지금까지 점진적으로 발전해 오던 스토리지 분야의 판도는 디스크에 이어 플래시 메모리가 전면에 등장하면서 큰 폭의 변화를 겪고 있다.

엔터프라이즈 환경에서 플래시 메모리를 활용한 SSD는 기존의 하드 디스크 대비 뛰어난 성능과 비용 효율로 전통적인 스토리지 계층 구성을 아예 바꾸어 버렸고, PC 레벨에서도 뛰어난 성능과 전력 효율, 폼팩터 측면의 장점과 낮아진 가격 등으로 이제 주류 메인 스토리지로 자리잡고 있다.

그리고 플래시 메모리 기반의 SSD는 이제 스토리지 인터페이스의 근간을 바꾸고 있다. 기존 디스크 기반 스토리지를 위한 SAS, SATA 규격은 이제 SSD의 성능 향상에 걸림돌이 되고 있을 정도이고, 이를 극복하기 위한 방안으로 시스템의 PCI 익스프레스 버스에 스토리지를 바로 연결하고자 하는 시도들이 이루어지고 있다. 이런 변화는 이미 시스템 구조에도 영향을 주어서, 인텔의 최신 칩셋들에는 SATA Express 등의 인터페이스로 이러한 추세의 표준을 제시하고 있다.

인텔 SSD 750 시리즈 NVMe PCIe 제품군은 이러한 추세에 따라 아예 새로운 인터페이스 규격을 사용해 극한의 성능을 끌어낸 것이 특징이다. 기존 ATA 규격의 AHCI가 아닌 플래시 스토리지에 최적화된 NVMe 인터페이스를 기반으로 컨트롤러를 구성하고, 이를 PCIe 3.0 x4 레인으로 시스템에 직접 연결해 최고 수준의 성능을 제공하는 이 SSD는, 지금까지의 RAID 기반의 고성능 스토리지 구축 방법론을 근간부터 뒤흔드는 대안을 제시할 수 있는 능력을 가졌다. 특히 한국에서는 고성능과 가격대 두 가지 측면을 각각 대표하는 1.2TB와 400GB 두 모델이 공식 채널을 통해 소비자들을 만나게 된다.

■ 엔터프라이즈에서 내려온, 새로운 경지의 SSD

▲ 인텔 750 시리즈는 기존 DC P 시리즈들의 변형 모델로도 여겨진다.

사실 조금 시선을 넓히면 PCIe 기반 SSD는 그리 낮선 것이 아니고, NVMe 인터페이스 기반의 제품도 이미 인텔의 제품군에 존재한다. NVMe 는 ATA 규격에서의 AHCI를 대체하는 인터페이스 규약으로, 플래시 메모리 기반 SSD들이 제공하는 병렬 처리에 최적화할 수 있도록 명령어 큐 제한을 크게 완화시킨 것 등이 큰 변화로 꼽히며, 이를 통해 기존 인터페이스 대비 지연시간을 크게 줄이고 I/O 처리 수를 비약적으로 향상시킬 수 있게 했다.

NVMe가 등장하면서 PCIe 기반 플래시 스토리지의 구성도 다소 단순화되는 모습이다. 이전까지 가장 흔하게 볼 수 있던 형태는 PCIe 브릿지와 SAS 컨트롤러, 플래시 컨트롤러를 모두 따로 탑재하는 형태였는데, 이를 PCIe 연결을 전제로 하는 구성인 NVMe로 통합해 구성할 수 있게 되었기 때문이다. 이 때 NVMe 플래시 스토리지의 컨트롤러는 PCIe에 연결된 단독 장치의 컨트롤러 형태로 인식, 동작하게 되며, 이런 특징은 기존 스토리지와는 다른 사용 방법을 만들게 된다.

인텔은 이미 엔터프라이즈용 PCIe SSD에 NVMe를 이용하고 있으며, DC P3700, P3600, P3500이 PCIe NVMe 3.0 x4 연결을 사용한다. 그리고 일반 사용자를 위한 제품군 중 최상위 제품 중 엔트리급 엔터프라이즈 제품이 변형되어 등장하는 경우도 있는데, 이전의 인텔 730 SSD도 엔터프라이즈용 제품의 컨트롤러를 활용했으며 이번 750도 엔터프라이즈용 제품에 이용된 NVMe 컨트롤러를 변형해 적용한 것으로 보이고, NVMe 드라이버는 이 네 제품이 공용으로 이용한다.

▲ LP 프로파일에 전면 전체를 방열판으로 가려 놓았다.

▲ 모델별로 사용된 메모리의 종류와 구성은 다르다.

외형 자체는 장착의 범용성을 위해 LP 프로파일을 이용하고 있으며, 한 개 슬롯을 점유하고 전면 전체를 방열판으로 처리했다. 후면에는 사용된 플래시 메모리와 캐시 메모리 정도를 확인할 수 있으며, 플래시 메모리는 20nm MLC를 이용하고, 400GB와 1.2TB 모델에서 사용되는 메모리 종류와 구성은 서로 완전히 다르다. 시스템과의 연결은 PCIe 3.0 x4 를 이용하는데, 레인당 8GT/s의 PCIe 3.0 규격에서 4레인을 사용할 경우 최대 전송 속도는 4GB/s에 근접하게 된다.

인텔 750이 PCIe 연결을 3.0 x4로 한 것은 인텔 프로세서 기반 시스템의 여러 가지 구성 가능성을 따졌을 때 꽤나 전략적인 선택으로도 보인다. PC의 경우 코어 i7-5900 시리즈 프로세서의 40레인 PCIe 환경이라면 그래픽카드 두 개와 이 750 두 개를 장착할 수 있고, i7-5800 시리즈의 28레인 환경이라면 그래픽카드 세 개와 750 한 개가 정확히 맞아 들어간다. 여러 가지 계산에서 PCIe 2.0 환경에서 성능 손실을 각오하더라도 x4 연결은 좀 더 유연한 구성이 가능하다.

이 카드의 내구성 측면에서는 MTBF 120만 시간과 하루 70GB의 쓰기가 이루어졌을 때 5년의 보증이 제공된다. 엔터프라이즈 제품을 기반으로 하지만 고부하 상황을 위한 HET(High Endurance Technology) 기술 등은 적용되어 있지 않다. 하지만 보증 기준이 되는 쓰기 용량은 730에서도 같은 기준이 적용되었던 만큼 실제 제품의 내구성은 그 이상이 될 것으로 보이며. 수치상으로만 비교했을 때도 하드 디스크 다수의 RAID 0 과 비교할 때는 훨씬 위험 부담이 적다.

▲ 높은 성능을 제대로 내기 위해서는 하이엔드 플랫폼이 필요하다.

인텔 750의 매력은 역시 SSD 수 개를 고가의 RAID 컨트롤러를 이용해 구성해야 했던 성능을 카드 한 장으로 만들어 낼 수 있다는 점일 것이다. 400GB 모델만 해도 순차 읽기 2.2GB/s, 순차 쓰기 900MB/s, 무작위 읽기, 쓰기 성능은 430,000 IOPs, 230,000 IOPs 에 이를 정도고, 1.2TB 모델은 이보다 조금 높은 순차 읽기 2.4GB/s, 순차 쓰기 1.2GB/s, 무작위 읽기, 쓰기 성능은 440,000 IOPS, 290,000 IOPS에 이를 정도다. 이런 성능을 기존 RAID로 만들어내려면 결코 만만치 않다.

물론 이런 성능을 제대로 내기 위해서는 만만치 않은 시스템 구성의 벽을 넘어서야 한다. 일단 이 제품의 성능을 제대로 내기 위한 PC 플랫폼으로 인텔은 데스크톱 PC의 ‘익스트림’급 플랫폼인 X99, 혹은 X79를 제시한다. 이유는 인텔 750이 제대로 된 성능을 내기 위해서는 프로세서 내장 PCIe 컨트롤러에 직접 연결되어야 하는데, 일반 데스크톱 플랫폼에서는 이를 위한 여분의 PCIe 레인을 만들어 내기 위해 꽤 많은 대가가 필요하기 때문이다.

X99나 X79에서는 PCIe 40레인 구성 중 어디에 750을 연결해도 큰 무리 없이 성능을 낼 수 있다. 하지만 메인스트림 급 데스크톱에서는 최소한 PCIe 레인 분할이 가능한 Z시리즈 칩셋에서나 이를 활용할 수 있는데, 이 때 별도의 그래픽카드를 사용하고 있다면 이 그래픽카드 쪽의 PCIe 레인이 x8로 줄어들게 된다. 그리고 PCH쪽의 PCIe 2.0 레인에 750이 장착되면 PCH의 DMI 대역폭에 문제가 생기기 때문에, NVMe 필터 드라이버가 대역폭을 PCIe x2로 줄여 버리기도 한다.

▲ NVMe가 PATA로 인식되는 등의 고충이 있지만 UEFI로 부팅도 된다.

▲ X79에서 인텔 750만을 단일 장착해도 윈도우 8.1 설치와 부팅 성공.

비록 NVMe가 표준 기술로의 길을 가고 있지만 아직까지는 그리 대중적이라 할 수는 없고, 실제 사용에서도 까다로운 점들이 있다. 가장 먼저, 750을 시스템 드라이브로 잡고 부팅을 할 수 있는가부터가 어려움의 시작인데, 최신 메인보드들은 NVMe 대응을 위한 최신 업데이트를 내놓고 있으며, 이를 사용하면 그리 어렵지 않게 쓸 수 있을 것이다. 하지만 X79 등 다소 구형 메인보드를 사용한다면 메인보드에 따라 결과가 달라질 수 있는데, UEFI 환경이라면 상당수의 환경에서 사용이 가능할 것이다.

또한 이 750은 일반적인 스토리지가 아닌, 컨트롤러와 함께 가는 것으로 봐야 하고, 윈도우 설치시 인식을 위해서는 예전 RAID 컨트롤러 드라이버를 올려 어레이를 인식시키던 것처럼 필요에 따라서는 NVMe 드라이버를 올려야 한다. 윈도우 8.1의 경우 표준 NVMe 드라이버가 내장되어 있지만, 윈도우 7은 별도로 드라이버를 준비하고, 설치 과정에서 이를 인식시켜 주는 등의 수고가 필요하다. 물론 이는 예전에 RAID 컨트롤러를 사용했다면 아주 익숙한 과정일 것이기도 하다.

또한 PCIe에 스토리지 컨트롤러가 직결되는 구조의 단점이라면 카드 여러 개를 RAID처럼 구성하기 힘들다는 것이다. 카드별로 컨트롤러가 구성되기 때문에 이를 상위에서 묶어줄 수 있는 방법이 없고, 이 카드들을 RAID로 구성하려면 OS에 제공되는 소프트 RAID 도구를 사용해야 하며, 이 때는 RAID 구성된 카드들을 부팅용으로 사용할 수 없다는 아쉬움이 있다. 물론 750의 기본 성능이 기존 SSD 수 개의 RAID 0보다 빠른 만큼 당분간 PC에서는 성능에 대한 아쉬움은 없을 것이다.

■  단순하게 구성할 수 있는 초고성능 스토리지의 매력

▲ 테스트 시스템 구성

NVMe를 이용해 PCI 익스프레스 버스에 연결되는 인텔 SSD 750는 다른 의미로 보면 예전의 외부 RAID 컨트롤러를 통해 구성되던 RAID 스토리지와 같은 위치에 있지만, 번잡한 설치 없이 더 쉽게 높은 성능을 얻을 수 있다는 장점을 제시한다. 그리고 PCIe 슬롯에 직접 연결되기 때문에 발생하는 제약 사항들은 기존의 RAID 컨트롤러를 이용하는 구성에서도 피할 수 없는 문제이기도 하며, 이런 환경을 제대로 쓰기 위해서는 플랫폼 수준에서부터 준비가 필요하다.

테스트 시스템은 인텔 코어 i7-3820 프로세서와 X79 칩셋을 이용한 ASUS P9X79 PRO 메인보드를 이용했다. 테스트에 이용된 코어 i7-3820 프로세서의 경우 PCI 익스프레스 3.0을 공식적으로는 지원하지 않지만, 실제 카드를 장착하면 8GT/s의 3.0 규격으로 연결되고 온전히 제 성능을 활용할 수 있다. 운영체제는 윈도우 8.1 Pro를 이용했으며, 인텔 엔터프라이즈 스토리지의 NVMe 드라이버를 사용했다.

테스트 툴은 보편적으로 쉽게 활용할 수 있는 Anvil’s Storage Utilities, ATTO Disk Benchmark와 스토리지의 원시 성능 측정에 가장 폭넓게 사용되는 IOMeter를 이용했다. IOMeter 사용시에 디스크 영역 크기는 20GB를 이용했으며, 인텔이 제공하는 스펙에서 사용하는 디스크 영역은 8GB다. 그리고 최대 성능을 위한 극한 부하를 위해 4K 랜덤 테스트에서는 멀티 쓰레드 부하 테스트도 함께 실행했다.

▲ ATTO Disk Benchmark (1MB Block), 단위 MB/s, 높을수록 좋다.

▲ Anvil’s Storage Utilities (Sequential R/W), 단위 MB/s, 높을수록 좋다.

▲ Anvil’s Storage Utilities (4K Random), 단위 IOPS, 높을수록 좋다.

순차 읽기, 쓰기 성능을 쉽게 확인할 수 있는 ATTO Disk Benchmark에서 인텔 750 400GB 모델은 읽기 2276MB/s, 쓰기 1008MB/s 정도를 보였으며, 1.2TB 모델은 읽기 2421MB/s, 쓰기 1322MB/s를 나타냈다. 이는 기존 SATA3 기반 SSD를 4~5개 가량 RAID 0로 묶고 리스크를 감당할 수 있어야 얻을 수 있는 성능으로, 이런 성능과 신뢰성을 함께 얻을 수 있다는 것이 인텔 750이 제공하는 가장 강력한 경쟁력이기도 하다.

또한 재미있는 점으로는 순차 읽기 성능이 PCIe 2.0 x4의 한계인 2GB/s를 훌쩍 넘어갔다는 것이다. 인텔 750의 사용에 권장되는 플랫폼이 X99와 X79지만, i7-3800, 3900 시리즈와 X79 칩셋 기반 메인보드의 조합에서는 PCIe 3.0이 공식적으로 지원되지 않는다. 하지만 실제로는 초기 샌디 브릿지-E와 X79 메인보드의 조합에서도 인텔 750은 PCIe 3.0 x4로 연결되어 본래의 성능을 충분히 뽑아주고 있다는 것을 확실히 볼 수 있다.

한편 Anvil’s Storage Utilities 의 결과에서는 인텔 750의 또 다른 특성을 확인할 수 있다. 순차 읽기 성능이 스펙 대비 다소 낮은 부분은 크게 신경쓸 필요가 없지만 4K 랜덤 읽기, 쓰기에서는 발표된 스펙에 턱없이 모자란 결과가 나온다. 그리고 이에 대한 해답은 NVMe 인터페이스와 엔터프라이즈급 컨트롤러에서 힌트를 얻을 수 있는데, 이는 테스트 툴이 SSD의 최대 성능을 끌어내기 위한 충분한 부하를 만들어 내지 못하기 때문으로, 730에서도 이런 경향이 보였던 바 있다.

▲ IOMeter (64KB Sequential), 단위 MiBPS, 높을수록 좋다.

▲ IOMeter (4KB Random), 단위 IOPS, 높을수록 좋다.

IOMeter는 64K 블록 32 Outstanding 설정에서 400GB 모델과 1.2TB 모델 모두 사양에 나타난 성능을 상회하는 실 성능이 나오는 것을 확인할 수 있다. 또한 4K 랜덤 테스트를 통한 I/O 처리 성능에서는 기존 SATA, SAS 기반 SSD RAID와 비교했을 때 압도적인 수치가 나오는 것을 확인할 수 있다.

한편 4K 무작위 전송 테스트에서 발견할 수 있는 특이점이라면 IOMeter 옵션에서의 섹터 바운더리 정의 옵션에 따라 성능이 다소 달라진다는 것이다. 4K 블록 단위로 전송하는 경우에는 제품 사양에 준하는 성능을 보이지만, 섹터 바운더리를 512byte 섹터 기준으로 할 경우 오버헤드 등의 영향으로 다소 떨어지는 결과치를 보이고 있다. 이 부분은 스토리지 이용에 있어 파일 시스템 등에 고려가 필요한 것으로 보이지만, 극단적으로 작은 단위 블록을 쓰지 않는다면 큰 문제는 없다.

또한 IOMeter의 4K 무작위 전송 테스트와 이전의 Anvil’s Storage Utilities의 4K 무작위 전송 테스트의 결과 차이가 크게 보이는데, 이는 단순히 스토리지에 가해지는 부하량의 차이에 기인한다. 인텔 SSD 750는 PCIe의 넓은 폼팩터에 다수의 플래시 메모리를 배치하고, 이를 멀티 채널로 구성해 병렬 처리하는 형태의 구성이므로, 저부하 상황에서는 일부 채널만을 사용하면서 반응 시간을 유지하는 정도로 운영되는 것으로 보인다.

▲ IOMeter (1.2TB, 4KB Random), 단위 IOPS, 높을수록 좋다.

▲ IOMeter (400GB, 4KB Random), 단위 IOPS, 높을수록 좋다.

인텔 SSD 750 시리즈가 일반 사용자를 위한 하이엔드 제품이긴 하지만, 가혹한 워크로드가 가해지는 엔터프라이즈 환경을 위한 설계를 기본으로 하다 보니 성능이 나오는 추이도 일반 제품과는 다소 다르다. 특히 NVMe를 이용함으로 인해 다수의 커맨드가 동시다발적으로 들어오는 고부하 상황에서 제 성능을 발휘하는 것이 인상적이다. 이는 IOMeter의 4K 무작위 전송에서 스토리지 부하 쓰레드의 변화에 따른 성능 변화에서 잘 확인할 수 있다.

인텔 SSD 750 400GB 모델은 4K 무작위 전송 테스트에서 대략 4쓰레드 정도로 성능 한계점에 가까워지는 것을 볼 수 있는데, 이 때의 성능을 비교적 적은 부하 상황인 1쓰레드 상황과 비교했을 때는 크게는 두 배 이상의 성능 차이를 확인할 수 있다. 한편 섹터 바운더리를 적용하는 경우에는 2쓰레드 정도에서 최대치에 근접하는 성능이 나옴을 확인할 수 있는데, 이는 앞서 언급했던 블록의 추가 처리 등으로 인한 오버헤드가 반영된 것으로 보인다.

400GB 모델보다 용량과 규모가 큰 1.2TB 모델은 최대치에 근접한 성능이 나오는 한계점이 좀 더 뒤로 밀려서 6쓰레드 정도에서 나오며, 1쓰레드 시의 성능과 비교하면 더욱 큰 격차를 보여주는 것이 특징이다. 그리고 모든 상황에서 1.2TB 모델이 400GB 모델보다 높은 성능을 보이지만 여타 모델들의 용량별 성능 격차에 비하면 그리 크지도 않고, 피크 성능이 나오는 시점 측면에서는 400GB가 비교적 순발력 있는 모습을 보이고 있다고도 해석할 수 있을 것이다.

■ 극한 성능의 스토리지 구성을 위한 뛰어난 경쟁력

인텔 750 시리즈 SSD의 두 가지 제품 모두 대단히 인상적인 성능과 함께, 높은 성능과 이 성능을 다른 방법으로 구현할 수 있는 대안을 생각하면 대단히 매력적인 비용적 측면도 함께 제공한다. 특히 대중성을 갖춘 400GB 모델의 경우 기존 SATA 기반 400~512GB 모델의 가격대와 비교할 때 이보다 조금 더 높은 가격대에 포진할 것으로 보이는데, 그 가격 차이를 극복하고도 남을 만큼의 뛰어난 성능은 충분히 지갑을 더 열게 할 이유가 된다.

그리고 1.2TB 모델은 뛰어난 성능과 용량을 갖추고 있지만 만만치 않을 가격이 개인 사용자에겐 다소 부담으로 다가올 수 있을 것이지만, 오히려 워크스테이션 레벨에서 메인 스토리지나 작업용 스크래치 디스크로 사용함에 있어서 높은 설득력을 가진다. 그리고 이 부분에서 가격 경쟁력으로는 240GB대 SSD 수 대와 고가의 SAS RAID 컨트롤러를 조합하고, 이를 RAID 0이나 10으로 구성하는 것에 비해 성능과 가격, 안정성 모두에서 확실한 우세를 잡을 수 있는 선택이다.

물론 이 제품군은 여전히 하이엔드 PC 사용자를 위한 특별한 제품으로, 이 제품을 쓰기 위해서는 플랫폼 수준부터 까다로운 선결 조건들을 만족시켜야 한다. 하지만 이 조건들을 만족시키는 하이엔드 PC와 워크스테이션 급의 사용자들에 있어 인텔 750 시리즈 SSD는 비용 효율적으로 극적인 성능 향상을 기대할 수 있도록 하는 ‘마지막 퍼즐’ 같은 반가운 존재가 될 것이고, 현재 시점에서 PC에서 사용할 수 있는 궁극의 스토리지로 꼽기에 부족함이 없다.

▲ 인텔 SSD 750 시리즈 제품 주요 정보

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