2009. 4. 7. 11:28

SSD 상식

1. SSD란 무엇인가?


1) SSD란 무엇인가?-- 컴퓨터의 하드웨어(H/W)에 관심 있는 사람이라면, SSD라는 것을 들어 봤을 것이다.- SSDSolid State Disk라는 말을 줄인 것인데, 플래터를 스핀들 모터로 돌리면서, 헤드로 정보를 쓰거나 읽는, 전통적인 HDD대신, (플래시 메모리)라는 반도체 소자를 이용해서 하드디스크를 만든 것이라고 보면 된다.- 기존의 HDD와 비교하면, 모터를 사용하지 않기 때문에, 소음과 열 등이 거의 없고, 전력 사용량도 획기적으로 줄어든 데다가, 읽기, 쓰기 등의 속도도 엄청 빨라져서, (가격) 말고는, 기존의 HDD의 모든 단점을 거의 다 해결한 발명품 이라는 찬사를 받고 있다(단, 아직은 운영체제를 설치하는 작업 등,작은 파일을 무수히 써 대는 일을 할 때는 SSD가 조금 느려서 답답한 문제가 있단다. 물론 설치가 끝나고 나면 씽씽 잘 돌아가니까, 쫌만 참으면 되겠다).- 가격은 정말 안드로메다급이라, 2008년 9월 현재, 64GB 짜리SSD의 가격은 700,000원을 넘고 있다. 기존 방식의 HDD 중에서도 고성능 제품이라서 가격이 엄청 비싸다는 웨스턴 디지털 사의 (벨로시 랩터)라는 넘이 74GB 짜리가 170,000원 정도이고, 보통 성능의 HDD는 80GB 짜리가 43,000원(500GB/75,000원)인 걸 감안하면, SSD의 가격이 얼마나 비싼지 짐작될 듯..이 정도 가격도 많이 착해진 것이라서 멀기만한 당신은 아니라리..^^.

2) SSD의 예-- 위의 그림을 보면, 왼쪽은 SSD 하드디스크를 만드는 회사로 제법 명성을 날리고 있는 엠트론이라는 회사에서 만든 SSD 그림이다. 대충만 봐도 그 외관이 심플하고 매력적이지 않을 수 없다.- 그 오른쪽 그림은 SSD의 내부 메커니즘을 개념적으로 보여준 그림인데, (단, 이 그림은 왼쪽의 엠트론 사의 SSD에 해당하는 그림은 아니다^^), 오른쪽에 쭉 나열되어 있는 검정색의 플래시 메모리들이 데이터 저장을 담당하고, 왼쪽의 파란색 반도체 칩들은 그걸 제어하고, 통신하는 컨트롤러 역할을 하는 것들이다.- 즉 SSD는 (저장)용의 (플래시 메모리)와 (컨트롤러)용의 (반도체 칩)으로 구성된, 반도체 칩 덩어리라고 보면 되겠다.


2. 낸드 플래시 메모리란?



1) NAND 회로-- SSD는 (플래시 메모리)를 저장 공간으로 쓴다고 했다. 그런데, 그 플래시 메모리라는 건 (낸드(NAND) 논리 회로)를 반도체 칩으로 구현해서 만들어지므로, NAND 회로를 조금이라도 알아야 겠다.- 논리 회로에는 두 개의 입력단이 모두 참일 때만, 출력단이 참이 되는 AND 회로,- 두 개의 입력단 중 하나만 참이면, 출력단이 참이 되는 OR 회로,-  참은 거짓으로, 거짓은 참으로 바꿔 주는 NOT 회로,- AND 회로와 NOT 회로를 합쳐서, 입력단 두 개가 모두 참 일 때만 출력단이 거짓이 되는 NAND 회로,- OR 회로와 NOT 회로를 합쳐서, 입력단 두 개가 모두 거짓일 때만 출력단이 참이 되는 NOR 회로 등이 있다.- SSD에서 자료 저장용으로 쓰이고 있는 (플래시 메모리)는 이런 논리 회로들 중에서 (NAND 회로)를 무수히 연결해서 만든 반도체 칩 덩어리이므로, SSD를 이해하려면, NAND 회로가 뭔지 정도는 알아야 한다(위의 그림 참고).

2) 휘발성/비휘발성 메모리

a) 메모리를 분류하는 방법에는 여러 가지가 있는데, 전원 공급을 끊었을 때 저장된 데이터가 지워지느냐, 아니면 계속 유지되는냐에 따라서 (휘발성/비휘발성)으로 나뉜다.

b) 휘발성 메모리- 전원 공급을 끊으면, 저장했던 데이터가 전기의 소멸과 함께 모두 사라지는 메모리다.- 대표적인 휘발성 메모리로,  우리가 보통 컴퓨터를 말할 때, 메모리나 램이라고 부르는, 컴퓨터의 (메인() 메모리)로 쓰이는 DRAM이 있고, 그 성능이 우수해서 CPU의 케쉬 메모리나 수퍼 컴퓨터의 메인 메모리로 쓰이는 SRAM이라는 것도 있다.- 이들 두 RAM의 차이는, DRAM은 전원이 공급되고 있어도, 일정 시간이 지나면 기록이 지워져서 그 간격에 맞게 주기적으로 Refresh(재충전)을 해 줘야 하지만, SRAM은 전원이 공급되고 있는 한은 기록이 지워지지 않으므로, 그런 리프레쉬 작업을 따로 할 필요가 없다는 점이다.

c) 비휘발성 메모리- 전원 공급이 끊겨도, 저장했던 데이터가 소멸되지 않는 메모리다. -대표적인 것으로는 컴퓨터의 CMOS Setup 정보를 담는 데 쓰이는 ROM이라는 게 있고, 여기에서 말하는 (플래시 메모리)도 비휘발성 메모리다.- SSD가 HDD 대용으로 쓰이려면, 전원을 OFF했을 때도 그 저장 기록이 지워지면 안 되므로, SSD에 쓰이는 플래시 메모리는 당연히 비휘발성 메모리로 만들어져야 한다.- 그리고 메모리라는 것을, 뭔가를 기억시키는 넓은 의미의 개념으로 보면, HDD 등도 비휘발성 메모리에 포함시키기도 한다.

3) 낸드 플래시 메모리와 노어 플래시 메모리

a) 플래시 메모리 분류-비휘발성 메모리의 대표격인 (플래시 메모리)는 다시 어떤 회로를 썼느냐에 따라서, (NAND 플래시 메모리)와 (NOR 플래시 메모리)로 나누어진다.- 참고적으로 말하면, 논리 회로 소자 중에서 NAND 회로와 NOR 회로는, CPU 제작 등에 많이 쓰이는 (조합논리회로)와 메모리 제작 등에 쓰이는 (순서 논리회로) 등, 반도체 칩을 이용해서 만들 수 있는 거의 모든 회로를 다 구현할 수 있어서 (만능(범용) 게이트)라는 별명을 가지고 있는 회로다.

b) NAND 플래시 메모리- 낸드 플래시 메모리는 (직렬 연결) 방식이고, 회로 집적도가 높아 대용량으로 만들기가 쉽고, 읽기 속도에 비해서 (쓰기 속도)가 빠르단다. - 이렇게 데이터 저장 능력이 뛰어나고, 대용량으로 만들기 쉽다는 특징 때문에, (낸드 플래시 메모리)는 주로 (저장장치) 용으로 많이 쓰여서, SSD 하드디스크 용의 플래시 메모리로 적격이고, 요즘 하나씩은 다 가지고 있는 휴대용 메모리 카드나 MP3 용의 저장 장치로도 많이 쓰인단다.

c) NOR 플래시 메모리-노어 플래시 메모리는 (병렬 연결) 방식이고, 상대적으로 집적도가 낮아서 대용량으로 만들기가 어렵고, 쓰기 속도에 비해서 (읽기 속도)가 빠르단다.- 연결 구조가 병렬인 (노어 플래시 메모리)는 어드레스 라인과 데이터 라인를 따로 가질 수 있어서, 임베디드 CPU와 직접 연결해서 통신이 가능하므로, 주로 핸드폰 등에서 많이 쓰이고 있다.

4) SLC 방식과 MLC 방식

a) USB 드라이브나 SSD에 대한 글을 읽다 보면, SLC 방식은 빠르지만, 비싸고, MLC 방식은 느리지만,싸다는 내용을 접할 때가 있다.- 그렇다면, SLC와 MLC란 과연 무엇을 말하는 것일까?

b) SLC--Single Level Cell의 약자로서, 하나의 Cell에 하나의 데이터만 담을 수 있는 구조의 플래시 메모리이다.- 그 구조가 간단해서 데이터를 읽고 쓰는 속도가 빠른 반면에, 대용량으로 만드는 데는 불리해서, SLC 방식은 고성능의 비싼 제품에 많이 쓰인다.

c) MLC--Multi Level Cell의 약자로서, 하나의 Cell에 두 개 또는 그 이상의 데이터도 담을 수 있는 플래시 메모리이다.- 하나의 Cell을 더 세부적으로 나눠서 쓰는 방식이므로, 그 구조가 복잡하고, 읽고 쓰는 속도는 느리지만, 대용량으로 만들기는 쉬워서 생산 단가가 싸게 먹힌다. 이런특징 때문에 MLC 방식은 조금 덜한 성능의 상대적으로 저렴하고, 고용량인 제품에 많이 쓰인다.

 

3. SSD의 내부 구조 보기


1) 그렇다면 SSD의 내부 구조는 어떻게 생겼을까?- 위에서도 말했듯이, SSD는 제어에 쓰이는 (컨트롤러) 부분과 자료 저장에 쓰이는 (플래시 메모리) 부분으로 구성되어 있다고 했다.- 위의 그림은 엠트론이라는 회사에서 만든 SSD 제품의 커버를 벗긴 모습니다. 보면 알겠지만, 그저 반도체 칩이 다닥다닥 붙어 있는 구조에 불과하다.- 모터로 돌아가는 플래터, 보이스코일 모터로 작동되는 헤드(암) 등으로 구성된 기존의 HDD에 비하면 정말 시시한 내부 구조를 가지고 있다.-물론 보기에는 간단해 보여도 그 작동 메커니즘이 엄청 정밀하고 복잡함은 말할 것도 없는데, 똑같은 반도체 칩을 쓰고도 성능의 차이를 보이는 건 그런 메커니즘을 얼마나 잘 만드냐의 기술력의 차이이므로, 위 그림에서는 (플래시 메모리) 부분 말고, (컨트롤로) 부분은 기술 정보의 보호 차원에서 안 보이게 검정으로 처리했다. - 현재 이 제품의 경우에는 아래쪽 면에 컨트롤러용 반도체 칩이 6~7 개 정도 배치되어 있다.

2) SSD의 용량 계산-- 현재 위의 그림에서 노출시킨 부분이 바로 저장 공간이 되는 플래시 메모리들이다. 위 제품은 2GB 짜리 플래시 메모리 칩을 모두 16 개 장착했으므로, 2x16=32GB 짜리 SSD가 된다.- 위의 그림을 보면, 비워둔 공간이 있는데, 거기에 2GB 짜리 플래시 메모리 칩을 16 개 더 장착하면, 64 GB 짜리 SSD가 되는 것이다.- 그 플래시 메모리 칩을 모두 4GB 짜리로 바꿔서 채운다면, 128 GB 짜리 SSD가 됨은 말할 것도 없다. - 그 내부 메커니즘이야 엄청 정밀하고 복잡하겠지만, 보이는 구조는 정말 간단하다, PCB 회로 기판에 반도체 칩을 붙여주기만 하면 되니 말이다. 이런 구조다 보니, 열도 덜 나고, 조용하고, 가볍고, 전력 소모도 줄어들고, 메모리 구조의 특성상 빠르고, 등등의 장점이 나타나는 것이다.


 

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