‘초당 10GB 이상’ PCI-e 5.0 SSD가 그렇게 빠르다는데 꼭 필요할까요?

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12세대 인텔 코어 플랫폼에 이어 최근 공개된 AMD 라이젠 7000 시리즈 플랫폼까지 공식적으로 PCI-Express 5.0 지원을 언급하면서 차세대 전송 규격 경쟁이 시작될 예정입니다. 해당 규격은 외부장치와 프로세서가 직접 통신해 빠른 데이터를 처리하기 위함으로 2004년 이후 꾸준히 업데이트를 통해 속도를 높여왔는데요. 5세대 PCI-Express는 레인당 32GT/s 전송이 가능합니다. 이는 약 3.94GB 데이터를 1초에 전송 가능한 수치이며, 이전 세대와 비교하면 2배 빠릅니다.

인텔에 이어 AMD 차세대 프로세서 플랫폼에도 PCI-E 5.0 전송규격이 적용되었습니다.

차세대 전송 인터페이스로 인해 혜택을 입을 분야는 아무래도 그래픽카드와 고속저장장치(SSD)가 될 것으로 보입니다. 특히 속도 향상이 두드러지는 저장장치 분야에서 PCI-Express 5.0 도입이 적극 이뤄지는 분위기입니다. 아무래도 앞서 언급한 것처럼 이론상 전송속도가 1초에 3.94GB, 약 4GB에 달하기에 M.2 NVMe 저장장치가 주로 쓰는 PCI-E 4레인을 모두 활용하면 최대 16GB를 1초에 전송할 수 있으니까요.

때문에 몇몇 고속저장장치 제조사는 벌써 PCI-E 5.0 전송규격에 대응하는 제품을 공개하고 있습니다. 여기에는 커세어, 어로스(기가바이트), 어페이서, 자닥 등 유명 브랜드가 포함되어 있습니다. 의외로 삼성전자와 하이닉스, 마이크론, 솔리다임 등 소위 메이저 제조사는 소비자용 PCI-E 5.0 고속저장장치 공개에는 소극적인 모습입니다. 오히려 출시 속도를 조절하겠다고 언급한 제조사도 있을 정도구요.

‘초당 10GB 이상’ 초고속 SSD, 체감은 순간?

지금까지 공개된 PCI-E 5.0 기반 고속저장장치(SSD)의 특징은 기본 순차쓰기 속도가 초당 10GB 이상이라는 점입니다. 순차읽기 속도는 이보다 더 빠른데요. 대체로 12~14GB를 1초에 할 수 있다고 강조합니다. 그러니까 이것이 사실이라면 4K 해상도 고화질 영상 정도는 몇 초 이내에 읽고 쓸 수 있습니다. 대용량 게임도 마찬가지죠. 최근 게임들 용량이 100GB를 상회하기도 하는데 이론상 속도라면 10초 정도가 소요됩니다.

PCI-E 5.0 고속저장장치는 PCI-E 4.0 대비 전반적인 속도 향상이 큽니다.

PCI-E 4.0 기반 고성능 고속저장장치의 순차쓰기 속도는 초당 약 6~7GB 수준입니다. 순차읽기도 이와 비슷하구요. 비교하면 순차쓰기는 약 50~60% 정도, 순차읽기는 최대 두 배 가량 빠릅니다. 한 세대가 업그레이드되면서 전송속도가 두 배 빨라졌으니 이 정도 성능 향상은 수긍이 되는 부분입니다.

중요한 것은 이 엄청난 속도가 꾸준히 유지되느냐는 것이죠. 현실은 그렇지 않습니다. 대부분 고속저장장치는 초반에 뛰어난 성능을 보여준 후, 서서히 느려지기 때문입니다. 이 현상은 읽기보다 쓰기에 집중되어 있습니다. 이유는 바로 낸드플래시 구조에 있습니다. 읽기 작업 중에는 낸드플래시에 있는 데이터를 불러오기만 하면 되지만, 쓰기 작업을 하려면 셀을 한 번 지워야 합니다. 작업을 한 번 더 진행하기 때문에 꾸준히 제 성능을 내기 어렵습니다.

정도의 차이는 있지만, SSD는 대부분 초기에 제원에 가까운 성능을 내다가 이후 급격히 떨어집니다.

이를 극복하기 위해 고속저장장치에는 데이터를 쓰는 과정에서의 속도 지연을 막기 위해 보조 메모리(캐시 메모리)를 탑재하거나 낸드플래시 일부의 구조를 일시적으로 단순하게 구성(SLC 캐싱)해 속도를 높이기도 합니다. 그럼에도 속도 저하를 100% 막을 수 없습니다. 처리 속도 자체의 한계와 발열 등 기타 문제들도 성능 저하에 영향을 주니까요.

구조적 한계를 해소하지 못하면 PCI-E 5.0 고속저장장치도 장점으로 내세우는 속도를 100% 경험하기 어려울 것으로 예상됩니다. 이전 세대 제품들과 비교하면 최저 속도 자체의 상승이 있겠지만, 이것이 엄청난 체감으로 이어진다는 보장은 없습니다. 오히려 속도 하나만 보고 구매한다면 후회할 가능성이 높아집니다.

초고속 저장장치의 필연적 문제 ‘발열 + 비용’

데이터를 담는 자기원판(플래터)과 이를 돌리는 모터, 데이터를 읽고 쓰기가 가능한 헤드 등 대부분 기계적 부품들로 이뤄진 하드디스크와 달리 고속저장장치(SSD)는 데이터 저장에 필요한 낸드플래시, 최적의 속도로 데이터를 관리하는 컨트롤러 등 반도체만으로 이뤄져 있습니다. 따라서 상대적으로 속도를 높이는데 유리한 구성을 갖습니다.

하드디스크는 데이터를 저장하기 위해 플래터와 모터, 헤드 등 기계적 부품이 주를 이룹니다. 발열은 있지만 면적이 넓어 비교적 안정적인 성능을 냅니다.

중요한 것은 속도를 높이기 위해 컨트롤러 성능을 높이는 과정에서 필연적으로 발열 문제가 생긴다는 점입니다. 하드디스크도 분당 5,400회에서 7,200회 수준으로 플래터를 회전시키고 데이터센터, 서버 등 특정 산업환경에서 쓰이는 초고회전 제품은 분당 1만 5,000회 가량 플래터를 돌립니다. 이런 경우도 발열이 높아질 수밖에 없지만, 고속저장장치 역시 하드디스크 이상의 발열을 자랑합니다.

실제로 현재 PCI-E 4.0 기반 고속저장장치 중 고성능 제품은 작동 여부에 따라 컨트롤러 온도가 최대 80~90도에 육박하기도 합니다. 너무 높은 작동온도 때문에 대부분 제품은 일정 온도 이하로 떨어질 때까지 성능을 낮추는 ‘스로틀링(Throttling)’ 구간을 설정하고 있으며, 사용자는 이로 인해 실 수치와 다른 성능을 경험하게 됩니다.

반면 고속저장장치는 컨트롤러와 낸드플래시에 발열이 집중됩니다. 게다가 성능이 좋을수록 온도가 매우 높아져 온도 관리는 필수입니다.

현 세대 제품의 발열도 높은 상황에서 더 빠른 성능을 제공하는 PCI-E 5.0 기반 고속저장장치는 기본적으로 높은 발열 수치를 보일 것이라는 의견이 대다수입니다. 실제로 컨트롤러를 제조하는 파이슨(PHISON)의 최고 기술 책임자(CTO)인 세바스티안 진(Sebastien Jean)은 자사 기고문을 통해“PCI-E 5.0과 6.0 기반 고속저장장치는 열 관리를 위해 지금과는 다른 냉각 구조가 필요할 수 있다”고 언급할 정도입니다.

비용 상승 요소도 무시할 수 없는 부분입니다. 속도를 높이는 과정에서 발생하는 문제를 해결하고 고신뢰성을 갖춘 낸드플래시와 대용량 메모리(DRAM) 등을 사용하면 자연스레 가격이 높아집니다. 시장에 판매되는 현 세대 고속저장장치를 봐도 일반 제품과 고성능 제품의 가격 차이가 존재합니다. 여기에 방열판 또는 소형 냉각팬까지 장착하면 추가 비용이 발생하게 되지요. 결국 소비자 부담으로 이어집니다.

속도에 민감하다면 PCI-E 5.0, 아니라면 다른 선택지로

인텔 외에 AMD 차세대 프로세서 플랫폼이 시장에 본격적으로 출시되는 10월에서 11월 경이면 관련 고속저장장치가 하나 둘 출시될 것으로 예상되는데요. 2023년이면 대부분 제조사에서 관련 제품을 선보이며 경쟁을 펼칠 듯합니다. 이제 1초에 10GB 이상 읽고 쓰는 PCI-E 5.0 시대가 활짝 열리는 셈입니다.

그러나 무조건 최신 제품을 구매하는 것보다 비교적 성능과 안정성 측면에서 시장의 검증이 이뤄진 고속저장장치를 구매하는 것이 낫다고 조언하는 이도 적지 않습니다. 일정 속도 이상 구현된다면 데이터 읽고 쓰는 작업이 잦은 환경이 아니라면 큰 차이 없다는 것이 이유입니다. PCI-E 3.0 혹은 4.0 기반 제품은 꾸준히 출시되며 성능과 안정성이 어느 정도 검증된 것도 감안해야 된다는 것이죠. 초기에 문제가 있을 가능성이 있으니 검증된 제품을 쓰다 추가 혹은 변경하라는 이야기입니다.

정리해보겠습니다. 속도에 민감한 작업, 예를 들면 사진영상을 편집하는 형태로 데이터를 계속 쓰고 읽는 상황이라면 PCI-E 5.0 고속저장장치의 선택이 매력적일 수 있습니다. 반면 데이터를 한 번 쓰고 나면 이후 읽기 위주로 흘러가는 형태라면 이전 세대 제품을 상대적으로 저렴하게 구매하는 것이 나을 수 있습니다. 게이밍이나 문서작업 위주의 환경이 그러할 것입니다. 여러분의 선택은 어떻습니까?

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