그래픽카드와 SSD를 중심으로 PCI Express 4.0 (PCIe 4.0) 인터페이스가 본격적으로 도입되고 있다.

특히 PCIe NVMe M.2 SSD는 아직까지 PCIe 3.0 SSD가 최고의 가성비를 가지고 있지만, 새롭게 PCIe 4.0 지원 PC를 장만한 사람이라면 더 빠른 속도를 가진 PCIe 4.0 기반 SSD도 관심이 가기 마련.

오늘 살펴볼 제품은 PCIe 3.0 NVMe M.2 SSD 시장에서 큰 인기를 모았던 삼성전자 970 PRO의 후속 모델에 해당하는 삼성 980 PRO PCIe 4.0 NVMe M.2 SSD 1TB다. 

 PCIe 4.0 및 TLC V낸드를 기반으로 하는 980 PRO

작년 하반기 출시된 삼성전자 980 PRO PCIe 4.0 NVMe M.2 SSD(이하 삼성 980 PRO)는 PCIe 4.0 x4 lanes 기반으로 설계되어 최대 7,000MB/s 연속 읽기 및 5,000MB/s 연속 쓰기 성능을 제공한다. 초기에는 250GB, 500GB, 1TB 등 3가지 모델로 출시되었으나 이후 2TB 모델이 추가되어 현재는 4개 용량 제품으로 판매되고 있다.

일반적으로 NVMe M.2 SSD는 1TB 용량 이상이 되어야 쓰기 속도 감소 없이 제 성능을 낼 수 있는데, 삼성 SSD 970/980 시리즈 1TB 모델을 살펴보면 970 EVO Plus라는 옆그레이드를 거치면서 980 노멀과 980 PRO의 차이가 큰 것을 볼 수 있다.

하위 모델에 해당하는 삼성 980 노멀 SSD 제품이 PCIe 3.0 인터페이스에 D램 캐시 메모리를 빼고 PC 시스템 메모리와 직접 연결하는 HMB (Host Memory Buffer) 기술로 바뀌었기 때문에 970 시리즈에서 제대로 된 PCIe 4.0 업그레이드는 삼성 980 PRO만 해당된다.

삼성 980 PRO는 M.2 2280 규격으로 데스크탑 PC용 메인보드는 물론 노트북에서도 손쉽게 M.2 소켓으로 SSD 설치 및 업그레이드를 할 수 있다. PCIe 4.0 인터페이스를 적용하여 기존 PCIe 3.0 x4 대비 데이터 전송 속도가 2배로 빨라졌으며, 이전 버전인 PCIe 3.0 인터페이스와도 호환되지만 PCIe 3.0 동작시에는 대역폭 한계로 성능이 제한된다.

고성능 SSD는 발열 관리가 어려워 별도의 히트싱크가 달려있거나 옵션으로 판매되는데, 삼성 980 PRO는 SSD 컨트롤러에 니켈 코팅을 사용하고 후면에 구리 재질의 열 분산 필름(히트 스프레더 라벨)을 장착해 낸드 칩 발열을 효과적으로 관리한다. 또한 최첨단 열 제어 알고리즘 적용 및 과열 방지 기능으로 최적의 온도를 유지한다.

(이미지 출처: Tom's Hardware)

삼성 980 PRO에는 Elpis라고 불리는 새로운 PCIe 4.0 SSD 컨트롤러가 들어간다. 삼성 8nm 공정으로 만들어지며 기존 Phoenix 컨트롤러의 4배인 동시에 128개의 대기열 처리를 지원한다.

1TB 모델에는 2개의 512GB 삼성 6세대 V-낸드 플래시 칩이 사용된다. 기존 970 PRO는 셀당 2-bit 데이터를 저장하는 MLC 방식으로 쓰기 속도 저하를 막았으나, 980 PRO는 다른 회사들과 마찬가지로 3-bit TLC 낸드로 전환하는 대신 SLC 캐시 영역을 늘려 성능 저하를 최소화 한 것으로 알려졌다.

캐시 메모리는 기존 삼성 SSD와 마찬가지로 1GB LPDDR4 D램이 들어간다.

제품 크기는 M.2 2280 폼 팩터를 준수하는 80.15 x 22.15 x 2.38mm에 무게는 최대 9.0g이다. 제품 보증은 5년 또는 600 TBW 쓰기 내구성을 가져 기존 삼성 1TB TLC SSD들과 동일하지만, MLC 낸드를 사용했던 970 PRO의 쓰기 수명(1200 TBW)에서 절반으로 줄어든 것도 사실이다.

확실한 발열 관리로 안정적인 PCIe 4.0 성능 구현

일반 소비자를 대상으로 판매되는 SSD들은 대부분 제조사가 제품의 펌웨어 업데이트 및 모니터링, 최적화, 보안 등을 지원하기 위해 전용 소프트웨어를 제공하는데, 삼성전자도 예전부터 삼성 매지션(Samsung Magician)이라는 이름의 SSD 관리 툴을 만들었다.

삼성 980 PRO를 지원하는 최신 버전의 삼성 매지션 소프트웨어는 직관적이고 최적화된 기능으로 SSD 상태를 한 눈에 파악하고 항상 최적의 상태로 유지할 수 있다.

 자체 벤치마크로 각 SSD의 순차 읽기/쓰기 및 랜덤 읽기/쓰기 성능을 파악하고, 저장 공간 및 SSD 온도, 스토리지 스캔, 오버 프로비저닝 할당 조절, TRIM 등 성능 최적화 옵션을 제공하며, 중요한 데이터 보호를 위한 보안 지우기와 드라이브 암호화 옵션도 갖췄다. 

삼성 매지션 소프트웨어로 자체 벤치마크를 돌려보면 순차 읽기 기준 7,090MB/s, 쓰기는 5,234MB/s의 빠른 속도를 기록한 것으로 나타났다. 이는 삼성 980 PRO 공식 스펙을 충족시키는 결과다.

그러나 일반적인 SSD 벤치마크에 많이 쓰이는 CrystalDiskMark 기준으로는 읽기 속도 최대 6,700MB/s대, 쓰기 속도는 4,900MB/s대로 공식 스펙에는 살짝 못 미치는 결과를 보였다. 스토리지 용량의 최대 90%가 기록된 상태에서도 성능 저하는 크게 나타나지 않았다.

ATTO 벤치마크에서는 읽기 기준 최대 6.3GB/s, 쓰기 기준 최대 5.37GB/s를 기록한 것으로 나왔다. 평균 속도로는 연속 읽기가 6.2GB/s 안팎, 연속 쓰기는 4.6GB/s 안팎으로 PCIe 3.0 x4 인터페이스에 제한된 PCIe 3.0 SSD들의 최대 성능을 뛰어넘는 결과를 보였다.

AS SSD 벤치마크 결과는 CrystalDiskMarkㄷ보다 낮지만 연속 읽기 성능 5,516MB/s, 연속 쓰기 성능 3,920MB/s로 PCIe 4.0 지원 PC에서 사용하면 기존 PCIe 3.0 SSD보다 높은 성능을 보여줄 것으로 기대된다.

HD Tune Pro 파일 벤치마크 테스트를 해보면 D램 캐시 용량이 적거나 SLC 캐시 영역을 많이 잡지 않은 SSD들은 쓰기 최대 성능이 금방 하락하는 경우가 많은데, 삼성 980 PRO 1TB 모델은 테스트 구간을 100GB로 잡았을 때 쓰기 속도 저하는 일어나지 않았다.

실제 낸드 플래시 쓰기 속도를 확인하기 위해 나래온 더티 테스트로 전체 SSD 용량의 90%에 해당하는 연속 쓰기 작업을 실시한 결과, 약 100GB까지는 D램 캐시를 통한 최대 성능이 발휘되고 이후 약 2,000MB/s대의 쓰기 속도를 보여주는 것으로 나타났다.

MLC 낸드를 사용한 이전 모델 삼성 970 PRO가 보통 2,500MB/s대 이상의 쓰기 속도를 보여줬다는 점을 감안하면 실제 쓰기 속도는 약간 하락한 셈이나 MLC에서 TLC 낸드로 바꾼 것을 감안하면 준수한 편이라 할 수 있다.

가장 인상적인 부분은 발열 관리다. 아무런 M.2 히트싱크 없이 메인보드에 장착했음에도 나래온 더티 테스트를 실행하는 동안 CrystalDiskInfo 기준 SSD 온도가 60도를 넘지 않았기 때문에 SSD 성능을 낮춰 온도를 떨어뜨리는 스로틀링 현상을 경험할 수 없었다.

초기에 나온 PCIe 4.0 SSD들이 높은 컨트롤러 발열과 스로틀링 때문에 M.2 히트싱크가 선택이 아니라 필수가 됐던 것을 감안한다면, 삼성 특유의 초기 시장 홍보는 하지 못했어도 충분히 기다리면서 8nm 공정 SSD 컨트롤러와 함께 발열을 잡은 것은 틀리지 않은 선택이라 생각된다.

발열과 성능 두 마리 토끼 잡은 PCIe 4.0 SSD

삼성 980 PRO PCIe 4.0 NVMe M.2 SSD 1TB는 기존 PCIe 3.0 기반 SSD에서 더욱 발전된 성능과 안정적인 발열 관리를 통해 고성능 스토리지 환경을 구축하도록 도와준다.

AMD에 이어 인텔도 11세대 코어 프로세서를 출시하면서 본격적으로 PCIe 4.0 인터페이스를 지원하기 시작했으므로, 플랫폼 종류를 가리지 않고 최신 시스템에 어울리는 성능을 갖춘 SSD를 손에 넣을 수 있다.

특히 연속 쓰기 테스트에서 보여준 낮은 SSD 온도는 980 PRO가 일반 데스크탑 PC 뿐만 아니라 별도의 M.2 히트싱크를 장착하기 어려운 노트북이나 미니 PC, 콘솔 게임기, 외장 스토리지 솔루션 등 다양한 영역에서 활용될 수 있음을 보여준다

다만 기존 970 PRO와 비교해 MLC 낸드가 TLC 낸드로 바뀌면서 실제 낸드 쓰기 속도는 오히려 감소하고 SSD 수명(낸드 쓰기 내구성)이 절반으로 줄었다는 것과, 가성비가 극대화된 PCIe 3.0 SSD보다 아직 많이 비싸다는 것은 980 PRO가 가진 단점이다.