SSD 35년 진화의 역사

SSD는 회전이나 움직이는 부위가 없어, 작고 가볍고 소음이 없을 뿐만 아니라 우주선이 지구에 충돌하는 정도의 충격에도 끄떡없다. 거기다 데이터를 읽고 쓰는 속도는 하드디스크에 비해 10배 이상 빠르다. 몇년 후에는 용량, 성능, 수명 그리고 가격 모두에서 하드디스크를 훨~ 크게 앞설 것으로 보인다. 차세대 저장장치로서 자리를 확고히 하고 있는 SSD의 발전사를 살펴본다. 256KB 용량에 수 천 달러나 하던 초기 버전에서부터 맥북 에어(MacBook Airs)에 탑재된 대용량의 빠른 드라이드에 이르기까지 솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive, 이하 SSD)는 눈부신 성장을 거듭하고 있다. 믿던지 말던지 간에 SSD(Solid-State Drive)가 시장에 첫 선을 보인지도 벌써 35년이나 흘렀다. 모든 SSD와 마찬가지로 최초의 SSD는 기존의 하드 드라이브보다 훨씬 더 빠르게 데이터를 저장하고 검색하는 동시에 전통적인 회전식 디스크를 대체하기 위한 수단으로 개발되었다. SSD는 반도체 메모리 칩만으로 만들어지기 때문에 반도체 제품을 의미하는‘Solid State'라는 이름이 붙여졌다. 세계 최초의 SSD 1976년 데이터램(Dataram)은 세계 최초의 SSD인 벌크 코어(Bulk Core)를 출시했다. 이 제품은 각각 256K의 RAM 칩을 꽂을 수 있는 최대 8개의 개별 메모리 보드가 탑재되는 랙 마운트 섀시로 높이 높이 15.75인치, 너비 19인치 크기였다. DEC PDP-11과 데이터 제네럴 노바(Data General Nova) 등의 미니컴퓨터에 벌크 코어 시스템이 제공할 수 있는 총 스토리지 공간은 2MB였다. 데이터 액세스 시간은 컨트롤러 보드에 따라 0.75~2ms였다. 현재, SSD의 일반적인 액세스 시간은 0.06ms이다. 1977년 당시 컨트롤러 보드와 256KB의 스토리지가 포함된 벌크 코어 제품의 가격은 9,700달러였고, 현재 시세로 환산하면 36,317달러이다. 만약 현 싯가 1,100달러인 1TB의 SSD를 구매하려면 당시로는 1,520억 달러가 들었을 것이다. 캐비넷 크기의 SSD IBM 2305 드럼 스토리지 제품과 경쟁한 STC-4305은 SSD의 용량을 획기적으로 확대한 제품이다. 이 제품은 최대 45MB의 데이터를 저장할 수 있었고 데이터 저장을 위해서는 그 당시에는 새로운 기술인 CCD(charge-coupled device)가 사용됐다. 듀얼 컨트롤러 카드가 사용되는 이 시스템의 가격은 1978년 당시 40만달러(현 시세로 환산하면 약 150만달러)였다. 요즘에는 스마트폰 앱도 그것과 비슷한 용량을 저장할 수 있다고 생각할 수 있겠지만 이 제품은 IBM의 드럼 스토리지 제품보다 52%나 저렴한 것이었다. 애플 II 버블 메모리 마그네틱 버블 메모리는 전원 종료 시 데이터가 손실되지 않는다는 점에서 최근의 플래시 메모리와 유사한 특성을 갖는다. 그러나 마그네틱 버블 메모리는 대규모 용량을 제공한다는 점에서 커다란 관심을 받았지만 널리 사용되지는 못했다. 버블 메모리는 1960년 대 중반에 처음 출시됐지만 1979년 인텔이 1메가비트 버블 메모리칩인 7110을 출시한 이후에나 일반 사용자 수준의 제품에서 사용되기 시작했다. 1982년부터 7110은 그리드 콤파스(Grid Compass)와 초기의 애플 II SSD인 MPC 버브디스크(Bubdisk) 등의 휴대형 컴퓨터에 탑재되기 시작했다. 버브디스크가 제공하는 저장 공간은 128KB였고 가격은 895달러였다. 애플 II RAM 디스크 1982년, 놀란 부시넬의 장난감 회사인 액슬론(Axlon)은 애플 II와 아타리 800 등의 가정용 PC에 사용될 수 있는 RAM 디스크 제품들을 판매하기 시작했다. 애플 II용 제품인 램디스크(Ramdisk) 320의 소비자가는 1,395달러였고 디스크II 드라이브의 크기로 320KB의 데이터를 저장할 수 있었다. 전원이 꺼지면 데이터가 삭제되는 기존의 RAM 칩에 데이터를 저장하기 때문에 320에는 3시간짜리 충전식 배터리가 탑재됐다. S-100 플러그인 SSD 1980년대 초 RAM 디스크는 모두가 1975년 알테어(Altair) 8800에서 발표한 S-100 표준에 기반했다. SD 시스템즈가 개발한 S-100 표준 256KB 램디스크(Ramdisk)는 800달러에 판매되었다. 초기의 PC용 SSD 애슬론은 PC용 SSD를 생산한 많은 업체 중 한 곳이었다. 1983 파이온 인터스텔라 드라이브(PION Interstellar Drive)는 여러 가정용 컴퓨터 모델에 탑재됐고 최대 1MB의 저장공간을 제공했다. 256KB 모델의 가격은 1,095달러였고 추가 256KB 카드의 가격은 595달러였다. 시네틱스(Synetix) 2202는 애플 II의 확장 슬롯용으로, 529달러의 가격에 최대 294KB의 데이터를 저장할 수 있었다. 두 제품 모두 데이터 유지를 위해서는 전원이 계속 공급되어야 하는 휘발성 RAM 칩을 사용했다. 세계 최초의 플래시 SSD 1988년, 소규모 PC 업체인 디지프로(Digipro)는 플래시 메모리를 사용하는 세계 최초의 SSD 드라이브를 발표했는데, 이해 초 인텔이 출시한 NOR 플래시 메모리 칩을 사용한 것이었다. 단순히 플래시디스크(Flashdisk)라고 불리는 디지프로의 IBM PC용 플러그인 보드는 최대 16MB의 데이터를 저장할 수 있었다. 1990년 1월 출시된 제품들은 2MB, 4MB, 6MB, 그리고 8MB의 저장공간을 제공했고, 최고급 모델의 가격은 5,000달러였다. 이스라엘의 플래시 업체 엠시스템즈(M-Systems)는 1989년 고유의 플래시 드라이브 프로토타입을 개발했지만, 1995년이 되어서야 상용화에 성공했기 때문에 플래시디스크가 시장에 출시된 최초의 플래시 SSD라고 할 수 있다. 1990년대 초반의 서버용 SSD 1990년 대 초반, 플래시 메모리는 여전히 비싸고 많이 사용되지 않았으며 동적 RAM 기반 SSD보다 느린 데이터 접근 속도를 보였다. 그러란 RAM 기반 SSD는 초고속 데이터 접근이 요구되는 대규모 서버 애플리케이션에서 특히 유용했다. 예를 들어, DEC는 1990년대 초 2종의 SSD 제품을 출시했다. 5.25인치 SCSI 드라이브를 탑재한 EZ5x 시리즈는 107MB(13,999달러)에서부터 428MB(47,099달러)의 용량을 제공했다. 속도가 좀 더 빠른 ESE50 시리즈는 120MB(4만달러)에서부터 1GB(13.5만달러)의 용량을 제공했다. 1990년대 워크스테이션용 SSD 동적 RAM 기반 SSD인 뉴어테크 다트 드라이브(NewerTech Dart Drive, 최대 512MB)와 아토 실리콘 드라이브(ATTO Silicon Drive) II(최대 2.6GB)는 모두 SCSI 인터페이스를 채택했다. 가격이 수천 달러에서 수만 달러에 이르는 이들 제품은 고급형 썬 워크스테이션 시장을 대상으로 했다. 그 당시 하드 드라이브에 비해 매우 빠른 접근 속도(실리콘 드라이드 II의 속도는 0.02ms)를 제공했다. 1990년대 당시 대부분의 RAM SSD에는 전원공급이 중단되는 경우 디스크의 내용을 자동으로 저장하기 위해 보조 배터리와 하드 드라이브가 장착되어 있었다. 현대적인 플래시 드라이브의 탄생 1995년 이스라엘 업체 엠시스템즈는 그 당시 대부분의 하드 드라이브의 폼 팩터였던 3.5인치 하드 드라이브 대신 플래시 SSD를 채택한 최초의 패스트 플래시 드라이브(Fast Flash Disk) 제품인 FFD-350를 출시하여 현대적인 플래시 기반 SSD의 기초를 닦았다. 최초의 FFD-350 모델은 SCSI 인터페이스를 채택하였고 16MB에서 최대 896MB의 용량을 제공했다. 일반적으로 가격이 드라이브당 수만 달러에 달했기 때문에 대규모 데이터 스토리지를 요구하는 군용과 항공우주 애플리케이션에서 주로 사용됐다. 그 후 10년간, 엠시스템즈는 더 큰 용량, 더 빠른 접근시간, 그리고 상이한 디자인을 가진 FFD 제품군을 지속적으로 확대 출시했다. 저렴한 플래시 SSD의 부상 2003년, 트랜센드(Transcend)는 그 당시 일반 사용자 PC에서 일반적으로 사용되던 병렬식 ATA IDE 하드 드라이브를 대체할 수 있는 플래시 모듈을 발표했다. 기존의 ATA 하드 드라이브보다 크기가 훨씬 작은 각 모듈에는 40핀 또는 44핀 ATA 컨넥터가 탑재됐고 16MB에서 512MB의 용량을 제공했다. 몇 년 후에는 좀 더 용량이 큰 제품도 선보였다. 일반 시장에서 플래시 미디어 카드(일반적으로 디지털 카메라에서 사용됨)가 폭넓게 사용됨에 따라 이후 트렌샌드의 제품 가격은 크게 저렴해졌다. 저렴한 제품은 50달러에 구매할 수 있게 됨으로써 소비자들이 플래시 기반 SSD를 일반적으로 이용할 수 있는 최초의 제품이 됐다. 주류로 자리잡은 플래시 SSD 2006년 삼성은 노트북 하드 드라이브 대체를 목표로 ATA 인터페이스가 탑재된 2.5인치 32GB 플래시 SSD(699달러)를 일반 시장에 최초로 선보였다. 그 뒤를 이어 2007년에 샌디스크(SanDisk)는 2.5인치 32GB 드라이브 SATA 5000을 출시했다. 웨어 레벨링(wear-leveling) 기술이 사용됨으로써, 2006년의 플래시 SSD들은 그 당시 플래시 미디어 카드보다 훨씬 더 많은 재입력 기능을 제공할 수 있어 일반적인 용도로 사용되는 기계적인 하드 드라이브를 대체할 수 있게 되었다. 이러한 신세대 제품들은 소비자 SSD 시장을 폭발시켰고 아직까지도 유지되고 있다. 한계를 넘어서 매우 빠른 속도의 새로운 SSD 기술들이 선보여 대부분의 하드 드라이브에서 사용되는 SATA 인터페이스들은 병목현상의 주범이 되고 있다. 그래서 제조업체들은 플러그인 카드에 SSD를 사용하고자 하는 노력을 펼치고 있다. 1,495달러에 판매되고 있는 DDrive X1은 PCI 익스프레스 슬롯에 꽂아 사용할 수 있고 4GB의 고속 DRAM 스토리지를 제공한다. 또한 전원이 차단된 경우를 대비한 4GB의 플래시도 제공된다. 퓨전 아이오드라이브 듀오(Fusion IoDrive Duo) 또한 PCI 익스프레스 카드 슬롯 모델인데, 특히 1.5Gbps의 매우 빠른 읽기 속도를 유지하기 위한 플래시 메모리 모델도 제공된다. 다양한 인터페이스 새로운 플래시 칩과 더 빠른 속도의 SATA 인터페이스 덕분에 일반 소비자용 SSD들은 점점 빠르고 저렴해지고 있다. 예를 들어, OCZ의 Agility 120GB SSD는 소비자 가격 160달러, 읽기 550MBps, 쓰기 500MBps의 속도가 제공된다. 최고속도로는 읽기 580MBps, 쓰기 550MBps의 제품도 있다. 성능이 올라가는 만큼 가격은 비싸지지만... 또한 제조업체들은 패키지 SSD의 새로운 방식도 계속해서 개발하고 있다. 사진은 2.5인치 폼팩터를 없애고 부피를 최소한으로 줄인 울트라북, 탭, 패드를 위한 보드 형태의 SSD 모습이다. 일반 소비자용 SSD의 용량은 64GB~1.2TB급까지 다양하다. 가격은 120GB당 200달러. SSD 스토리지의 미래 미래의 SSD는 어떻게 변화게 될까? 더 많은 저장공간과 빠른 읽기/쓰기 속도를 제공하는 좀 더 많은 SSD들이 컴퓨터 메인보드에 직접 내장될 것으로 예상된다. 앞으로 몇 년 내에 SSD는 전통적인 하드 드라이브보다 용량이 더 크고 더 저렴해질 가능성이 크다. 그리고 현재의 플래시 메모리보다 훨~ 더 큰 용량, 더 빠른 속도, 더 긴 내구성을 제공할 수 있는 PCM(phase-change memory), Nanowire Magnetic Memory, Organic Memory, Quantum Memory 같은 새로운 형태의 SSD 스토리지도 나올 것으로 전망한다. 사진은 캘리포니아 대학에서 현재 연구 중인 PCM 모듈의 프로토타입 오닉스(Onyx). 그런가 하면, 세계 제1위 삼성전자는 현재 플래시 메모리보다 수명은 100만배, 속도는 1,000배나 빠른 RRAM(저항 메모리)을 2016년부터 양산한다고 한다. RRAM은 부도체 물질에 충분히 높은 전압을 가하면 전류가 흐르는 통로가 생성되어 저항이 낮아지는 현상을 이용한다. 아울러 메모리의 구조도 트랜지스터/레지스터(Resistor)를 각각 1개씩 구성하는 기존 RRAM 구조를 탈피, 숫제 트랜지스터가 필요없는 구조로 바꿔 메모리 용량도 획기적으로 늘릴 것이라고 했다. 한편 KAIST는 유연한 RRAM을 개발했다. SSD의 핵심기술이 어떤 형태가 되던 SSD의 발전속도는 생각보다 매우 빠를 것이다. 사진은 삼성이 개발하고 있는 RRAM의 동작구조.