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2 SSD에 대한 기본 이해 2010-05-04 18022

SSD?

 

솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive) 영문 약자로서, 하드디스크 드라이브(Hard Disk Drive)와 비슷하게 동작하면서도 기계적 장치인 HDD와는 달리 반도체를 이용하여 정보를 입, 출력하는 저장 장치입니다.

HDD는 자기디스크를 물리적으로 회전시켜 데이터를 기록하기 때문에 속도를 높이는 데 한계가 있었으며 이를 극복하기 위해 나온 것이 바로 SSD(Solid State Drive, 혹은 Solid State Disc)로서, 용도와 사용법은 HDD와 같지만, 자기디스크가 아닌 플래시메모리(Flash Memory)를 사용해 데이터를 입, 출력 한다는 점이 다릅니다.  정확히 표현하면 일반적으로 낸드 플래시메모리(Nand Flash Memory)를 사용합니다.

플래시메모리 제품은 낸드플래시와 노어플래시로 구별됩니다. 반도체 칩 내부의 전자회로 형태에 따라 붙인 말로 회로 형태가 `NAND(Not AND)` 게이트면 낸드플래시, `NOR(Not OR)` 게이트면 노어플래시로 불리우며. 낸드플래시는 저장 단위인 셀을 수직으로 배열하고 노어플래시는 셀을 수평으로 배열합니다. 낸드플래시는 대용량화에 유리하고 쓰기 속도가 빠른 반면 노어플래시는 읽기 속도가 빠른 장점을 갖고 있습니다. 그렇기 때문에 NOR(Not OR)Gate는 주로 휴대폰등의 연산에 많이 사용되며, 낸드 플래시메모리(Nand Flash Memory)는 저정장치로 주로 쓰입니다.

또한 NAND 플래시는 NOR 플래시에 비해 지우기와 쓰기 시간이 좀 더 빠르고 집적도가 높으며 비트당 제작비도 낮고 10배정도의 내구성이 좋기때문에 SSD와 같은 저장장치에 사용되며, 낸드플래시는 다음과 같이 데이터를 연산합니다.

HDD는 디스크와 모터, 암으로 구성된 기계적 구조로 인하여 발열과 크기, 성능에 있어서 많은 문제점이 있으나 SSD는 낸드플래쉬메모리와 컨트롤러로 구성된 전자식 구조로 이루어져 저 발열과 무소음, 저전력 및 외부 충격에 매우 강하고 또한 임의접근을 하여 탐색시간 없이 고속으로 데이터를 입, 출력할 수 있어 일반적으로 HDD에 비해 3~10배 이상의 고성능을 가지고 있습니다. 앞으로 속도가 점점 향상 될것입니다.

보다 자세한 HDD에 대한 설명은 아래를 참고 하시기 바랍니다.

http://navercast.naver.com/contents.nhn?contents_id=5850

플래시메모리는 데이터의 읽기와 쓰기가 자유로우면서 전원이 꺼져도 기록된 데이터가 지워지지 않는 특징을 가진 비 휘발성 반도체로 기존에 사용하던 반도체는 램(RAM: Random Access Memory)과 롬(ROM: Read Only Memory)이 있는데, 램은 데이터의 읽기와 쓰기가 자유롭지만 전원이 꺼지면 기록 데이터가 지워지며, 롬은 전원이 꺼져도 데이터가 지워지지 않는 대신, 한 번 데이터가 기록되면 수정이나 추가가 불가능한 것이 특징이었으나 플래시메모리는 램과 롬의 특성을 모두 가진 반도체라고 할 수 있습니다.

플래시메모리는 자기디스크와 달리 물리적으로 디스크를 회전시킬 필요가 없기 때문에 SSD HDD에 비해 데이터의 읽기와 쓰기 속도가 빠르며, 소음이 거의 없습니다. 또한, 전력소모도 적기 때문에 휴대용 컴퓨터에 사용하면 배터리 유지시간도 늘릴 수 있습니다.

SSD 컨트롤러 기술

 

SSD는 단일 제품으로는 사용이 불가능하며 반드시 Host PC 또는 Server 등 다른 디바이스와 연결되어 사용될 수 있습니다. SSD HDD와 동일한 방식으로 Host와 연결되며 그 방식은 아래 그림과 같습니다.

                                                         [그림: Host SSD의 연결]

위의 그림에서 Host와 연결을 위해 사용되는 Interface는 병렬방식(PATA: Parallel ATA) 또는 직렬방식(SATA : Serial ATA)이며, SSD는 기본적으로 PATA, SATA, PCIe, mSATA등 다양한 인터페이스를 지원하고 있습니다. 인터페이스의 최대 전송속도는 PATA인 경우 133MB/sec, SATA3600MB/sec입니다.

기본적인 인터페이스에 대한 설면은 아래 링크를 참고 하시기 바랍니다.

http://navercast.naver.com/contents.nhn?contents_id=6879

그럼 SSD는 어떤 인터페이스를 사용 할까요?

일반적으로 노트북등에 많이 사용되는 2.5인치 SATA 제품만 이 SSD 일까요?

아닙니다. SSD는 HDD가 기존에 사용해왔던 모든 인터페이스에 적용 가능하며 다양한 인터페이스을 제공합니다. 사실 SSD는 기본적으로 인터페이스에 영향을 받을  필요가 없습니다. 다만 HDD가 먼저 사용되고 있기에 편리성을 위해 HDD의 다양한 인터페이스를 지원하는것이며, 시간이 필요 합니다만 미래에는 궁극적으로 CPU내에 L1,L2 캐쉬 메모리가 내장되어 있는것처럼 동작도 가능할것입니다. 현재는 SSD가 어떤 형태의 메인보드에 상관없이 On-Board화 되어 있는 제품도 있으며 실제 우표크기만한 One-Chip 형태의 64GB제품도 공급되고 있습니다. 아래의 제품들이 SSD 제품들중 하나입니다.

http://www.innodisk.co.kr/product/product_01.asp

DOM(Disk On Module)은 무었 인가요 ?

일반적으로 돔으로 불리우는 아래와 같은 제품은 간단하게 모듈화 되어 있어 불리는 명칭입니다.

당사의 제품도 이런 제품이 많이 있습니다. 기존에는 PATA(즉 IDE)가 많이 사용되어 왔으나 최근 Mini-ITX 상용보드등 에서는 PATA,CF 인터페이스를 제공하지 않습니다.현재에는 SATA 방식이 주로 사용되고 있습니다.

 

다시 SSD를 보면 컨트롤러를 포함한 SSD 내부 구조는 다시 아래와 같은 그림으로 도식화 할 수 있습니다.

 


                                                                [그림: SSD의 내부 구조]

SSD에 사용되는 컨트롤러는 위의 그림에서 보듯 1개이상의 플래시 메모리 버스 채널을 병렬 어레이 제어 방식을 통해 동시에 제어하여 최대 600MB/s Bandwidth를 확보 합니다. 메모리 버스 채널에 연결된 다수의 플래시 메모리를 인터리빙(Interleaving) 방식으로 처리하여 쓰기 및 지우기 동작의 성능을 최적화 하는 것입니다. 또한 지능형 버퍼 메모리 관리자를 통해 버퍼 메모리를 효율적으로 관리하여 빠른 응답 속도와 효율적인 쓰기 성능을 구현하기도 합니다버스 채널이 많으면 데이터 입,출력 속도가 빨라집니다. 하지만 속도가 면 빠를수록 데이터의 안정성과 신뢰성에 영향을 미치게 됩니다.

컨트롤러 내부적으로는 DMA 채널을 활용하여 고속의 데이터 처리 성능을 보장하기도 하며 호스트와 SSD간 전송되는 데이터의 안정성을 위해 기본 7bit이상의 ECC(Error Correction Code)를 이용한 에러 정정기능이 채용 합니다. 또한 효율적인 베드 블록(bad block) 관리기능을 통해 플래시 메모리의 오류 가능성을 미리 탐지하여 데이터의 안정성을 보장하는것이 일반적입니다.

저장매체로 사용되는 Flash Memory SLC(Single Level Cell)의 경우 10만회, MLC(Multi Level Cell)의 경우 1만회의 Erase Cycle을 갖고 있습니다. 하나더 설명드리면 Flash Memory는 읽기의 경우 수명과 상관없이 무제한  읽기 가능한 소자입니다. 

SSD의 수명을 연장시키기 위해 마모 균등화(Wear-leveling)라는 기술의 적용이 필요합니다. 정적 마모 균등화(Static wear-leveling) 동적 마모 균등화(Dynamic wear-leveling) 2단계 마모 균등화 기술을 사용하여 SSD의 수명을 극대화 하기도하며, 컨트롤러 기술은 계속 발전되어 가고 있습니다.

 

MLCSLC 차이점은?

 

 

플래시 메모리를 경우 같은 용량이라도 가격에 차이가 나는 제품들이 있습니다. SSD도 낸드플래시를 원재료 소재로 사용하기에 제조사, 제품 타입 등 여러 가지 사양에 따라 다르겠지만 그 중에서도 플래시가 SLC(Single Level Cell)로 되어 있느냐 MLC(Multi Level Cell)로 되어 있느냐에 따라 가격이 차이가 납니다.

 

그렇다면 SLC MLC의 차이점은 무엇일까요?

 

이름만 보자면 MLC가 더 나은 것처럼 보이지만 반드시 그렇지만은 않습니다.
MLC
가 나중에 나온 기술이기는 하지만 SLC보다 읽기와 쓰기속도가 떨어지고 내구성도 또한 떨어집니다.

SLC는 저장공간에 해당하는 셀이 1비트, 0 1, 두 개의 정보를 기억하는 단위로 사용되지만MLC 2비트, 00, 01, 10, 11 4개의 정보를 기억하는 방식이기 때문에 SLC보다 많은 양의 데이터를 저장할 수 있습니다. 그렇지만 읽고 쓰는데 걸리는 시간은 SLC보다 더 오래 걸립니다. 그런데 왜 MLC 타입이 낸드플래시 시장에 주류를 차지할까요? 바로 가격입니다. 적은 부피로 인해 생산비용을 절감할 수 있으므로 판매가격도 낮출 수 있는 것이지요. 메모리 관련업체의 보고에 의하면 보통 MLC 10K(만회), SLC 100K(10만회) 정도를 읽고 쓸 수 있다 합니다. SLC의 속도와 내구성이냐 MLC의 가격이냐가 선택의 기준이 될 것 같습니다.

 

요약

SLC (Single Level Cell)
메모리 셀 하나에 1비트를 저장하는 기술입니다
.
SLC
방식은 MLC방식에 비해 읽기, 쓰기 속도 등이 빠르지만, 가격이 비싸다는 단점이 있습니다
.
빠른 속도와 신뢰성이 특별히 요구되는 작업에는 주로 SLC 계열이 쓰입니다.

속도 빠름(50K ~ 100K Endurance Cycle) / 가격 고가 / 수명 길다

MLC (Multi Level Cell)
메모리 셀 하나에 2비트를 저장하는 기술입니다
.
MLC
방식은 SLC 방식에 비해 읽기, 쓰기 속도 등이 느리지만, 같은 가격으로 약 3배의 용량을 구입하여 사용할 수 있는 장점이 있습니다. 일반적으로 많이 쓰는 대부분 USB메모리가 저렴한 가격으로 인해 MLC방식을 쓰고 있습니다. 하지만 요즘은 컨트롤러의 기술발전으로 인해 SSD 저장장치가 데이터를 읽기 중심으로 사용한다면 MLC도 충분한 속도, 신뢰성을 확보한 제품이 많이 있습니다
.
속도 보통(5K ~ 10K Endurance Cycle) / 가격 보통 / 수명 보통

 

[1K Endurance Cycle = 1,000 Endurance Cycle]


낸드플래시는 USB메모리에 들어가는 제품이나, 스마트폰에 들어가는 가는 제품이나, SSD에 들어가는 제품 자체는 같은 기술입니다. 다만 제품의 특성상 산업용은 별도의 검증된 낸드플래시가 사용되며, 동작 온도가 약간씩 틀립니다. 일반온도 0도~+70도, 산업용 -40도~85도까지 지원 됩니다.

 

InnoLite 모든 제품(MLC Type)은 다음과 같이 일반 소비자용 제품과 다릅니다.

. 산업, 임베디드을 위한 신뢰성을 확보한 제품, MTBF(Hours) 4백만시간이상
. 종합적인 신뢰성 시험으로 검증된 제품

. 저비용 고용량 MLC Flash chip 채용
. SMART 기능 지원

. Static Wear Leveling Algorithm 적용
. Auto ECC Function
지원

 

참고: MTBF (mean time between failures); 평균 무고장 시간

MTBF
는 어떤 하드웨어 제품이나 구성요소가 얼마나 신뢰도가 있는지에 대한 척도이다. 이 척도는 대부분의 구성요소들에 대하여, 무고장 시간이 대개 수천 또는 심지어 수백만 시간까지도 될 수 있다. 희망 MTBF는 새로운 제품을 설계할 때 양을 정할 수 있는 목표로서 사용될 수 있다. MTBF 수치는 실제 제품 체험에 기반을 둔 철저한 시험의 결과로서 발전될 수 있거나, 또는 알려진 요소들의 분석에 의해 예측될 수 있다. 제작자들은 제품이나 구성요소의 신뢰도의 지표로서, 그리고 때로는 계획되어 있는 서비스의 량이 얼마나 되는지에 대한 견해를 고객에게 알려주기 위해 MTBF 수치를 준비할 수 있다.

 

제품문의: Tel. 031-450-5877,8 Fax. 031-450-5879  e-Mail: sales@innodisk.co.kr