CWN(CHANGE WITH NEWS) - [교양이 되는 반도체]전원이 끊겨도 데이터를 저장하는 비휘발성 메모리, HDD와 SSD

컴퓨터의 성능을 이야기하다 보면, 흔히들 하드 디스크(Hard Disk drive, 이하 HDD)와 SSD의 성능 관련 이야기를 하곤 한다. 이는 [교양이 되는 반도체 #2]에서도 언급했던 낸드 플래시와도 관련이 있는데, 그렇다면 과연 HDD와 SSD는 무엇이고 그 장단점은 무엇일까?

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컴퓨터에는 크게, 중앙처리장치(CPU), 주기억장치(RAM, ROM등), 보조기억장치(HDD, SSD) 등이 있다. 오늘 다뤄볼 주제는 보조기억장치인 HDD(Hard Disk Drive)와 SSD(Solid State Drive)이다.

보조기억장치인 HDD와 SSD는 비휘발성 메모리라고 할 수 있다. 여기서 비휘발성 메모리란 전원이 공급되지 않을 때, 즉, 컴퓨터가 꺼져도 데이터를 저장하는 특성이 있는 메모리이다. 반대로 휘발성 메모리는 전원이 공급되지 않으면 저장한 데이터가 날아가는 메모리이다.

HDD는 약 50년 전부터 현재까지 많이 사용되는 메모리 중 하나인 자기장의 원리를 이용해 정보를 저장하는 비휘발성 메모리이다. HDD는 하나 이상의 자성 감지 플래터와 각 플래터에 읽기/쓰기 헤드가 있는 액세스 암(Access arm, 또는 actuator arm이라고도 불림), 플래터를 회전시키고 암을 움직이는 모터, I/O 컨트롤러로 구성된다.

각각의 플래터에는 트랙이라고 불리는 여러 개의 동심원이 있으며, 트랙은 섹터로 나누어진다. 각각의 트랙과 섹터 번호는 고유한 주소가 되어, 그 데이터의 위치를 찾는 데 사용된다.

사용자가 컴퓨터에 데이터를 검색하거나 업데이트를 요청할 때마다 I/O 컨트롤러가 액세스 암에 데이터의 위치를 알려주고, 액세스 암에 있는 읽기/쓰기 헤드가 각 주소에서 전하의 유무를 읽어 데이터를 수집한다.

HDD의 특성상 데이터를 저장할 때에는 가장 가까운 위치에 있는 플래터에 저장하게 된다. 멀리 있는 데이터를 검색하거나 이용하다 보면 그만큼의 거리를 물리적으로 움직여야 하므로 자연스레 정보를 읽고 쓰는 속도가 느려진다. 그러다 보니 다른 컴퓨터 부품들의 속도가 비약적으로 발전해도 HDD의 물리적 탐색 시간이 병목현상을 일으켜 전체적인 지연 시간이 늘어나는 문제가 생겼다.

물리적으로 데이터를 저장하는 특성상, 물리적인 손상을 입으면 정보도 손상이 되는데, 가령 컴퓨터 본체를 때리는 행위도 HDD에 조금씩 충격을 입혀 작은 손상을 입힐 수 있다.

HDD의 문제를 해결하기 위해 나타난 것이 SSD이다.

SSD 낸드 플래시의 기술이 사용된 비휘발성 메모리이다. SSD는 사용자가 컴퓨터에 데이터를 검색할 때, SSD 컨트롤러가 요청된 데이터의 주소를 보고 낸드 플래시의 플로팅 게이트 트랜지스터에 저장된 전하 상태를 읽는 방식으로 데이터를 검색한다.

HDD가 물리적으로 정보를 저장할 때, SSD는 전자적으로 정보를 저장한다고 볼 수 있다. 그 때문에 어떤 지점의 정보에 접근하더라도 같은 속도를 보여, 병렬 처리에 있어 HDD보다 훨씬 빠른 속도를 보인다. 그뿐만 아니라 소음, 소비전력 등이 적으며, 물리적 충격에 강해 거의 모든 게임용 노트북은 SSD로 변경하는 추세이다.

이렇게 들어보면, SSD의 장점이 더 크다. 그런데, 왜 HDD를 보편적으로 사용하는 것일까? 사실상 SSD는 HDD보다 비교적 최근에 개발된 기술이므로 아직 HDD보다 더 큰 용량의 SSD를 찾기는 힘들며, 가격도 그만큼 더 비싸다. 게다가 전자적으로 정보를 저장하기 때문에 자연적인 방전으로 인한 데이터 손실 위험이 있어, HDD보다 수명이 짧다.

앞으로의 기술의 발전과 동향을 보면, SSD의 발전 가능성이 더 높기 때문에 SSD의 기술이 발달할수록 SSD의 가격은 점점 더 하락할 것이다. 또, 현재의 단점도 해결돼, HDD가 SSD로 완전히 대체될 것으로 예상된다.

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