솔리드 스테이트 드라이브(SSD)는 컴퓨터 저장 장치의 패러다임을 완전히 바꿔놓았습니다. 매년 새로운 세대의 드라이브가 등장하고 있으며, 고사양 제품군에서는 PCIe SSD, M.2, NVMe 같은 용어가 자주 언급됩니다. SSD는 기존 자기(마그네틱) 방식 하드디스크보다 뚜렷한 성능 이점을 제공하지만, 그만큼 알아두어야 할 조건들도 존재합니다.
PCIe SSD가 SATA 드라이브보다 유리한 이유
컴퓨터 메인보드의 각 인터페이스는 서로 다른 속도로 동작합니다. USB로 연결된 외부 기기보다 내부 부품 간 통신이 훨씬 빠른 것과 마찬가지로, 메인보드 내부 인터페이스 역시 저마다 다른 대역폭 한계를 가지고 있습니다.
SATA는 수년간 하드디스크를 메인보드에 연결하는 표준 인터페이스로 사용되어 왔습니다. 안정적으로 잘 작동하며, 기존의 자기 플래터 방식 하드디스크에서는 SATA의 최대 전송 능력을 온전히 끌어내지 못할 정도입니다. 하지만 SSD 기술은 SATA의 한계를 충분히 초과할 수 있습니다. SATA는 드라이브에서 메인보드 포트까지 이어지는 내부 배선에 의존하기 때문에 직접적인 연결 방식은 아니지만, 그럼에도 실용적이며 드라이브를 원하는 위치에 설치할 수 있는 유연성을 제공합니다.
반면 PCIe는 그래픽카드처럼 초고속으로 대량의 데이터 대역폭이 필요한 부품에 사용되는 고속 인터페이스입니다. PCIe 장치는 메인보드에 직접 장착되어 CPU로 더 빠르고 직접적으로 데이터를 전달합니다. PCIe를 활용하는 SSD는 데이터 전송 능력보다는 드라이브 자체의 읽기·쓰기 성능이 병목 지점이 될 만큼 전송 환경이 우수합니다.
PCIe SSD는 얼마나 빠를까?
현재 SATA의 최신 규격은 SATA III입니다. 이론상 최대 6Gb/s를 지원하며, 이는 약 600MB/s의 데이터 전송 속도에 해당합니다.
PCIe는 구조가 조금 더 복잡합니다. 먼저 PCIe 1.0, 2.0, 3.0 소켓이 존재하며, 버전 3.0이 가장 최신 규격이지만 일부 메인보드에는 여전히 2.0 슬롯이 탑재되어 있습니다.
메인보드가 PCIe 3.0을 지원한다면 '레인(lane)'이라는 개념도 함께 고려해야 합니다. PCIe 연결은 여러 개의 레인으로 나뉘며, 일반적으로 4레인, 8레인, 16레인 소켓이 사용됩니다. 이들은 보드 위에서 크기로 구분할 수 있으며, 가장 큰 16레인 슬롯에는 그래픽카드가 장착됩니다.
PCIe 3.0은 레인당 이론상 1GB/s의 속도를 제공하므로, PCIe 3.0 x16 소켓의 이론상 최대치는 16GB/s에 달합니다. 저장 장치 입장에서는 상당히 높은 수준의 속도입니다. 실제 PCIe SSD는 주로 4개 또는 8개의 레인을 사용하지만, 그 잠재력만 놓고 봐도 SATA보다 확실히 앞서 있습니다.
물론 이러한 수치는 어디까지나 이론값이며, 실제 사용 환경에서 체감되는 성능과는 차이가 있습니다. 시중에 판매되는 SSD의 광고 속도를 살펴보면 더 현실적인 수준이지만, 그래도 SATA 대비 이점은 분명하게 드러납니다.
예를 들어 삼성 860 EVO는 최대 순차 읽기 550MB/s, 최대 순차 쓰기 520MB/s를 공식 스펙으로 내세웁니다. 같은 계열의 PCIe 드라이브인 삼성 960 EVO는 최대 순차 읽기 3.2GB/s, 최대 순차 쓰기 1.7GB/s를 기록하며, 단 4개의 PCIe 레인만 사용했음에도 불구하고 큰 격차를 보여줍니다.
NVMe와 M.2란 무엇인가?
PCIe 드라이브를 이야기할 때 빠지지 않는 용어가 두 가지 더 있습니다. 바로 NVMe와 M.2입니다.
M.2는 SSD 전용으로 설계된 PCIe 폼팩터(규격)를 의미합니다. M.2는 표준 PCIe보다 훨씬 작고 컴팩트하며, 오직 M.2 폼팩터 장치만 장착할 수 있습니다. 이 규격에 맞는 장치는 사실상 저장 드라이브뿐입니다.
M.2는 SSD가 그래픽카드 같은 일반적인 PCIe 장치의 슬롯을 빼앗거나 간섭하지 않으면서도 PCIe 인터페이스를 활용할 수 있도록 만들어진 규격입니다. 또한 노트북에서도 널리 사용되는데, 메인보드에 평평하게 장착되어 공간을 거의 차지하지 않기 때문입니다.
NVMe는 Non-Volatile Memory Express(비휘발성 메모리 익스프레스)의 약자입니다. 비휘발성 메모리는 모든 종류의 저장용 메모리를 가리키며, 반대로 휘발성 메모리는 RAM처럼 데이터가 지속적으로 덮어쓰여지고 재부팅 후에는 남지 않는 메모리를 말합니다.
NVMe는 PCIe 기반 저장 드라이브가 빠르게 통신할 수 있도록 특별히 설계된 프로토콜입니다. NVMe의 목표는 SSD가 RAM처럼 동작하도록 만드는 것인데, RAM은 SSD와 유사한 기술을 기반으로 하면서도 훨씬 빠르게 움직이기 때문입니다.