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인텔 옵테인 메모리 시리즈 16GB

기사입력 : 2017년 04월 25일 08시 47분
ACROFAN=권용만 | yongman.kwon@acrofan.com | SNS
최근 몇 년간 플래시 메모리 기반 ‘SSD(Solid State Drive)’의 용량당 비용은 지속적으로 내려오는 모습이며, 많은 PC들이 SSD를 기본으로 장착하고 있고, 많은 사용자들이 SSD의 장착을 ‘필수’로 생각하고 있기까지 할 정도다. 하지만 아직도 전통적인 하드 디스크와 비교할 때, 지금까지 SSD의 약점으로 여겨졌던 내구성 등의 기술적 부분은 거의 극복되었지만, 절대적인 비용대비 ‘용량’ 측면에서의 우위는 아직 가져가고 있지 못한 것도 사실이다.

이에, 지금까지 수 년동안 하드 디스크의 용량과 플래시 메모리의 성능을 절충하고자 했던 시도는 지속적으로 이루어져 왔다. 엔터프라이즈 스토리지에서 ‘핫 데이터’를 분류해 고성능의 상위 티어 스토리지로 올리는 ‘스토리지 티어 구조’나, 작은 용량의 SSD를 하드 드라이브의 캐시로 사용해, 자주 쓰는 데이터를 올려 체감 성능을 높이는 ‘SSD 캐싱’, 그리고 이를 하나의 드라이브에 통합한 ‘하이브리드 HDD’ 등이 대표적이고, 인텔 또한 ‘SRT(Smart Response Technology)’라는 SSD 캐싱 기술을 이미 갖추고 있다.

7세대 코어 프로세서의 200시리즈 칩셋과 함께 등장한 ‘인텔 옵테인 메모리(Optane Memory)’는 인텔의 3D XPoint 메모리 기술 기반의 SSD 제품군과 같은 이름을 사용하지만 그 용도가 다른 명칭이다. PC에서의 ‘옵테인 메모리’도 기존 SRT를 잇는 하드 드라이브의 캐싱 기술이지만, 200시리즈 이후 칩셋과 RST 15.5 버전 이상에서만 지원된다. 또한 캐싱에 사용하는 미디어가 화제의 ‘3D XPoint’ 기술 기반의 그 ‘옵테인 메모리’ 인 것도 주목할 만 하다.

 
▲ ‘3D XPoint’ 메모리 기술을 활용한 첫 번째 PC용 제품 ‘인텔 옵테인 메모리’

인텔에서 ‘옵테인’은 ‘3D XPoint’ 메모리 미디어를 사용한 제품의 브랜드로, 옵테인 브랜드의 SSD는 ‘옵테인 SSD’로 명명되고, 현재 발표된 제품은 ‘옵테인 SSD DC P4800X’가 있다. 그리고 이번의 ‘옵테인 메모리’는 PC에서 작은 용량의 모듈로 기존의 대용량 하드 드라이브의 캐싱을 통해 성능을 향상시키는 기술을 나타낸다. 물론 둘 다 화제의 ‘3D XPoint’ 기술을 사용하며, 이 메모리 기술은 기존의 NAND 기반 SSD보다 월등히 빠른 접근시간을 통해 지속적으로 균일한 성능을 제공하고, 높은 내구성을 갖춘 부분이 특징이다.

인텔의 ‘옵테인 기술’은 3D XPoint 메모리 미디어와 인텔의 스토리지 컨트롤러, 인터커넥트 IP, 소프트웨어 등으로 구성된다. 그리고 이 중 가장 먼저 실체를 드러낸 바 있는 데이터센터용 ‘옵테인 SSD DC P4800X’는 높은 반응성과 IOPS 성능, 지속성과 내구성이 돋보이는 특징을 보였으며, 이러한 반응성을 기반으로 한 ‘메모리 드라이브 기술(Memory Drive Technology)’를 함께 선보이기도 했다. 이는 제온 기반 플랫폼에서 OS 미들레이어 수준에서 메모리와 옵테인 기반 SSD 서브시스템을 통합, 단일 메모리 풀로 확장할 수 있게 한 것이다.

PC에서의 ‘옵테인 메모리’ 기술은 기존의 ‘SSD 캐싱’ 등의 개념으로 알려진, 기존의 SRT와 유사한 역할을 수행하는데, 그 미디어가 ‘3D XPoint’ 기반이라는 것과, 7세대 코어 프로세서 기반의 플랫폼에 긴밀히 통합되어 있다는 것이 큰 특징이다. 아직도 전 세계의 데스크톱 중 80%에 가까운 수가 하드 드라이브 기반의 시스템으로 사용되고 있으며, PC에서 사용자 경험의 혁신에 가장 큰 걸림돌로 지목받는 것이 하드 드라이브의 성능 특성이란 것을 생각할 때, 이 옵테인 메모리 기술은 시장에서 꽤 납득할 만한 기술이기도 하다.

 
▲ ‘옵테인 메모리’는 3D XPoint 미디어와 플랫폼, RST 기술을 조합한 스토리지 가속 기술

PC에서 하드 드라이브의 캐싱 용도로 선보인 ‘옵테인 메모리’의 모듈은 M.2 2280 폼팩터의 단면 구조로 구성되었다. 동작 방식은 NVMe이며, 인터페이스 규격은 PCIe 3.0 x2로, 최대 2GB/s 정도의 대역폭을 기대할 수 있는 정도다. 여기에 인텔의 NVMe 컨트롤러와 한 개, 혹은 두 개의 16GB 20nm 3D XPoint 플래시 메모리를 구성해, 한 개 메모리의 경우엔 16GB, 두 개 메모리에서는 32GB의 용량을 가지게 된다.

제원상 성능은 16GB 기준, 순차 읽기 최대 900MB/s, 순차 쓰기 최대 145MB/s 정도로, 기존의 NAND 기반 SSD들과 비교해 우위를 가진다고 보기는 어렵다. 눈에 띄는 부분이 있다면 무작위 읽기 성능이 190,000 IOPS에 이른다는 점인데, 무작위 쓰기 성능에서는 35,000 IOPS 정도로 이에 미치지 못하는 모습도 있다. 한편 두 개의 메모리를 사용하는 32GB 모델은 최대 순차 읽기 1,350MB/s, 순차 쓰기 290MB/s, 무작위 I/O 성능에서는 읽기 240,000 IOPS, 쓰기 65,000IOPS로 순차 읽기 이외에는 거의 정확히 두 배가 늘어난다.

이 옵테인 메모리 모듈에서 돋보이는 다른 부분이 있다면 ‘내구성’이다. 이 모듈에 사용되는 3D XPoint 메모리는, 단 한 개의 메모리를 사용하는 16GB 모델에서도 쓰기 수명은 182.5 TB에 달할 정도다. 물론 32GB 모델도 같은 쓰기 수명을 가지고 있지만, 기존의 NAND 기반 SATA 드라이브들에 비하면 용량과 모듈 수 대비로는 아주 높은 수준의, 엔터프라이즈 클래스의 수명을 갖추고 있다고 할 수 있을 것이다. 한편 MTBF는 160만 시간, 제품 보증은 5년이다.

 
▲ RST 15.5는 옵테인 메모리를 시스템 드라이브와 RAID 구성의 단일 어레이로 묶는다

 
▲ 옵테인 메모리를 위한 특별한 RAID 모드와 OpROM, 스토리지 리맵핑 옵션 모두가 필요하다

PC에서 옵테인 메모리 기술을 활성화하기 위해서는, 7세대 코어 프로세서, B250 이상 M.2 소켓 기반의 스토리지 구성을 지원하는 200시리즈 칩셋 기반 메인보드, 그리고 ‘옵테인 메모리’ 모듈이 필요하다. 그리고 소프트웨어적으로는, 메인보드에 인텔 RST(Rapid Storage Technology) 15.5 버전 이상의 RAID ROM이 포함된 바이오스 업데이트가 되어 있어야 하고, 윈도우 운영체제에서도 RST 15.5 이상 버전이 설치되어 있어야 한다.

이 옵테인 메모리 기술의 구성 자체는 예전의 SRT(Smart Response Technology)와도 유사한 부분이 있다. 스토리지 컨트롤러를 RAID 모드로 구성하고, 내부적으로 소프트웨어를 통해 어레이를 구성, 사용하는 형태다. 그리고 B250 칩셋은 여타 RAID 구성을 지원하지는 않지만 옵테인 메모리 기술을 통한 스토리지 가속 기술은 지원하고 있는데, 이를 위한 전용 RAID 모드만을 허용하는 형태다. 한편 윈도우 10의 설치 과정에서, 별도의 드라이버 설치는 필요하지 않았다.

옵테인 메모리 기술의 활성화를 위해서는, 메인보드의 스토리지 설정에서 컨트롤러 설정을 AHCI 등에서 ‘옵테인 메모리 가속’ 등의 모드로 바꿔 주어야 한다. 이 때 컨트롤러 모드가 RAID로 바뀌는 만큼, 기존에 AHCI 기반으로 설치된 운영체제에서 부팅이 불가능할 수도 있다. 이후 RAID ROM 로딩 모듈 설정과 옵테인 모듈의 리맵핑 옵션을 켜고, 윈도우의 RST 15.5 설정에서 옵테인 메모리 기술을 활성화한 뒤, 재부팅하면 설정이 적용된다.

한편 이 때, 바이오스에서 모든 설정을 해뒀어도 RST 15.5가 설치되고 기술이 활성화되지 않으면 캐싱이 동작하지 않는다. 그리고 어레이 구성을 풀지 않고 메인 드라이브를 교체하는 경우, 모듈의 정보와 어레이의 정보가 일치하지 않아 활성화 등이 불가능하게 되는 경우도 있는데, 이 때는 Diskpart 등으로 옵테인 메모리를 완전히 초기화하면 해결된다. 또한 바이오스에서 리맵핑 옵션을 켜는 경우, 테스트 시스템에서는 바이오스에서는 사라지나 RST 상에서는 보이는 특징도 있다.

 
▲ 테스트 시스템 구성

테스트에 사용한 시스템은 코어 i7-7700k 프로세서와 16GB 메모리, ASRock의 B250M Pro4 메인보드를 사용했다. 테스트에 사용한 바이오스 버전은 RST 15.5 버전의 ROM이 통합된 1.51 버전이었지만, 현재는 2.00 버전으로 옵테인 메모리 기술을 공식 지원하고 있다. 또한 테스트에 사용된 RST 버전도 15.5.0.1035 알파 버전이었지만, 대부분의 메인보드 제조사들이 옵테인 메모리의 공식 판매에 앞서 RST 15.5.0.1051 버전 이상을 사용자들에게 제공하고 있는 상황이다.

테스트 시스템의 스토리지는 SATA 방식의 1TB 하드 드라이브, 120GB SSD를 사용했고, 여기에 옵테인 메모리 기술을 활성화해서 얻을 수 있는 성능 향상 측면을 확인했다. 그리고 옵테인 메모리 기술 등의 ‘하이브리드’ 구성에서는, 사용 패턴 등에 따라 캐싱된 데이터가 달라져, 전혀 다른 결과가 나올 수도 있다는 점도 감안할 필요가 있다. 하지만 옵테인 메모리 기술의 경우, 캐싱 데이터를 고르는 학습에 있어, 미리 프리셋을 가지고 사전 구성을 하는 모습도 보였다.

테스트 시나리오는 모듈의 기본적인 성능과 함께 PCMark8의 각 시나리오별 반복 수행과 스토리지 테스트, SYSMark 2014 SE의 각 시나리오별 반복 테스트를 통한 결과를 확인했다. 그리고 일반적인 캐싱 기술이나 하이브리드 드라이브의 경우, 학습의 반영까지 약 3 사이클 정도가 필요하다고 알려져 있고, 이를 반영해 같은 테스트를 3~5사이클 반복해 측정했다. 이 때, 옵테인 메모리 기술은 3사이클 이전에 캐싱이 반영되는 모습을 보이는 것도 인상적인 부분이었다.

 
▲ IOMeter 1.1.0(Sequential Read/Write) 테스트 결과, 단위 MBps, 높을수록 좋다

 
▲ IOMeter 1.1.0(Random Read/Write) 테스트 결과, 단위 IOPS, 높을수록 좋다

IOMeter를 통한 모듈의 기본 성능과 특성 확인에서, 순차 읽기, 쓰기 성능은 메모리의 특성이나 인터페이스 등에서의 기대에는 다소 미치지 못한 아쉬움이 있다. 특히 읽기 성능은 SATA SSD 이상의 결과를 보였지만, 쓰기 성능이 150MB/s 정도에 그치는 부분에서 아쉬움이 남는다. 32GB 모델의 경우에는 쓰기 성능에서 두 배 가량의 성능을 갖추고 있는 만큼, 좀 더 좋은 결과를 기대할 수 있지 않을까 생각된다.

4KB의 무작위 읽기, 쓰기 성능에서는, 발군의 읽기 성능이 돋보인다. 특히 QD4 정도부터 17만 IOPS 정도의 성능을 보인다는 데서, 반응성 측면에서의 성능은 좋은 점수를 줄 수 있을 것이다. 쓰기 성능 또한 QD4 정도부터 피크 성능에 가까운 수준을 보여주고 있는 만큼, ‘반응성 개선’ 이라는 옵테인 메모리 기술의 취지 부분에는 꽤 어울리는 특성이라고 볼 수 있을 것이다. 32KB 정도 블록의 3:1 무작위 혼합 워크로드에서는 쓰기 성능에 다소 발목 잡히는 모습이 보이기도 한다.

물론 모듈이 보여조고 있는 비교적 낮은 쓰기 성능이 옵테인 메모리 기술의 활용에 있어서는 개인적인 아쉬움 이상의 의미를 가지지는 않을 것으로 보인다. 이 기술의 활용은 주로 하드 디스크의 약점으로 꼽히는 작은 파일들의 읽기 작업에 집중되어 있기 때문이다. 그리고 이 때, 낮은 부하에서도 높은 수준의 읽기 성능이 나오는 부분은, 잘 최적화된 환경에서는 쾌적한 반응성을 기대할 수 있을 부분이기도 하다.

 
▲ PCMark 8 테스트 결과, 높을수록 좋다

 
▲ PCMark 8 스토리지 테스트 결과, 단위 초, 낮을수록 좋다

 
▲ SYSMark 2014 SE 테스트 결과, 높을수록 좋다

PCMark 8의 시나리오 테스트에서, 옵테인 메모리 기술을 사용한 시스템은 그렇지 않은 시스템들보다 조금이나마 높은 결과를 일관적으로 보여 주는 것을 확인할 수 있다. 성능 향상 수준은 테스트 중 스토리지의 비중에 따라 달라지는데, 하드 드라이브에 옵테인 메모리 기술을 사용하는 경우의 시나리오 테스트 성능 수준은 하드 드라이브와 SSD 사이 정도에서 어느 정도 실질적 효용성이 있는 모습을 보이는 모습이다.

또한 PCMark 8에서 옵테인 메모리 기술은 하드 드라이브와의 조합 뿐 아니라 SATA SSD 기반 PC에서도 약간의 성능 향상을 기대할 수 있는 결과를 보여 주고 있다. 이는 일반적인 SATA 기반 SSD보다 옵테인 메모리 기술의 모듈이 더 높은 읽기 성능을 갖추고 있기 때문으로 보인다. 한편 애플리케이션별 로딩 시간 테스트에서, 옵테인 메모리 기술은 하드 드라이브 대비 어느 정도 분명한 성능 향상을 보였지만, SSD 대비로는 거의 차이가 없는 모습을 보이기도 했다.

실제 프로그램들을 기반으로 하는 ‘SYSMark 2014 SE’ 테스트 결과에서, 옵테인 메모리 기술은 하드 드라이브와의 조합에서는 분명한 성능 향상을 보여 주지만, SSD와의 조합에서는 성능이 떨어지는 모습을 보이고 있다. 테스트 시나리오 중 옵테인 메모리 기술이 가장 좋은 영향을 미치는 부분으로는 ‘Media Creation’ 이 있는데, 이 부분에서 하드 드라이브와 옵테인 메모리 조합은 SSD에 필적하는 점수를 보여 주고 있다.

한편 ‘Data/Financial Analysis’에서는 하드 드라이브와 SSD, 옵테인 메모리 기술간 성능 차이가 분명히 나타나고 있으며, SSD에 옵테인 메모리 기술 조합시 성능이 내려가는 모습을 보이기도 했는데 쓰기 성능이 반영되었기 때문으로 보인다. 또한 ‘반응성’ 측면에서 하드 드라이브 대비 옵테인 메모리 기술과의 조합은 두 배 가까운 성능 향상을 보였지만, SSD의 성능과는 어느 정도 차이가 있고, SSD에 옵테인 메모리를 조합한 경우 성능이 내려가는 모습도 보였다. 이에 전체 점수에서도, SSD에 옵테인 메모리를 조합한 경우에는 SSD 단독 사용보다 성능이 낮았다.

 
▲ 인텔 옵테인 메모리 주요 제원

7세대 코어 프로세서 기반 플랫폼에서 활용할 수 있는 ‘옵테인 메모리 기술’은 기존의 SRT 기술 대비 하드웨어 기술이 결합된 것이 특징으로, 특히 현재 PC에서 ‘3D XPoint’ 메모리 기술을 사용할 수 있는 거의 유일한 방법이라는 의미도 있다. 그리고 잘 다듬어진 캐싱 알고리즘과 어느 정도 괜찮은 용량 덕분에, 일반적인 하이브리드 드라이브나 이전 기술들보다 더 균일한 성능 향상을 안정적으로 얻을 수 있게 되었다는 장점도 있다.

현재 시점에서 옵테인 메모리 기술의 가장 큰 경쟁 상대는, 최소한의 시스템 드라이브로 쓸 수 있을 수준의 용량을 가진 120GB 대 SSD가 될 것으로 보인다. 알려진 가격대를 생각하면, PC 사용에 충분히 익숙한 사용자라면 적당한 SSD와 하드 드라이브를 동시에 사용함으로써, 가장 정석적으로 기대할 수 있는 높은 성능을 얻을 수 있을 것이기 때문이다. 물론 이는 운영체제 설치 후 데이터 저장 공간의 사용자 지정 등, 환경 설정에서의 사용자의 지식과 노력이 필요한 부분이다.

그리고 옵테인 메모리 기술의 경우 이런 수준까지의 사용을 힘들어하거나 번거로워하는 ‘일반 사용자’를 대상으로 하는 것이 분명하다. 대용량 하드 드라이브와 옵테인 메모리 기술을 활용하는 경우, 사용자의 측면에서는 저용량 SSD와 고용량 하드 드라이브의 조합보다는 여러 모로 편리한 환경을 제공할 수 있기 때문이다. 특히, 운영체제 수준까지 구성되어 전달되는 완제품 PC 등에서, 옵테인 메모리 기술은 사용자에 편리하게 개선된 성능을 얻을 수 있는 매력적인 방법이 될 것으로 보인다.

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