PC 살 때 알고 사자! ④HDD & SSD

전문 지식 없이도 PC를 업그레이드하거나 조립PC를 만들 수 있을까? 

초보자들이 미리 알아두면 도움될 만한 정보를 총 7회에 걸쳐 핵심 키워드 중심으로 준비했다.

HDD(하드디스크 드라이브)와 SSD(솔리드 스테이트 드라이브)는 OS는 물론 게임을 비롯한 각종 애플리케이션이 설치되고 사진이나 영상 등 다양한 데이터를 상시 보관하는 중요한 저장장치다.

HDD(하드디스크 드라이브)

흔히 '하드'라고 불리는 HDD는 PC의 역사와 함께하는 가장 오래된 방식의 저장장치 중 하나다. 

고속으로 회전하는 원형의 디스크(플래터)에 자성(磁性) 물질을 입히고, 그 위에 헤드가 이동하면서 자기력으로 데이터를 기록하거나 읽어 들이는 방식으로 작동한다.

HDD는 등장한지 수십 년이 흐른 지금도 가장 널리 쓰이는 저장 장치. 씨게이트의 NAS용 8TB HDD / 씨게이트 제공

초창기에는 하나의 드라이브에 고작 수MB(메가바이트)의 용량밖에 담지 못했지만, 가장 최신 HDD는 하나의 드라이브에 최대 10TB(테라바이트)까지 담을 수 있다.

HDD가 처음 등장한지 벌써 수십 년이 지났음에도 불구하고 여전히 널리 사용되는 이유는 가격 대비 저장 용량이 매우 크기 때문이다. 

특히 인터넷 환경의 발달로 고화질 사진과 영상 데이터의 용량이 급증하면서 대용량 HDD에 대한 수요는 여전히 끊임없다.

항상 내부의 디스크가 고속으로 회전하기 때문에 전원이 켜진 상태에서 데이터를 읽고 쓸 때 충격과 진동 등에 매우 취약한 것은 단점이다.

과거에는 HDD 제조사만 하더라도 10여 곳이 넘었다. 

국내 기업으로는 삼성전자도 HDD를 제조했다. 

현재는 씨게이트(Seagate), 웨스턴디지털(WseternDigital), 도시바(Toshiba)의 3개의 브랜드가 남아있다.

HDD의 회전속도(7200rpm, 5400rpm 등)

HDD 내부의 디스크(플래터)는 크기와 용도 등에 따라 회전속도가 다르다. 

회전속도가 빠를수록 원하는 데이터에 더욱 빠르게 접근할 수 있어 데이터의 읽기·쓰기 시간이 단축되고 성능이 향상된다.

최근, 데스크톱 PC용 일반 HDD는 주로 7200rpm(분당 7200회 회전), 노트북용 일반 HDD는 5400rpm(분당 5400회 회전)의 회전속도를 채택한다. 

기업에서 사용하는 고성능 HDD 제품에 이르면 회전속도가 1만rpm, 1만5000rpm에 달하기도 한다.

HDD의 회전속도는 성능과 직접적인 연관이 있는 만큼 매우 중요한 지표였으나, 기존 HDD보다 속도가 월등히 빠른 SSD가 대중화되면서 HDD의 회전속도는 예전보다 중요도가 떨어졌다. 

HDD 폼팩터(3.5인치, 2.5인치 등)

HDD는 초창기부터 용량과 사용 환경에 따라 다양한 크기로 분류됐다. 

최초의 HDD는 사이즈가 커서 이동조차 어려웠을 정도였으나 기술의 발달로 크기가 작아지면서 단위별로 규격화되기 시작했다. 

내부 디스크의 지름을 기준으로 HDD의 규격이 결정됐으며, 단위는 인치(inch)를 사용한다.

1980년대까지만 하더라도 가장 큰 HDD는 5.25인치 규격이었지만 1990년대 이후로는 3.5인치 규격이 가장 큰 크기다. 

노트북에서는 그보다 한 단계 작은 2.5인치 규격이 주로 쓰였으며, 초소형 기기를 위한 1.8인치 제품도 있다.

그러나 플래시 메모리의 가격이 저렴해지고 저장 용량도 늘어나면서 초소형기기를 위한 1.8인치 HDD는 상대적으로 경쟁력을 잃고 자취를 감췄다. 

현재는 3.5인치와 2.5인치 규격만 주로 사용한다.

SSD는 그 구조와 특성상 HDD의 폼팩터 기준을 따를 필요가 없지만 HDD를 기준으로 만들어진 기존 시스템과의 호환성을 위해 주로 2.5인치 HDD 폼팩터를 기본으로 채택하고 있다.

SSD(솔리드 스테이트 드라이브)

HDD는 오랜 세월 사용된 저장장치지만 구조적으로 데이터를 읽고 쓰는 성능 향상에 한계가 있다. 

시스템의 성능 향상에 대한 사용자들의 요구에 따라 SSD가 각광을 받기 시작했다. 

플래시 메모리에 기반하는 SSD는 HDD의 느린 속도를 극복하기 위해 탄생했다. 플렉스터의 M7V 모델 / 최용석 기자

SSD는 기존의 원형 디스크 대신 솔리드 스테이트(Solid State), 즉 반도체 메모리를 저장공간으로 사용한다. 전원 공급이 끊겨도 데이터가 보존되는 '플래시 메모리' 관련 기술이 발달하면서 HDD를 대체할 저장장치로 개발된 것이 SSD다.

SSD의 장점은 전기적으로 데이터를 쓰고 읽기 때문에 물리적인 방식의 HDD에 비해 데이터 검색 및 접근 속도가 비교할 수 없을 만큼 빠르며, 그로 인해 전체적인 성능도 월등히 우수하다. 

또 물리적으로 작동하는 부분이 없어 충격과 진동에도 강하며, 부피도 HDD에 비해 작게 만들 수 있다.

 HDD보다 전력소모와 발열도 상대적으로 낮으며 진동 및 소음이 없는 것도 장점이다.

하지만 플래시 메모리의 가격이 만만치 않기 때문에 같은 용량의 HDD에 비해 비싼 것은 단점. 최대 용량도 어느덧 10TB에 이른 HDD에 비해 이제 1TB 용량 제품이 양산 단계에 접어들었을 정도다. 

또한, 플래시 메모리 자체의 재기록 횟수 한계로 인해 HDD보다 상대적으로 수명이 짧다.

하지만 향상된 성능과 초창기 대비 저렴해진 가격을 바탕으로 오늘날 PC에서는 HDD를 대신하는 제1 저장장치로 빠르게 자리매김했으며, 고성능을 요구하는 서버 시장에서도 채택률이 늘고 있다.

용량표기(MB, GB, TB 등)

지구 위 거의 모든 디지털 저장장치는 비트(bit)와 바이트(byte)를 용량의 단위로 사용한다. 

비트는 문자 1개의 용량에 해당하는 단위라 너무 작으므로 보통 8비트를 1바이트로 치환해 사용한다. 

또 비트는 소문자 'b'로, 바이트는 대분자 'B'로 표시한다. 즉 '8b=1B'다.

하지만 저장장치와 데이터의 용량이 급증하면서 자릿수가 급증하자 기존의 용량 표기 앞에 숫자 자릿수를 구분하는 라틴어의 접두사인 '킬로(Kilo; 1천)', '메가(Mega; 1백만)', '기가(Giga; 10억)', '테라(Tera; 1조)'를 붙이기 시작했다. 

마찬가지로 첫 글자만 따서 KB(킬로바이트), MB(메가바이트), GB(기가바이트), TB(테라바이트) 등으로 표기한다.

주의해야 할 점은 HDD와 SSD 같은 저장장치와는 다르게 네트워크 및 데이터 통신에서 기본으로 사용하는 용량 단위는 '비트'다. 

예를 들어 기가인터넷의 '기가'는 '기가비트(Gb)'의 약자다. 

즉 기가인터넷의 최대 전송속도 1Gbps(초당 1기가비트)를 바이트 단위로 환산하면 초당 0.125GB, 즉 초당 125MB인 셈이다.

HDD 및 SSD 용량 표기의 오류

새 HDD나 SSD를 PC에 장착하면 제품에 표기된 용량보다 실제 용량이 적게 표시된다. 

예를 들면 1TB(1000GB)라고 표기된 HDD를 PC에 연결한 경우 실제 윈도 내에서는 931GB의 용량만 인식된다. 이는 표기 용량의 표시 방법과 실제 용량의 표시 방법이 달라서 발생하는 고질적인 문제다.

1TB(1000GB)라고 표기된 HDD를 PC에 연결하면 931GB로 표시된다. / 최용석 기자

디지털 데이터의 용량은 10진수가 아닌 2진수로 계산한다. 

킬로, 메가, 기가, 테라 등의 접두사도 2진수의 2의 10승, 즉 1024단위로 붙는다. 

1KB=1024B, 1GB= 1024KB인 식이다. 윈도 같은 운영체제에서는 2진수에 기초한 실제 용량을 표기한다.

하지만 주요 HDD나 SSD 제조사들은 제품 겉에 표기하는 용량을 2진수가 아닌 10진수 기준으로 표기하고 있다. 

1KB=1000B, 1GB=1000KB인 식이다. 

10진수 표기방법을 2진수 표기방법으로 변환하면 숫자가 줄어들기 때문에 총량은 그대로이지만 실제 용량은 줄어든 것처럼 보일 수밖에 없다.

SATA 또는 M.2(NVMe) 인터페이스

HDD나 SSD를 PC에 연결하기 위해서는 USB처럼 데이터를 주고받을 수 있는 통로, 즉 인터페이스가 필요하다.

기존 SATA의 한계를 극복하기 위해 M.2(NVMe) 인터페이스가 등장했다.  삼성의 M.2(NVMe) SSD인 ‘950 프로(950 PRO)’ 모델 / 삼성전자 제공

HDD만 있었던 시절에는 주로 SCSI나 IDE(PATA) 방식이 사용됐지만 2000년대에 접어들어서는 훨씬 다루기 쉽고 속도도 빨라진 SATA(Serial ATA) 방식이 쓰이고 있다. 

가장 최신 규격은 3세대 규격인 SATA 3(SATA 6Gbps)로, 이론상 초당 6Gb(기가비트)의 데이터 전송이 가능하다.

SSD 역시 처음에는 SATA 인터페이스를 사용했지만 본래 HDD를 위해 만들어진 방식이라 SSD의 최대 성능을 발휘하기가 어려웠다. 

또한 SSD가 발휘하는 최대 전송속도가 SATA 방식의 한계를 돌파하면서 새로운 인터페이스가 필요하게 됐다. 그중 하나가 M.2(NVMe) 방식이다. 

M.2 인터페이스는 1세대에서 SATA의 두 배 가까운 10Gb/s의 전송속도를 낼 수 있었으며, 가장 최신인 3세대에 이르러서는 30Gb/s를 넘는 최대 전송속도를 낼 수 있다. 

일반적인 SATA 기반 SSD의 최대 읽기/쓰기 속도가 550MB/s 정도인데 반해 현재 이미 출시된 M.2 NVMe 방식 SSD는 1000~2000MB/s 이상의 읽기/쓰기 성능을 발휘한다.

SSD 플래시 메모리 종류(SLC, MLC, TLC)

SSD의 성능과 용량 등의 특징은 데이터가 저장되는 플래시메모리에 의해 크게 좌우된다. 

플래시메모리의 종류에 따라 데이터의 읽고 쓰는 패턴, 내구성(수명), 용량 등이 다 제각각이기 때문이다.

초창기 SSD는 메모리 셀(cell) 하나에 1개의 데이터를 저장하는 SLC(싱글 레벨 셀) 방식 플래시메모리를 사용했다. 

성능이 우수하고 수명도 길지만 실용적인 용량을 구성하려면 그만큼 많은 셀을 집적해야 하므로 가격이 비쌌다.

SLC의 대안으로 나온 것이 하나의 메모리 셀에 2개의 데이터를 저장하는 MLC(멀티 레벨 셀)다. SLC 방식보다 데이터 기록 속도가 느려 성능이 떨어지고, 그만큼 수명도 줄었지만, 더욱 저렴한 가격에 실용적인 용량의 SSD를 만들 수 있게 됐다. 

실질적으로 SSD 보급 및 대중화를 가능케 한 방식이다.

가장 최신 방식인 TLC(트리플 레벨 셀)는 하나의 메모리 셀에 3개의 데이터를 저장하는 방식이다. 

처음에는 성능과 수명이 MLC 방식보다 훨씬 떨어져 상용화가 어려울 전망이었지만 최신 제품의 경우 성능과 수명을 기존 MLC 수준으로 끌어올려 단점이 상당히 개선됐다. 

여기에 같은 가격에 더욱 용량을 늘릴 수 있게 되면서 2016년 현재 주력 방식으로 떠오르고 있다.

SSD 컨트롤러

플래시메모리의 종류와 더불어 SSD의 성능에 가장 큰 영향을 끼치는 것이 실질적으로 데이터를 읽고 쓰는 '컨트롤러'다. 

컨트롤러가 얼마나 효율적으로 분산해서 기록하고 얼마나 더 빠르게 데이터를 읽어내느냐에 따라 SSD의 전체적인 성능과 안정성, 부가기능 등이 크게 달라진다.

주요 SSD 컨트롤러 제조사는 2016년 현재 인텔과 삼성, 마벨, 도시바, 실리콘이미지 등이다. 

초창기 SSD만 하더라도 컨트롤러 제조사마다 특징과 성능, 부가기능 등이 모두 제각각이고 편차도 컸지만, 최근 들어서는 성능과 안정성 등이 상향 평준화되면서 성능이나 품질, 안정성 등의 격차도 많이 줄었다.

TRIM 명령

플래시 메모리의 단점은 데이터 읽기 성능에 비해 쓰기 성능이 크게 떨어진다는 것이다. 

기존의 데이터를 완전히 지우고 새로운 데이터를 기록하려면 성능이 급격히 저하된다.

이런 이유로 SSD 제조사들은 데이터 삭제 명령이 내려와도 바로 지우는 것이 아니라 해당 데이터의 존재 정보만 먼저 지우고, 나중에 쌓여있던 쓰레기 데이터를 완전히 제거하는 방식을 사용한다.

초기 SSD는 그런 쓰레기 데이터 제거를 수동으로 실행했었다. 

일반적으로 'TRIM 명령'이라 부르지만 제조사마다 표기 방법이 조금 다르다. (ex: 가베지 컨트롤(GC) 기능)

윈도 7 이후 최신 운영체제에서는 자체적으로 SSD를 인식하고 유휴상태일 때 자동으로 TRIM 명령을 수행하기 때문에 매번 수동으로 실행할 필요가 없어졌다.

외장 하드

HDD의 가장 큰 장점은 수십GB~수백GB가 넘는 데이터를 쉽게 저장할 수 있다는 것이다.

외장 하드는 수백GB가 넘는 대용량 데이터를 쉽고 빠르고 간편하게 이동할 수 있는 유용한 수단이다. / 삼성, 씨게이트, WD 제공

그런 개념으로 만들어진 것이 '외장 하드'다. 

외장 하드는 이미 80년대부터 존재하고 있었을 정도로 역사가 오래됐다. 

당시만 해도 인터넷 속도가 형편없었기 때문에 대용량 데이터를 가장 빠르게 옮기는 방법은 HDD를 들고 직접 이동하는 것이었기 때문이다.

이는 오늘날에도 유용한 방법이다. 

인터넷 속도가 빨라졌지만, 과거 수십~수백MB 단위의 데이터는 오늘날 수십~수백GB 이상으로 1000배가량 늘어났다. 

이정도의 용량을 네트워크를 통해 전송하는 것은 여전히 상당한 시간이 소요되기 때문에 가까운 거리 이내에서는 외장 하드를 이용하는 것이 더욱 빠르다.

예전과 차이가 있다면 과거 SCSI 방식이 USB 방식으로 바뀌었다는 것과 기존3.5인치 제품에 훨씬 작고 휴대하기 편한 2.5인치 제품이 등장해 대세를 이루고 있다는 것이다. 

또 단순 데이터 이동 뿐 아니라 개인 데이터 백업 등에 사용하는 등 활용도도 더욱 다양해졌다.

SSD도 외장형 제품이 있지만 외장 하드처럼 보급되지 않았다. 

물론 성능은 우수하지만 외장 하드에 비해 용량이 훨씬 부족하고 용량에 비해 가격도 비싸기 때문이다. 

따라서 100GB 이하의 데이터를 급히 이동하는 경우가 아니라면 잘 쓰지 않는다.

 

글. IT 조선 최용석기자 2016.05.17 | 원문링크 바로가기