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'''에스에스디''' 또는 영어로 '''SSD'''는 초고속 [[반도체]] [[메모리]]를 이용한 대용량 [[저장장치]]를 말한다. 정식 이름은 '''솔리드 스테이트 디스크'''(solid state disk)이다. [[하드 디스크 드라이브]](HDD)와 비슷하게 동작하지만, 기계적 장치인 [[HDD]]와는 달리 SSD는 반도체를 이용하여 정보를 저장한다. 고속으로 데이터를 입출력할 수 있으면서도 기계적 지연이나 실패율이 현저히 적다. 또 외부의 충격으로 데이터가 쉽게 손상되지 않으며, 발열과 소음 및 전력소모가 적고, 소형화, 경량화할 수 있는 장점이 있다.
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정식 이름은 '''솔리드 스테이트 디스크'''(solid state disk)이다. [[하드 디스크 드라이브]](HDD)와 비슷하게 동작하지만, 기계적 장치인 [[HDD]]와는 달리 SSD는 반도체를 이용하여 정보를 저장한다. 고속으로 데이터를 입출력할 수 있으면서도 기계적 지연이나 실패율이 현저히 적다. 또 외부의 충격으로 데이터가 쉽게 손상되지 않으며, 발열과 소음 및 전력소모가 적고, 소형화, 경량화할 수 있는 장점이 있다.
  
 
[[플래시]] 방식인 비휘발성 [[낸드플래시메모리]](Nand Flash Memory)나 [[램]](RAM) 방식의 휘발성 DRAM을 사용한다. 플래시 방식은 RAM 방식에 비하면 느리지만 HDD보다는 속도가 빠르며, 비휘발성 메모리를 사용하여 갑자기 정전이 되더라도 데이터가 손상되지 않는다. 반면 휘발성 [[DRAM]] 방식은 빠른 접근이 장점이지만 제품 규격이나 가격, 휘발성이라는 문제점이 있다. 따라서 데이터 저장에 대한 안전성이 높은 [[플래시메모리]] 기반의 SSD를 주로 사용한다.
 
[[플래시]] 방식인 비휘발성 [[낸드플래시메모리]](Nand Flash Memory)나 [[램]](RAM) 방식의 휘발성 DRAM을 사용한다. 플래시 방식은 RAM 방식에 비하면 느리지만 HDD보다는 속도가 빠르며, 비휘발성 메모리를 사용하여 갑자기 정전이 되더라도 데이터가 손상되지 않는다. 반면 휘발성 [[DRAM]] 방식은 빠른 접근이 장점이지만 제품 규격이나 가격, 휘발성이라는 문제점이 있다. 따라서 데이터 저장에 대한 안전성이 높은 [[플래시메모리]] 기반의 SSD를 주로 사용한다.

2019년 6월 25일 (화) 14:05 판

SSD(solid state disk)

개요

정식 이름은 솔리드 스테이트 디스크(solid state disk)이다. 하드 디스크 드라이브(HDD)와 비슷하게 동작하지만, 기계적 장치인 HDD와는 달리 SSD는 반도체를 이용하여 정보를 저장한다. 고속으로 데이터를 입출력할 수 있으면서도 기계적 지연이나 실패율이 현저히 적다. 또 외부의 충격으로 데이터가 쉽게 손상되지 않으며, 발열과 소음 및 전력소모가 적고, 소형화, 경량화할 수 있는 장점이 있다.

플래시 방식인 비휘발성 낸드플래시메모리(Nand Flash Memory)나 램(RAM) 방식의 휘발성 DRAM을 사용한다. 플래시 방식은 RAM 방식에 비하면 느리지만 HDD보다는 속도가 빠르며, 비휘발성 메모리를 사용하여 갑자기 정전이 되더라도 데이터가 손상되지 않는다. 반면 휘발성 DRAM 방식은 빠른 접근이 장점이지만 제품 규격이나 가격, 휘발성이라는 문제점이 있다. 따라서 데이터 저장에 대한 안전성이 높은 플래시메모리 기반의 SSD를 주로 사용한다.

데이터 읽기 및 쓰기 속도가 기존의 저장장치에 비해 매우 빠르기 때문에 하드디스크를 대체할 차세대 저장장치가 될 것으로 기대되고 있다.[1]

SSD 개발 및 역사

  • 세계 최초의 SSD
1976년 데이터램(Dataram)은 세계 최초의 SSD인 벌크 코어(Bulk Core)를 출시했다. 이 제품은 각각 256K의 RAM 칩을 꽂을 수 있는 8개의 개별 메모리 보드가 탑재되었다. DEC PDP-11과 데이터 제네럴 노바(Data General Nova) 등의 미니컴퓨터에 벌크 코어가 제공할 수 있는 총 스토리지 공간은 2MB였다. 데이터 액세스 시간은 컨트롤러 보드에 따라 0.75~2ms였다. 이는 현재와 비교하면 매우 느린 속도로, 시판되고 있는 SSD의 일반적인 액세스 시간은 0.06ms이다. 1977년 당시 컨트롤러 보드와 256KB의 스토리지가 포함된 벌크 코어 제품의 가격은 9,700달러였고, 현재 한국 시세로 환산하면 약 4300만원에 육박한다.[2]
  • 캐비넷 크기의 SSD
1978년 IBM의 드럼 스토리지 제품과 경쟁한 STC-4305은 SSD의 용량을 획기적으로 확대한 제품이다. 이 제품은 최대 45MB의 데이터를 저장할 수 있었고, 데이터 저장을 위해서는 그 당시에는 새로운 기술인 CCD(charge-coupled device)가 사용됐다. 듀얼 컨트롤러 카드가 사용되는 이 시스템의 가격은 1978년 당시 40만 달러(현재 한화 약 1,735,500,000원 이다.)였다. 이 제품은 IBM의 드럼 스토리지 제품보다 52% 저렴했다. [2]
  • 애플 II 버블 메모리
마그네틱 버블 메모리는 전원 종료 시 데이터가 손실되지 않는다는 점에서 최근의 플래시 메모리와 유사한 특성을 갖는다. 또한 대규모 용량을 제공한다는 점에서 커다란 관심을 받았지만 널리 사용되지는 못했다. 버블 메모리는 1960년 대 중반에 처음 출시됐지만, 1979년 인텔이 1메가비트 버블 메모리칩인 7110을 출시한 이후에서야 일반 사용자 수준의 제품에서 사용되기 시작했다. 1982년부터 7110은 그리드 콤파스(Grid Compass)와 초기의 애플 II SSD인 MPC 버브디스크(Bubdisk) 등의 휴대형 컴퓨터에 탑재되기 시작했다. 버브디스크가 제공하는 저장 공간은 128KB였고, 가격은 895달러였다.[2]
  • 애플 II RAM 디스크
1982년, 놀란 부시넬의 장난감 회사인 액슬론(Axlon)은 애플 II와 아타리 800 등의 가정용 PC에 사용될 수 있는 RAM 디스크 제품들을 판매하기 시작했다. 애플 II용 제품인 램디스크(Ramdisk) 320는 디스크II 드라이브의 크기로 320KB의 데이터를 저장할 수 있었다. 전원이 꺼지면 데이터가 삭제되는 기존의 RAM 칩에 데이터를 저장하기 때문에 320에는 3시간짜리 충전식 배터리가 탑재됐다. 소비자가는 1,395달러였다.[2]
  • S-100 플러그인 SSD
1980년대 초 RAM 디스크는 오래된 S-100 표준(1975년 알테어(Altair) 8800에서 발표했다.)에 기반한 모든 종류의 컴퓨터에 사용됐다.[2]
  • 초기의 PC용 SSD
1983년, 애슬론은 PC용 SSD를 생산한 많은 업체 중 한 곳이었다. 1983 파이온 인터스텔라 드라이브(PION Interstellar Drive)는 여러 가정용 컴퓨터 모델에 탑재됐고, 최대 1MB의 저장공간을 제공했다. 256KB 모델의 가격은 1,095달러였고, 추가로 장착할 수 있는 256KB 카드의 가격은 595달러였다. 시네틱스(Synetix) 2202는 애플 II의 확장 슬롯용으로, 529달러의 가격에 최대 294KB의 데이터를 저장할 수 있었다. 두 제품 모두 전원이 계속 공급되어야만 데이터 유지를 할 수 있는 휘발성 RAM 칩을 사용했다.[2]
  • 세계 최초의 플래시 SSD
1988년, 소규모 PC 업체인 디지프로(Digipro)는 플래시 메모리를 사용하는 세계 최초의 SSD 드라이브를 발표했다. 이해 초 인텔이 출시한 플래시 메모리 칩을 사용한 것이었다. 플래시디스크(Flashdisk)라고 불리는 디지프로의 IBM PC용 플러그인 보드는 최대 16MB의 데이터를 저장할 수 있었다. 1990년 1월 출시된 제품들은 2MB, 4MB, 6MB, 그리고 8MB의 저장공간을 제공했고, 최고급 모델의 가격은 5,000달러였다. 이스라엘의 플래시 업체 엠시스템즈(M-Systems)는 1989년 고유의 플래시 드라이브 프로토타입을 개발했지만, 1995년이 되어서야 상용화에 성공했기 때문에 플래시디스크가 시장에 출시된 최초의 플래시 SSD라고 할 수 있다.[2]
  • 서버용 SSD
1990년 대 초반, 플래시 메모리는 여전히 비싸고 많이 사용되지 않았으며 동적 RAM 기반 SSD보다 느린 데이터 접근 속도를 보였다. 그러나 RAM 기반 SSD는 초고속 데이터 접근이 요구되는 대규모 서버 애플리케이션에서 유용했다. 예를 들어, DEC는 1990년대 초 2종의 SSD 제품을 출시했다. 5.25인치 SCSI 드라이브를 탑재한 EZ5x 시리즈는 107MB(1만 3,999달러)에서부터 428MB(4만 7,099달러)의 용량을 제공했다. 속도가 더 빠른 ESE50 시리즈는 120MB(4만 달러)에서부터 1GB(13만 5,000달러)의 용량을 제공했다. [2]
  • 워크스테이션용 SSD
1990년대, 동적 RAM 기반 SSD인 뉴어테크 다트 드라이브(NewerTech Dart Drive, 최대 512MB)와 아토 실리콘드라이브(ATTO SiliconDrive) II(최대 2.6GB)는 모두 SCSI 인터페이스를 채택했다. 가격이 수천 달러에서 수만 달러에 이르는 이들 제품은 고급형 썬 워크스테이션 시장을 대상으로 했다. 그 당시 하드 드라이브에 비해 매우 빠른 접근 속도(실리콘드라이드 II의 속도는 0.02ms)를 제공했다. 1990년대 당시 대부분의 RAM SSD에는 전원 공급이 중단되는 경우 디스크의 내용을 자동으로 저장하기 위해 보조 배터리와 하드 드라이브가 장착되어 있었다.[2]

+ 현대적인 플래시 드라이브의 탄생

1995년, 이스라엘 업체 엠시스템즈는 그 당시 대부분의 하드 드라이브의 폼 팩터였던 3.5인치 하드 드라이브 대신 플래시 SSD를 채택한 최초의 패스트 플래시 드라이브(Fast Flash Disk) 제품인 FFD-350를 출시하여 현대적인 SSD의 기초를 닦았다. 최초의 FFD-350 모델은 SCSI 인터페이스를 채택했고 16MB에서 최대 896MB의 용량을 제공했다. 일반적으로 가격이 드라이브당 수만 달러에 달했기 때문에, 대규모 데이터 스토리지를 요구하는 군용과 항공우주 애플리케이션에서 주로 사용됐다. 그 후 10년간, 엠시스템즈는 더 큰 용량, 빠른 접근 시간, 그리고 상이한 디자인을 가진 FFD 제품군을 지속적으로 확대 출시했다.[2]
  • 플래시 SSD의 부상
2003년, 트랜센드(Transcend)는 그 당시 사용자 PC에서 일반적으로 사용되던 병렬식 ATA IDE 하드 드라이브를 대체할 수 있는 플래시 모듈을 발표했다. 기존의 ATA 하드 드라이브보다 크기가 훨씬 작은 각 모듈에는 40핀 또는 44핀 ATA 커넥터가 탑재됐고, 16MB에서 512MB의 용량을 제공했다. 시장에서 플래시 미디어 카드(일반적으로 디지털 카메라에서 사용됨)가 폭넓게 사용됨에 따라 이후 트렌샌드의 제품 가격은 크게 저렴해졌다. 저렴한 제품은 50달러에 구매할 수 있게 됨으로써, 트랜센드의 제품들은 소비자들이 플래시 기반 SSD를 일반적으로 이용할 수 있는 최초의 제품이 됐다.[2]
  • 주류로 자리잡은 플래시 SSD
2006년, 삼성(Samsung)은 노트북 하드 드라이브 대체를 목표삼아 ATA 인터페이스가 탑재된 2.5인치 32GB 플래시 SSD(699달러)를 시장에 최초로 선보였다. 그 뒤를 이어 2007년에 샌디스크(SanDisk)는 2.5인치 32GB 드라이브 SATA 5000을 출시했다. 웨어 레벨링(wear-leveling) 기술이 사용됨으로써, 2006년의 플래시 SSD들은 그 당시 플래시 미디어 카드보다 훨씬 더 많은 입력 , 재입력 기능을 제공하여 일반적인 용도로 사용되는 기계적인 하드 드라이브를 대체할 수 있게 되었다. 이러한 신세대 제품들은 소비자 SSD 시장을 폭발시켰고, 아직까지도 유지되고 있다.[2]
  • 한계 돌파
매우 빠른 속도의 새로운 SSD 기술들을 앞다투어 선보이게 되면서, 대부분의 하드 드라이브에서 사용되는 SATA 인터페이스들은 병목현상의 주범이 되고 있다. 그래서 제조업체들은 플러그인 카드에 SSD를 사용하고자 하고 있다. 1,495달러에 판매되고 있는 DDrive X1은 PCI 익스프레스 슬롯에 꽂아 사용할 수 있고, 4GB의 고속 DRAM 스토리지를 제공한다. 또한 전원이 차단된 경우를 대비한 4GB의 플래시도 제공된다. 퓨전 아이오드라이브 듀오(Fusion IoDrive Duo) 또한 PCI 익스프레스 카드 슬롯 모델인데, 특히 1.5Gbps의 매우 빠른 읽기 속도를 유지하기 위해 플래시 메모리 모델도 제공된다. 128GB에서 1.28TB의 저장공간이 제공되는 아이오드라이브 듀오는 2009년 출시 당시 기본 가격이 5,950달러였다.[2]
  • 다양한 인터페이스
새로운 플래시 칩과 좀 더 빠른 속도의 인터페이스 덕분에 출시되는 SSD들은 점점 빠르고 저렴해지고 있다. 예를 들어, 인텔 320 SSD 시리즈의 160GB 모델의 소비자 가격은 320달러이고, 270MBps의 읽기 속도가 제공된다. 제조업체들은 또한 패키지 SSD의 새로운 방식을 계속해서 개발하고 있다. 바이킹(Viking)의 모듈 방식 SATA DIMM이 대표적인 예로, 이 제품은 25GB에서 400GB의 플래시 SSD를 사용하기 위해 메인보드에서 사용하지 않는 240핀 DRAM 슬롯을 활용한다. [2]
  • 현재 SSD
2019년, 현재 삼성(Samsung)에서 출시된 860 Evo 시리즈는 약 47,000원 대로, 스토리지 250GB, 쓰기 속도 520MB/s 읽기속도 550MB/s 로, 해를 거듭할 수록 SSD의 가격은 저렴해지고, 속도는 빨라지고 있다. 다양한 업체에서 제공되는 다양한 제품과, 저렴해지는 가격으로 일반 소비자들은 SSD를 주력 저장장치로 인식하고 사용하고 있다.[2]

구성

SSD는 크게 플래시 메모리와 컨트롤러. 두 부분으로 구성된다.

메모리

SSD에 사용되는 메모리는 비휘발성 플래시 메모리와, 휘발성 DRAM으로 나뉜다.

플래시 메모리

많은 SSD 제조업체들이 비휘발성 플래시 메모리를 사용하여 일반 소비자용 SSD를 제조한다. 이 플래시 메모리 기반 SSD는 "플래시 드라이브"라고 부르며 배터리가 필요하지 않다. 이들은 표준 디스크 드라이브 크기(1.8인치, 2.5인치, 3.5인치)를 가지고 있지만, PCI 익스프레스 , SATA , M.2로 만든다. 게다가 비휘발성이여서 플래시 SSD가 전원이 꺼져 있는 상태에서도 기억 정보를 지속적으로 보유할 수 있게 해 주므로 데이터 영속성을 보장한다. 플래시 메모리 SSD는 DRAM SSD보다 느리며, 움직이는 부품이 없기에 보통의 기계적 하드 드라이브에서 찾을 수 있는 검색 시간(seek time)과 다른 지연 시간은 무시할만하다.[3]

DRAM

DRAM과 같은 휘발성 메모리를 기반으로 한 SSD는 매우 빠른 데이터 접근 속도를 보인다. 0.01 밀리초 이하이며 주로 플래시 SSD나 전통적인 HDD의 레이턴시에 발목이 잡히는 응용 프로그램을 가속하는 데 쓰인다. DRAM 기반의 SSD는 보통 내부 전지나 외장 AC/DC 어댑터, 그리고 백업 스토리지 시스템을 사용하여 데이터 영구성을 보장한다. 그러나 외부 자원으로부터 전력이 드라이브에 공급되지는 않는다. 전원이 손실되면 전지는 모든 정보가 램으로부터 백업 스토리지에 복사되는 동안 전원을 제공한다. 전원이 되돌아오면 정보는 백업 스토리지로부터 램으로 복사되며 SSD는 일반적인 기능을 수행한다. 빠른 접근 속도에도 불구하고, 휘발성 구조인 DRAM 기반 SSD는 플래시 드라이브에 비해 가격이 비싸기 때문에 보통 일반 소비자는 사용하지 않는다.[4]

컨트롤러

컨트롤러는 크게 다음과 같은 기능을 수행한다.

기존의 BIOS/UEFI와 OS가 SSD의 플래시 메모리를 HDD와 유사한 구조로 인식하고 사용할 수 있도록 해 준다. 이 과정에서 하나의 셀만 반복해서 사용하는 일이 없도록 데이터를 분산시켜 저장한다. 분산된 데이터가 어느 셀에 가 있는지 알려주는 페이징 파일을 저장 및 분석하여 사용하지 않은 셀을 먼저 사용할 수 있도록 하고, 오류 없이 데이터를 불러올 수 있도록 해 준다.

기존의 플래터 기반 파일 시스템을 사용하는 컴퓨터들을 위한 변환장치였으나, 기능이 확장되어 핵심 부품으로 자리잡게 되었다. 컨트롤러의 데이터 분석 및 데이터 분산이 비효율적이면 읽기와 쓰기 속도가 느려질 수 있으며, 데이터가 손실되기도 한다. 반대로 컨트롤러가 효율적이라면 좋은 속도와 훌륭한 안정성을 담보할 수 있다.

인터페이스

하드웨어간 통신을 위해서 존재하는 입출력 포트의 커넥터, 프로토콜 등을 말한다.

물리적 인터페이스

  • Serial ATA

1986년 IDE(Integrated Drive Electronics) 규격으로 시작된 표준화 명칭이다. IBM과 그 호환 기종에서 HDD,SSD 등을 연결하기 위한 인터페이스 규격이다. SATA라고 불리며, 주류를 차지하는 인터페이스 중 하나이다.

  • M.2 (NVMe)

여러 인터페이스를 지원하는 차세대 다용도 연결 단자이다.

  • PCI-Express

독자적인 프로토콜을 사용하는 SSD등의 저장장치가 CPU와 연결되는 인터페이스이다.

논리적 인터페이스

  • NVMe

NVM(Non-Volatile Memory) Express의 약자로 , SATA규격과 더불어 주류를 차지하고 있는 인터페이스이다. 주로 M.2 규격과 함께 쓰인다.

  • AHCI

AHCI(Advanced Host Controller Interface)를 뜻한다. 기존 방식에 비해 높은 속도를 자랑한다.

장 단점

장점

  • 대역폭

SSD는 초기 SATA 규격을 기반으로 출시되었을 때부터 HDD에 비해 높은 대역폭을 자랑했다. 현재는 인터페이스가 더욱 발전하여, NVMe방식을 주로 사용하게 되면서 읽기 속도 2GB/s, 쓰기속도 1.5GB/s 를 상회하는 성능을 보여준다.

  • 랜덤 액세스 속도

HDD에 비해 임의의 파일을 찾는 데 걸리는 속도가 빠르다. 분당 7200번 회전하는 일반 HDD의 경우 약 7~15ms 사이의 랜덤 액세스 속도를 보이는 반면에, SSD는 0.1ms 이하의 랜덤 액세스 속도를 보인다. 이는 물리적인 HDD와 전기적인 SSD의 구조적 차이로 SSD의 큰 장점이다.

  • 안정성

HDD는 자성 물질이 있는 원판을 사용하여 자성에 매우 약한 모습을 보이지만, SSD는 플래시 메모리 방식을 이용하기 때문에, 자기장으로부터 어느정도 안정성을 보장한다. 또한, 기계적 작동부가 없기 때문에 충격이나 진동에 관한 문제에서 HDD에 비해 비교적 안정적인 환경을 제공한다.

  • 소음

기계적 구동부가 없기 때문에 소음이 전혀 없다.

  • 전력 소모

대기전력 소모량이 HDD의 10%에 불과하다. 구조상 전력 소모량이 기존의 저장장치보다 적기 때문에 경제적이다.

  • 무게

보통 3.5인치 규격으로 나오는 HDD에 비해, 2.5인치가 규격인 SSD는 기존의 저장장치보다 작고 가벼운 무게를 자랑한다.

단점

  • 가격

SSD시장이 성장하면서 매년 용량 대비 가격이 하락하고 있지만, 2019년 현재 HDD보다 동일 용량 대비 가격이 비싸다.

  • 발열

미세 공정 기술이 발전하면서, 메모리 칩의 크기는 작아지는 반면에 용량은 커지고 속도는 빨라져 발열이 집중되게 되었다. 쿨러를 장착하거나, 방열판을 붙여 해소할 수 있으나, 근본적인 해결 방법은 아니다.

  • 데이터 손실

전기적/논리적인 오류로 데이터 손실이 일어났을 경우, 데이터 복구가 거의 불가능하다. HDD의 물리적인 기록 방식과 비교해서, SSD는 메모리셀의 화학적 특성을 이용하기 때문에 물리적인 충격에는 강하지만, 전기적인 오류, 온도 변화 등에 약한 모습을 보인다.

전망

SSD는 낸드플래시메모리 기반으로, 성장 가능성이 큰 분야라고 평가받고 있다. 시장 규모도 HDD와의 격차를 점차 좁혀가고 있는 추세이다. 또한 SSD의 가격이 점차 낮아짐으로 인해, 2019년 SSD 도입률이 60%를 돌파할 것이라는 전망이 있다.[5]


각주

  1. ↑ 김영우 기자,〈하드디스크를 대체하는 고속의 보조기억장치 - SSD〉, 《IT동아》, 2011-03-18
  2. ↑ 2.00 2.01 2.02 2.03 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.09 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 SSD history, 〈SSD, 35년 진화의 역사〉, 《IT World》, 2012-01-27
  3. ↑ 플래시 메모리, 〈flash-memory〉, techopedia, 2018-11-16
  4. ↑ DRAM, 〈DRAM〉, 《terms》, 2018-11-16
  5. ↑ 이상호 기자〈가격 인하 영향, 올해 SSD 도입율 60% 돌파 전망〉, 2019-06-14

참고자료

같이 보기


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양자컴퓨터 53 큐빗 양자컴퓨터 • 디웨이브2 • 디웨이브2X • 디웨이브시스템즈 • 퀀타플로우
계산장치 계산기 • 계산장치 • 기계식 연산장치 • 라이프니츠 계산기 • 전자계산기 • 전자회로 • 차분기관 • 톱니바퀴를 이용한 수동계산기 • 파스칼린 • 해석기관
컴퓨터 연산 PPI • 니블 • 바이트 • 비트 • 연산 • 컴퓨팅 • 큐비트
컴퓨터 인물 더글러스 엥겔바트 • 리처드 파인만 • 리 펠젠스타인 • 밥 알브레히트 • 스티브 돔피어 • 스티브 잡스 • 시모어 크레이 • 앨런 튜링 • 에드 로버츠 • 제임스 서덜랜드 • 존 드레이퍼 • 찰스 배비지 • 콘라트 추제 • 토머스 왓슨 • 하워드 에이킨
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