DRAM 혹은 NAND 플래시 같은 반도체 메모리를 내장하고 있어서 하드디스크보다 월등히 빠른 속도로 데이터의 입출력을 처리한다. 또한 기계적 구동 방식인 하드디스크에 비해 작동소음이 거의 없으며 전력소모도 훨씬 더 적다. 따라서 노트북, 울트라북, 태블릿PC 등과 같은 휴대용 기기에 사용할 경우 배터리를 보다 더 오래 사용할 수 있다. 또한 이동 시 충격에 대해서도 하드디스크에 비해 상대적으로 강한 특성을 갖고 있다.
SSD의 내부를 살펴보면 PC와 연결되는 인터페이스(연결 포트 등)와 데이터 저장용 메모리, 그리고 인터페이스와 메모리 사이의 데이터 교환 작업을 제어하는 컨트롤러(Controller) 및 외부 장치와 SSD간의 처리 속도 차이를 줄여주는 버퍼(Buffer)메모리로 구성되어 있음을 볼 수 있다.
SSD에는 일반 램(RAM)을 사용한 것과 플래시메모리(Flash Memory)를 사용한 모델이 있다. RAM기반 SSD는 매우 뛰어난 입출력 속도를 보여주는 반면 전원이 꺼지면 저장된 데이터가 모두 없어지기 때문에 전원이 끊어진 상황에서도 SSD에 계속적으로 전원을 공급하기 위해 전용배터리를 반드시 갖추어야 한다. 따라서 일반적으로 SSD라고 할 때에는 플래시 메모리를 사용한 모델을 의미한다고 할 수 있다.
플래시 메모리는 전원이 꺼지더라도 기록된 정보가 사라지지 않고 남아있기 때문에 기존의 하드디스크와 동일한 개념으로 사용이 가능하다. 현재 보편적으로 많이 사용되고 있는 USB 드라이브를 생각하면 이해가 쉬울 것이다. 속도 측면에서는 램기반 SSD에 비해 느리지만 하드디스크에 비해서는 월등히 빠르다. SSD를 사용한 PC나 서버의 경우 하드디스크 대비 최소 2배 이상의 OS 부팅 속도나 애플리케이션 실행 속도를 보여주고 있다.
SSD는 크기에 따라 3.5인치, 2.5인치, 그리고 1.8인치 제품 형태로 제공되고 있으며 2.5인치 제품이 가장 인기가 높다. 또한, 메인보드와의 접속방식에 따라 IDC, SATA 등으로 나누어지며 IDE 방식은 거의 사용되지 않는다. 서버에 사용되는 하이엔드 제품에는 PCI-E 방식을 사용하는 경우도 있다.
SLC(Single Level Cell)와 MLC(Multi Level Cell)
플래시메모리 기반 SSD의 경우 내장된 NAND 플래시메모리 칩에는 수 백만 개의 Cell이 들어있다. NAND cell의 유형에는 SLC(Single Level Cell) 방식과 MLC(Multi Level Cell) 방식이 있다. SLC에서는 단 하나의 데이터비트, 즉 0혹은 1을 산출할 수 있다. 반면 MLC는 cell당 2개의 비트를 저장하는데, 00, 01, 10, 11의 값을 산출한다. MLC가 SLC에 비해 4배 많은 값들을 저장할 수 있으므로 데이터 밀도가 훨씬 더 높음을 알 수 있다. 때문에 MLC가 SLC에 비해 더 큰 저장공간을 가질 수 있게 된다.
안정성이나 데이터 처리 속도 측면에서는 SLC가 우수하지만 가격 측면에서는 동일 용량의 MLC에 비해 더 높아서 MLC가 더욱 보편적으로 사용되고 있다. MLC 기술의 경우 구조적으로 데이터를 읽어올 때 오류 가능성을 보유하고 있다. 이런 이유로 MLC 드라이브 콘트롤러는 SLC에 비해 더욱 강력한 에러 보정 알고리듬을 사용하고 있다. 이러한 정확성을 보장하기 위한 추가 처리 과정으로 인해 일반적으로 SLC에 비해 느리다고 할 수 있다. 그렇지만 최근에 이러한 성능차이를 극복할 수 있는 기술들이 속속 개발되고 있어서 차이가 계속 줄어들고 있다.
SSD 개발 과정 및 역사
SSD의 기원은 1950년대로 거슬러 올라가게 된다. 마그네틱 코어 메모리 및 CCROS(Card Capacitor Read-Only Store)라는 기술이 사용되었으며 이들 기술은 진공관 컴퓨터 시대에 부상하다가 저렴한 드럼 스토리지 유닛에 의해 대체되게 된다. 그 후 70년대에 이르러 반도체 메모리를 사용하여 IBM, Amdahl 및 Cray사의 초기 슈퍼컴퓨터를 위해 주문형 SSD가 만들어졌으나 지나치게 높은 가격으로 인해 거의 사용되지 못했다.
1970년 말에 General Instruments사에서 현재의 NAND 플래시 메모리와 비슷한 EAROM을 개발하게 되지만 별로 호응을 받지 못하고, 1976년에 Dataram사가 DEC와 Data General사 컴퓨터에 호환되는 2MB용량의 SSD를 제공하는 BULK CORE라는 제품을 판매하기 시작했다. 1978년에는 Texas Memory Systems가 16KB RAM기반 SSD를 개발하여 정유회사들에게 공급하게 된다. 1979년에 스토리지텍(StorageTek)에서 최초로 현재의 SSD와 유사한 제품을 개발하였다.
1983년에 Sharp사가 128KB SSD 카트리지기반 제품을 출시하였고, 1984년에 Tallgrass Technology사에서 40MB 테이프 백업 유닛에 하드디스크 드라이브 대신 20MB SSD를 내장한 제품을 제공하기 시작했다. 1986년 가을, Santa Clara Systems사에서 4MB 메모리 모듈을 사용해서 20MB까지 확장가능하며 충전가능 배터리를 내장한 BatRam이라는 대용량 스토리지 시스템을 출시하였다.
1994년 STEC사에서 일반 소비자 전자 장비를 위한 플래시 메모리 시장에 진출하게 된다. 1995년 M-Systems사에서 배터리가 필요 없는 플래시기반 SSD를 발표하였지만 DRAM 기반 제품보다는 속도가 느렸다. 그때부터 SSD가 군수용과 항공산업, 그리고 미션크리티컬 애플리케이션을 위해 HDD를 대체하는 용도로 사용되기 시작했다.
1999년 BiTMICRO사에서 18GB 3.5인치 플래시기반 SSD를 발표하였다. 2007년에는 Fusion-io사에서 320GB까지 용량을 지원하는 PCIe 기반 카드 타입 SSD를 발표하였다. 2009년 Cebit 행사에서는 OCZ사가 PCI-E x8 인터페이스를 사용한 1TB 플래시기반 SSD를 시연하였다. 2009년 겨울에 Micron Technology사에서 세계 최초로 초당 6GB를 지원하는 SATA 인터페이스를 발표하였다.
인텔 SSD
인텔에서는 일반 개인고객용 PC나 노트북, 울트라북, 태블릿 등을 위한 제품부터 엔터프라이즈 고객의 업무용 PC 및 서버, 스토리지를 위한 하이엔드 제품까지 다양한 형태의 제품군을 제공하고 있다. 인텔 SSD의 장점으로는 전문 반도체 업체로서 수 십 년 간의 기술개발 경험에 따른 완성도 및 컴퓨팅 플랫폼에 대한 최적화 등을 들 수 있다. 더불어 업계 최고 수준의 최대 5년간의 품질 보증을 통해 사용자들이 보다 안심하고 제품을 사용할 수 있도록 하고 있다.
제품군을 살펴보면 300시리즈부터 500시리즈, 그리고 700시리즈까지 사용자의 요구 및 환경에 부합하는 다양한 제품군을 제공하고 있다. 300시리즈는 일반 소비자 및 기업의 클라이언트 플랫폼을 위한 제품군이며, 500시리즈는 SATA3를 지원하며 60GB에서 480GB에 이르는 다양한 용량을 제공한다.
또한 인텔은 최근 클라우드 컴퓨팅을 비롯해 가상화, 온라인 거래로 증가하는 데이터센터 스토리지 분야의 수요를 충족시킬 수 있는 초고성능 SSD인 '인텔짋 SSD 910' 시리즈를 출시했다. 인텔 SSD 910 시리즈는 오늘날 데이터센터의 애플리케이션 성능에 필수적인 가속화된 스토리지 성능, 내구성 및 신뢰성을 제공하는 것이 특징이다.
인텔의 고내구성 기술(Intel High Endurance Technology)을 탑재하고 있는 인텔 SSD 910 시리즈는 MLC(Multi-level cell) 25나노미터(nm) 낸드 플래시 메모리에 최적화되어 최대 하루 10회 전체 드라이브 쓰기를 5년 동안 지속할 수 있으며, 표준 MLC 기반 플래시 제품 대비 30배 이상의 내구성을 개선한 비용 효율적인 스토리지 솔루션이다.
700시리즈와 함께 PCI-Express 방식의 910시리즈의 경우는 기업 업무용 서버에 적합하다. 특히 910 시리즈는 PCIe 버스를 사용하여 초당 최대 2GB의 순차일기 및 초당 1GB의 쓰기 대역폭을 제공하여 처리량을 이전 SATA 6GB/s SSD에 비해 4배 향상시켰다.
또한 RedHat Enterprise Linux 64-bit, SUSE Enter prise Linux 64-bit, Windows Server 2008 64-bit, Win dows 7 64-bit 등의 다양한 OS도 지원한다.
[그림 1] 인텔 SSD 910 시리즈
[표 1] 사용 분야별 추천 제품군
[표 2] 제품별 상세스펙 - 클라이언트 SSD
[표 3] 제품별 상세 스펙 - 엔터프라이즈 SSD
다음은 인텔 SSD에서 제공하는 주요 기술들이다.
● 인텔 SRT(Smart Response Technology)
인텔 SRT란 고용량 하드디스크 드라이브와 인텔 SSD 311시리즈를 결합하여 마치 하나의 고속 대용량 SSD를 사용하는 것과 같은 효과를 제공하는 기술이다. 이 기술을 활용하려면 인텔 Z68 익스프레스 칩셋과 인텔 RST 기술 버전10.5, 그리고 2세대 인텔 코어 프로세서 제품군을 함께 사용하면 된다. 이 기술을 적용하면 SSD의 성능과 저비용의 하드디스크 드라이브의 장점을 모두 누릴 수 있게 되며 시스템 상에는 'C:'와 같은 익숙한 하나의 드라이브로 표시된다.
작동 매커니즘은 다음과 같다. 자주 액세스하는 파일을 자동으로 파악하여 HDD에서 SSD로 복사를 해두게 된다. 그러면 다음 번 이들 파일을 액세스하고자 할 때 속도가 느린 하드디스크가 아니라 SSD로부터 데이터를 읽어들이며, 자주 사용하지 않는 데이터를 요청할 때에만 HDD로 부터 읽어들이기 때문에 전체적인 액세스 속도가 빨라지게 된다. 그 결과 시스템 부트 속도를 향상시키며, 애플리케이션 로드 속도를 빠르게 해줌으로써 시스템 전체에 대해 SSD를 사용하는 것 같이 향상된 처리 속도를 체감할 수 있다.
● 비정상적 전력 차단시 데이터 보호 기능(Power Loss Protection Technology)
일반적으로 정상적인 'Shutdown' 처리 동안에 대부분의 시스템은 SSD가 명령(STANDBY IMMEDIATE)을 실행해서 시스템 종료 전에 임시 버퍼에 들어있는 작업중인 데이터를 SSD 내의 NAND 플래시에 저장할 수 있도록 충분한 시간을 제공하게 된다. 하지만 비정상적으로 전원이 차단되는 경우 STANDBY IMMEDIATE 명령을 실행할 수 없어 임시 버퍼에 있는 데이터를 SSD의 NAND 플래시에 저장할 수 없다. 그렇지만 인텔 SSD 320시리즈는 이러한 경우에도 임시버퍼에 있는 사용자 및 시스템 데이터를 정상적으로 SSD 내의 NAND 플래시에 기록할 수 있게 해준다.
● 인텔 SSD Toolbox
인텔 SSD Toolbox를 활용하면 SSD를 최적의 시스템 환경에서 사용할 수 있다. 또한 SSD 정보를 상세하게 보여주며 엑셀파일로 저장하는 기능도 함께 제공한다.
SMART(Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology) 값을 확인해서 엑셀파일로 저장하는 기능도 제공하며 고속으로 SSD 상태 진단을 위한 스캔 작업을 실행할 수 있다. 인텔 드라이버 업데이트 유틸리티(Intel Driver Update Utility)를 통합하여 SSD 펌웨어를 포함한 모든 인텔 소프트웨어 업데이트를 스캔하고 업데이트할 수 있게 해준다.
윈도우7을 사용할 경우 인텔 SSD가 TRIM을 지원하므로 별도로 최적화 작업을 하지 않아도 되지만 윈도우7 이전 버전을 사용하고 있는 경우에는 OS가 자동으로 최적화를 해주지 않기 때문에 인텔 SSD Toolbox를 사용하여 TRIM과 최적화 작업을 함께 해주는 것이 좋다.
[그림 2] 인텔 SSD Toolbox
● 인텔 데이터 마이그레이션 소프트웨어
인텔 데이터 마이그레이션 소프트웨어는 Clone Disk Wizard 기능을 통해 HDD에 있는 데이터를 SSD로 손쉽게 복제해주며, Add New Disk Wizard로 새로운 디스크를 추가할 수 있게 해주는 소프트웨어이다. 데이터 복제 시에는 SSD를 타겟 드라이브로 지정하면 되고 서로 용량이 다르거나 여러 개의 드라이브 파티션으로 구성되어 있어도 사용 할 수 있다. OS, 애플리케이션, 각종 문서파일, 및 개인 설정들도 모두 복제된다. 복제 후에는 기존 HDD에 있는 정보를 안전하게 제거할 수 있다. 윈도우 환경에서 지원된다. 무료로 제공되며 현재 11개국어가 지원된다.
● Over-Provisioning
Over-Provisioning이란 SSD 영역의 일부를 여유 공간으로 할당하여 랜덤방식 쓰기 성능을 향상시키고 수명을 연장시키는 방법이다. 이것은 HDD의 "Short Stroking"이라는 기법과 유사하다. 여유공간을 증가시키면 "바로 쓰기가 가능한" 리소스풀도 함께 커지기 때문에 성능을 향상 시킬 수 있다. 아래 그림에서 보는 바와 같이 인텔 320 시리즈 300GB 제품에 Over-Provisioning을 적용할 경우, 여유 공간을 늘릴 수록 랜덤 쓰기 처리가 향상됨을 알 수 있다. 전혀 적용하지 않은 경우 대비 90GB로 설정한 경우 최대 5배까지 IOPS가 늘어남을 볼 수 있다.
[표 4] Over-Provisioning
맺음말
지금까지 간략하게 클라우드 컴퓨팅의 중요성과 이를 구현하기 위한 SSD의 다양한 기술적 내용에 대해서 알아보았다. 데이터의 처리에 있어서 입출력 속도가 가장 중요한 요소임은 두말 할 필요가 없을 것이다. 이런 관점에서 하드디스크 드라이브 보다는 고속의 SSD를 활용하는 사례가 계속 늘어날 것이며 궁극적으로는 하드디스크를 대체하게 될 것으로 전망된다.
하지만, 당분간은 하드디스크 드라이브 대비 SSD의 상대적으로 높은 가격 및 용량에 대한 제약에 대한 해결책으로 SRT(Smart Response Technology) 같은 기술을 활용하여 고용량의 하드디스크 드라이브와 고속의 SSD를 결합, 마치 하나의 대용량 고속 SSD인 것처럼 활용하는 것도 비용대비 뛰어난 성능을 제공하는 하나의 현실적인 대안이 될 수 있을 것이다.
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