게임 로딩부터 PC마크 풀로드까지 응답속도 측정

YMTC 지타이 ‘TiPlus9100’ [사진=김문기 기자]

[디지털데일리 김문기 기자] PCIe 5.0 인터페이스 기반 SSD가 등장하면서 스토리지의 순차 전송 속도는 기존 PCIe 4.0의 한계였던 7,500MB/s를 넘어 최대 14,000MB/s 수준까지 올라갔다.

그러나 전송 속도가 빨라진 만큼 높아진 발열과 장착 공간의 제약이 문제로 떠올랐다. 초기 PCIe 5.0 SSD는 D램을 탑재하면서 발생하는 전력 소모와 열을 줄이기 위해 커다란 방열판이나 전용 쿨링팬을 장착해야 했다. 이 때문에 공간이 좁은 게이밍 노트북이나 미니 PC, 일부 메인보드에서는 장착하기 어렵거나, 열 때문에 제 속도를 내지 못하는 경우가 많았다.

이러한 상황에서 속도만 빠른 제품보다는 열을 잘 관리하면서 다양한 시스템에 쉽게 장착할 수 있는 실용적인 PCIe 5.0 SSD가 요구됐다. 양쯔메모리테크놀로지스(YMTC)의 소비자용 브랜드 지타이(ZHITAI)가 출시한 '티플러스9100(TiPlus9100)'이 이러한 쓰임새에 맞춰 개발된 제품이다.

YMTC는 낸드 플래시 메모리를 직접 설계하고 생산하는 반도체 제조기업이다. 카운터포인트리서치가 지난 3일 발표한 전세계 낸드 메모리 시장 점유율(매출기준)에 따르면 YMTC는 점유율 14%를 기록하면서 시장의 기대치를 뛰어넘고 있다. YMTC가 낸드 제조 기술력을 바탕으로 선보인 자체 소비자용 SSD 전용 브랜드가 바로 '지타이(ZHITAI)'다.

우리나라에서는 다소 생소할 수 있으나 해외 대형 이커머스 플랫폼 등에서 탁월한 가성비와 기술 완성도로 판매 상위권을 기록하며 인지도를 넓혀온 바 있다. 국내서도 총판을 통해 판매가 이뤄지고 있다.

TiPlus9100은 지타이의 TiPlus 시리즈 중 처음으로 PCIe 5.0을 적용한 SSD다. 별도의 D램을 탑재하지 않는 디램리스(DRAM-less) 구조를 채택했다. 대신 PC의 메인 메모리 일부를 캐시 영역으로 끌어와 쓰는 NVMe HMB(Host Memory Buffer) 기술을 활용한다. D램을 제외해 발열 요인을 줄인 덕분에 기판 한쪽 면만 쓰는 단면 M.2 폼팩터로 만들 수 있었으며, YMTC의 차세대 낸드 기술을 결합해 PCIe 5.0의 빠른 대역폭도 충분히 활용하도록 설계했다.

YMTC 지타이 ‘TiPlus9100’ [사진=김문기 기자]

◆ 효율성 극대화…엑스태킹 4.0 TLC·디램리스 설계

지타이 TiPlus9100 2TB가 고성능과 전력 효율을 동시에 확보할 수 있었던 바탕에는 YMTC의 독자적인 낸드 플래시 제조 기술인 '엑스태킹(Xtacking) 4.0' 아키텍처와 정교하게 설계된 컨트롤러가 자리 잡고 있다.

일반적인 낸드 플래시는 하나의 웨이퍼 위에 데이터 저장 공간인 셀 어레이와 이를 제어하는 주변부 회로를 함께 만드는 방식으로 생산된다. 이와 달리 YMTC의 엑스태킹 기술은 셀 어레이 웨이퍼와 회로 웨이퍼를 각각 별도로 만든 뒤, 두 웨이퍼를 수백만 개의 극소 구멍으로 정밀하게 연결하는 방식을 취한다.

이 제조 방식을 사용하면 회로 면적의 제약을 받지 않고 셀 밀도를 크게 높일 수 있다. 데이터 전송 통로를 훨씬 넓게 확보할 수 있기에 전송 속도와 전력 효율을 개선할 수 있다.

엑스태킹 기술은 사실상 낸드 플래시 업계에서 후발주자였던 YMTC가 기술적 입지를 다지고, 이를 인정받을 수 있었던 핵심이다. TiPlus9100은 이 기술의 4세대 버전인 엑스태킹 4.0 기반 TLC 낸드를 탑재해, 초고속 대역폭에서도 높은 안정성을 유지하도록 했다.

기술적인 면에서 또 하나 주목할 점은 고성능 PCIe 5.0 SSD임에도 불구하고 별도의 D램 캐시 메모리를 장착하지 않은 '디램리스(DRAM-less)' 구성을 채택했다는 사실이다. 이전 디램리스는 대용량 파일 전송 시 속도가 갑자기 떨어지거나 응답 속도가 느려지는 단점 때문에 저가형 제품에 주로 쓰였다. 하지만 TiPlus9100은 NVMe 2.0 표준 기술인 호스트 메모리 버퍼(HMB, Host Memory Buffer)를 적용해 한계를 극복했다.

HMB는 PC의 메인 메모리(RAM) 중 약 64MB 안팎의 아주 적은 용량을 SSD의 주소 매핑 및 캐시 데이터 저장 공간으로 할당받아 사용하는 기술이다. 사용자가 체감하는 입출력 반응 속도는 D램을 직접 탑재한 하이엔드 SSD 수준으로 유지하면서도, 물리적인 D램칩이 빠진 만큼 발열과 전력 소모, 기판 공간 부담을 대폭 줄일 수 있게 됐다. D램에서 발생하는 추가적인 열을 차단해 고부하 작업 시 발생할 수 있는 스토리지의 열 누적 현상을 사전에 방지하는 셈이다.

이같은 기술을 통해 고사양 게임의 빠른 로딩이나 4K 영상 편집처럼 데이터 교환이 빈번한 작업 환경에서도 시스템이 느려지거나 병목이 생기지 않도록 받쳐준다. D램을 과감히 제거하면서도 성능을 한계까지 끌어올린 구조적 효율성이 잘 드러나는 대목이다.

지타이 TiPlus9100 설치 모습

◆ 안정성 확보…2.2mm 단면 설계·3단계 스마트 온도 제어

PCIe 5.0 SSD 대중화에 있어 발열과 두께는 고질적 문제였다. 기존의 고성능 PCIe 5.0 SSD들은 전력 소모가 많은 컨트롤러와 D램, 낸드 플래시에서 발생하는 열을 식히기 위해 육중한 전용 히트싱크나 팬이 부착된 방열판을 필수적으로 요구했기 때문이다. 이로 인해 기판 앞뒤로 부품이 빽빽하게 들어찬 양면(Double-sided) 구조가 일반적이었다. 결과적으로 부품 간 간섭이 심한 최신 메인보드나 내부 공간이 제한된 게이밍 노트북, 미니 PC에는 장착조차 불가능한 경우가 많았다.

지타이 TiPlus9100은 이러한 물리적 한계를 해결하기 위해 M.2 2280 폼팩터 규격을 유지하면서, 기판 한쪽 면에만 컨트롤러와 낸드 플래시를 배치하는 단면(Single-sided) PCB 일체형 설계를 채택했다.

이는 D램을 배제한 디램리스 구조 덕분에 기판 후면의 부품 간섭을 제거할 수 있었으며, 두께는 최대 2.2mm, 무게는 약 7g 수준으로 설계가 가능했다. 덕분에 데스크톱 PC는 물론, 두께 제약이 엄격한 슬림 게이밍 노트북이나 대기업 완제품 PC 등 다양한 환경에 방열판 간섭 없이 장착할 수 있는 호환성을 확보했다.

대신 슬림한 단면 구조를 유지하면서도 고성능 구동 시 발생하는 열을 효과적으로 통제하기 위해, 지타이의 3단계 스마트 온도 제어 알고리즘이 탑재됐다. 일반적인 대기 상태에서는 사용 환경에 따라 30~45°C 수준의 안정적인 온도를 유지한다. 웹 서핑이나 일반적인 데이터 읽기·쓰기, 게임 실행 중에는 방열판 유무나 케이스 내부 통풍 조건에 따라 약 70°C 안팎으로 온도가 제어된다.

만약 벤치마크 프로그램 구동이나 대용량 파일 전송처럼 극심한 부하가 지속돼 SSD 내부 온도가 85°C에 도달하면, 시스템 손상을 방지하기 위해 1단계 온도 제어 메커니즘이 자동으로 작동한다. 이 단계에서는 전송 속도를 정교하게 조절하여 열 발생을 낮추며, 온도가 안전 범위로 떨어지면 즉시 원래의 최대 속도로 복귀한다. 부하가 지속되어 온도가 추가로 상승할 경우 2단계와 3단계 속도 제어가 차례로 개입해 장비의 안정성을 유지한다.

이러한 정밀한 열 관리 설계 덕분에 사용자는 별도 쿨링 장치 없이도 시스템의 비정상 종료나 낸드 플래시 손상 걱정 없이 장시간 고부하 작업을 안심하고 수행할 수 있다.

지타이 TiPlus9100 구동 장면

◆ 대역폭 한계까지…지연없는 즉각 반응

스토리지의 실제 성능을 검증하기 위해 AMD 라이젠 9 7950X CPU와 에이수스 TUF 게이밍 X870-플러스 메인보드 기반의 데스크톱 PC를 활용했다. 메모리는 DDR5 32GB(16GB 2개 듀얼 채널)를 구성했다. 운영체제는 마이크로소프트 윈도 11 환경에서 칩셋 및 장치 드라이버를 최신 상태로 유지한 채, 지타이 TiPlus9100 2TB를 단일 NTFS 파티션(1907GB)으로 포맷하여 테스트용 보조 스토리지로 설정한 뒤 계측에 착수했다.

스토리지의 순수 물리적 대역폭을 가늠하는 기본 척도인 크리스탈디스크마크(CrystalDiskMark 9.0.3 x64, 1GiB) 실측 결과에서 지타이 TiPlus9100 2TB는 인터페이스의 대역폭 한계에 근접하는 전송 속도를 기록했다. 연속 데이터 입출력(SEQ1M Q8T1) 기준으로 순차 읽기 속도는 12,015.67MB/s, 순차 쓰기 속도는 10,821.12MB/s에 달했다. 큐 깊이를 1로 낮춘 단일 요청(SEQ1M Q1T1) 조건에서도 읽기 12,005.77MB/s, 쓰기 10,805.09MB/s를 유지하며 읽기 12GB/s, 쓰기 10.8GB/s 수준의 데이터 통로를 확보했다.

이는 수십 기가바이트에 달하는 8K RAW 비디오 원본 클립을 실시간으로 전송하거나, 대규모 데이터베이스 파일을 복사할 때 컨트롤러와 낸드 플래시 간의 병목으로 인한 속도 저하를 억제할 수 있는 수치다.

동시에 운영체제 기동과 각종 백그라운드 프로세스, 무작위 파일 호출 시 실질적인 체감 반응 속도를 결정짓는 4K 랜덤 입출력 성능 역시 면밀히 측정했다. 다중 스레드와 깊은 큐가 맞물리는 고부하 조건(RND4K Q32T16)에서 랜덤 읽기는 7,386.39MB/s, 랜덤 쓰기는 6,660.99MB/s를 기록했다. 실사용 환경의 기본 단위에 해당하는 단일 스레드(RND4K Q1T1) 환경에서는 읽기 96.40MB/s, 쓰기 314.53MB/s로 집계됐다.

단일 스레드 환경에서 읽기 90MB/s 후반대와 쓰기 300MB/s를 웃도는 수치는 일상적인 애플리케이션 진입과 파일 탐색, 소용량 캐시 파일의 빈번한 갱신 과정에서 지연 없는 즉각적인 반응성을 보여주는 지표다.

크리스탈디스크마크(CrystalDiskMark 9.0.3 x64, 1GiB) 실측 결과

실제 게이밍 환경에서 요구되는 입출력 워크로드를 시뮬레이션하는 3D마크 저장소 벤치마크(3DMark Storage Benchmark for Enterprise)에서는 총점 3,512점을 기록했다. 테스트 전반에 걸쳐 측정된 평균 대역폭은 600.11MB/s였으며, 평균 액세스 시간은 51㎲(마이크로초)로 나타났다. 전체 등록 하드웨어의 평균 점수(2,293점)와 비교했을 때 약 53% 이상 높은 결과다.

세부 게임 타이틀별 데이터 입출력 패턴을 분석하면, 텍스처와 에셋 데이터가 상당한 배틀필드 V(Battlefield V) 불러오기에서 1,220.33MB/s(액세스 시간 61㎲), 콜 오브 듀티: 블랙 옵스 4(Call of Duty: Black Ops 4) 불러오기에서 939.91MB/s(68㎲), 오버워치(Overwatch) 불러오기에서 489.60MB/s(48㎲)의 대역폭을 보였다.

또한 게임 설치 과정에서는 288.19MB/s(47㎲), 게임 세이브 데이터 저장 시 204.36MB/s(37㎲), 게임 녹화 스트림 저장 시 206.27MB/s(41㎲)를 기록했다. 특히 대용량 게임 설치 폴더를 통째로 옮기는 게임 이동(Game Move) 테스트에서는 4,022.99MB/s라는 대역폭과 96㎲의 액세스 시간을 유지했다.

최근 출시되는 대작 게임들이 그래픽 에셋을 VRAM으로 직접 전송하는 마이크로소프트 다이렉트스토리지(DirectStorage) 기술을 적극 도입하는 추세인 만큼, 1GB/s 안팎의 로딩 대역폭과 50㎲ 수준의 짧은 반응 속도는 오픈월드 맵 이동 시 발생하는 텍스처 팝인(Texture Pop-in) 현상과 로딩 병목을 방어하는 데 실질적인 역할을 한다.

3D마크 저장소 벤치마크(3DMark Storage Benchmark for Enterprise)

실제 시스템 전반의 복합 생산성 환경을 평가하는 PCMark 10 풀 시스템 드라이브 벤치마크(Full System Drive Benchmark)에서는 총점 4,720점을 획득했다. 이 테스트는 윈도 부팅부터 어도비 포토샵·일러스트레이터, 마이크로소프트 엑셀·파워포인트 구동, 대용량 파일 복사 및 압축 등 20여 가지 이상의 실사용 작업 시나리오를 연속 실행하는 방식으로 진행된다.

지타이 TiPlus9100 2TB는 이 테스트에서 실사용 평균 대역폭(Bandwidth) 743.88MB/s를 기록했으며, 평균 액세스 시간(Average access time)은 35㎲로 집계됐다. 35㎲에 불과한 짧은 지연 시간은 수많은 소용량 파일을 동시에 읽고 쓰는 멀티태스킹 환경에서 스토리지의 큐 정체(Queue Congestion)를 해소하는 기반이 된다.

특히 20여 분간 지속된 PCMark 10 테스트 과정에서 기록된 실시간 모니터링 데이터의 안정성이 확인됐다. 장시간의 쓰기 및 읽기 부하가 가해지는 동안 라이젠 9 7950X 프로세서의 동작 클럭은 5.5GHz 부근을 안정적으로 유지했으며, 스토리지의 입출력 패턴 역시 급격한 성능 저하(드롭) 구간 없이 균일한 플랫 라인을 유지했다.

이는 SLC 캐싱 구간을 넘어 장시간 연속 입출력이 발생하는 고부하 크리에이티브 작업이나 대용량 데이터 렌더링 환경에서도 컨트롤러 스로틀링 없이 일관된 작업 처리 속도를 방어할 수 있음을 데이터로 입증한다.

PC MARK 10 측정 결과

한편, 현재 시장에서 넓은 사용자층을 형성하고 있는 PCIe 4.0 메인보드 슬롯 환경(PCIe 4.0 x4)에 연결해 인터페이스 하위 호환성 및 하한 성능선도 살펴봤다.

PCIe 4.0 기반 YMTC 지타이 ‘TiPlus9100’ 측정 모습 [사진=김문기 기자]

크리스탈디스크마크 벤치마크 결과, 순차 읽기 속도는 7,135.12MB/s, 순차 쓰기 속도는 6,956.97MB/s를 기록했다. 이는 PCIe 4.0 대역폭이 낼 수 있는 가용 한계치를 뽑아낸다. PCIe 5.0 전용 메인보드가 아닌 기존 PCIe 4.0 시스템에 장착하더라도 대역폭 손실 없이 최상위급 PCIe 4.0 SSD 수준의 성능을 온전히 기록했다.

종합하면 TiPlus9100은 PCIe 5.0 시스템에서 최대 12,000MB/s의 대역폭을 선사하는 것은 물론, 기존 PCIe 4.0 시스템에 장착하더라도 대역폭 한계까지 빠른 반응 속도를 보장해 시스템 업그레이드 수요까지 충분히 다독이는 호환성을 입증했다.

지타이 TiPlus9100

◆ 실무형 완성도…4K 영상 편집과 대용량 LLM 모델 로딩

대용량 데이터를 빈번하게 다루는 영상 창작자나 현장 취재진의 작업 환경에서 스토리지는 단순한 저장 공간을 넘어 작업 생산성을 결정짓는 핵심 부품이다. 파이널컷 프로(Final Cut Pro), 다빈치 리졸브(DaVinci Resolve), 프리미어 프로(Premiere Pro) 같은 전문 영상 편집 프로그램을 운용할 때, 4K 및 8K RAW 고화질 소스 파일 여러 개를 타임라인에 올리고 구간을 빠르게 이동하는 스크러빙(Scrubbing) 작업을 진행하면 스토리지 읽기 성능의 차이가 직관적으로 체감된다.

TiPlus9100은 빠른 데이터 처리 능력을 바탕으로 고용량 영상 소스를 지연 없이 즉각적으로 불러온다. 멀티캠 편집이나 그래픽 효과가 적용된 타임라인 재생 시에도 프레임 드롭(Frame Drop)이나 병목 현상 없는 실시간 프리뷰 환경을 제공한다. 수십 기가바이트에 달하는 고해상도 그래픽 파일이나 수백 장의 RAW 사진 데이터를 편집 프로그램으로 가져오고 저장하는 시간 역시 대폭 단축시켜 준다.

최근 IT 업계의 주요 화두로 자리 잡은 온디바이스 AI(On-device AI) 환경에서도 TiPlus9100의 높은 입출력 속도는 유용하게 작용한다. 인터넷 연결 없이 PC 단독으로 구동하는 로컬 LLM(대규모언어모델)이나 스테이블 디퓨전(Stable Diffusion) 계열의 이미지 생성 AI 소프트웨어의 경우, 프로그램 실행 시 수 기가바이트에서 수십 기가바이트 크기의 파라미터 대용량 파일과 딥러닝 에셋 데이터셋을 스토리지에서 시스템 메모리로 고속 연결돼야 한다.

TiPlus9100은 AI 모델 파일을 초기 로딩하거나 로컬 데이터셋을 탐색할 때 발생하는 읽기 병목을 줄여줘, AI 애플리케이션의 실행 반응 속도와 초기 구동 시간을 개선해 준다. 데이터 호출 과정에서의 응답성을 높여줌으로써, 로컬 AI 모델을 활용한 콘텐츠 생성이나 데이터 처리 워크플로우를 한층 더 쾌적하게 만들어 준다.

지타이 TiPlus9100 2TB는 PCIe 5.0 시대를 맞이한 스토리지 시장에서 초고속 전송 속도와 높은 장착 편의성 사이의 밸런스가 잡힌 NVMe SSD다. D램을 배제한 디램리스(HMB) 구조를 통해 발열 요인과 기판 두께를 줄이면서도, YMTC의 최신 엑스태킹 4.0 TLC 낸드 플래시를 채택해 PCIe 5.0 인터페이스가 제공하는 최대 12,000MB/s 대역폭을 끌어올렸다.

2.2mm 두께의 단면 슬림 설계는 내부 공간이 좁은 최신 게이밍 노트북, 미니 PC, 대기업 완제품 데스크톱 등 다양한 환경에서 간섭 없는 탁월한 호환성을 보여준다. 3단계 스마트 온도 제어 알고리즘을 통해 고부하 연속 작업 시에도 시스템의 안정성을 받쳐준다. 여기에 기존 PCIe 4.0 메인보드 시스템에서도 인터페이스 대역폭 한계치에 근접하는 입출력 속도를 내어주며 하위 호환성까지 함께 입증했다.

한마디로 빠른 전송 속도를 거대한 방열판이나 발열 부담 없이 다양한 PC 환경에서 누리고자 하는 사용자에게 지타이 TiPlus9100은 실용적인 선택지가 될 것이다.

▶ 실제 테스트 결과는 테스트 플랫폼 및 환경에 따라 다소 차이가 발생할 수 있습니다.

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