지금까지 2.5 인치 기반의 SSD만을 출시했던 마이크론이 NVMe 를 지원하는 첫번째 제품을 공식 출시하였다.  이 제품의 이름은 "크루셜 P1" 으로 현재 판매되고 있는 가장 빠른 인터페이스를 지닌 M.2 규격 NVMe 1.3를 공식 지원한다.  과연 이 제품이 어떤 성능을 보여주는지 천천히 살펴보도록 하자.  그 전에 이 SSD 에 사용된 낸드 플래시 메모리에 대한 간단한 설명부터 이번 기사를 시작해 보자.   

낸드 플래시는 전원이 셀에 공급이 되지 않더라도 그 데이터 값을 저장하고 있는 특성 때문에 우리가 하나 이상씩을 사용하고 있는 스마트폰을 비롯하여 노트북 및 태블릿 최근 차량에서도 사용이 될 만큼 광범위하게 사용되고 있다. 하지만 최근 컴퓨터 서버 업체 등을 비롯하여 많은 낸드 플래시 사용 업계에서는 보다 저렴하게 고용량 제품을 출시 하기를 바라고 있다.  이에 따라 낸드 플래시 메모리 제조 업체는 낮은 공정과 다양한 기술 등을 적용한 제품을 양산하고 있는데 낸드 플래시는 이 요구를 해결하기 위해 SLC, MLC, TLC 까지 꾸준하게 진화해왔다.  그리고 최근에는 QLC 낸드 플래시 까지 발표하기에 이르렀는데 이 첫번째 테이프를 끊은 낸드 플래시 제조 업체가 바로 "마이크론" 이라는 점은 칭찬할 만 하다. 

■ 용량 VS 속도 중에 굳이 하나를 선택하라면?  

그래서 낸드 플래시 업계에서는 하나의 셀에 여러가지 방식으로 데이터를 저장하는 방법으로 "고용량" 제품을 출시하고 있는데 단지 이와 같은 방법은 낸드 플래시에 저장 되는 전하량을 측정해야 하기 때문에 저장을 많이 하면 할 수록 이 전하량을 알아내기 위한 별도의 루틴 등이 추가 되가 되기 때문에 자연스럽게 성능 저하라는 벽에 부딪이게 된다.  이를 해결하기 위해 별도의 캐시 메모리를 장착하든가 혹은 컨트롤러의 개선 혹은 쓰기 및 읽기 채널을 증가 시키는 등 다양한 방법으로 속도를 늘리고 있다.   그리고 그 정점이 바로 SATA3 인터페이스에서 프로세서에 직접 연결되는 PCI 익스프레스 레인을 활용하는 방식으로 전환하기에 이른다.  자, 그렇다면 QLC는 무엇일까? 

■ QLC (Quad Level Cell) NAND 플래시 메모리?  

● SLC (Single Level Cell) - 셀당 하나의 비트만 저장 (0 또는 1) 1개의 비트를 통해 총 2개의 데이터를 저장 

● MLC (Multi Level Cell) - 셀당 두개의 비트만을 저장 (00에서 01) 2개의 비트를 통해 총 4개의 데이터를 저장

● TLC (Triple Level Cell) - 셀당 세개의 비트만을 저장 (000 에서 111)  3개의 비트를 통해 총 8개의 데이터를 저장

● QLC (Quad Level Cell) - 셀당 네개의 비트만을 저장 (0000에서 1111) 4개의 비트를 통해 총 16개의 데이터를 저장 

▲ SLC, MLC, TLC 그리고 QLC의 간단한 이해 (사진 제공, 마이크론) 

우선 간단하게 SLC 그리고 MLC 를 설명하자면 SLC 에서 MLC로 넘어가는 것은 사실 가장 빠르게 진행이 되었다.  우선 기본적인 낸드 플래시 메모리인 SLC는 셀에 저장되어 있는 전하량을 측정하는 것이 아닌 "있나, 없다" 이렇게 2가지만 확인하는 방식이었다.  이 방식은 속도와 내구성에는 큰 장점을 보이지만 저장 공간의 확보는 사실 물리적으로 크게 SSD를 만들지 않는 이상 고용량을 만들기 힘들었다.  그 이후에 나오게 된 MLC 는 전하량의 측정하는 방식으로 동일한 셀에 SLC 대비 2배의 용량을 저장하였는데 간단하게 예를 들자면 컵이 하나의 셀 그리고 물을 전하량이라고 가정을 하게 되면 컵은 비었고, 1/3 정도 차있고, 2/3 정도 차있고, 가득 차있고 이렇게 4가지 상태값을 구분할 수 있다.  하나의 셀에 이처럼 4가지 방법으로 구분하는 것이 바로 4가지 종류의 데이터 저장하는 것이다.  여기에서 조금 더 확장이 된 것이 바로 TLC 이며 이는 하나의 컵을 8단계로 그리고 마지막으로 QLC로 가게 되면 총 16단계로 전하량을 측정해 그 데이터를 저장하게 된다. 

▲QLC 낸드 플래시 메모리를 사용하게 되면 크게 3가지 정도의 큰 장점을 갖게 된다  (사진 제공, 마이크론) 

하나의 셀에 보다 많은 데이터를 저장할 수 있게 되면서 문제는 각기 셀당 전하량을 보다 꼼꼼하게 확인을 해야 하므로 느려질 수 밖에 없다. 이런 구조적인 한계로 인해 QLC 낸드 플래시의 읽기 및 쓰기 속도는 TLC 보다 아직은 느릴 수 밖에 없다.  하지만 효율적인 캐시 메모리의 사용 혹은 컨트롤러에 사용되는 알고리즘 등의 변화로 현재의 속도를 극복하게 될 것이다.  

■ NVMe 1.3 지원 마이크론 크루셜 P1 1TB M.2 2280 SSD 

M.2 2280 규격정도의 NVMe 지원 SSD의 무게는 고작 19g 정도 밖에 되지 않는데 이로 인해 초기에는 애플의 맥북, 인텔의 울트라북에서 사용되었다.  사실 이 규격이 본격적으로 데스크톱에 사용되기 시작한 것은 2년 정도 밖에 되지 않았는데 인텔의 200 시리즈 칩셋을 내놓기 시작하면서 부터이다.  마이크론 크루셜 P1 SSD는 정말 가벼우리 만큼의 무게와 박싱으로 디자인되었다.  안에 포함되어 있는 내용물은 간단하게 설명서 정도가 고작이다.  

NVMe  기반의 스토리지는 일반적인 SSD에 비해 높은 발열량을 갖게 되는데 이로 인해 발생하는 열을 처리할 수 있는 제조사들의 대처 방법은 장착되는 바닥면에 하나의 소자, 낸드 플래시 등을 온보드 하지 않는 것이다.  이 제품도 역시 그러한 디자인을 따르고 있었다. 

제품 상단에 부착되어 있는 스티커를 제거하게 2개의 512M 용량을 지는 64층 3D QLC 기반의 낸드 플래시를 비롯하여 캐시 메모리와 NVMe  컨트롤러 등을 확인할 수 있다.  사용된 NVMe SSD 컨트롤러는 바로 실리콘 모션의 SM2263 이 사용되었다.   그리고 캐시 메모리는 1GB DDR3 가 사용되었다.   캐시 메모리도 당연히 마이크론 제품이 사용되었다.

▲윈도우 10 탐색기를 통해 확인한 크루셜 P1의 실제 용량

■ Z390 칩셋 마더보드 테스트 시스템

● 마더보드 : ASUS, Z390 MAXIMUS XI WIFI - 콜 오브 듀티 에디션

● 그래픽카드 : 엔비디아 지포스 RTX 2080 Ti 파운더스 에디션

● 메모리 : ADATA DDR4 8G PC4-24000 CL16 SPECTRIX D80 X 2 16GB

● 마스터 SSD : 마이크론 MX500, 1TB 

● 운영체제 : 윈도우10 프로 64비트 최신 버전 (1803)

● 그래픽카드 드라이버 : 엔비디아 게임-레디 드라이버 416.33 WHQL

■ 마이크론 크루셜 P1 1TB 모델의 성능은? 

▲ 가장 먼저 진행한 HDTUNE PRO 5.7 에서의 읽기 및 쓰기 성능을 상당히 인상적이었다.  우선 총 용량을 기준으로 연속 읽기 성능은 꾸준함을 보여주는 1자형을 보여주었으며 쓰기는 불안했지만 큰 폭의 성능 하락은 없어보였다. 

▲ AS SSD 벤치마크 그리고 크리스털디스크마크에서는  이 제품이 갖고 있는 스펙과 비슷한 성능 결과를 보여주었다.  특히나 크리스털디스크 마크의 성능은 이 제품이 갖고 있는 기본 스펙에 부합되는 성능 결과를 냈다. 

■ 그리고 마지막으로 더티 테스트에서는  

마이크론 크루셜 P1은 전체적으로 0~90% 의 용량까지는 일정한 속도를 유지하다가 전체 1TB 용량 중에서 10% 정도가 남았을 때 급격하게 성능이 떨어지고 진다는 것을 이번 더티 테스트를 통해 확인할 수 있었다.  어 정도의 더티 테스트 수치는 일반적인 SSD가 10% 정도 용량이 남았을 때보이는 성능 하락과도 비슷하다.

■ 마이크론의 모멘텀 캐시를 통한 성능 향상

▲ 마이크론 SSD 관리 소프트웨어인 스토리지 익스큐티브를 통해 모멘텀 캐시를 활성화할 수 있다. 

▲ 모템텀 캐시를 활성화 하게 되면 AS SSD 벤치마크에서는 4K-64 항목이 큰 폭의 성능 향상을 보였으며 크리스털디스크마크에서는 연속 읽기 및 쓰기 그리고 4K 관련 스코어가 큰 폭의 성능 향상을 보여주었다.  

■ 그리고 마이크론이 첫번째 만들어낸 QLC 기반의 SSD, 크루셜 P1 M.2 2280 NVMe SSD  

앞서 간단하게 우리가 지금까지 봐왔던 낸드 플래시 메모리의 변화와 더불어 간단한 이론적인 설명을 했다. 그것을 통해 QLC 낸드 플래시가 갖고 있는 태생적인 한계점에 대해서 이야기 했다.  우선 이 제품은 마이크론에서 첫번째로 양산해서 SSD로 만들어낸 QLC 낸드 플래시 기반의 제품으로 2.5 인치 기반의 SATA3 보다 빠른 NVMe를 지원하는 제품이다.  이 QLC 낸드 플래시를 NVMe에 적용한 것은 생각 외로 괜찮은 방법이다.  낸드 플래시의 조금은 느린 성능을 SATA3 보다 빠른 NMVe 로 극복해낸 제품이라고 생각할 수 있다.  물론 성능 결과에서 본 것 처럼 인 하우스로 만들어진 WD 블랙 제품에 비해 떨어지는 읽기 및 쓰기 성능을 갖는 것이 아쉬울 수 있다.  하지만 그 TLC 낸드 플래시 기반의 SSD 에 비해 보다 저렴한 가격으로 높은 용량을 제공한다.