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▲ QLC 낸드 SSD. 5210 ION. 출처=마이크론
10년 전만 해도 컴퓨터 주저장장치의 왕좌는 하드디스크(HDD)가 차지했습니다. 비록 속도는 다소 느렸지만, 성능, 용량, 가격, 신뢰성 모두 다른 저장 매체가 따라올 수 없는 독보적인 1위였습니다. 서버 영역에서는 자기 테이프가 여전히 백업용으로 강세였지만, 개인 사용자는 솔직히 사용이 어려웠고 CD나 DVD 같은 광학 디스크는 운용체제나 프로그램을 설치해 사용하기 힘들었습니다.
그러던 중 낸드 플래시 메모리를 사용한 SSD가 등장했고 가격이 저렴해지면서 하드디스크의 왕좌를 위협하기 시작했습니다. 가볍고 속도가 빠른 SSD는 노트북에서는 이미 대세가 된 상태이고 데스크톱 PC 역시 과거처럼 하드디스크만 있는 경우보다 SSD를 같이 사용하는 경우가 늘어나고 있습니다. 하지만 여전히 용량 대비 가격이 하드디스크보다 비싸다는 점은 약점입니다.
낸드 플래시 메모리 제조사들은 용량 대비 가격을 낮추기 위해 본래는 셀(cell) 하나에 한 번 기록할 수 있는 낸드 플래시에 더 많은 정보를 기록할 방법을 찾아냈습니다. SLC는 셀 하나에 1비트의 정보 (0 혹은 1)를 기록하는 방식으로 가장 기본적인 방법이지만, 오히려 이제는 일부 영역 이외에는 잘 사용되지 않는 추세이고 2비트의 정보를 기록하는 MLC(00, 01,10,11)나 3비트의 정보를 기록하는 TLC(111, 110, 101, 100, 011, 010, 001, 000)가 대세가 된 상태입니다.
언뜻 생각하기에는 정보를 더 많이 기록하는 제품이 더 우수한 기술이고 좋은 제품으로 생각되지만, 사실 낸드 플래시는 반대입니다. 좁은 공간에 정보를 더 밀어 넣을수록 수명은 짧아지고 속도는 느려집니다. 사실 TLC를 적용한 SSD가 널리 사용되게 된 것은 본래 수명도 짧고 신뢰성도 떨어지는 제품을 상용화가 가능하게 개선한 제조사들의 노력이 컸습니다.
하지만 낸드 플래시 제조사들은 여기서 그치지 않고 셀 하나에 4비트를 기록하는 QLC 낸드 플래시를 생산하고 있습니다. 물론 수명은 TLC보다 더 짧지만, 연구 개발을 통해 어느 정도 사용이 가능한 수준인 1000 program/erase (P/E) cycle을 지원하는 QLC 제품을 내놓은 것입니다. 낸드 플래시는 결국 지우고 쓰기를 반복하면 더 사용할 수 없는 한계에 도달하는데, 그 횟수를 나타내는 것이 P/E 사이클입니다.
다시 말해 QLC 낸드 플래시 메모리가 1000번 정도 지우고 쓰기가 가능하다는 이야기입니다. 기록이 가능한 저장 장치로는 거의 마지노선에 해당하는 수치이지만, 사실 초기 제품보다 많이 개선된 것입니다.
작년에 도시바는 768Gb 64층 QLC 낸드 제품을 선보였고 인텔/마이크로 연합 역시 512Gb 64층 QLC를 선보이면서 QLC 기반 SSD의 등장이 멀지 않았음을 예고했습니다. 그리고 최근 마이크론은 QLC를 사용한 5210 ION SSD를 선보였습니다. 용량은 240GB부터 7680GB까지이며 놀랍게도 기업용 시장을 목표로 출시되었습니다. QLC처럼 내구성이 열악한 물건을 데이터 센터나 기업에서 구매한다는 것이 잘 이해되지 않을 수 있지만, 의외로 적절한 틈새시장이 있습니다.
QLC 낸드에 적합한 데이터는 한 번 쓰면 잘 지우지 않고 장기적으로 보존하는 데이터입니다. 예를 들어 의료용 영상 자료나 거래 내역 같이 장기 보존이 필요한 자료의 경우 어차피 지우고 다시 써야 할 일이 많지 않습니다. 따라서 내구성보다 용량 대 가격이 저렴한 것이 중요합니다. 물론 용량 대 가격이라면 SSD보다 하드디스크가 유리하지만, 데이터를 읽는 속도가 느리다는 단점이 있어 QLC SSD가 파고 들어갈 자리가 있는 것입니다.
주요 낸드 제조사들은 TLC나 QLC처럼 하나의 셀에 많은 기록을 담는 한편 아파트처럼 여러 층으로 쌓는 3D 낸드 기술을 통해 낸드 플래시 메모리의 용량을 계속해서 늘려가고 있습니다. 하지만 낸드 플래시 자체가 점차 기술의 한계에 접근하고 있어 QLC 보다 더 많은 정보를 기록하는 낸드 플래시 기술은 어려울 것으로 생각됩니다. 3D 낸드 역시 쌓아 올릴 수 있는 한계가 있습니다.
이 한계를 극복하기 위해 인텔, 삼성, SK 하이닉스 등 주요 제조사들은 차세대 비휘발성 메모리 개발에 힘을 쏟고 있습니다. 인텔은 먼저 상용화한 3D Xpoint를 보급하기 위해 노력 중이고 다른 제조사들도 수년 내 차세대 비휘발성 메모리에 대한 로드맵을 가지고 있습니다. 물론 앞으로 몇 년간 낸드 플래시 메모리의 위치가 흔들리지 않겠지만, 미래에는 결국 더 속도가 빠르고 내구성이 우수한 차세대 비휘발성 메모리에 왕좌를 물려줄 것으로 생각됩니다.
고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com
