점점 빨라지는 고성능 SSD, ‘냉각장치’는 선택이 아니라 필수?

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낸드플래시에 데이터를 저장하는 SSD의 등장은 PC의 미래를 순식간에 바꿔 놓았습니다. 시스템의 성능은 꾸준히 빨라지고 있는데 정작 하드디스크(HDD)는 느려 터졌기 때문이죠. 실제로 하드디스크의 데이터 입출력 성능은 SSD에 비해 현저히 떨어지는 것이 사실입니다. 현재 판매되는 하드디스크 대다수의 입출력 속도는 초당 200MB 전후에 머물러 있습니다. 반면 SSD는 SATA 6Gbps 규격으로 봐도 초당 600MB 수준의 데이터 입출력이 가능합니다. 약 3배가량 빠른 셈이죠.

▲ SSD의 등장은 PC의 체감 성능을 송두리째 바꿨다고 해도 과언이 아닙니다.

규격을 PCI-Express로 바꾼 SSD는 속도가 압도적입니다. PCI-E 3.0 기반은 초당 3GB 수준의 전송이 가능하고, PCI-E 4.0은 여기에서 두 배가량 빠른 초당 7GB 수준의 전송이 가능할 정도이니까요. 단순히 비교하면 하드디스크가 부끄러워할 수준이라 하겠습니다. 물론 하드디스크가 단점만 있는 것은 아닙니다. 용량 대비 가격이 저렴해 대용량 데이터 저장에 유리하지요. SSD는 많이 개선됐다지만, 여전히 용량 대비 가격이 높은 상황입니다.

▲ PCI-Express 전송 대역을 사용한 M.2 규격 SSD는 성능 향상의 폭이 더 큽니다.

이렇게 큰 성능 차이를 보이는 이유는 구조적 차이가 큽니다. 하드디스크는 데이터를 담을 수 있는 자기원판(플래터)을 빠르게 회전시켜 그 위에 데이터를 씁니다. 플래터 위에는 헤드가 있는데 이 부품이 열심히 움직이며 데이터를 기록합니다. 하드디스크의 속도는 자기 디스크의 밀도와 회전속도, 헤드의 정확도 등에 따라 정해집니다. 하지만 물리적인 기계 부품이니 속도 향상에 한계가 있죠.

SSD는 이 단점을 완벽히 극복하고 있습니다. 낸드플래시와 컨트롤러만 있으면 되니 구성도 단순합니다. 데이터 입력은 컨트롤러의 제어에 따라 낸드플래시에 차례대로 읽고 쓰면 되지요. 성능은 컨트롤러가 낸드플래시에 얼마나 효율적이고 빠르게 데이터를 전송하느냐와 낸드플래시가 이에 얼마나 대응할 수 있는가에 따라 달라집니다. 용량은 구성에 따라 달라질 수 있으니 비용 투자만 가능하다면 문제 될 것이 없습니다. 그런데 반도체다 보니까 필연적으로 따라오는 것이 있습니다. 바로 ‘발열’이 그것이죠.

빠르지만 상상 이상의 발열이 고성능 SSD의 문제로 대두

이제 SSD는 적어도 수백 MB에서 수 GB에 이르는 데이터를 1초에 전송할 수 있습니다. 그뿐만 아니라, 향후 차세대 전송규격인 PCI-Express 5.0이 도입되면 데이터 전송속도는 초당 수십 GB에 이를 전망입니다. 더 이상 전송속도로 고통받는 시대는 지났다 해도 과언이 아닙니다. 중요한 것은 반도체이기에 빠른 데이터 입출력과 함께 동반되는 발열을 어떻게 제어하는가에 있습니다.

▲ SSD를 열화상 카메라로 촬영한 이미지. 유휴상태(좌)와 작동상태(우)를 비교하면 온도 차이가 드러나는데요. 데이터 입출력이 이뤄지면 컨트롤러와 낸드플래시 모두 부하가 발생하며 뜨거워집니다.

테스트를 진행하다 보면 고성능 SSD는 대부분 발열이 상당히 높다는 것을 확인할 수 있었습니다. 여기에서는 PCI-E 4.0 기반 제품이 기준이 됩니다. 대체로 PCI-E 4.0 기반의 고성능 M.2 SSD는 초당 6GB~7GB 수준의 데이터 입출력 속도를 자랑합니다. 반면 컨트롤러의 온도는 상황에 따라 80도 이상을 보여주기도 합니다. 내부 온도 제어가 잘 이뤄진다고 하더라도 주변 부품의 온도 영향을 받으며 엄청난 온도를 자랑하게 됩니다.

M.2 SSD는 프로세서와 그래픽카드 사이에 위치하게 됩니다. 다수의 슬롯을 보유한 메인보드라 하더라도 결국 그래픽카드와 다른 부품 아래에 자리할 수밖에 없습니다. 자연스레 그 부품이 내는 온도에 영향을 받게 되며, M.2 SSD 자체의 발열로 인해 타 부품이 온도의 영향을 받는 경우도 존재합니다.

▲ SATA 기반 SSD와 달리 기판에 고정되는 M.2 SSD는 주변 부품의 발열에 영향을 받게 됩니다.

이 발열을 해소하기 위한 노력이 이뤄지고 있습니다. 일부 고성능 M.2 SSD는 자체적으로 방열판을 장착해 출시되고는 합니다. 그렇지 않더라도 선택적으로 장착이 가능하도록 별도의 부품을 제공하는 저장 장치도 적지 않습니다. 이는 차세대 전송 규격이 주를 이루면 더욱 부각될 것으로 보입니다.

SSD의 컨트롤러를 개발하는 파이슨(PHISON)의 최고기술책임자(CTO)인 세바스티안 진(Sebastien Jean)은 “향후 PCI-E 5.0, 6.0 시대가 도래한다면 SSD의 발열을 억제하기 위해서 냉각팬을 사용할 수 있다”라고 언급하기도 했습니다. 이어 “컨트롤러는 120도의 고온에 버틸 수 있는 내구성을 갖췄지만, 발열이 낸드플래시에 심각한 영향을 줄 것으로 보이며 속도가 느려지거나 데이터가 손실될 수도 있다”라고 말했습니다. 메모리 칩의 온도는 25~50도가량이 안정성이 높다고 합니다.

문제 해결을 위한 노력을 기울이고 있지만, 안정성을 유지하기 위해서는 더 적극적인 방법을 사용해야 한다는 의미일 것입니다. 이것이 개인이든 기업이 되었든 말입니다.

열심히 일하는 고성능 SSD도 시원하게 해줘야

성능이 뛰어난 만큼 발열도 높은 고성능 SSD. 문제는 단순히 뜨거워지는 것으로 끝나지 않습니다. 컨트롤러가 계속 고온 상태가 유지되면 이를 낮추기 위해 성능을 낮추는 이른바 ‘스로틀링(Throttling)’ 현상이 발생하게 됩니다. 대체로 70~80도 사이에서 스로틀링 구간을 정하는 경우가 많습니다. 해당 온도 이상으로 발열이 발생하면 전송속도를 억제하고 온도를 해당 구간에 맞추는 형태입니다.

이 스로틀링이 발생하면 전송속도 저하가 이뤄지므로 SSD의 성능을 100% 경험하기 어렵습니다. 속도가 떨어져도 하드디스크보다 매우 빠르기 때문에 큰 폭의 성능 하락을 경험할 수 없어도 대용량 데이터를 계속 읽고 쓰는 전문 작업에서는 성능 하락을 즉시 경험할 가능성이 높습니다. 무엇보다 M.2 SSD는 주변 부품의 발열에 영향을 받기도 하기에 민감하다면 대책을 준비하는 것이 바람직합니다.

▲ 방열판이 없는 고성능 M.2 SSD는 방열판 사용을 적극 고려하는 것이 성능 확보에 유리할 것으로 예상됩니다.

가장 먼저 떠오르는 것이 바로 SSD 방열판입니다. M.2 SSD 위에 알루미늄판을 붙여 컨트롤러와 낸드플래시의 발열을 억제하는 식이죠. 두께와 구조가 다양해 선택의 폭이 넓습니다. 가격대도 수천 원에서 1만 원대 내외로 구매 가능합니다. 부담이 적어 필요에 따라 소비자가 구매 여부를 선택하면 됩니다. 조금 더 멋지게 꾸미면서 실속까지 따지는 소비자를 위해 LED가 장착된 제품도 존재합니다.

오롯이 성능에 초점을 둔 PC 사용자는 더 확실한 구조를 가진 SSD 방열판에 관심을 둡니다. 더 두툼한 두께의 방열판을 갖추고, 심지어 히트파이프를 갖춘 방열판을 쓰기도 합니다. 앞서 언급한 것처럼 SSD 자체의 냉각에 초점을 둔 것이 아니라, 프로세서용 냉각장치와 그래픽카드 뒷면에서 뿜어져 나오는 발열까지 고려한 선택인 것이죠.

▲ 최근 SSD 방열판은 주변 장치의 호환성이나 내부 공기 흐름 등을 고려해 설계되고 있습니다.

작은 방열판도 뛰어난 성능을 보여주지만, 대형 방열판을 사용하는 이유는 아무래도 내부 공기 흐름에 따른 선택을 무시할 수 없기 때문입니다. PC 시스템은 내부의 공기 흐름이 발생합니다. 케이스 전면과 후면, 심지어 상단에 냉각팬이 탑재되어 전면으로 공기가 유입되고 상단과 후면으로 방출되는 형태이지요. 대형 방열판을 배치하면 이 공기 흐름에 따라 냉각 효과가 발생합니다.

우려되는 부분은 아무래도 호환성이 아닐까 합니다. 방열판이 너무 높으면 공랭식 쿨러 사용자 입장에서는 장착이 어렵지 않을까 생각할 수밖에 없으니까요. 하지만 최근 출시되는 M.2 방열판은 호환성을 어느 정도 염두에 두고 있어 상대적으로 걱정이 적은 편입니다. 반면 엄청나게 크거나 방열판 안에 냉각팬이 장착된 경우 호환성을 따져야 합니다.

대형 방열판은 발열 억제 성능이 뛰어나다고 평가받고 있습니다. 대체로 M.2 SSD의 스로틀링 구간인 70~80도 이하를 유지해 줍니다. 기본적으로 사용 중인 M.2 SSD가 방열판이 없는 고성능 제품일 경우 한 번은 도전해 보면 어떨까요? 안 그래도 프로세서와 그래픽카드 등으로 뜨거운 PC 내부가 여름이 다가오면서 더 뜨거워지니까요. 이렇다 보니 이제 고성능 SSD에 방열판을 장착하는 것은 선택이 아니라 필수가 아닐까 싶기도 합니다.

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