[테크 인사이드] “올플래시 스토리지, 매커니즘을 보고 제대로 쓰자”

실시간
뉴스

테크인사이드

[테크 인사이드] “올플래시 스토리지, 매커니즘을 보고 제대로 쓰자”

디지털데일리 발행일 2015-10-13 09:58:55

권필주

URL복사

시장조사업체 한국IDC에 따르면 지난해 국내 올플래시 스토리지 시장은 259억원 규모로 오는 2018년까지 435억 원을 형성할 전망이다. 전체 스토리지 시장 중에서 올플래시 스토리지가 차지하는 비중은 아직 미미하다. 하지만 장점이 명확하고 낸드 플래시 가격 하락과 관련 기술이 빠른 속도로 발전하고 있어 기존 하드디스크드라이브(HDD) 스토리지 시장을 빠르게 대체하고 있다.

이 때문에 현재 시장에서는 주요 스토리지 벤더가 저마다 플래시 솔루션을 들고 치열한 경쟁을 벌이는 중이다.

올플래시 어레이(AFA)는 기존 디스크와는 완전히 다른 구성과 메커니즘을 가지고 있기 때문에 스토리지 선택의 기준도 그에 맞춰 달라져야 한다.

AFA, 구성을 알면 선택 기준이 보인다

AFA는 통합 인프라 상의 랜덤 액세스 및 고성능 분석이 요구되는 환경에서 디스크 스토리지 대비 월등한 성능을 제공한다. 반대로 고성능과 내구성을 지속적으로 보장하기 위해 세심한 관리가 요구된다. 이에 AFA는 크게 ‘플래시 컨트롤러’와 ‘플래시 미디어’로 구성되어 최상의 성능과 내구성을 보장하도록 설계된다.

일반적으로 ‘플래시 컨트롤러’는 두 가지 형태가 있다. 첫 번째 형태는 완전 재설계해서 만든 컨트롤러이다. 기존의 스토리지 기능인 안정성, 성능, 데이터보호, 관리 기능을 플래시 처리에 최적화해서 완전히 새롭게 설계하는 방법이다.

두 번째는 기존에 전통적인 안정성, 데이터 보호, 관리 기능을 그대로 유지한 스토리지 컨트롤러에 플래시 가속화 알고리즘을 추가한 컨트롤러이다. 이 형태의 경우 기존에 검증된 스토리지 기능을 그대로 사용하면서 플래시의 랜덤I/O(입출력) 특성과 블록처리 가속화 알고리즘을 추가해 플래시의 성능과 내구성을 향상 시킬 수 있다는 것이 특징이다.

프로그래밍이 가능한 디바이스인 ‘플래시 미디어’는 회전에 따른 레이턴시가 발생하지 않고 기계적인 검색 시간이 필요하지 않으므로 랜덤 액세스에 적합하지만 성능과 내구성을 관리하기 위한 매개 변수가 다양하므로 복잡하다.

AFA의 성능 저하를 막으려면?
플래시 미디어는 디스크 드라이브와 달리 포맷된 셀 페이지에 데이터 쓰기 작업을 하며 포맷은 개별 페이지 대신 페이지 블록 단위로 이루어진다. 블록 내 페이지가 업데이트 되는 경우 새로운 포맷 페이지에 쓰기 작업이 이루어지고 이전 페이지는 더 이상 사용되지 않는다.

유효하지 않은 각각의 페이지로 블록이 가득 차게 되면 용량을 복구하기 위해 ‘가비지 컬렉션(garbage collection)’을 수행해야 한다. 나머지 유효한 페이지는 이전 블록이 다시 포맷되기 전까지 새로운 블록에 읽기/쓰기 작업을 수행하게 된다.

파일이 원래 저장되어 있던 블록을 지우거나 다시 쓰는 대신, 해당 블록을 인식불가능(invalid)로 표시해 두고 다른 블록에 수정된 파일을 쓴다. 이러한 과정이 전체 셀에 골고루 수행되도록 하는 것이 ‘웨어레벨링(wear leveling)’이다. 참고로 디스크 드라이브와 달리 플래시 미디어는 읽기/쓰기가 반복될수록 수명이 줄어든다.

뿐만 아니라 이러한 가비지 컬렉션이 제때 이루어지지 않거나 쓰기가 일어나는 도중 발생할 경우 성능이 급격하게 저하되는 ‘쓰기 절벽(write cliff)’ 현상이 일어나게 된다는 점에 주목해야 한다. 플래시 컨트롤러는 이러한 쓰기 절벽이 발생하지 않도록 가비지 컬렉션을 신속하게 수행할 수 있는 충분한 프로세싱 파워를 제공해야 한다.

플래시 메모리에는 웨어레벨링, 가비지 컬렉션 등의 핵심 기능이 어떠한 상태에서도 원활하게 작동할 수 있도록 미리 마련된 예비 공간인 ‘오버 프로비저닝(over provisioning)’ 영역이 별도로 존재한다.

오버프로비저닝 영역이 클수록 가비지컬렉션 할 수 있는 용량이 늘어나 성능 저하를 최소화할 수 있고 웨어레벨링이나, 에러수정(ECC) 알고리즘으로 인한 에러 비트 체크 및 정정 시 쓰기가 가능한 셀을 더 많이 확보할 수 있게 되기 때문에 낸드 플래시의 수명을 연장 시킬 수 있다.

그러니까 AFA의 성능은 컨트롤러 내부의 컨트롤 패스 및 캐시에 국한되는 것이 아니라 플래시 미디어의 프로세싱을 통해 실질적으로 좌우된다.

성능 최적화 기술로 성능 극대화하는 방안

이렇게 까다로운 AFA를 제대로 관리하고 성능을 끌어올리기 위해서는 앞서 이야기한 핵심 기능이 들어가야 한다.

히타치데이터시스템즈(Hitachi Data Systems, HDS)의 경우 자체 개발한 플래시 메모리 처리 기술이 있다. ‘HAF(Hitachi Accelerated Flash)’로 불리는 이 기술은 기존 스토리지 운영체제(OS)에 플래시 가속화 기능을 탑재했다.

프로비저닝, 티어링, 데이터 보호, 모니터링 기능 등을 그대로 유지해 안정성을 보장하면서 플래시의 특성을 반영한 향상된 가비지 컬렉션, 웨어레벨링, ECC 및 플래시 가속화 기능으로 플래시 성능을 극대화할 수 있다.

이는 전용 FMD(Flash Module Drive)를 이용해 플래시 성능을 최적화 할 수 있다. FMD는 전용쿼드 코어를 내부에 내장하고 있는데 일반 범용 엔터프라이즈 SSD 대비 4배의 이르는 프로세싱 파워를 가지고 있다. 가비지 컬렉션, ECC, 웨어레벨링 등의 플래시 특화 기능을 스토리지 컨트롤러의 프로세싱이 아닌 모듈당 제공되는 전용 쿼드프로세서를 통해 빠른 처리가 가능하다.

FMD는 또한 쓰기 작업을 최소화해 내구성 및 성능을 향상 시킨다. 플래시 컨트롤러 칩의 ‘블록 쓰기 방지’라는 기능을 통해 쓰기 작업을 제거할 수 있으며 절약된 공간은 다른 쓰기 작업을 위한 프로비저닝 영역으로 확대될 수 있다.

FMD에는 플래시 메모리에서 안전하게 데이터를 삭제할 수 있는 ‘데이터 완전삭제 서비스(data eradication service)’도 포함되어 있다. 이 서비스의 장점은 오버 프로비저닝을 포함한 모든 플래시 메모리 영역을 리셋해 데이터를 완전히 삭제하도록 하고 사용자가 추가적으로 실제 데이터가 완전히 삭제되었는지 확인할 수 있도록 데이터블록을 개별적으로 확인할 수 있다. 이를 통해 기존 HDD와 똑같이 미디어 반출 시 데이터의 유출을 원천 차단할 수 있다.

비즈니스 환경이 빠르게 변화하는 오늘날의 시장 경쟁 상황에서는 유연하고 뛰어난 성능을 갖춘 AFA가 필수적이다. 이미 국내 주요 공공기관, 카드, 제조, 인터넷 포털 등이 하이브리드 플래시를 주요 업무에 대량도입하고 있다.

AFA는 기존 HDD와 완전히 다른 구성을 가지고 있기 때문에 성능을 보장하고 자유로운 형태의 플래시 구성을 가능하게 하기 위해서는 플래시 특화기능을 갖춘 모듈을 고민해야 한다. 낸드 플래시가 가져다 줄 유연한 비즈니스 환경은 곧 경쟁력으로 이어질 것이다.

<글>효성인포메이션시스템 권필주 부장(사진)