NVMe와 PCIe 조합으로 탄생한 차세대 서버용 SSD, 인텔 DC P3700 / P3600

출시 초기에는 오직 HDD보다 빠른 속도를 강점으로 내세웠던 SSD도 차츰 용량 증대 및 가격 안정화를 거치면서 이제는 컴퓨터용 스토리지의 중심에 안착한 상황이다.

그에 따라 활용 분야 역시 늘어나 속도와 용량, 안정성 모두 중시 되는 서버용 시장에도 SSD가 사용 되는 것이 드물지 않은 일이며, 특히 SATA SSD 위주로 발전해온 데스크톱 시장과 달리 PCIe (PCI-Express) 같은 고속 인터페이스도 일찌기 채택 되어 왔다.

이번 기사에서 살펴볼 인텔 DC P3700과 DC P3600은 서버 시스템에서 최적의 효율을 낼 수 있도록 설계 된 SSD로, PCIe 3.0 인터페이스와 NVMe를 채택하여 SSD의 성능 및 효율을 극대화 시킨 것이 특징이다.

■ PCIe 3.0 및 NVMe 기반 엔터프라이즈 SSD

데스크톱 시장에서 소비자들이 SSD의 성능에 환호하며 더 획기적인 제품을 기대했던 것이 별로 오래 된 일도 아니건만 인터페이스의 제약은 금세 SSD의 도약을 방해하고 말았다. 최대 6Gbps (600MB/s)의 속도로 외부 기기와 데이터 전송이 가능한 SATA를 인터페이스로 채택한 SSD는 아무리 날고 기는 제조사들의 제품이라고 해도 결국 그 이하의 속도까지만 지원할 수 있기 때문이다.

이미 예견 되어 있었던 한계이기 때문에 신규 인터페이스로 PCIe를 주축으로 하는 SATA Express와 M.2 등이 고안 되어 선보여지기는 하였지만 당장은 두 가지 인터페이스를 최대한 활용하는 제품들을 찾아보기 어려운 상황이며, 메인보드 칩셋의 제약으로 인해 PCIe 2.0 Lane을 2개만 활용해 최대 대역폭은 10Gbps (1GB/s) 수준이기 때문에 SATA3보다는 나아졌지만 혁신적인 향상은 기대하기 어려운 상황이다.

PCIe와 NVMe를 통해 SSD의 근본적인 성능 향상 가능 

그러나 서버 시장은 다르다. 초기부터 고속 인터페이스인 PCIe 인터페이스의 서버용 SSD가 출시 되고 있으며, 특히 PCIe 3.0 제품은 Lane 하나로도 985MB/s의 속도를 지원하기 때문에 2개 이상의 Lane을 사용하는 경우 SATA 환경보다 월등히 높은 대역폭을 제공할 수 있다.

또한 여기에 NVMe (NVM Express)가 더해지면 효율은 극대화 된다. NVMe는 큐(Queue) 당 64K의 명령과 64개의 큐를 처리할 수 있는 것이 특징인데 그에 따라 병렬화 된 구조의 SSD에 적합하며, 캐싱 되지 않은 데이터에 접근할 때 명령 4개를 필요로 하는 AHCI와 달리 즉시 처리할 수 있어서 지연시간(Latency)을 획기적으로 줄여준다.

즉 PCIe 3.0과 NVMe는 차세대 SSD의 핵심 요소라고 할 수 있는데 인텔 NVMe PCIe SSD 제품군에는 그 두 가지가 모두 적용 되어 있다.

■ 서버용 시장을 공략할 인텔 차세대 SSD

P3700 / P3600 / P3500로 구분 되는 인텔 NVMe PCIe SSD 시리즈 

PCIe 슬롯에 장착하는 제품답게 인텔 NVMe PCIe SSD의 외형은 그래픽카드를 연상 시키는 모습이다. 작동 시 발열을 해소할 수 있도록 알루미늄 재질의 방열판이 부착 되어 있으며, x4 Lane 이상의 PCIe 슬롯에만 장착할 수 있다.

방열판의 반대편에서는 낸드(NAND) 플래시를 확인할 수 있다. 20nm 공정이 적용 된 인텔의 MLC 낸드 플래시이며 수명은 P3700이 최대 36.5 PBW (Petabytes Written, 일일 전체 드라이브 쓰기 10번 기준), P3600은 최대 10.95 PBW (일일 전체 드라이브 쓰기 3번 기준)를 지원한다. 그리고 장기간 사용 되는 서버용 제품군답게 제품 보증 기간은 5년이 제공 된다.

용량은 최소 400GB에서 최대 2TB까지 구비 되어 있으며 이번 기사에서 살펴보는 제품들은 P3700이 1.6TB, P3600이 1.2TB이다.

방열판을 분리하면 각각의 칩에 서멀 패드가 부착 되어 있는 것과 PCB 후면에서 보이지 않았던 인텔의 NVMe 컨트롤러(CH29AE41AB0)를 확인할 수 있다. PCIe 버스와 직접 통신할 수 있는 구조와 즉각적으로 다수의 명령을 처리하는 방식을 통해 SSD의 효율을 높여준다.

또한 전원 커패시터 2개가 구비 되어 갑작스러운 전력 차단 상황에서도 데이터가 손실 되지 않도록 보호한다.

■ 데스크톱 SSD와 성능 비교: 순차 읽기/쓰기

과연 인텔의 차세대 서버용 SSD 성능은 어느 정도인지 알아보기 위해 SATA SSD인 삼성 840 Pro (256GB)를 비교 대상으로 삼아 몇 가지 테스트를 실시하였다. 서버용으로 설계 되었기 때문에 드라이버는 윈도우 서버 2008 R2 / 2012 / 2012 R2용만 제공 된다. 이번 기사에서의 테스트들은 윈도우 서버 2008 R2 환경에서 실시하였다.

참고로 인텔 PCIe NVMe SSD 제품군은 드라이버를 설치하지 않더라도 앞서 언급한 윈도우 서버 시리즈는 물론 윈도우 7 / 8 / 8.1 환경에서도 자동으로 드라이브로 인식하고 사용 가능하지만 성능이 일정 부분 감소하기 때문에 최고의 효율로 사용하려면 윈도우 서버 시리즈를 OS로 선택해야 한다.

삼성 840 Pro 256GB (좌), 인텔 DC P3700 1.6TB (우) 

우선 순차 데이터 읽기/쓰기 속도를 측정하는 크리스탈 디스크마크와 ATTO 유틸리티로 테스트를 실시하였다.

SATA SSD 중 톱을 논할 때 빠지지 않고 거론 되는 삼성 840 Pro SSD가 크리스탈 디스크마크 순차 읽기/쓰기 테스트에서 무려 3배 이상 뒤쳐졌으며, ATTO 테스트에서는 순차 읽기 성능이 최대 5배까지 차이 나는 등 말 그대로 급이 다른 모습을 보였다.

이어서 실제 파일 전송 속도도 측정해 보았다. P3700 / P3600의 대역폭에 제한이 생기지 않도록 하기 위해 ImDisk 유틸리티로 램디스크 드라이브를 생성하여 읽기 및 쓰기 속도를 측정하였다.

위 그래프에서 볼 수 있듯이 P3700 / P3600은 실제 파일 전송 속도 면에서도 삼성 840 Pro를 압도적으로 앞서서 NVMe PCIe SSD의 우위를 실감할 수 있다.

■ 데스크톱 SSD와 성능 비교: 랜덤 4K 읽기/쓰기

SSD에서 중요한 요소인 랜덤 읽기/쓰기 성능은 IOMETER 유틸리티를 이용하여 테스트를 실시하였다.

랜덤 읽기 테스트의 경우에는 큐 크기가 작으면 P3700 / P3600과 삼성 840 Pro와의 차이가 두드러지지 않았으나 큐 크기가 커질수록 차이가 벌어져 최대 2.5배 정도까지 성능 격차가 났으며, 랜덤 쓰기 테스트 시에는 큐 크기가 작은 경우에도 P3700 / P3600이 2배 가량 우세하였다.

따라서 순차 데이터 테스트와 마찬가지로 SATA SSD에 비해 월등한 성능이라는 결론을 내릴 수 있다.

■ 심심풀이 테스트: NVMe PCIe SSD를 게임용으로 쓴다면?

한편 PCIe NVMe SSD라는 개념 자체가 아직은 서버용으로만 사용 되는 생소한 것이기는 하지만 미래에는 지금의 데스크톱용 SATA SSD처럼 일반 소비자도 어렵지 않게 구입해 사용하는 제품이 될 지 모르는데, 그렇다면 일반적인 용도로 사용하는 경우 얼마나 이점을 줄 지 궁금하지 않을 수 없다.

그래서 추가로 일반 PC 사용자가 흔히 겪게 되는 게임 로딩 시간을 측정하는 방식으로 테스트를 해보았다. 테스트는 인텔 P3700과 삼성 840 Pro SSD에 각각 온라인 게임 '마비노기 영웅전'을 설치한 후 게임에 접속할 때 걸리는 시간을 재는 방식으로 실시하였다.

위 동영상에서 보이듯이 인텔 P3700에 게임을 설치한 경우 삼성 840 Pro SSD보다 23초 정도 빠르게 로딩이 완료 되어 전투를 시작할 수 있었다.

게임 로딩 속도는 스토리지 외에도 CPU, RAM, 그래픽 성능이 종합적으로 작용하여 좌우 되는 것이기 때문에 SSD 교체만으로 이 정도 차이가 난다는 점은 향후 출시 될 차세대 SSD들에 대한 기대감을 한껏 높여준다.

■ SSD의 새로운 가능성 보여주는 인텔 NVMe PCIe SSD

지금까지 살펴본 바와 같이 인텔 P3700 / P3600은 PCIe 3.0 인터페이스와 지연시간을 최소화 시키는 NVMe를 핵심으로 삼아 성능 면에서 데스크톱용 SATA SSD를 완벽하게 상회하는 성능을 제공한다.

또한 하루에 페타바이트급 데이터 입출력이 이뤄져도 충분히 견딜 수 있는 MLC 낸드 플래시와 5년에 달하는 제품 보증 기간은 단순히 데이터 안정성 때문에 SSD의 성능을 포기하고 HDD를 고수하는 서버 관리자들에게 새로운 대안을 제시할 수 있을 것이다.

데스크톱용 스토리지로 사용하는 경우에도 성능 면에서 상당한 이점을 제공할 수는 있지만 서버용 하이엔드 라인업 제품답게 차마 엄두를 내기 어려운 가격이 책정 되어 있으며, 서버용 OS를 선택해야 한다는 제약도 있으므로 일반 소비자들은 일단 미래를 기약하며 데스크톱 시장을 위한 차세대 SSD를 기다리는 것이 현명하다.