SSD

SSD 또는 Solid State Drive는 플래시 메모리를 활용한 컴퓨터의 보조 기억 장치이다.

HDD에 비해 빠른 I/O 성능과 매우 낮은 충격에 의한 데이터 손실 및 고장 확률, 거의 없는 소음 덕에 2010년대 이후 PC에는 거의 반드시 장착된다. HDD 대비 유일한 문제점은 가격이라는 말이 있을 정도로 HDD 대비 동일 용량에서 고가이나, 워낙 장점이 많아서 2010년대부터는 PC 내 주력 저장장치로 취급된다.

역사

1990년대 이전에도 ROM이나 보조 전력 장치가 붙은 RAM 등을 활용해 자기력을 활용해 데이터를 기록하는 방식이 아닌 저장 매체를 활용해 고성능 데이터 저장 장치를 만들려는 시도는 있었다. 그러나 이들은 데이터 기록에 제약이 심해 별 효력이 없었다. IBM이나 슈퍼컴퓨터 제조사로 유명한 Cray 등에서 이들을 병렬적으로 연결해 오늘날과 같은 SSD를 최초로 사용하기 시작했다.

1987년 도시바의 플래시 메모리가 개발된 뒤에야 비로소 안정적인 데이터 보존이 가능한 SSD를 만들 수 있었으며 이것을 대중화하는 데에 큰 공헌을 한 회사가 Sandisk로, 1991년 최초로 씽크패드에 사용할 20MB짜리 SSD를 IBM에 납품하면서 오늘날과 같은 개념의 SSD가 대중에게 공개되었다.

이후 21세기 들어서 도시바, 삼성전자, 하이닉스, 샌디스크, 마이크론 테크놀러지의 5회사가 치열하게 경쟁하면서 점점 용량을 늘리고 NOR 플래시 메모리 대신 NAND 플래시 메모리를 적층한 뒤 대량으로 박으며 용량을 높이고 가격을 낮추며 점점 SSD의 단가가 낮아지다가, 2011년 태국 홍수로 HDD 생산 공장들이 대거 타격을 입으면서 SSD가 최초로 HDD보다 싸지는 사건이 발생하며 SSD의 빠른 데이터 I/O 속도가 입소문을 타게 되었고, Windows 7의 보급과 맞물려 HDD를 대용량 데이터 저장용으로 밀어내고 PC 부팅용 저장소의 위치를 획득한다.

현재는 도시바가 분식회계 사태로 인해 KIOXIA라는 이름으로 플래시 메모리 관련 사업부를 분사했으며 HDD 제작 기업인 웨스턴 디지털이 샌디스크를 인수함에 따라 2010년 이전에 두각을 보이던 상기한 5개 회사가 시장을 완전히 장악하고 있다.

구조와 원리

플래시 메모리는 그 자체로 데이터 읽기/쓰기 속도가 낮으나, 여러 개의 플래시

각주

를 병렬로 연결한 다음, 읽거나 쓰라는 요청이 들어오면 해당 데이터를 동시에 여러 셀에서 가져오고 내보내는 인터리빙 작업을 통해 성능을 올린다.

SSD는 보통 NAND 플래시 메모리를 여러 개 사용하는 식으로 제작된다. NAND 플래시 메모리는 직렬로 연결되어 I/O 작업을 한 번에 몇 개씩 묶어 수행하도록 되어 있다. 이것은 용량을 올리기 쉬우나, 셀 하나만 고장나도 한 뭉치가 고장나는 구조라 수명은 상대적으로 짧다. 각 셀을 병렬적으로 읽고 쓸 수 있는 NOR 플래시 메모리를 활용해 SSD를 만들 수도 있으나, 용량 올리기가 너무 힘들어 현재는 만들지 않는다. 인텔이 이쪽을 밀다 도저히 안 되겠다 싶어 그냥 NOR 플래시 메모리 기반 SSD 사업을 접었고, 이 삽질로 NAND 플래시 기반 SSD도 소비자 시장에서 경쟁력을 상실해 기업용 제품만 만들다 결국 솔리다임이라는 이름으로 SK하이닉스와 합작회사를 차려 분리했다.

NAND 플래시메모리 채용만으로도 부족하여 한 셀 내의 전하 방전 상태를 여러 레벨로 구분하여 SLC, MLC, TLC, QLC 플래시 메모리 등을 만든다. 레벨을 2의 제곱수로 늘리면 한 셀 내에 데이터를 더 많이 저장할 수 있지만, 기록을 반복하다보면 셀 내의 문턱 전압이 점점 높아지며 데이터가 0(Erase)인지, 1(Program)인지 구분하기 힘들어지는 플래시 메모리 특성상 높은 레벨 구분을 가진 플래시 메모리를 채용하면 수명이 기하급수적으로 짧아진다. QLC는 TB 단위의 용량을 구현 가능하지만, 셀마다 읽고 쓸 수 있는 횟수가 많아야 몇백 번이며 SLC, MLC는 동일 상황에서 못 해도 만 번은 버틴다.

그래서 SSD 제조사들은 플래시 메모리 안의 여유분의 셀을 일부러 두어 데이터가 일부 손상되어도 ECC 과정을 거쳐 데이터를 복구한 뒤 아직 쓰지 않는 셀에 다시 할당하거나, 처음부터 SSD 내 컨트롤러에서 각 셀의 수명을 추적해

각주

으로 데이터를 분산 배치해 전체적인 메모리 수명을 최대로 쓸 수 있도록 프로그래밍한다.

그 외에도 셀을 수직으로 쌓아서 용량을 늘리는 3D 낸드 플래시 메모리를 쓸 수 있다. 보통 IT 관련 언론에 나오는 64단 메모리, 256단 메모리 이런 것들이 수직 적층된 NAND 플래시 메모리 다이를 만들었다는 것인데, SSD에 쓰면 당연히 용량이 늘어나고, 수명 연장을 위한 여유분의 셀도 더 많이 확보할 수 있다.

속도 향상을 위해 SSD 기판 한쪽에 별도로 마련된 DRAM에 먼저 데이터를 넣고, 기록시킨 다음 뒤이어 들어오는 다른 데이터 입출력 활동과 연계해 메모리에 쓰고자 하는 요청이 적을 때 DRAM 데이터를 플래시 메모리로 옮기는 캐싱 기법도 있다.

주요 제조사

• 삼성전자: NAND 플래시 메모리 기반 SSD를 2.5인치 HDD 규격에 맞춘 SATA 인터페이스 SSD와 M.2 SSD 형태로 집중적으로 만든 덕분에 노트북 및 소형 PC용 SSD 시장을 선점하는 데에 성공하여 2010년대 PC 내 본격적인 SSD 사용이 시작되었을 때 이 분야의 최고봉이 되었다. 성능도 준수하고 자체 컨트롤러 생산도 하는 등 SSD 관련하여 안 만드는 것이 없다.
• KIOXIA: 플래시 메모리 개발사답게 SSD 제작 관련 노하우가 뛰어났으며 OCZ를 먹으며 소비자 시장에서도 한 자리를 확실히 차지하는 데에 성공했다. 다만 삼성전자에 비해 대중용 SSD 시장 공략 타이밍이 좀 늦었고 도시바가 회계 부정 때문에 쇄신을 해야 하는 상황이 오자 결국 KIOXIA라는 별도의 회사로 분리했다.
• SK하이닉스: 삼성전자의 국내 경쟁사로 비슷한 시기에 OEM 공급에 주력하며 나름 한 자리를 차지했다.
  • 인텔: 도시바로부터 라이선스를 받아 뛰어난 SSD를 다수 만들었으나 NOR 플래시 메모리를 제때 손절하는 데 실패하고 주력 SSD 인터페이스를 PCI express 확장형 카드로 택하는 바람에 소비자 시장에서는 일찍 물러났고 기업용 SSD 시장에서 버티다가 결국 인텔이 메모리 관련 사업을 완전히 접으면서 솔리다임이라는 이름으로 SK하이닉스에 사업부를 팔았다.
• 샌디스크: 대중용 SSD하면 샌디스크였고 실제로도 상당히 잘 나갔다. 다만 다른 회사에 비해 회사 규모가 작아 자금 운용이 빠듯한 편이었기에 결국 치킨게임 시즌이 오자 HDD 제조사인 웨스턴디지털에 인수되었다. 웨스턴디지털은 이것 외에도 HGST의 SSD 사업부를 먹으면서 개인용/기업용 SSD 제품 목록을 전부 완성하는 데에 성공한다.
• 마이크론 테크놀로지: 메모리 3강답게 SSD 5강의 말석을 차지하는 데에 성공했다.
• YMTC: 중국 칭화유니그룹 산하 메모리 관련 제품 제조사. 아시아 최강 생산기지인 중국에서 각종 지원을 받으며 성장 속도가 상당히 빨라 SSD 6강 진입이 가능할지도 모른다는 예측이 있다. 다만 중국 제품 특유의 낮은 신뢰도 때문에 아직 세계적으로 팔리는 메이저 제조사 지위에는 진입하지 못했다.
• 그 외에 ADATA, 트랜센드, Kingston, 리뷰안 등의 중소 규모 SSD 제조사가 있다. 씨게이트도 바라쿠다 SSD를 내면서 이쪽에 발을 담그고 있으나, 아직 갈 길이 멀어보인다.