대부분의 컴퓨터 시스템에 있어, 가장 느린 부분에 성능 향상이 발목 잡힌다는 ‘병목 현상’의 가장 큰 원인은 전통적으로 가장 느렸던 ‘스토리지’ 였다. 그리고 PC의 초창기부터 지금까지 스토리지는 저렴한 비용에 대용량의 저장 환경을 만들기 위해 현실적으로 성능과 타협할 수밖에 없었고, 이를 극복하기 위한 다양한 기술들이 등장하기도 했다. 최근 SSD의 등장과 괄목할 만한 발전은 이런 추세에 새로운 전기를 마련하기도 했지만, 여전히 스토리지와 메모리 사이의 성능 격차는 대단히 크다.

SSD와 하드 드라이브를 비교하면, SSD의 용량당 가격이 꽤 내려오기는 했지만 여전히 하드 드라이브와 비교하면 부담이 느껴지는 수준이고, 대용량 데이터를 다루는 데 있어서 하드 드라이브의 가치도 여전하다. 그리고 이를 절충하기 위한 다단계의 ‘캐시 기술’도 지속적으로 선보여 왔으며, 특히 PC 수준에서 작은 용량의 SSD를 하드 드라이브의 캐시로 사용해, 자주 쓰는 데이터를 올려 체감 성능을 올리는 ‘SSD 캐싱’은 나름대로 시장에서 성과를 거둔 기술이기도 하다.

7세대 코어 프로세서와 200시리즈 칩셋에서부터 선보이기 시작한 ‘인텔 옵테인 메모리(Intel Optane Memory)’ 는 인텔의 3D XPoint 메모리 기술 기반 미디어를 사용해 기존의 하드 드라이브나 SSD까지도 캐싱을 통해 시스템의 반응성을 높이는 캐싱 기술이다. 8세대 코어 프로세서와 플랫폼의 발표에서도 중요한 기술로 강조된 바 있는 이 ‘옵테인 메모리’ 기술은, 인텔의 최신 플랫폼에서만 활용할 수 있도록 해 플랫폼 차원에서의 경쟁력을 높이는 기술로도 꼽히며, 특히 성능이 보강된 32GB 모듈은 그 효과가 더욱 선명하게 나타난다.


인텔에서 ‘옵테인’은 ‘3D XPoint’ 메모리 미디어를 사용한 제품의 브랜드로, 옵테인 브랜드의 SSD는 ‘옵테인 SSD’로 명명되고, ‘옵테인 메모리’는 PC에서 작은 용량의 모듈로 기존의 대용량 하드 드라이브의 캐싱을 통해 성능을 향상시키는 기술을 나타낸다. 둘 사이의 공통점은 ‘3D XPoint’ 메모리 미디어를 사용한다는 것이며, 기존의 NAND 기반의 SSD 등에 비해 뛰어난 접근 시간 특성을 통해 높은 부하 상황에서도 지속적으로 균일한 반응 성능을 제공하고, 높은 내구성을 갖추고 있다는 점이 장점으로 꼽힌다.

PC에서의 ‘옵테인 메모리’ 기술은 기존의 ‘SSD 캐싱’ 등의 개념으로 알려진, 기존의 인텔 SRT(Smart Response Technology)와 유사한 역할을 수행하는데, 그 미디어가 ‘3D XPoint’ 기반이라는 것과, 최신 코어 프로세서 기반의 플랫폼에 긴밀히 통합되어 있다는 것이 큰 특징이다. 아직도 전 세계의 데스크톱 중 상당 부분이 하드 드라이브를 사용되고 있으며, PC에서 사용자 경험의 혁신에 가장 큰 걸림돌로 지목받는 것이 하드 드라이브의 성능 특성이란 것을 생각할 때, 이 옵테인 메모리 기술은 새로운 사용자 경험을 효과적으로 제공할 수 있는 방안이기도 하다.

옵테인 메모리의 모듈은 M.2 2280 폼팩터의 단면 구조로 구성되었다. 동작 방식은 NVMe이며, 인터페이스 규격은 PCIe 3.0 x2로, 최대 2GB/s 정도의 대역폭을 기대할 수 있다. 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. 두 개의 메모리를 사용하는 32GB 모델의 성능은 최대 순차 읽기 1,350MB/s, 순차 쓰기 290MB/s, 무작위 I/O 성능에서는 읽기 240,000 IOPS, 쓰기 65,000IOPS 정도로 발표되어 있다.

이 옵테인 메모리 모듈에서 돋보이는 다른 부분이 있다면 ‘내구성’이다. 이 모듈에 사용되는 3D XPoint 메모리는, 단 한 개의 메모리를 사용하는 16GB 모델에서도 쓰기 수명이 182.5 TBW에 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.


PC에서 옵테인 메모리 기술을 활성화하기 위해서는, 7세대 코어 프로세서 이상, B250 이상 M.2 소켓 기반의 스토리지 구성을 지원하는 200시리즈 칩셋 이상을 사용하는 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. 물론 8세대 코어 프로세서와 함께 등장한 Z370 칩셋 메인보드는 이미 모든 조건을 다 갖춘 상태다.

옵테인 메모리 기술은 스토리지 컨트롤러를 특수한 RAID 모드로 구성하고, 내부적으로 소프트웨어를 통해 어레이를 구성, 사용하는 형태다. 기술의 활성화를 위해서는 메인보드의 스토리지 설정에서 컨트롤러 설정을 ‘옵테인 메모리 가속’ 등의 모드로 바꿔 주어야 한다. 이후 RAID ROM 로딩 모듈 설정과 옵테인 모듈의 리맵핑 옵션을 켜고, 윈도우의 RST 설정에서 옵테인 메모리 기술을 활성화하면 된다. 한편 메인보드 구성에 따라, CSM을 켜면 사용할 수 없는 경우가 있으니, 별다른 이유가 없다면 UEFI 전용 모드를 사용하는 것을 추천한다.

한편 일부 Z370 메인보드는 옵테인 메모리 기술과 기존의 SRT 기술 양 쪽을 사용할 수 있도록 구성된 경우도 있다. SRT 기술의 경우에는 옵테인 메모리 모듈이 아니더라도 SSD를 통해 하드 드라이브를 캐싱할 수 있어 좀 더 유연한 모습을 보여 주지만, 윈도우 전원 관리 정책 등에서의 제한도 존재한다. 또한 옵테인 메모리 모듈을 설치할 때 M.2 소켓별로 인터페이스와 SATA 포트 점유 등의 상황이 달라질 수 있는 만큼, 이를 고려한 설치도 필요할 것이다. 예를 들면, 테스트에 사용한 메인보드는 M.2 두 번째 소켓을 사용하면 SATA 포트 두 개가 사용 불가능이 되기도 했다.

또한 8세대 코어 프로세서 기반의 300시리즈 메인보드에서는 향후 등장할 새로운 옵테인 메모리를 지원할 예정이다. 차세대 옵테인 메모리는 하드웨어, 소프트웨어 모두에서 변화가 있을 예정인데, 하드웨어 측면에서는 64GB 모델과 함께 크게 향상된 읽기, 쓰기 성능을 제공할 것으로 기대된다. 또한 소프트웨어 측면에서는 현재는 완전 자동화된 캐싱만 제공되지만, 향후에는 RST 업데이트 등을 통해 캐싱할 프로그램이나 데이터를 직접 지정해 효과를 극대화할 수 있는 방안도 제공될 것으로 알려져 있다.


테스트에 사용한 시스템은 코어 i7-8700K 프로세서와 32GB 메모리, ASUS의 TUF Z370 PLUS GAMIMG 메인보드를 사용했다. 테스트에 사용한 바이오스 버전은 제품의 초기 바이오스인 0402를 그대로 사용했으며, 제품에 기본 제공되는 RST 15.8 버전을 활용했다. 옵테인 메모리 기술이 7세대 코어 프로세서와 함께 소개될 때는 별도로 바이오스와 드라이버 업데이트가 필요했지만, 지금의 최신 모델들에서는 별다른 조치 없이, 좀 더 안정화된 상태로 사용할 수 있다.

테스트는 옵테인 메모리 모듈의 기본 성능과 함께, 기술의 적용 시 얻을 수 있는 시스템 성능 향상 측면을 확인했다. 테스트 시스템의 스토리지는 SATA 방식의 120GB SSD로, 하드 드라이브가 아니라 일반적인 SATA SSD에서도 옵테인 메모리 기술을 활성화해 성능 향상을 얻을 수 있다는 점도 확인할 수 있었다. 물론 옵테인 메모리 기술 등의 하이브리드 캐싱 형태의 기술은 사용 상황에 따라 결과가 달라질 수 있는데, 32GB의 용량이면 비교적 캐싱 범위가 넓어 변수가 줄어들게 된다.

한편 아크로팬에서 이미 진행한 바 있는 옵테인 메모리 16GB의 테스트 환경과 비교하면, 프로세서와 플랫폼, 소프트웨어 모두에서 변화가 있었다. 예전에는 RST 15.5의 베타 버전과 초기 ROM 등을 사용했었지만, 현재의 Z370 칩셋 기반 메인보드에는 어느 정도 안정화된 RST 15.8 버전이 사용되고 있어, 예전보다 좀 더 안정화된 사용 경험을 제공하고 있다. 또한 SYSmark 2014 SE 이외에도, PCMark 또한 업데이트되어, ‘반응성’ 측면의 테스트를 좀 더 정교하게 진행할 수 있게 되었다.



IOMeter를 통한 모듈의 기본 성능과 특성에서, 순차 읽기와 쓰기 성능은 16GB 대비 어느 정도 향상된 모습을 보여 준다. 특히 순차 쓰기 성능이 300MB/s 정도에 근접하고 있어, 이제는 보급형 SATA SSD들의 부족한 성능을 충분히 보완해줄 수 있을 수준에 이르렀다. 그리고 읽기 성능은 최대 1,400MB/s 정도까지를 기록해, 보통 최대 550MB/s 정도의 읽기 성능을 보이는 SATA SSD들의 캐싱에서 어느 정도 만족스런 수준의 성능 향상을 기대할 수 있게 한다.

4K 읽기, 쓰기 성능에서는 옵테인 메모리 모듈의 성능 특성을 어느 정도 짐작할 수 있다. 4K 읽기 성능에서는 순차, 무작위 모두에서 최대 220,000 IOPS를 넘는 뛰어난 성능을 보였으며, 상황에 따른 읽기 성능의 차이도 크게 보이지 않는 모습이다. 16GB 모듈과의 성능 비교에서는, 모듈 두 개를 쓰는 만큼의 읽기 성능 차이는 나지 않지만, 그래도 충분히 높은 수준의 성능을 보이는 모습이다. 그리고 큐 깊이 4 정도의 저부하 상황에서부터 충분히 높은 성능이 나오는 데서, 반응성 측면의 장점을 확인할 수 있다.

4K 쓰기 성능에서는 순차와 무작위 상황에 따라 차이가 보인다. 순차 쓰기 상황에서는 72,000 IOPS 정도의 성능이 나오지만, 랜덤 쓰기 성능에서는 54,000 IOPS 정도의 성능이 나오는데, 이는 메모리 미디어의 특성 때문으로도 보인다. 물론 16GB 모듈과 비교하면 1.75 배 정도의 성능을 확인할 수 있으며, 반응성 측면에서는 모든 테스트 부하 영역에서 거의 균일한 성능을 내어 어떤 상황에서도 반응성 측면에서 장점을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.



PC 전반의 성능을 확인할 수 있는 ‘PCMark 10’의 Extended 테스트에서는, 테스트 시스템에서의 옵테인 메모리를 통한 반응성 향상을 뚜렷이 확인할 수 있다. 일상적인 사용 환경에서의 성능을 확인할 수 있는 ‘Essentials’ 영역에서 특히 성능 향상을 확인할 수 있으며, 이 중에서도 애플리케이션 시작 테스트에서는 확연한 성능 향상을 확인할 수 있다. 또한 그 이외의 일상 작업에서도 스토리지 성능에 기인한 성능 향상을 확인할 수 있다.

특히 이 테스트 결과는 하드 드라이브 기반의 시스템이 아니라, SSD 기반 시스템과의 비교라는 데서도 그 의미가 각별하게 다가오기도 한다. SSD를 사용한다고 해도, 비교적 고가의 고성능 SSD가 아닌, 최근 주류를 이루고 있는 보급형 MLC, TLC 기반 SATA SSD 라면 옵테인 메모리 기술을 통해 반응성을 더욱 끌어올릴 수 있는 여지가 남아있는 것을 확인할 수 있다. 또한 옵테인 메모리 기술을 통한 캐시 계층의 구성은 워크로드 분산으로 전반적인 성능 효율 향상도 기대할 수 있다.

실제 사용하는 프로그램들을 기반으로 하는 ‘SYSMark 2014 SE’의 테스트 결과에서도, 옵테인 메모리 기술의 활용은 테스트 시스템의 SSD 구성보다 반응성 측면에서 성능 향상을 이끌어내고 있는 모습을 볼 수 있다. 특히, 예전의 16GB 모듈과 비교하면 결과 전반에서 좀 더 안정적인 모습과 함께, 16GB 모듈에서는 SSD와 조합했을 때 성능이 떨어지는 경우가 있었지만 32GB 모듈에서는 그런 경우 없이 안정적인 성능 향상을 보여 주는 것을 확인할 수 있다. 이에 옵테인 메모리 기술을 통한 성능 향상을 기대할 수 있는 조합의 범위도 좀 더 넓어졌다고 할 만해졌다.


현재 최신 세대의 인텔 프로세서 기반 플랫폼에서 활용할 수 있는 ‘옵테인 메모리 기술’은 독특한 ‘3D Xpoint’ 메모리 기반 모듈 기반과 인텔 칩셋과 결합된 구성 체계를 특징으로 해, 현재 플랫폼에서 비슷한 목적을 가지는 SRT와도 차별화된 위치에 있다. 그리고 예전에 다루어 본 바 있는 초기 플랫폼과 16GB 모듈의 조합에 비해, 최신 플랫폼과 32GB 모듈의 조합은 하드웨어 성능의 보강과 소프트웨어 완성도의 향상으로, 이제는 안정적인 성능 향상을 기대할 수 있을 정도에 이르른 것에 의미를 둘 수 있을 것 같다.

현재 시점에서 옵테인 메모리 기술의 경쟁 상대라면, 물리적으로 같은 자리를 다툴 M.2 기반의 SSD나, 비용측면에서 경쟁하게 될, 가격이 꽤 내려온 메인 드라이브용 SATA 기반 SSD 정도가 될 것으로 보인다. 옵테인 메모리 기술을 위해 사용해야 할 M.2 슬롯의 가치나, SATA 기반 하드 드라이브나 SSD의 캐싱을 위해 옵테인 메모리 기술을 구성하는 데 드는 비용으로 더 고성능의 SSD를 구할 수 있다는 것이, 다른 드라이브와 함께 사용해야 하는 ‘애드온 솔루션’으로써의 경쟁의 어려움이 될 것으로 본다.

하지만 대용량 단일 스토리지 구성의 편리함과 고성능 SSD 들에서 맛볼 수 있는 뛰어난 반응성을 모두 잡는 데 있어, 옵테인 메모리 기술은 현재 선택할 수 있는 가장 간편한, 그리고 합리적인 선택으로 꼽을 만 하다. 그리고 하드 드라이브 중심으로 구성된 시스템 뿐 아니라, 최근 어느 정도 한계에 다다른 SATA SSD 기반의 시스템에서도 성능 향상을 제공할 수 있다는 점에서는, 최근 보편화되고 있는 TLC 기반 SSD에서 느낄 수 있는 성능 관련의 아쉬움을 극복할 수 있게도 해 줄 것으로도 기대된다.

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