요즘 PC를 사용하는 사람들 대부분은 다른 것은 몰라도 하드디스크보다 SSD가 빠르다는 점은 인지하고 있다. 그만큼 SSD가 안정적인 시장 안착이 이뤄지고 있음을 알 수 있다. 주로 기본 저장장치로 SSD를 쓰고, 보조 저장장치로 하드디스크를 사용하는 방식을 쓴다. 아무래도 SSD 속도가 빠르기 때문에 운영체제와 애플리케이션 설치를 목적으로 사용하고, 나머지 콘텐츠를 하드디스크에 두게 된다. 성능과 용량, 그리고 가격에 따라 정착된 구성이다.

솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive). SSD는 반도체는 낸드플래시와 이들을 제어하는 컨트롤러로 구성된 저장장치로 물리적 요소를 둔 하드디스크와 달리 민첩한 속도가 특징이다. 그간 PC 시스템은 속도가 꾸준히 향상 됐어도 하드디스크로 인해 실제 체감 성능은 크지 않았다. 그러나 이 부분이 SSD의 등장으로 해결되면서 체감 성능에 큰 변화를 가져왔다. 초기에는 가격이 매우 높았지만 현재는 어느 정도 접근성에 어려움 없을 정도가 되기도 했다.

이제 SSD가 빠르다는 것은 누구나 인지하고 있는 사실이지만 한 걸음 더 나아가 지금의 SSD는 더 치열한 기술 경쟁이 펼쳐지고 있다. 반도체 및 컨트롤러 설계 능력이 개선되고 너 빠른 속도를 내기 위한 인터페이스가 하나 둘 도입되면서 SSD 역시 이를 적극 활용하는 셈이다. 그 중 대표적인 것이 바로 NVMe(Non-Volatile Memory express)다.

말 그대로 SSD를 위한 전송 규격인 NVMe는 PCI-Express 레인의 대역폭을 최대한 활용해 빠른 전송속도를 구현한 것이 특징이다. 일반적인 SATA 규격의 전송속도로는 6Gbps(750MB/s)에 불과하지만 PCI-Express 레인을 활용한다면 적게는 32Gbps(4GB/s), 특정 제품은 40Gbps(5GB/s)의 데이터 전송이 가능하도록 설계하기도 한다. 때문에 흔히 500~700MB/s 가량의 전송속도를 보여주던 SSD가 일부 2~3GB/s 전송 속도를 보여줄 때가 있다.

하지만 모든 제품이 놀라운 속도를 기록하지 못한다. 몇 가지 조건이 있다. 먼저 SATA가 아닌 PCI-Express 대역을 써야 한다는 것. 여기에는 그래픽카드를 꽂는 슬롯이 될 수도 있고, 최근 메인보드들에 제공되는 M.2 슬롯이 될 수도 있다. 이들 규격에 대응하더라도 컨트롤러가 PCI-Express 대역이 적합한 것이어야 호흡을 맞춘다. 까다로워 보이지만 이들을 골라내는 일은 어렵지 않다.

WD Black 3D NVMe SSD 같은 제품이 대표적이다. 기존 WD Black NVMe SSD의 뒤를 잇는 이 제품은 마찬가지로 NVMe 인터페이스를 썼지만 3D 낸드플래시와 새로운 컨트롤러를 통해 성능을 크게 높였다. 그 결과 1TB 라인업 기준으로 최대 3400MB/s의 순차 읽기, 2800MB/s의 순차 쓰기 성능을 확보할 수 있었다.

WD Black 3D NVMe SSD 1TB
용 량 / 규격	1TB / M.2 2280
인터페이스	NVMe (PCI-Express x4)
읽기 속도	2800MB/s (40만 IOPS)
쓰기 속도	3400MB/s (50만 IOPS)
컨트롤러	20-82-007011 (SanDisk)
메모리 타입	TLC (3D NAND)
TBW / 보증	약 600TB / 5년
가격	55만 1000원 (온라인 / 2018년 6월 27일 기준)
제품 문의	웨스턴디지털 (http://www.wdc.com)

NVMe 대역폭 활용을 위한 최적의 설계

WD Black 3D NVMe SSD는 기존 2.5인치 규격의 SSD와 달리 M.2 디자인으로 설계됐다. 차세대 폼팩터(NGFF-Next Generation Form Factor)라는 이름으로 기존 m-SATA를 대체한다. 새로운 인터페이스는 상대적으로 물리적 유연성이 높기 때문에 다른 모듈과의 호환성도 어느 정도 확보되어 있다. PCI-Express 대역을 쓰기 때문에 SSD를 위한 인터페이스로도 주목 받았다.

▲ M.2 규격으로 설계된 WD Black 3D NVMe SSD

NVMe에 대응하는 것은 SSD로써 큰 이점이 있다. 큐 하나당 6만 5536개 명령어 처리가 가능한데, 이 큐를 다시 6만 5536개를 제공한다. 약 43억 개에 가까운 명령어를 처리할 수 있다는 이야기다. 과거 고급 호스트 컨트롤러 인터페이스(AHCI) 기반의 장치는 32개의 명령어 처리만 가능한 수준이었다. 여기에 병렬화와 프로세서의 다중 쓰레드 활용이 용이하고 4KB 명령 효율성 또한 크게 개선됐다. 이는 전체적인 성능 향상에 큰 도움을 준다.

제품의 규격은 M.2 2280에 대응한다. 폭 22mm, 길이 80mm다. 대부분 M.2 기반 SSD가 이 사양을 제공한다. 적당한 길이로 데스크탑은 물론 노트북에도 사용하기가 좋다. 기술의 발달로 적은 메모리 모듈 수로도 충분한 용량 확보가 가능한 점도 2280 규격을 쓰는 이유 중 하나다.

▲ 새로 개발한 컨트롤러와 3D 낸드플래시를 통해 성능과 안정성을 모두 갖췄다

신제품은 많은 발전이 있었다. 기존에는 512GB 기준으로 최대 2050MB/s의 순차 읽기, 최대 800MB/s의 순차 쓰기 성능을 제공했지만 이번에는 1TB 기준 최대 3400MB/s의 순차 읽기, 2800MB/s의 순차 쓰기 성능을 갖췄다. 비슷한 용량인 500GB와 비교해도 최대 3400MB/s의 순차 읽기, 2500MB/s의 순차 쓰기 성능을 제공하니 분명히 성능 측면에서 큰 개선이 이뤄졌다.

이런 성능을 구현한 것에 있어 가장 큰 이유 중 하나는 바로 낸드플래시의 변화다. 제품에는 3D 낸드플래시를 사용했는데 64단에 달한다. 3D 낸드는 기존 단층구조인 셀을 입체적으로 쌓은 것을 말한다. 같은 공간에 더 많은 용량을 확보할 수 있다는 이점이 있다.

컨트롤러는 WD가 자체 개발한 것을 썼다. 일부 제조사는 외부 컨트롤러 개발사의 제품을 들여와 조립하는 방식을 쓰기도 하는데 물론 SSD 자체적인 성능은 확보할 수 있으나 최대로 끌어올리는 것은 한계가 있다. 실제로 일부 제품은 특정 환경에서 성능이 떨어지기도 한다. 이에 쉽지 않지만 자체 컨트롤러를 개발하거나 개발사를 인수해 생산하는 식으로 경쟁력을 확보하는 경우도 있다.

▲ 내구성 또한 뛰어나다는 점이 WD Black 3D NVMe SSD의 큰 특징

직접 개발한 컨트롤러와 3D 낸드플래시를 통해 완성도를 높인 WD. 실제 WD Black 3D NVMe SSD 1TB의 내구성은 600 TBW(Total Bytes Written)에 달한다. 500GB는 300, 250GB는 200 TBW에 달할 정도로 비교적 높은 내구성을 제공한다. 각각 200/300/600 TB에 달하는 엄청난 수치. 이는 하루 100GB 가량 데이터를 쓰고 지나는 환경이라고 가정했을 때 1TB는 약 16년, 500GB는 약 8년, 250GB는 약 5.5년 가량이라는 계산이 나온다.

모든 제품의 제한적 보증은 5년이므로 모든 제품이 제조사가 인정한 범위 내에서 최적의 성능을 제공한다는 점에서 상당한 발전이 이뤄졌음을 알 수 있다.

성능 측정

WD Black 3D NVMe SSD 1TB의 성능을 확인해 볼 차례. PCI-Express x4의 대역을 충분히 활용하는 전용 컨트롤러와 3D 낸드플래시가 어떤 시너지 효과로 이어질지 기대된다. 성능을 최대한 확인하기 위해 벤치마크 소프트웨어는 물론 실제 PC 사용자들이 즐겨하는 게임 등을 실행했다. 전반적인 읽기/쓰기 성능 외에도 실제 로딩 속도 단축 등을 확인해 보자.

비교를 위해 WD의 1세대 NVMe SSD인 WD Black PCIe NVMe SSD 512GB, 일반 M.2 규격의 SATA SSD를 가지고 함께 테스트했다. 실측 자료는 해당 메인보드에서의 결과로 프로세서와 메인보드 등 기타 시스템에 따라 다르게 나타날 수 있다는 점 미리 참고 바란다.

<테스트 사양>
- 프로세서 : 인텔 코어 i7 8700K
- 메인보드 : 에이수스 ROG STRIX Z370-G 게이밍
- RAM : 지스킬 트라이던트Z DDR4-3200 16GB (8GB x 2)
- VGA : 엔비디아 지포스 GTX 1080 FE
- SSD : 인텔 730 시리즈 240GB (운영체제)
- 파워서플라이 : 650W
- 운영체제 : 윈도10 프로 64비트
- 드라이버 : 지포스 387.92 게임 레디 드라이버

HD Tune 읽기/쓰기 테스트

가장 먼저 전반적인 읽기/쓰기 성향을 확인하기 위해 HD Tune 벤치마크 소프트웨어를 실행했다. 세 제품을 동일한 단자에 연결, 테스트했다. 결과는 메인보드나 다른 시스템에 따라 달라질 수 있기 때문에 어디까지나 참고만 하는 것을 추천한다. 그래프를 통해 각 SSD들이 어떤 형태의 성능을 제공하는지 여부를 판단하는데 집중했다.

읽기 항목을 확인한 결과, WD Black 3D NVMe SSD 1TB와 일반 SATA M.2 SSD의 그래프 파형이 일정하다는 점을 확인할 수 있었다. 그러니까 어떤 상황에서도 읽기 성능은 꾸준히 유지된다는 의미다. 결국 안정적인 성능을 담보한다는 점에서 인상적인 모습을 보여준다. 반면 1세대 WD Black PCIe NVMe SSD 512GB는 일정하지만 그래프가 오르내리는 형상이다.

쓰기 성능도 확인해 보자. 이 부분엔 있어서는 WD Black 3D NVMe SSD 1TB가 조금 불리한 듯한 모습이다. 약 300GB 부근까지는 높은 성능을 유지하다가 이어 큰 폭으로 오르내리는 형상의 그래프가 이어진다. 이는 SLC 캐시 성능이 300GB 가량까지 유지해주는 것이라 예상해 볼 수 있는 부분. 그래도 상당부분은 높은 성능을 보여주려는 형태다.

1세대는 높은 성능을 초반에 잠깐 유지하다 이후 낮은 그래프를 꾸준히 그려나가는 모습이고, SATA 기반의 M.2 SSD는 성능은 낮지만 일정한 형태로 그래프를 그려주고 있다. 성능이냐 안정성이냐에 대한 부분은 소비자가 판단할 몫으로 남게 되었다.

Crystal Disk Mark 테스트

SSD의 읽기/쓰기 및 무작위 읽기/쓰기 성능을 모두 파악할 수 있는 Crystal Disk Mark 벤치마크 소프트웨어를 실행했다. 순차 읽기와 쓰기 성능과 함께 실제 성능에 필요한 4K 무작위 읽기/쓰기 성능도 수치로 파악해 볼 수 있다. 이 테스트 역시 결과치는 환경에 따라 다를 수 있다는 점 참고하자.

측정 결과, WD Black 3D NVMe SSD 1TB의 성능이 가장 압도적이다. 순차 읽기 3387MB/s, 쓰기 2855MB/s다. 읽기는 초당 약 3.38GB, 쓰기는 초당 약 2.85GB에 달한다. NVMe SSD 다운 놀라운 속도라 하겠다. 이어 1세대 WD Black PCIe NVMe SSD 512GB는 순차 읽기 1541MB/s, 쓰기 837.5MB/s로 쓰기가 조금 아쉬운 모습을 보여준다. 그에 비하면 SATA SSD는 읽기와 쓰기 모두 500MB/s 수준의 성능이다.

무작위 성능은 WD Black 3D NVMe SSD 1TB와 1세대 WD Black PCIe NVMe SSD 512GB가 큰 차이 없는 모습을 보여준다. 약간의 차이는 존재하지만 전체적으로 안정적인 성능이다. M.2 SATA SSD는 그에 비해 절반 가량에 미치지 못하는 성능을 보여준다.

위쳐3 로딩 속도

속도가 빠른 SSD이기 때문에 실제 환경에서의 성능을 확인해 보자. 특히 관심이 많을 게이밍 성능에 대해 중점적으로 다뤄봤다. 먼저 테스트한 것은 위쳐3로 게임을 중간에 불러왔을 때 얼마나 시간을 사용하는지 여부에 대해 확인해 봤다. 타이틀 화면에서 ‘계속하기’를 선택해 이전의 데이터를 불러오는 형태로 진행했다. 게임 중 가장 오랜 시간이 소요되는 부분이기도 하다.

측정해 보니 WD Black 3D NVMe SSD 1TB는 19초, WD Black PCIe NVMe SSD 512GB가 27초를 각각 기록했다. 고속 SSD도 게임을 온전히 불러오는데 오랜 시간이 소요되지만 상대적으로 신형이 빠른 모습을 보여준다. 일반 M.2 SATA SSD 1TB는 42초로 뚜렷한 차이를 보인다.

철권7 초기 부팅 속도

이번에는 대전격투게임 철권 7을 실행했다. 게임 내 로딩도 길지만 초기 클라이언트 실행 단계에서의 로딩도 상당하다. 이번 테스트에서는 게임 내가 아닌 게임을 초기 실행했을 때, 첫 영상까지 시간이 얼마나 소요되는지 여부를 확인했다. 역시 테스트 결과는 시스템에 따라 달라질 수 있다는 점 참고하자.

부팅하는데 소요되는 시간은 WD Black 3D NVMe SSD 1TB가 20초로 가장 빨랐고, 이어 WD Black PCIe NVMe SSD 512GB가 25초로 빨랐다. M.2 형태의 PCIe SATA SSD는 33초 가량이 소요되는 것으로 나타났다.

배틀그라운드 사녹 로딩 속도

배틀로얄 장르인 슈터 게임 배틀그라운드에서 새로 추가된 맵 사녹(SANHOK)을 불러올 때의 로딩 속도를 측정했다. 매치메이킹이 이뤄지고 화면이 이전되는 순간부터 로딩이 끝나고 지형의 텍스처가 모두 구현되는 순간까지의 시간을 확인해봤다. 배틀그라운드는 게임의 특성상 지도 정보 대부분을 한 번에 불러오기 때문에 SSD라도 제법 시간이 소요되는 편이다.

측정 결과, WD Black 3D NVMe SSD 1TB는 사녹의 모든 정보를 불러오는데 약 37초 가량이 소요됐다. 이어 WD Black PCIe NVMe SSD 512GB가 40초, 일반 SSD가 46초를 기록했다. 모두 비교적 빠른 속도지만 읽기 속도가 더 빠른 WD Black 3D NVMe SSD 1TB 쪽이 더 나은 모습을 보여준다.

뚜렷한 성능 개선을 위해서라면

WD Black 3D NVMe SSD의 성능 향상은 뚜렷했다. 기존 제품도 NVMe를 지원한 것은 동일하지만 더 안정적인 성능을 내는 방향으로 발전한 점이 인상적이다. 무엇보다 쓰기 성능이 크게 개선됐다. 이는 컨트롤러의 안정성과 함께 3D 낸드플래시의 영향도 적지 않아 보인다. 실제 체감 성능도 더 빠르고 기복이 없다는 인상을 줬다. 벤치마크 결과는 상황에 따라 다르니 참고만 하자.

물론 최신 기술을 접목했고 용량도 기본적으로 큰 점도 무시할 수 없으나 가격 자체는 1세대 NVMe SSD와 비교하면 조금 높은 편이다. 하지만 뚜렷한 성능 향상이 있으므로 가급적 신제품을 구매해 쓰는 것이 만족도 면에서 더 이득이다. 아무래도 주력 라인업은 250GB 혹은 500GB가 될 것으로 예상된다.

SSD의 도입으로 컴퓨팅 성능은 눈부시게 빨라졌다. 이제 NVMe를 통해 SSD는 SATA라는 한계를 넘어 그 이상을 향해 달려가고 있다. WD Black 3D NVMe SSD 역시 그 중 하나라 해도 무방하다. 이 제품은 PC나 노트북 등에서 안정적인 성능을 구현하고자 하는 소비자들에게 어울린다. 기존 SSD의 성능에 만족하지 못했다면 신중히 검토해 보는 것도 좋을 듯 하다.

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