리짜르도의 즐거운 인생 이야기

고속 저장 장치 SSD의 내부 구조를 알아보자

SSD는 스핀들 모터의 회전 운동을 이용하는 하드디스크와 달리 반도체 메모리를 사용하여, 일종의 하드디스크처럼 사용하는 저장 장치로 일반 하드디스크에 비해 제품 부피가 적고, 저전력과 무소음에 성능과 내구성은 훨씬 뛰어난 강점을 바탕으로 컴퓨터 운영체제용 디스크의 세대 교체를 넘어 고속 작업 용도로도 널리 사용되고 있다.

『SSD의 내부』

SSD(Solid State Drive)는 낸드 플래시 메모리를 주로 사용하여  제작된다.
원래 SSD는 작은 부피 때문에 고성능 노트북 컴퓨터용 보조기억 장치로 먼저 활용되었다.
SSD의 속도가 느렸다면 일반 플래시 메모리와 크게 다를 바가 없지만 빠른 성능의 강점이 부각되면서 컴퓨터 운영체제용 디스크로 자리를 잡았다. SSD를 운영체제용 디스크로 사용하면 하드디스크보다 훨씬 빠르게 시동할 수 있고, 프로그램을 실행할 수 있다. 컴퓨터의 처리 성능에는 영향을 미치지 않지만 체감 작업 속도가 향상되어 인기가 높다.
SSD의 내부를 살펴보면 다음과 같이 비교적 단순한 구조의 부품으로 구성되어 있는 것을 볼 수 있다.

낸드 플래시 메모리 : SSD의 저장 매체로 사용되는 낸드 플래시 메모리는 직렬 연결방식으로 구성된다. 
하드디스크와 달리 버퍼 메모리가 없는데, 그 이유는 빠른 낸드 플래시 메모리의 일부 공간을 버퍼로 활용하기 때문이다.

컨트롤러 : 낸드 플래시의 버퍼를 관리하고, 실제 데이터를 읽고 쓰는 핵심 부품이 바로 컨트롤러이다. SSD의 경우는 컨트롤러에 따라 읽기/쓰기 성능에 차이가 많이 나므로 우선적으로 확인해야 한다.

SATA단자와 SATA 전원 단자 : 25인치 패키지로 나온 SSD는 SATA 인터페이스를 지원하며, 파워서플라이의 SATA 전원 케이블과 연결하여 전원을 공급받는다.

『SSD 성능의 핵심 부품은 컨트롤러』

SSD의 읽기/쓰기 성능은 낸드 플래시 메모리 자체가 감당할 수 있는 물리적인 속도와 함께 컨트롤러가 중요하다. 낸드 플래시의 최소 저장 단위인 셀에 몇 비트를 저장할 수 있는냐에 따라 싱글 레벨 셀(Single Level Cell, SLC), 멀티 레벨 셀(Multi Level Cell, MLC), 트리블 레벨 셀(Triple Level Cell, TLC)로 구분되며 이를 처리하는 핵심 부품이 바로 컨트롤러이다.
SSD 동작시 종종 발생하는 문제로 초기 SSD의 경우 입출력 병목현상으로 인한 프리징 현상은 시스템이 얼어붙은 것처럼 정지하는 현상으로 이러한 문제가 발생하는 요인은 여러가지가 있지만, 그 중 컨트롤러 제어상의 문제로 기인한다.
프리징 현상을 근본적으로 막으려면 낸드 플래시 메모리의 셀에 SLC(Single Level Cell) 방식의 일대일 컨트롤이 이상적이나 그만큼 용량의 희생을 감수해야 한다. 그렇기 때문에 대부분의 컨트롤러가 셀을 효율적으로 사용하고 용량을 좀 더 늘리기 위해 여러 데이터를 기록하고 입출력할 수 있는 MLC(Multi Level Cell)나 TLC(Triple Level Cell) 방식의 컨트롤러를 사용한다.
SSD의 컨트롤러 기술은 빠르게 발전하여 지금은 SSD로 인한 프리징 문제는 거의 해결되고 있다.