디스크 드라이브에 적합한 레거시

수년간 IT 스토리지 미디어 분야에서는 많은 혁신이 이루어졌습니다. 이 분야의 많은 사람들과 마찬가지로 저 역시 긴 여정을 걸어 왔습니다. 처음에는 자기 테이프로 시작해서 하드 디스크 드라이브(HDD)로 옮겨가고, 그 후에는 플래시 기반 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)로 옮겨갔습니다. 모든 스토리지 미디어의 기술적 특성은 궁극적으로 IT 도입을 추진하는 데 도움이 됩니다. 스토리지 미디어가 시장에서 성공하는 데에는 여러 가지 요소가 있지만, 기반 기술과 이에 대한 접근 방법이 매우 중요합니다. IT에 중요한 스토리지 미디어의 몇 가지 기술적 특징에 대해 살펴보겠습니다.

1. 저장 용량

사용 가능한 공간의 양은 데이터 공간과 일치하거나 그보다 많아야 합니다. 이는 순수한 물리적 또는 원시 저장 용량이 될 수도 있고, 단순히 장치가 OS 또는 스토리지 시스템에 제공하는 것일 수도 있습니다. 압축 및 기타 데이터 축소 기술을 사용하면 “논리적” 용량이 물리적 용량을 초과할 수 있습니다. 데이터 보호는 반대의 효과를 가져올 수 있으며, 미디어 오류로부터 고객의 데이터를 보호하기 위해 중복성이 필요해져 논리적 용량이 감소할 수 있습니다.

2. 저장 성능

전반적인 배포 속도를 고려할 때 저장 성능의 영향을 간과하는 경우가 많습니다. 대부분의 사용 사례에서 속도는 일반적으로 첫 데이터까지의 시간으로 측정되며, 접근 시간, 지연 시간 또는 응답 시간이라고도 합니다. 이는 지속적인 드라이브 처리량 또는 활성화된 접근 간 시간의 양이 될 수 있습니다. 데이터가 영속적인 경우, 스토리지의 가장 중요한 부분 위주로 데이터 쓰기에 대해 유사한 측정 항목이 존재합니다.

3. 스토리지 에너지 요건

모든 스토리지에는 활성 작업을 수행하기 위한 전력이 필요합니다. 이는 일반적으로 유휴 상태 및 읽기/쓰기 I/O 작업 부하 도중에 측정됩니다. AI(CPU 및 GPU)에 사용되는 컴퓨팅이 데이터 센터의 에너지 예산을 더 많이 소모함에 따라 IT는 인프라의 다른 부분에서 사용되는 전력을 창의적으로 활용해야 했습니다.

4. 스토리지 신뢰성

스토리지에 데이터를 기록하는 경우 다시 읽을 수 있어야 합니다. 오늘날 인정되는 측정 방법으로는 비트 오류율(BER) 및 평균 고장 간격(MTBF)이 있습니다. HDD 및 SSD 전용 기능에는 이제 일일 드라이브 쓰기 횟수(DWPD) 및 총 기록된 바이트 수(TBW)가 추가되어 스토리지 수명을 나타냅니다.

IT 스토리지 미디어

수년간 주요 데이터 센터 스토리지 솔루션에는 많은 전환이 있었습니다. 펀치 카드로 시작되어 테이프로, 그 다음에는 HDD로, 그리고 이제는 SSD로 발전했습니다. 오늘날 엔터프라이즈 스토리지 시장을 새롭게 형성하고 있는 것은 HDD에서 SSD로의 전환입니다.

테이프 기반 스토리지 솔루션

데이터 센터 스토리지 시대는 주로 테이프 기반 솔루션으로 시작되었습니다. 최초의 공간 맞춤형 솔루션이 등장함에 따라 테이프는 HDD와의 경쟁에서 밀려나 서서히 사라졌습니다. 그 후 HDD는 수십 년간 테이프와 함께 엔터프라이즈 스토리지 미디어 시장을 지배했습니다.

흥미롭게도 테이프는 70~80년대에 거의 사라졌습니다. 하지만 테이프는 “콜드(cold)” 또는 “프로즌(frozen)” 스토리지라고 하는 상당한 양의 아카이브 데이터에 여전히 사용되고 있습니다. 테이프는 오늘날에도 여전히 엑사바이트(EB)에서 요타바이트(YB) 규모의 데이터가 필요한 클라우드 및/또는 HPC 숍에서 사용할 수 있도록 존재합니다. 

이를 이해하기 위해서는 이렇게 다양한 스토리지 솔루션의 고유한 기능에 대한 논의가 적절해 보입니다. 우선, 다소 독특한 방식으로 테이프, HDD, SSD의 기초를 살펴볼 필요가 있습니다. 

테이프의 쇠퇴를 초래한 몇 가지 특징은 다음과 같습니다.

• 테이프 접근 방식 제한 사항: 현재 구매 가능한 LTO9 테이프 처리량은 ~160MB/s(기본, 비압축)입니다. 
• 테이프 용량 증가의 어려움: LTO9은 현재 1km 길이의 테이프에 대해 ~9천 개의 트랙을 통해 18TB(기본)/카트리지를 지원하며, 면적 밀도는 대략 12Gbpi²(제곱인치당 기가비트)입니다.¹
• 축소되고 있는 테이프 기술 생태계: 현재 LTO 컨소시엄에는 IBM, HP Enterprise, Quantum이라는 단 세 곳의 회사에서만 새로운 LTO 기술을 개발하고 있습니다. LTO 미디어는 Fujifilm과 Sony에서만 생산하고 있으며, LTO 드라이브는 IBM에서 생산합니다.²

아카이브 용도 외에도 클라우드/HPC 데이터 센터에서 테이프가 여전히 사용되는 또 다른 이유는 에너지 소비와 수명 때문입니다. 기본적으로 테이프는 마운트가 해제되면 0W의 전력을 사용하여 미디어 수명이 10년 이상입니다.

HDD 스토리지 솔루션

HDD 역시 틈새 시장으로 더욱 밀려나고 있습니다. 테이프와 마찬가지로 유사한 문제가 디스크에 영향을 끼치고 있습니다. 이러한 문제는 스핀들, 플래터, 모터와 같이 움직이는 부품과 밀접한 관련이 있습니다. 심지어 HDD용 인터페이스도 어려움이 있음:

• 뒤처지는 디스크 접근 방식과 인터페이스 혁신: 디스크 전송 프로토콜은 시간이 지남에 따라 파이버 채널(FC), AT 기술 표준(ATA), 병렬 ATA(PATA), 직렬 ATA(SATA) 및 직렬 연결 SCSI(SAS)에서 변화했습니다. 하지만 AI를 위한 인터페이스 및 접근 방식에서 일어나고 있는 대부분의 기술 혁신은 디스크를 지나치고 있습니다. 현재 지속 가능한 디스크 처리량은 약 260MB/s입니다.³
• 디스크 용량 증가도 과제: 스피닝 디스크 미디어의 경우, 저장 용량과 밀도를 높이는 유일한 방법은 표면당 인치당 트랙 수(TPI)를 확장하는 것입니다. 현재로서 마이크로파 및 열 보조 자기 기록(MAMR 및 HAMR) 헤드와 에너지 수직 자기 기록(ePMR) 미디어는 미래 기술입니다. 현재 구매 가능한 엔터프라이즈 HDD는 2차원 자기 기록(TDMR) 및 PMR 미디어를 사용합니다. 또한, 기존 자기 기록과 기와식 자기 기록 방식, 즉 CMR과 SMR이 있습니다. 현재 14TB Ultrastar DC HC530 데이터 센터(CMR) 디스크 드라이브는 면적 밀도 904Gbpi²를 지원합니다.⁴
• 축소되고 있는 디스크 기술 생태계: 다시 말해, 테이프와 마찬가지로 오늘날 엔터프라이즈 디스크 드라이브를 생산하는 회사는 Seagate, Western Digital, Toshiba 세 곳뿐입니다. 

현재 HDD는 여전히 대량으로 구매 가능하며 앞으로도 한동안 계속 판매될 것입니다. 그러나 테이프와 마찬가지로 HDD는 활성 스토리지보다는 주로 아카이브가 필요한 EB에서 YB 규모의 데이터를 보유한 하이퍼스케일러 및 기타 고객에게 판매될 것입니다.

SSD 기반 스토리지 솔루션

방침을 바꾸어 SSD와 플래시 기술 시장이 전반적으로 호황을 누리고 있습니다. 이유는 무엇일까요?

• SSD를 타겟으로 하는 새로운 AI 저지연 접근 방식과 인터페이스 프로토콜: SSD의 기저 미디어는 반도체 기술이므로 매우 빠르게 액세스할 수 있으며 마이크로초 단위의 응답 시간을 제공할 수 있습니다. SSD의 지속적 처리량은 일반적으로 3GB/s~4GB/s 이상입니다. SSD 처리량은 플래시 IC의 병렬 구조, 패키지의 플래시 IC 수, SSD의 플래시 패키지 수와 상관관계에 있습니다. 이를 통해 HDD나 테이프보다 훨씬 쉽게 드라이브 처리량을 늘릴 수 있습니다.  Solidigm이 SSD 패키징 기술 혁신의 기반을 다지는 방법에 대한 기사에서 패키징에 대해 자세히 알아보십시오.

• SSD 용량 증가는 어렵지만 가능함: 근본적으로 SSD의 물리적 용량을 늘리는 데에는 미디어 스케일링, 패키지 스케일링, 셀당 비트 수 스케일링의 세 가지 방법이 있습니다. 최초의 SSD는 싱글(1) 레벨 셀(SLC)을 사용했습니다. 오늘날에는 트리플(3) TLC와 쿼드(4) QLC 장치를 볼 수 있습니다. 현재 플래시 업체는 다이당 최대 200개 이상의 플래시 레이어를 쌓아 올린(3D NAND) 장치를 판매하고 있습니다. 모든 스케일링을 고려해볼 때, 플래시의 Gbpi²를 정확히 알아내는 것은 움직이는 목표이지만 일반적으로 SSD는 15Gb/mm²(~9,600Gbpi²) 이상입니다. 앞서 언급한 바와 같이 플래시는 패키지당 여러 개의 IC로 제공될 수 있습니다. Solidigm™ D5-P5336 QLC SSD는 122.88TB의 물리적 저장 용량을 지원합니다. 

• 확장하는 SSD 생태계: NAND 플래시는 반도체를 기반으로 하며, 더 많은 기업이 반도체 기술을 발전시킬 수 있게 해 주며 적어도 SSD 생태계의 일부를 주도합니다. 여러 주요 업체가 있고 그 수는 5개에서 점점 증가하고 있지만, 지원 기관의 생태계 또한 더 큽니다. 

모든 스토리지 미디어 중 가장 빠른 접근 시간(마이크로초), 전체 및 Gbpi² 모두 가장 큰 용량, 드라이브당 4GB/s 이상의 최대 처리량, 스토리지당 가장 낮은 에너지 비용(TB/W), 그리고 가장 빠르게 확장되는 기술 생태계를 갖춘 SSD가 오늘날 IT 스토리지 시장을 장악하는 것은 당연한 일입니다. 

변화하는 IT 애플리케이션 워크로드

애플리케이션이 IT 스토리지 미디어 도입의 주요 동인 중 하나라는 사실을 깨닫는 것이 중요합니다. 테이프가 데이터 센터에서 위신을 잃은 이유 중 하나는 애플리케이션이 RAM(랜덤 액세스 메모리) 사용을 시작하도록 진화했기 때문입니다. 그 시스템이 도입되기 전에 사용자들은 일괄 입출력을 해야 했기 때문에 순차적인 접근 방식이 필요했습니다. 랜덤 액세스 필요성으로 인해 HDD가 주요 저장 장치 유형으로 자리잡을 수 있는 좋은 기회가 되었습니다. 이와 같이 엔터프라이즈 애플리케이션 및 액세스 패턴의 변화는 IT 스토리지 미디어 도입에 엄청난 영향을 끼칩니다.

오늘날 엔터프라이즈 IT 애플리케이션에 가장 큰 변화를 가져오는 것은 AI입니다. 지난 10년간 AI의 등장으로 인해 많은 기업이 깜짝 놀랐지만 이제는 AI 도입에 모든 역량을 쏟아붓고 있습니다. 

AI 워크로드 및 데이터 스토리지

하지만 엔터프라이즈 애플리케이션의 변화를 이끄는 것이 AI 확산만은 아닙니다.⁵ 

몇 가지 주요 요인은 다음과 같습니다.

• 새로운 노코드(no-code), 로우코드(low-code) 및 AI 어시스턴트 코드(AI assistant code) 애플리케이션이 매일 등장하고 있습니다. 이러한 새로운 애플리케이션이 원활하게 작동하려면 고성능 스토리지, 네트워킹 및 처리 인프라가 필요합니다. 
• 랜섬웨어 및 사이버 보안으로 인해 IT는 비즈니스 연속성과 재해 복구를 새로운 신앙처럼 받아들여야 합니다. 
• 엣지 컴퓨팅(edge computing)이 등장하면서 IoT 애플리케이션이 빠르게 성장하고 있지만 일부 IoT 시스템의 에너지와 공간/작업 범위는 심각하게 제한됩니다. 저전력, 고용량 SSD 스토리지는 온보드 데이터 필요성이 있는 IoT 애플리케이션에 자연스럽게 어울립니다. 
• 사용자 응답 시간을 단축하기 위해 프로그레시브 웹 앱(Progressive web application)이 개발되고 있습니다. 하지만 사용자에게 저지연 응답을 제공하기 위해서는 즉각 반응하고, 성능이 좋으며 확장성이 높은 인프라가 필요합니다. 

이러한 추세를 따라갈 수 있는 저전력의 더 빠르고 용량이 큰 SSD 스토리지를 갖추는 것이 더욱 중요해졌습니다.

요약

데이터 센터에서 스토리지 미디어 전환은 드물게 발생합니다. 때로는 예측하기 어렵지만, 눈여겨 보면 추세를 파악할 수 있습니다. 

SSD는 수십 년간 사용되어 왔습니다. 그러나 애플리케이션이 액세스 패턴에 집중되게 하는 이전의 노력과 달리 SSD의 스토리지 미디어를 사용하면 AI 엔터프라이즈 액세스를 SSD와 일치하는 방법/인터페이스 프로토콜로 맞춤화할 수 있어 HDD를 훨씬 앞섭니다. 게다가 SSD의 원시 용량은 다른 모든 스토리지 미디어보다 훨씬 크고, SSD의 낮은 에너지 사용량을 고려해 볼 때 AI를 도입하는 모든 최첨단 기업이 선호하는 스토리지 미디어로 빠르게 자리잡고 있습니다. 

사라졌다고 선언된 지 약 50년이 지난 지금도 테이프는 여전히 존재합니다. HDD는 여전히 존재하지만, 업계로서 우리는 아카이브 생명 지원 장치에 연결할 준비가 거의 다 되었습니다. SSD는 특히 기업이 데이터 센터 워크로드에 더 많은 AI를 통합하도록 전환함에 따라 기업 수준에서 가속화하는 애플리케이션 변화의 속도에 발맞추기 위한 유일한 스토리지 미디어 솔루션입니다.