SSD(솔리드 스테이트 드라이브)란?

NAND 플래시 메모리와 컨트롤러로 데이터를 저장하는 기억 장치. 움직이는 부품이 없어, HDD보다 랜덤 액세스가 빠르고 충격에 강하다.

일본어 명칭: SSD

SSD(솔리드 스테이트 드라이브)은(는) SRAM과 플래시 메모리, I/O 인터페이스와 버스, CPU와 아키텍처 등 9개 분야의 연습 문제 30개에 나와요.

SSD의 내부 구성

SSD(solid-state drive)는 여러 개의 NAND 플래시 메모리 칩과 이를 관리하는 컨트롤러, 그리고 많은 경우 주소 변환 테이블을 담는 DRAM을 하나의 기판에 탑재한 기억 장치입니다. 컨트롤러는 논리 주소를 플래시의 물리 위치에 대응시키는 FTL, 오류를 정정하는 ECC, 쓰기를 장치 전체에 분산하는 웨어 레벨링, 필요 없어진 블록을 소거해 빈 공간을 만드는 가비지 컬렉션을 담당합니다. 여러 채널로 많은 칩을 병렬로 동작시켜, 칩 하나로는 얻을 수 없는 높은 전송 속도를 실현합니다.

인터페이스와 폼 팩터

SSD는 HDD와 같은 인터페이스인 SATA, 또는 PCI Express 위에서 동작하는 NVMe로 호스트에 연결됩니다. SATA는 사양상 6 Gb/s가 상한이며, 실제 전송 속도는 500 MB/s대에 머뭅니다. NVMe SSD는 PCI Express의 여러 레인(보통 x4)을 사용하여 세대에 따라 수 GB/s의 전송 속도를 낼 수 있고, 많은 명령을 병렬로 처리할 수 있어 지연도 작게 유지됩니다. 폼 팩터에는 2.5인치 HDD와 같은 크기, 노트북 등에 쓰이는 가늘고 긴 M.2 기판, 데이터센터용 폼 팩터 등이 있습니다.

SSD와 HDD의 차이

HDD는 회전하는 자기 디스크 위로 헤드를 움직여 읽고 쓰므로, 떨어진 위치에 접근하는 데 수 ms가 걸립니다. SSD는 움직이는 부품이 없어 랜덤 읽기에 대략 수십~100 µs로 응답하므로, 작은 파일이 많은 작업에서 특히 빠릅니다. 소비 전력이 작고, 충격과 진동에 강하며, 소리도 나지 않습니다. 한편 대용량 HDD는 일반적으로 용량당 가격이 싸서, 데이터센터에서도 대량의 데이터를 보관하는 데 HDD가 사용됩니다. HDD는 같은 위치에 덮어쓸 수 있지만, 플래시는 쓰기 전에 소거해야 하므로 SSD의 내부 처리는 복잡해집니다.

쓰기 내구성과 데이터 유지

NAND 플래시 메모리의 셀은 재기록할 때마다 절연막이 열화되므로, SSD에는 TBW(총 쓰기 바이트 수, terabytes written)나 DWPD(하루당 드라이브 쓰기 횟수)로 나타내는 총 쓰기 가능 데이터 양의 기준이 있습니다. 셀당 비트 수가 많은 TLC나 QLC는 일반적으로 재기록 가능 횟수가 적습니다. 호스트가 삭제한 데이터를 알려 주는 TRIM과 사용자에게 보이지 않는 예비 영역(오버 프로비저닝)은 쓰기 증폭을 줄여 수명을 늘립니다. 전원을 끈 상태에서 데이터가 얼마나 유지되는지는 소모 정도와 보관 온도에 따라 크게 달라지며, 많이 소모된 SSD를 고온에서 오래 보관하면 데이터를 잃을 수 있습니다.

도전해 보기: SSD(솔리드 스테이트 드라이브) 관련 문제

SSD 등에서 사용되는 웨어 레벨링의 목적으로 올바른 것은 무엇입니까?

A데이터를 압축하여 용량을 늘린다
B데이터를 암호화하여 보호한다
C쓰기를 특정 블록에 집중시키지 않고 전체로 분산시켜 수명을 늘린다

정답과 해설 보기

정답: C. 쓰기를 특정 블록에 집중시키지 않고 전체로 분산시켜 수명을 늘린다

블록에는 재기록 횟수의 상한이 있으므로 같은 논리 주소에만 쓰면 그곳만 일찍 수명을 맞습니다. 웨어 레벨링에서는 컨트롤러가 논리 주소와 물리 블록의 대응표(FTL)를 관리하며, 쓰기를 소거 횟수가 적은 블록으로 분배합니다. 재기록이 적은 정적 데이터도 가끔 이동시켜 모든 블록의 소모를 고르게 함으로써 제품 전체의 수명을 늘립니다.

SSD의 가비지 컬렉션의 설명으로 올바른 것은 무엇입니까?

A무효가 된 데이터를 포함한 블록에서 유효한 데이터를 다른 곳으로 옮기고, 블록을 소거하여 빈 영역을 만드는 처리
B컴퓨터 바이러스를 제거하는 처리
C데이터를 압축하는 처리

정답과 해설 보기

정답: A. 무효가 된 데이터를 포함한 블록에서 유효한 데이터를 다른 곳으로 옮기고, 블록을 소거하여 빈 영역을 만드는 처리

NAND는 덮어쓰기가 불가능하고 소거는 블록 단위로만 할 수 있으므로, 재기록할 때마다 오래된 버전이 무효 페이지로 남습니다. 컨트롤러는 무효 페이지가 많은 블록을 골라 유효한 데이터를 다른 블록으로 옮긴 뒤 원래 블록을 소거하여 빈 영역을 만듭니다. 이 추가 복사가 쓰기 증폭의 원인이며, 빈 용량이 적을수록 빈번해져 쓰기 성능이 떨어집니다.

자주 묻는 질문

SSD와 HDD 중 어느 쪽이 빠른가요?

일반적으로 SSD가 빠르며, 특히 랜덤 액세스에서 차이가 큽니다. HDD는 헤드를 움직이는 데 수 ms가 필요하지만, SSD는 대략 수십~100 µs로 응답합니다. 용량당 가격은 대용량 HDD가 싸므로, 두 가지는 용도에 따라 나누어 사용됩니다.

NVMe SSD와 SATA SSD는 무엇이 다른가요?

SATA는 HDD를 위해 설계된 인터페이스로, 사양상 6 Gb/s가 상한입니다. NVMe는 PCI Express 위에서 동작하는 플래시용 프로토콜로, 여러 레인과 많은 명령의 병렬 처리로 더 높은 전송 속도와 더 작은 지연을 얻습니다.

SSD는 전원을 끈 상태에서도 데이터를 유지하나요?

NAND 플래시 메모리는 비휘발성이므로 전원을 꺼도 데이터가 남습니다. 다만 얼마나 오래 유지되는지는 재기록에 의한 소모와 보관 온도에 따라 달라지며, 소모된 SSD를 고온에서 오래 보관하면 데이터를 잃을 수 있습니다.

해설 속 SSD(솔리드 스테이트 드라이브)

파일을 삭제해도 OS는 관리 정보를 바꿔 쓸 뿐이므로, SSD는 그 데이터가 불필요해졌음을 알지 못하고 가비지 컬렉션에서 불필요하게 계속 복사합니다.
OS가 삭제한 파일의 영역을 SSD에 통지하여 가비지 컬렉션을 효율화하기 위한 명령은 무엇입니까?
SSD는 NAND 플래시로 기록하므로 디스크나 헤드 같은 가동 부품이 없습니다.
HDD(하드 디스크)와 비교했을 때 SSD의 특징으로 올바른 것은 무엇입니까?
여분이 클수록 가비지 컬렉션이 수월해져 쓰기 성능이 안정되고 수명도 늘어나므로, 기업용 SSD일수록 여분을 많이 둡니다.
SSD의 '오버프로비저닝'의 설명으로 올바른 것은 무엇입니까?
M.2 형태의 소형 SSD에서 널리 사용됩니다.
고속 SSD와 호스트의 접속에 널리 사용되는, PCI Express를 이용한 인터페이스 규격은 무엇입니까?
같은 SSD라도 용도에 따라 체감 속도가 크게 달라집니다.
SSD 성능을 연속 읽기 대역폭(MB/s)뿐 아니라 4 KB 랜덤 읽기의 IOPS(초당 입출력 횟수)로도 …