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더 쾌적한 PC 경험을 합리적으로 만나는 옵테인 메모리 기술

기사입력 : 2018년 08월 31일 07시 33분
ACROFAN=권용만 | yongman.kwon@acrofan.com | SNS
보통 컴퓨터에서 ‘병목 현상’은, 가장 느린 부품이 전반적인 시스템의 성능을 결정한다는 의미를 가지고 있고, 오랫동안 PC에서 병목 현상이 가장 많이 일어나는 지점은 ‘스토리지’ 였다. 빠르게 발전하는 반도체 기반의 기술에 비해, 물리적인 요소가 남아 있는 하드 디스크는 꾸준히 저장 밀도가 올라갔음에도 불구하고 성능 향상에는 물리적 한계가 있었다. 특히 하드 디스크의 성능에 있어 가장 큰 약점은 헤드의 물리적 움직임이 많이 필요한 무작위 읽기, 쓰기였으며, 이를 극복하기 위한 다양한 기술들이 선보이기도 했다.

그리고 하드 디스크의 약점을 빠르게 파고 들고 있는 플래시 메모리 기반의 SSD는, 메모리 기반 미디어의 특징에서 오는, 어느 위치든지 빠르고 균일하게 접근할 수 있다는 점이 특징이다. 이에 SSD는 하드 디스크보다 높은 성능과 작은 크기, 적은 전력 소비 등의 다양한 장점을 가지고, 스토리지 시장에서 빠르게 그 영향력을 넓히고 있다. 물론 SSD의 약점은 ‘가격’인데, 아직 하드 디스크의 용량 당 비용을 따라잡지는 못하고 있어, 많은 사용자들이 SSD만 사용하기보다는 하드 디스크와 함께 사용하고 있기도 하다.

인텔의 ‘옵테인 메모리’는 오랫동안 PC에서 사용자 경험을 떨어뜨리는 병목 현상의 원인인 스토리지의 반응성 측면을 극대화하기 위해 나온 기술로, 3D XPoint 기술을 바탕으로 빠른 접근 시간을 통한 반응성의 향상이 장점으로 꼽힌다. 그리고 8세대 코어 프로세서 기반 플랫폼이 본격적으로 등장하면서, 옵테인 메모리 기술 또한 업데이트되어 더욱 다양한 상황에서 그 효과를 얻을 수 있게 되었다. 특히 옵테인 메모리 기술의 업데이트에서, 32GB 모델은 16GB 모델에서는 지원되지 않는 기능들이 추가되어 ‘스토리지 가속’ 솔루션으로의 가치가 더욱 높아졌다.

 
▲ 높은 성능의 ‘3D XPoint’ 기술 기반 플래시 메모리를 사용하는 ‘옵테인 메모리 기술’

하드 디스크의 비용과 SSD의 성능을 절충하고자 하는 시도는 지금까지 다양한 방법으로 선보이고는 했다. 그 중 가장 간단한 방법으로 효과를 볼 수 있었던 것은 하드 디스크와 플래시 메모리를 함께 사용해, 자주 사용하는 작은 크기의 데이터를 플래시 메모리 쪽으로 옮겨 플래시 메모리의 빠른 접근 성능을 활용하고, 하드 디스크에는 부담을 줄여 전반적인 성능을 올리는 방식이었다. 이 방법은 PC 레벨에서는 데이터가 양쪽에 중복되는 것을 허용하는 ‘캐시’ 형태가 일반적이었고, 엔터프라이즈 레벨에서는 데이터의 중복이 없이 위치가 바뀌는 ‘스토리지 계층화’가 주로 쓰였다.

인텔 또한 예전부터 플랫폼의 스토리지 컨트롤러 수준에서 제공하던 비슷한 기능이 ‘SRT(Smart Response Technology)’라는 이름으로 존재하는데, 이 기술은 일반적인 SSD와 하드 드라이브를 함께 묶는 방식이다. 그리고 기존의 기술과 7세대 코어 프로세서 이후의 ‘옵테인 메모리 기술’은 원리 자체는 비슷하지만, 조합되는 미디어와 동작 특성 등에서 어느 정도 차이를 가지고 있다. 특히 동작 특성에서의 차이가, 기존에 SRT 기술이 있음에도 옵테인 메모리 기술이 따로 존재하는 이유이기도 하다.

‘옵테인 메모리 기술’의 핵심 중 하나는 3D XPoint 미디어 기반의 모듈이다. M.2 2280 폼팩터 단면 구조로 PCIe 3.0 x2 버스에 NVMe 규격으로 연결되는 옵테인 메모리 모듈은 한 개, 혹은 두 개의 20nm 3D XPoint 플래시 메모리를 통해 16GB 혹은 32GB의 용량을 가진다. 이 ‘3D XPoint’ 플래시 메모리는 처음 발표될 때 성능에서 큰 관심을 받은 바 있는데, 이 ‘옵테인 메모리’ 모듈에서 가장 돋보이는 성능은 ‘무작위 읽기’로, 일반적인 SATA SSD 정도의 수준은 크게 뛰어넘는, 읽기 240,000 IOPS 수준의 높은 성능을 갖추고 있다. 또한 내구성 측면에서도, 5년 제한 보증과 함께 쓰기 수명은 용량 대비 아주 높은 수준인 182.5TBW 를 제시하고 있다.

 
▲ 옵테인 메모리 기술은 7세대 코어 프로세서와 함께 등장했었던 바 있다

공식적으로 옵테인 메모리 기술을 사용하기 위해서는 7세대 코어 프로세서 이상, B250 칩셋 이상의 메인보드와 옵테인 메모리 모듈이 필요하며, 소프트웨어적으로는 인텔 RST(Rapid Storage Technology) 15.5 이상의 RAID ROM과 드라이버가 필요하다. 그리고 현재 이런 플랫폼에서의 요구사항은, 이미 시중에서 구할 수 있는 8세대 코어 프로세서 기반 메인보드에서는 완벽히 갖추어진 상태다. 그리고, 옵테인 메모리 기술은 RST 16 버전의 등장과 함께 보조 드라이브의 가속이나 핀 기능 등이 업데이트되었는데, 기존 7세대 코어 프로세서 기반 플랫폼에서도 RST 16 버전대의 드라이버와 소프트웨어 패키지로의 업데이트로 사용할 수 있다.

옵테인 메모리 기술은 스토리지 컨트롤러를 특별한 RAID 모드로 구성하고, 내부적으로 소프트웨어를 통해 어레이를 구성, 사용하는 형태로, RST를 통한 기술의 활성화를 위해서는 메인보드의 스토리지 설정에서 컨트롤러 설정을 ‘옵테인 메모리 가속’ 이나 RAID 모드로 바꿔 주어야 한다. B250의 경우 SATA 컨트롤러에, 별도의 RAID 기능이 없지만 이 특별한 RAID 모드를 통해 옵테인 메모리 기술을 지원한다. 이 점은, RAID 기능이 지원되는 H 시리즈나 Z 시리즈 칩셋에서만 지원되던 SRT 기술 대비 장점이기도 하다.

PC에서 옵테인 메모리 기술을 통해 얻을 수 있는 가장 큰 장점은 ‘읽기 성능의 개선’으로, 특히 하드 디스크 기반의 시스템에서 작은 파일이 흩어져 있는 상황에 옵테인 메모리 기술을 통한 가속을 사용하면 큰 폭의 성능 향상을 기대할 수 있다. 대표적인 상황이 ‘윈도우 시스템’ 환경으로, 이 경우 옵테인 메모리의 적용 즉시 부팅 속도와 애플리케이션 반응 성능이 크게 개선된다. 물론 SATA 기반의 SSD에서도, SATA3 규격 이상의 높은 성능과 뛰어난 무작위 읽기 성능을 통해 반응성 개선을 기대할 수 있으며, 쓰기 작업의 부하 분산 측면에도 효과를 볼 수 있다.

 
▲ IOMeter (순차 읽기, 쓰기) 테스트 결과, 단위 MB/s, 높을수록 좋다

 
▲ IOMeter (4K 무작위 읽기, 쓰기) 테스트 결과, 단위 IOPS, 높을수록 좋다

3D XPoint 플래시 메모리 두 개를 사용하는 32GB 옵테인 메모리 모듈의 성능은 16GB 모듈에 비해 기본 성능이 꽤 높다. 순차 읽기 성능은 최대 1,400MB/s 가까이에 이르고, 순차 쓰기 성능 또한 16GB 모듈보다 두 배 높은 300MB/s 에 가까운 성능을 보인다. 이런 성능 수치를 감안하면, 최근 인기가 높은 저가의 대용량 TLC SATA SSD 등과 옵테인 메모리 모듈을 함께 사용하면, 아쉬운 성능을 상당 부분 보완할 수 있을 것으로 기대된다. 특히 옵테인 메모리 기술에서 새롭게 지원되는 핀 기능의 활용에 있어, 32GB 모듈의 성능은 좀 더 각별한 의미를 가진다.

옵테인 메모리 모듈에서 특별히 돋보이는 부분이라면 읽기, 특히 4K 급의 작은 블록에 대한 무작위 읽기 성능 측면이 있다. 4K 읽기 성능에서는 순차, 무작위 모두에서 최대 220,000 IOPS를 넘는 뛰어난 성능을 보이며, 상황에 따른 읽기 성능의 차이도 크지 않고, 저부하에서도 충분히 높은 성능이 나오고 있다. 이런 읽기 부분의 뛰어난 성능은, 자주 사용하는 데이터를 옮겨 더 빠른 실행과 쾌적한 반응성을 제공한다는 옵테인 메모리 기술의 취지에도 잘 어울리는 모습이며, 특히 저부하 상황에서도 뛰어난 IOPS 성능을 보이는 부분은 반응성 측면을 강화하는 특징이기도 하다.

쓰기 성능의 경우, 32GB 옵테인 메모리 모듈은 순차 쓰기 약 300MB/s, 4K 무작위 쓰기의 경우 약 54,000 IOPS 정도의 성능을 보인다. 옵테인 메모리 기술이 주로 읽기 관련 성능에 집중하는 성격이지만, 쓰기와 관련해서도 캐시 대상의 데이터에 쓰기가 요청될 경우 옵테인 메모리에 먼저 쓰고, 이후 I/O에 여유가 있을 때 옮기는 쓰기 부하 분산의 역할도 한다. 이 경우 32GB 옵테인 메모리 모듈은 16GB 모델 대비 성능 측면에서 장점을 기대할 수 있으며, 최근의 TLC 기반 SSD들과의 조합에서도 성능에 긍정적인 영향을 기대할 수 있을 것으로 보인다.

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