SSD 를활용한클라우드컴퓨팅환경의구현 2012-06-01 지면발행 ( 2012 년 6 월호 ) SPECIAL FEATURE SSD 를활용한클라우드컴퓨팅환경의구현 차세대컴퓨팅을논의함에있어클라우드컴퓨팅은반드시포함되어야하는필수기술이되고있다. 최근전세계적으로비용, 서비스, 업무효율화를위한클라우드컴퓨팅및서비스가급속히확산되고있으며주요국가들의 IT 정책기조역시간소화, 범용화, 개방화를지향하고있다. 이와맞물려 IT 부문의개혁과혁신이요구되면서클라우드가주요정책의하나로본격추진되고있다. 글이성호이사 ( 인텔코리아 ESS 기술담당 ) 현재기업내부용인프라이빗클라우드뿐만아니라외부고객을대상으로하는퍼블릭클라우드서비스가급속히증가하고있다. 이에따라서버, 스토리지, 네트워크를비롯한다양하고많은하드웨어가인프라구축을위해사용되고있고, 클라우드의특성상데이터가급속하게증가하므로저장장치의중요성이특히커지고있다. 저장용량도물론중요하지만데이터입출력의고속화가꼭필요한분야가클라우드이기때문에이러한요구를만족시켜줄수있는기술이필수적이라할수있다. 이러한관점에서클라우드컴퓨팅에힘을실어주는것이 SSD(Solid State Drive) 이다. 주요 IT 디바이스에 HDD가아닌 SSD를저장장치로사용해성능과기능을크게향상시킨제품들이잇달아출시되고있는가운데, 클라우드컴퓨팅을 SSD를활용해구현하려고하는노력들이곳곳에서시도되고있다. 그렇다면클라우드컴퓨팅에 SSD가부각되고있는이유는무엇일까. 무엇보다 SSD는기존 HDD에비해스토리지의효율성을대폭향상시킬수있다는점이가장큰장점으로꼽힌다. 갈수록늘어가는데이터양과이를처리해야하는업무로드, 그리고이에소요되는비용등에서발생되는문제점은 IT 관리자

들의가장큰고민거리중의하나인데, 이러한고민의상당부분을 SSD가해결해줄수있다는것이다. 즉, SSD를사용하면전력사용량을줄이면서도처리속도는높일수있고이를통한생산성향상은물론총소유비용 (TCO) 절감효과를얻을수있어기업의경쟁력향상에도크게이바지할수있을것으로기대된다. SSD 기술트렌드 현재컴퓨팅을위한클라이언트 PC와서버플랫폼의핵심요소인프로세서와메모리의성능은눈부시게발전하고있다. 반면, 하드디스크드라이브의경우는상대적으로발전이더딘것이현실이다. 기업측면에서도인터넷의폭발적인성장과더불어급증하는데이터를저장하고분석및활용을위해저장장치의중요성이갈수록커지고있으며, 저장용량측면뿐만아니라성능, 전력사용량등에있어서도적절한저장장치의선택이중요한요소라할수있다. 이러한관점에서 SSD(Static Storage Device) 가각광을받고있다. SSD는하드디스크에비해월등히빠른입출력속도로인해기존의하드디스크가차지하던영역을급속히대체할것으로예측된다. 다만, 상대적으로높은가격이걸림돌로작용하고있으나급속한기술발달과수요증가에따라이러한부분도조만간해소될것으로보여본격적인 SSD 시대가다가올것으로보인다. 또한 PC나울트라북, 태블릿등의개인용디바이스뿐만아니라기업업무용대용량스토리지장치분야에있어서도채택및활용도가계속커질것으로전망된다. 현재 SSD 시장은인텔, 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론, 도시바등이주도하고있다. SSD 란무엇인가? 현재도가장보편적으로사용되고있는하드디스크드라이브는플래터 (Platter) 라불리는자기디스크를물리적으로회전시키며데이터의입출력을처리하는방식을채택하고있다. 반면, SSD는 DRAM 혹은 NAND 플래시같은반도체메모리를내장하고있어서하드디스크보다월등히빠른속도로데이터의입출력을처리한다. 또한기계적구동방식인하드디스크에비해작동소음이거의없으며전력소모도훨씬더적다. 따라서노트북, 울트라북, 태블릿PC 등과같은휴대용기기에사용할경우배터리를보다더오래사용할수있다. 또한이동시충격에대해서도하드디스크에비해상대적으로강한특성을갖고있다. SSD의내부를살펴보면 PC와연결되는인터페이스 ( 연결포트등 ) 와데이터저장용메모리, 그리고인터페이스와메모리사이의데이터교환작업을제어하는컨트롤러 (Controller) 및외부장치와 SSD간의처리속도차이를줄여주는버퍼 (Buffer) 메모리로구성되어있음을볼수있다. SSD에는일반램 (RAM) 을사용한것과플래시메모리 (Flash Memory) 를사용한모델이있다. RAM기반 SSD는매우뛰어난입출력속도를보여주는반면전원이꺼지면저장된데이터가모두없어지기때문에전원이끊어진상황에서도 SSD에계속적으로전원을공급하기위해전용배터리를반드시갖추어야한다. 따라서일반적으로 SSD라고할때에는플래시메모리를사용한모델을의미한다고할수있다. 플래시메모리는전원이꺼지더라도기록된정보가사라지지않고남아있기때문에기존의하드디스크와동일한개념으로사용이가능하다. 현재보편적으로많이사용되고있는 USB 드라이브를생각하면이해가쉬울것이다. 속도측면에서는램기반 SSD에비해느리지만하드디스크에비해서는월등히빠르

다. SSD를사용한 PC나서버의경우하드디스크대비최소 2배이상의 OS 부팅속도나애플리케이션실행속도를보여주고있다. SSD는크기에따라 3.5인치, 2.5인치, 그리고 1.8인치제품형태로제공되고있으며 2.5인치제품이가장인기가높다. 또한, 메인보드와의접속방식에따라 IDC, SATA 등으로나누어지며 IDE 방식은거의사용되지않는다. 서버에사용되는하이엔드제품에는 PCI-E 방식을사용하는경우도있다. SLC(Single Level Cell) 와 MLC(Multi Level Cell) 플래시메모리기반 SSD의경우내장된 NAND 플래시메모리칩에는수백만개의 Cell이들어있다. NAND cell의유형에는 SLC(Single Level Cell) 방식과 MLC(Multi Level Cell) 방식이있다. SLC에서는단하나의데이터비트, 즉 0혹은 1을산출할수있다. 반면 MLC는 cell당 2개의비트를저장하는데, 00, 01, 10, 11의값을산출한다. MLC가 SLC에비해 4배많은값들을저장할수있으므로데이터밀도가훨씬더높음을알수있다. 때문에 MLC가 SLC에비해더큰저장공간을가질수있게된다. 안정성이나데이터처리속도측면에서는 SLC가우수하지만가격측면에서는동일용량의 MLC에비해더높아서 MLC가더욱보편적으로사용되고있다. MLC 기술의경우구조적으로데이터를읽어올때오류가능성을보유하고있다. 이런이유로 MLC 드라이브콘트롤러는 SLC에비해더욱강력한에러보정알고리듬을사용하고있다. 이러한정확성을보장하기위한추가처리과정으로인해일반적으로 SLC에비해느리다고할수있다. 그렇지만최근에이러한성능차이를극복할수있는기술들이속속개발되고있어서차이가계속줄어들고있다. SSD 개발과정및역사 SSD의기원은 1950년대로거슬러올라가게된다. 마그네틱코어메모리및 CCROS(Card Capacitor Read-Only Store) 라는기술이사용되었으며이들기술은진공관컴퓨터시대에부상하다가저렴한드럼스토리지유닛에의해대체되게된다. 그후 70년대에이르러반도체메모리를사용하여 IBM, Amdahl 및 Cray사의초기슈퍼컴퓨터를위해주문형 SSD가만들어졌으나지나치게높은가격으로인해거의사용되지못했다. 1970년말에 General Instruments사에서현재의 NAND 플래시메모리와비슷한 EAROM을개발하게되지만별로호응을받지못하고, 1976년에 Dataram사가 DEC와 Data General사컴퓨터에호환되는 2MB용량의 SSD를제공하는 BULK CORE라는제품을판매하기시작했다. 1978년에는 Texas Memory Systems가 16KB RAM기반 SSD를개발하여정유회사들에게공급하게된다. 1979년에스토리지텍 (StorageTek) 에서최초로현재의 SSD와유사한제품을개발하였다. 1983년에 Sharp사가 128KB SSD 카트리지기반제품을출시하였고, 1984년에 Tallgrass Technology사에서 40MB 테이프백업유닛에하드디스크드라이브대신 20MB SSD를내장한제품을제공하기시작했다. 1986년가을, Santa Clara Systems사에서 4MB 메모리모듈을사용해서 20MB까지확장가능하며충전가능배터리를내장한 BatRam이라는대용량스토리지시스템을출시하였다. 1994년 STEC사에서일반소비자전자장비를위한플래시메모리시장에진출하게된다. 1995년 M- Systems사에서배터리가필요없는플래시기반 SSD를발표하였지만 DRAM 기반제품보다는속도가느

렸다. 그때부터 SSD가군수용과항공산업, 그리고미션크리티컬애플리케이션을위해 HDD를대체하는용도로사용되기시작했다. 1999년 BiTMICRO사에서 18GB 3.5인치플래시기반 SSD를발표하였다. 2007년에는 Fusion-io사에서 320GB까지용량을지원하는 PCIe 기반카드타입 SSD를발표하였다. 2009년 Cebit 행사에서는 OCZ 사가 PCI-E x8 인터페이스를사용한 1TB 플래시기반 SSD를시연하였다. 2009년겨울에 Micron Technology사에서세계최초로초당 6GB를지원하는 SATA 인터페이스를발표하였다. 인텔 SSD 인텔에서는일반개인고객용 PC나노트북, 울트라북, 태블릿등을위한제품부터엔터프라이즈고객의업무용 PC 및서버, 스토리지를위한하이엔드제품까지다양한형태의제품군을제공하고있다. 인텔 SSD의장점으로는전문반도체업체로서수십년간의기술개발경험에따른완성도및컴퓨팅플랫폼에대한최적화등을들수있다. 더불어업계최고수준의최대 5년간의품질보증을통해사용자들이보다안심하고제품을사용할수있도록하고있다. 제품군을살펴보면 300시리즈부터 500시리즈, 그리고 700시리즈까지사용자의요구및환경에부합하는다양한제품군을제공하고있다. 300시리즈는일반소비자및기업의클라이언트플랫폼을위한제품군이며, 500시리즈는 SATA3를지원하며 60GB에서 480GB에이르는다양한용량을제공한다. 또한인텔은최근클라우드컴퓨팅을비롯해가상화, 온라인거래로증가하는데이터센터스토리지분야의수요를충족시킬수있는초고성능 SSD인 인텔짋 SSD 910 시리즈를출시했다. 인텔 SSD 910 시리즈는오늘날데이터센터의애플리케이션성능에필수적인가속화된스토리지성능, 내구성및신뢰성을제공하는것이특징이다. 인텔의고내구성기술 (Intel High Endurance Technology) 을탑재하고있는인텔 SSD 910 시리즈는 MLC(Multi-level cell) 25나노미터 (nm) 낸드플래시메모리에최적화되어최대하루 10회전체드라이브쓰기를 5년동안지속할수있으며, 표준 MLC 기반플래시제품대비 30배이상의내구성을개선한비용효율적인스토리지솔루션이다. 700시리즈와함께 PCI-Express 방식의 910시리즈의경우는기업업무용서버에적합하다. 특히 910 시리즈는 PCIe 버스를사용하여초당최대 2GB의순차일기및초당 1GB의쓰기대역폭을제공하여처리량을이전 SATA 6GB/s SSD에비해 4배향상시켰다. 또한 RedHat Enterprise Linux 64-bit, SUSE Enter prise Linux 64-bit, Windows Server 2008 64-bit, Win dows 7 64-bit 등의다양한 OS도지원한다.

[ 그림 1] 인텔 SSD 910 시리즈 [ 표 1] 사용분야별추천제품군

[ 표 2] 제품별상세스펙 - 클라이언트 SSD

[ 표 3] 제품별상세스펙 - 엔터프라이즈 SSD 다음은인텔 SSD 에서제공하는주요기술들이다. 인텔 SRT(Smart Response Technology) 인텔 SRT란고용량하드디스크드라이브와인텔 SSD 311시리즈를결합하여마치하나의고속대용량 SSD를사용하는것과같은효과를제공하는기술이다. 이기술을활용하려면인텔 Z68 익스프레스칩셋과인텔 RST 기술버전10.5, 그리고 2세대인텔코어프로세서제품군을함께사용하면된다. 이기술을적용하면 SSD의성능과저비용의하드디스크드라이브의장점을모두누릴수있게되며시스템상에는 C: 와같은익숙한하나의드라이브로표시된다. 작동매커니즘은다음과같다. 자주액세스하는파일을자동으로파악하여 HDD에서 SSD로복사를해두게된다. 그러면다음번이들파일을액세스하고자할때속도가느린하드디스크가아니라 SSD로부터데이터를읽어들이며, 자주사용하지않는데이터를요청할때에만 HDD로부터읽어들이기때문에전체적인액세스속도가빨라지게된다. 그결과시스템부트속도를향상시키며, 애플리케이션로드속도를빠르게해줌으로써시스템전체에대해 SSD를사용하는것같이향상된처리속도를체감할수있다.

비정상적전력차단시데이터보호기능 (Power Loss Protection Technology) 일반적으로정상적인 Shutdown 처리동안에대부분의시스템은 SSD가명령 (STANDBY IMMEDIATE) 을실행해서시스템종료전에임시버퍼에들어있는작업중인데이터를 SSD 내의 NAND 플래시에저장할수있도록충분한시간을제공하게된다. 하지만비정상적으로전원이차단되는경우 STANDBY IMMEDIATE 명령을실행할수없어임시버퍼에있는데이터를 SSD의 NAND 플래시에저장할수없다. 그렇지만인텔 SSD 320시리즈는이러한경우에도임시버퍼에있는사용자및시스템데이터를정상적으로 SSD 내의 NAND 플래시에기록할수있게해준다. 인텔 SSD Toolbox 인텔 SSD Toolbox를활용하면 SSD를최적의시스템환경에서사용할수있다. 또한 SSD 정보를상세하게보여주며엑셀파일로저장하는기능도함께제공한다. SMART(Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology) 값을확인해서엑셀파일로저장하는기능도제공하며고속으로 SSD 상태진단을위한스캔작업을실행할수있다. 인텔드라이버업데이트유틸리티 (Intel Driver Update Utility) 를통합하여 SSD 펌웨어를포함한모든인텔소프트웨어업데이트를스캔하고업데이트할수있게해준다. 윈도우7을사용할경우인텔 SSD가 TRIM을지원하므로별도로최적화작업을하지않아도되지만윈도우7 이전버전을사용하고있는경우에는 OS가자동으로최적화를해주지않기때문에인텔 SSD Toolbox를사용하여 TRIM과최적화작업을함께해주는것이좋다. [ 그림 2] 인텔 SSD Toolbox

인텔데이터마이그레이션소프트웨어 인텔데이터마이그레이션소프트웨어는 Clone Disk Wizard 기능을통해 HDD에있는데이터를 SSD로손쉽게복제해주며, Add New Disk Wizard로새로운디스크를추가할수있게해주는소프트웨어이다. 데이터복제시에는 SSD를타겟드라이브로지정하면되고서로용량이다르거나여러개의드라이브파티션으로구성되어있어도사용할수있다. OS, 애플리케이션, 각종문서파일, 및개인설정들도모두복제된다. 복제후에는기존 HDD에있는정보를안전하게제거할수있다. 윈도우환경에서지원된다. 무료로제공되며현재 11개국어가지원된다. Over-Provisioning Over-Provisioning이란 SSD 영역의일부를여유공간으로할당하여랜덤방식쓰기성능을향상시키고수명을연장시키는방법이다. 이것은 HDD의 Short Stroking 이라는기법과유사하다. 여유공간을증가시키면 바로쓰기가가능한 리소스풀도함께커지기때문에성능을향상시킬수있다. 아래그림에서보는바와같이인텔 320 시리즈 300GB 제품에 Over-Provisioning을적용할경우, 여유공간을늘릴수록랜덤쓰기처리가향상됨을알수있다. 전혀적용하지않은경우대비 90GB로설정한경우최대 5 배까지 IOPS가늘어남을볼수있다. [ 표 4] Over-Provisioning 맺음말 지금까지간략하게클라우드컴퓨팅의중요성과이를구현하기위한 SSD 의다양한기술적내용에대해

서알아보았다. 데이터의처리에있어서입출력속도가가장중요한요소임은두말할필요가없을것이다. 이런관점에서하드디스크드라이브보다는고속의 SSD를활용하는사례가계속늘어날것이며궁극적으로는하드디스크를대체하게될것으로전망된다. 하지만, 당분간은하드디스크드라이브대비 SSD의상대적으로높은가격및용량에대한제약에대한해결책으로 SRT(Smart Response Technology) 같은기술을활용하여고용량의하드디스크드라이브와고속의 SSD를결합, 마치하나의대용량고속 SSD인것처럼활용하는것도비용대비뛰어난성능을제공하는하나의현실적인대안이될수있을것이다. <Embedded News> http://www.embeddedworld.co.kr