SATA에서 NVMe로 전환

지금 전환이 필요한 이유

NVMe 에코시스템은 계속 확장되며 폼 팩터, 전력, 비용, 용량, 보안, 관리 효율성의 측면에서 혁신을 주도합니다. 실제로 NVMe는 2020년부터 2025년까지 연평균 29.7%씩 성장할 것으로 예상됩니다. 반대로 2011년 NVMe가 도입된 이후 SATA 시장 점유율은 꾸준히 하락하고 있으며, 2026년에는 10%를 밑돌 것으로 예상됩니다. SATA의 마이너 업그레이드 버전인 SATA 3.0이 출시된 지도 벌써 거의 15년이 되었습니다. SATA SSD는 과거의 유물이 되어 가고 있으며, 새로운 에코시스템의 효과를 누리지도 못하고 있습니다. 이제 전환은 필수입니다. 문제는 언제 전환하느냐 하는 것입니다. 소프트웨어와 하드웨어 양쪽에서 새로운 스토리지 기술 및 최신 기능을 효과적으로 활용하려면 그에 맞는 인프라가 필요합니다. 이런 점을 고려하면 SATA에서 NVMe 인터페이스로 전환하는 것은 불가피합니다. 문제는 전환 여부가 아닌 시기입니다. 비용은 이러한 전환을 계획할 때 결정적인 요소입니다. NVMe 기반 Solidigm™ 3D NAND QLC SSD는 높은 집적도, 향상된 성능, 우수한 경제성을 자랑합니다. SATA에서 NVMe로 전환하면 병목 현상이 사라져 더욱 높은 성능으로 용량을 확장할 수 있습니다. 솔리다임의 QLC SSD는 높은 유연성을 제공하여 시스템을 현대화합니다. 이제 고객은 설치 공간을 변경하지 않고도 애플리케이션을 더 빠르게 서비스하거나 더 많은 애플리케이션을 서비스할 수 있습니다. NVMe를 통한 성능 확장성 아래 표는 대역폭 및 IOPS에 대한 SATA 성능의 범위를 NVME PCIe Gen3 성능과 함께 보여줍니다. 이미 NVMe 에코시스템을 사용하는 많은 사용자가 PCIe Gen4로 전환했으며, 일부는 PCIe Gen5로 전환하고 있습니다. 표에서 볼 수 있듯이 NVMe SSD는 PCIe Gen3의 낮은 성능 기준에서도 SATA 사양의 최대 한계를 거뜬히 능가합니다. NVMe 성능의 경우, 3.84TB 용량의 솔리다임 P5430을 기준으로 하였습니다. 더 높은 용량과 PCIe Gen4 속도를 결합하면 이러한 격차는 더욱 커집니다. 7GB/s의 읽기 대역폭에 도달한 NVMe PCIe Gen4 SSD를 사용하면 단일 드라이브로 최대 12개의 SATA SSD에 해당하는 읽기 성능을 제공할 수 있습니다. 따라서 훨씬 작은 설치 공간으로 요구 사항에 맞게 용량과 성능을 유연하게 조정할 수 있습니다. 인터페이스 속도 비교만으로도 읽기 성능이 5배 이상 향상되었음을 알 수 있습니다. 솔리다임 QLC 3D NAND SSD를 통해 향상된 인터페이스로 전환할 수 있으며, 성능, 집적도, 비용 간의 적절한 균형을 유지할 수 있습니다.

표 1. SATA와 NVMe 성능 비교

SATA 연결 속도는 최대 960GB입니다. 960GB SATA 드라이브는 SATA 6Gb/s 인터페이스를 완전히 포화시키기 때문에 960GB에서 7.68TB까지 SATA 드라이브 용량을 올려도 성능 향상이 없습니다. 드라이브 용량이 높아지면 성능 향상 없이 가격이 상승하므로 GB당 성능이 저하됩니다. SATA 폼 팩터는 HDD에서 진화한 결과물입니다. 즉, NVMe 솔리드 스테이트 드라이브만큼 용량 최적화와 냉각에 효율적이지 않습니다. 물리적 공간이 문제가 되기 시작하는 배포의 경우 NVMe가 좋은 대안을 제공합니다. 폼 팩터 혁신을 통해 고객은 성능 저하 없이 시스템 설치 공간을 줄일 수 있습니다. 사례 연구: SATA RAID 1에서 NVME RAID 10으로 전환 드라이브 고장을 막기 위한 이중화와 빠른 RAID 성능을 찾는 고객에게는 RAID 1 및 RAID 10이 적합한 옵션입니다. 현재 RAID 10으로 SATA 드라이브를 사용하는 고객은 더 큰 용량의 NVMe 드라이브를 사용하는 RAID 1로 전환하여 RAID 어레이의 드라이브 수를 줄이고, 동일한 수준의 성능과 용량을 확보할 수 있습니다. 샘플 연구는 SATA에서 NVMe로의 전환이 소규모로 이루어진 사례를 보여줍니다. 이 사례에서는 최저 용량으로도 효과가 있음을 확인할 수 있습니다. 고밀도 솔리다임 3D NAND QLC SSD(예: P5430)로 성능 및 용량을 높이고 총소유비용을 개선할 수 있습니다. SATA HW RAID에서 NVMe HW RAID로 전환하면 확장성, 정비성, 안정성을 높일 수 있으며, NVMe 에코시스템이 제공하는 다양한 기능을 활용할 수 있습니다. NVMe 에코시스템 전환 추세를 인식한 RAID 공급업체들은 트라이 모드 HBA, 고성능 RAID 솔루션과 같은 NVMe 장치를 지원하는 솔루션을 개발해 왔습니다.

솔리다임의 QLC 드라이브는 경제성이 뛰어납니다. 솔리다임 P5430과 같은 NVMe QLC 드라이브로 전환하면 더욱 높은 읽기 성능과 TCO 개선을 경험할 수 있습니다.

그림 1. SATA RAID-10과 NVMe RAID-1 비교

테스트 결과

RAID 환경에서 TCO 개선 효과와 높은 읽기 성능을 입증하기 위해 4개의 1.92TB S4520 SATA TLC 드라이브를 RAID 10 구성으로 사용하고 2개의 3.84TB P5430 NVMe 드라이브를 RAID 1 구성으로 사용했습니다. FIO(가변형 I/O 테스터)를 사용하여 RAID 어레이의 대역폭과 IOPS를 측정했습니다. RAID 10 구성은 SAS/SATA RAID HBA를 사용하고 RAID 1 구성은 트라이 모드 RAID HBA를 사용합니다. 테스트 구성은 아래를 참조하십시오.

결과에 따르면 이러한 전환을 통해 고객은 동일한 가용 RAID 용량을 유지하면서도 25%의 TCO 개선으로 두 배의 읽기 대역폭을 달성할 수 있습니다. 이러한 전환을 통해 고객은 최적의 스트라이프 크기를 선택하는 문제를 해결할 수 있으므로 미러링 RAID를 통해 다양한 애플리케이션에서 QLC NVMe SSD의 본래 성능을 완전히 활용할 수 있습니다.

차트 테스트 구성

• 솔리다임 SATA 4 x 1.92TB S4520. M50CYP2SBSTD(Coyote Pass 2U), Xeon® Gold 5318Y CPU(듀얼, 2x24코어, 코어당 1스레드), 256GB 메모리, Linux 3.10.0-1160.71.1.el7.x86_64, Cent OS 7. LSI MegaRAID 9361-8i. RAID 10. FIO 3.7. 
• QLC NVMe. 2 x 3.84TB P5430. M50CYP2SBSTD(Coyote Pass 2U), Xeon® Gold 5318Y CPU(듀얼, 2x24코어, 코어당 1스레드), 256GB 메모리, Linux 3.10.0-1160.71.1.el7.x86_64, Cent OS 7. LSI MegaRAID 9440-8i. RAID 1. FIO 3.7.

그림 2. SATA RAID 10과 NVMe RAID 1의 순차 읽기/쓰기 비교(GB/s)

그림 3. SATA RAID 10과 NVMe RAID 1의 랜덤 IOPS 읽기/쓰기(K IOPS)

결론

지난 10년 동안 데이터가 크게 증가했으며 대규모 데이터 저장소에 대한 빠른 액세스가 필요해졌습니다. 데이터 저장소가 확대됨에 따라, 새로운 성능 요구 사항을 충족할 수 있는 인터페이스도 필요해졌습니다. 성능과 용량이 제한된 SATA는 이러한 스토리지 패러다임에 제대로 대응할 수 없습니다. 혁신적 에코시스템을 갖춘 NVMe가 이러한 솔루션에 적합한 선택입니다.

D5-P5430 및 P5336과 같은 솔리다임 QLC SSD에 대해 자세히 알아보십시오.