- SSD 성능 논란, 속도 저하는 필연? - 1부

읽기-쓰기 알고리즘이 관건

SSD 컨트롤러의 읽기-수정-쓰기 알고리즘은 복잡한 과정을 거친다. 블록에 쓰여지고, 그 안의 모든 데이터를 검색한 이후 삭제 여부를 위해 블록을 표시하고 그 예전의 데이터를 다시 분배한 후 그 예전의 블록에 새로운 데이터를 내려놓게 된다.

인텔의 SSD에 맞는 코어 기술 일부를 개발한 바 있던 그림스러드는 "그래서 그 예전 데이터를 다시 써야 했다"면서 "이것이 낸드 메모리 관리 문제의 핵심이다"라고 설명했다.

그는 이어 "이는 모든 낸드 기반의 SSD가 가진 일반적인 문제이며 반드시 해결되어야 한다. 또 이것은 제조사가 그것에 얼마나 잘 대처하느냐의 문제이다"라고 덧붙였다.

SSD가 견딜 수 있는 쓰기 및 지우기의 한정된 횟수 때문에 제조사는 쓰기 증폭과 오버헤드를 줄이려고 한다. 낸드 플래시 메모리 공간을 보다 효율적으로 사용하기 위해 쓰기를 결합하는 알고리즘을 사용하는 사람도 있지만, 쓰기를 더욱 효과적으로 내려놓기 위해 쓰기를 저장하는데 캐시를 사용하는 쪽도 있다. 그러나 제조사마다 그 기술을 독점적으로 여기기 때문에 사용된 기법에 대한 자세한 내용을 알아내기란 쉽지 않다.  

인텔은 데이터를 저장하는데 필요한 용량을 줄이기 위해 쓰기를 결합하는 컨트롤러 펌웨어를 통해 쓰기 증폭을 해결해왔다. 인텔은 자사의 쓰기 증폭은 낮은 1.1이라 명시하고 있는데, 이는 SSD에 쓰여지는 모든 1MB의 데이터마다 1.1MB의 용량이 실제로 사용됨을 의미한다. 또 다른 제조사 삼성은 자사의 SSD의 "마모 가속 지수"를 1.03로 고정시키고 있는데 이는 쓰기에 대해 3%의 평균 오버헤드다.

많은 SSD 제조사는 또 자사의 마케팅 자료에 평균무고장시간(MBTF)를 사용하는데 이것은 정확할 수도 있고 정확하지 않을 수도 있는 하드디스크용 측정지표다. 모든 조건이 동일하다면 드라이브의 MTBF는 모두 드라이브가 사용되는 방식에 따라 달라진다. 인텔 X25-M의 MTBF는 120만 시간으로 이는 평균 보통 하드디스크 드라이브에 거의 동일한 수준이다. 또 달리 말해, 인텔은 자사의 X25-M가 5년 갈 것이라고 예측하는데, 이는 매일 100GB 이상의 쓰기-지우기 작업을 가정하는 것이다.

SSD 수명은 우선 MLC 기술을 사용하느냐 아니면 SLC 기술을 사용하느냐의 여부에 달려있다. 인텔 X25-M 64GB SSD의 SLC 버전은 최대 2페타바이트의 임의 쓰기를 처리할 수 있다. 이와 비교해 MLC 기반의 X25-M는 그 수명이 경과하면서 고작  15TB의 임의 쓰기를 처리할 수 있다. 인텔은 사용자가 이것을 자동차와 유사한 것으로 생각해야 한다고 말했다.

인텔의 대변인에 따르면 "천 마일을 달릴 수 있는 차와 십만 마일을 갈 수 있는 차가 있다고 하면, 그 차들의 수명은 얼마일까?“라며, "그것은 그 차가 얼마나 사용되고 있느냐에 달렸다. 그래서 수명은 지속된 임의 쓰기의 횟수에 달린 것이다. 일반적으로 SLC는 더 오래 지속되지만, 기대수명의 기간은 사용자의 사용 모델과 마모 및 훼손 정도에 달려있다."

버그도 속도 저하를 야기

인텔의 X25-M SSD에는 임의 및 순차 쓰기의 우선순위를 조정했던 펌웨어버그가 있었고, 그로 인해 쓰로풋을 심각하게 떨어뜨렸던 두드러진 단편화 문제가 야기되었다. 이 문제는 피씨 퍼스펙티브가 테스트한 지 2달 후에 처음으로 피씨 퍼스펙티브에 의해 밝혀졌다.

그 테스트에 따르면 쓰기 속도는 시간이 경과하면서 80MB/sec에서 30MB/sec로 떨어졌고, 읽기 속도는 일부 큰 블록 스키의 경우 250MB/sec에서 60MB/sec로 떨어졌다.

SSD 업체인 STEC 사의 마케팅 및 비즈니스 개발 담당 부사장인 팻 윌킨슨은 "많은 SSD에 걸쳐 동일한 테스트를 실시했다면, 대부분에 유사한 문제가 있지 않았을까 싶다“라고 말했다.

마모균등화에 사용된 알고리즘은 복잡하고 여전히 초기 단계에 있기 때문에, 시간이 지나면서 더 나아질 수 있지만, 드라이브 제조사들이 동시에 단편화를 제거할 수는 없다고 맥그리거는 말했다.

인텔이 심각한 단편화 때문에 자사의 모든 SSD가 성능 감소를 나타낼 것이라고 인정하긴 했지만, 피씨 퍼스펙티브의 결과가 일상적 사용자에 그대로 적용되지는 않을 것으로 관측된다. 그럴지라도 인텔은 여전히 느린 단편화에 대한 펌웨어 업그레이드를 발표했다.

인텔은 "단편화가 더 낮은 것으로 예상되는 성능상태에 드라이브를 놓지 않도록 하기 위해 현재 8820 펌웨어가 임의 및 순차 쓰기 모두를 서비스한다"고 말했다.

성능 문제에 있어선 인텔만의 문제가 아니다. 최근 컴퓨터월드는 OCZ 사의 소비자급 120GB SSD를 테스트했다. ATTO 디스크 벤치마크 툴을 사용한 초기의 테스트에서는 각각 230MB/sec 및 153MB/sec의 탁월한 읽기 및 쓰기 속도를 나타냈다.

그러나 또 한 차례의 테스트에 따르면 읽기/쓰기 속도는 각각 약 178MB/sec 및 80 MB/sec로 떨어졌다. OCZ측은 자사의 아펙스 SSD가 임의 쓰기 성능에 문제가 있다고 알려졌다고 시인했다. 또 사용자가 컴퓨터에서 다중 작업을 할 때 혼란을 일으킬 수 있는  대만 제이마이크론 테크놀러지 사의 컨트롤러를 사용했다고 시인한다.

OCZ의 대변인은 소비자가 자사의 "매우 인기 있는" 커뮤니티 포럼"을 방문할 것을 제안하고 있는데, 이 포럼은 사용자가 자신의 드라이브를 최적화할 수 있도록 "많은 튜닝 방법과 차선책"을 제공한다.

컴퓨터월드는 최근 OCZ 사의 소비자급 120GB SSD를 테스트했다. ATTO 디스크 벤치마크 툴을 사용한 초기 테스트에서는 각각 230MB/sec와 150MB/sec의 읽기/쓰기 속도를 나타냈다.

컴퓨터월드가 바로 이 드라이브를 다시 테스트했을 때 읽기 속도는 약 178MB/sec으로 떨어졌고 쓰기는 약 80MB/sec으로 곤두박질쳤다.

벤치마킹 소프트웨어가 생성해낸 것과 같은 모의 작업부하는 일반적으로 시간 경과에 따른 드라이브 성능의 실세계 테스트가 아니다. 왜냐하면 이 작업부하는 많은 작은 쓰기를 하기 때문이다. 이것은 마모 균등화와 데이트 결합 알고리즘을 혹사할 수 있다.

SSD가 시간에 흐르면서 느려질 수 있지만 인텔의 문제는 "엣지 케이스(edge case: 극단적인 작동 변수에서만 발생하는 문제나 상황을 일컫는다)"였다고 버튼그룹의 상임 애널리스트 진 루스는 말했다.  

인텔의 X25-E 같은 기업용 SSD에 관한 한 대부분은 효율적 배경 데이터 처리를 하는데 충분한 여유 메모리를 갖고 있어, "보다 개선된 성능을 실현하고 단편화 문제를 피한다"고 인텔 및 STEC의 관계자들은 전했다.

모든 플래시 드라이브에는 대체로 낸드 플래시 메모리의 과도한 쓰기 관리 필요성 때문으로 인한 몇 가지의 버그가 있다고 캘리포니아 로스 가토스의 시장분석 기관인 오브젝티브 애널러시스의 애널리스트 짐 핸디는 말했다.

그는 "인텔의 경우는 실질적으로 실제의 사용을 반영하지 않는 테스트 적용을 통해 어쩌다 드러나게 되었다"라고 언급했다.

표준 벤치마킹 측정지표

올해 말이면 SSD의 팬들은 시장에 나온 다양한 드라이브와 SSD 기술에 대한 더 많고 더 나은 정보를 듣게 될 것이다. 드라이브의 수명과 성능을 평가하는데 있어 지금까지의 문제는 표준이 없다는 점이었다.

올 연말 표준을 발표한다는 JEDEC의 계획은 SSD 내구성을 결정하기 위핸 2가지 기법을 포함할 것으로 관측된다. 첫 번째는 SSD가 지속할 수 있는 블록 당 지우기 횟수의 수를 결정할 것으로 보이는 델과 레노보 같은 초기의 장비 제조업체를 겨냥하게 될 것이다. 이 표준에는 명시된 기대수명의 확인하기 위한 다양한 작업부하 등급을 토대로 한 예측적 수명 모델링이 포함된다.  

SSD 제조사를 대상으로 한 또 하나의 표준은 마모 균등화 및 쓰기 증폭 알고리즘이다. 사용한 후 SSD의 평균 성능을 토대로 한 내구성 평가가 될 것이다. 이 표준은 미리 지워진 드라이브를 토대로 하지는 않을 것이라고 인텔의 콕스는 말했다.

그는 "드라이브 제조사는 그 구성요소의 특성을 알고 있다"면서 "그러한 수치로부터 제조사들은 그 드라이브에 테라바이트가 얼마나 많이 쓰일 수 있는지, 혹은 드라이브가 무엇을 지속할 수 있는가를 결정할 것이다. 그것이 제조사의 상자에서 보게 되는 표준화된 수치가 될 것이다“라고 말했다.

그 때가 되어서야 SSD 사용자는 자신의 드라이브가 수명이 경과하면서 얼마나 성능을 발휘할 것인지, 그리고 얼마나 오래 갈 것인지에 대한 답을 얻게 될 것으로 보인다. editor@idg.co.kr