컴퓨터 시대가 시작된 이래 저장 기술은 비약적으로 발전해 왔습니다. 그리고 오늘날의 도약은 바로 NVMe입니다. NVMe는 저장 장치에 사용할 수 있는 대역폭을 기하급수적으로 확장해 주는 저장 방식으로, 지금부터 NVMe SSD에 대해 반드시 알아야 할 내용을 하나씩 살펴보겠습니다.
NVMe란 무엇인가?
NVMe는 Non-Volatile Memory Express(비휘발성 메모리 익스프레스)의 약자입니다. 일반 드라이브가 사용하는 느린 SATA 버스 대신 초고속 PCI Express 버스를 통해 CPU와 직접 통신하는 저장 연결 표준입니다. 최대 전송 속도가 기하급수적으로 향상되었을 뿐만 아니라, 병렬 전송, 딥 큐잉(deep queuing), 시스템 인터럽트 처리 같은 이점도 함께 제공합니다.
하이엔드 소비자용 및 엔터프라이즈 저장 분야에서 NVMe는 이미 새로운 표준으로 자리 잡았습니다. PC 제품 목록을 살펴보면 고사양 노트북과 워크스테이션에서 NVMe 옵션을 쉽게 찾을 수 있습니다. Apple의 모바일 기기에는 기본으로 탑재되어 있으며, 일부 안드로이드 스마트폰 제조업체 역시 NVMe 저장 장치를 채택하고 있습니다.
SATA와 마찬가지로 NVMe는 '연결 표준'이지 폼팩터(form factor)가 아니라는 점에 유의해야 합니다. 즉, 드라이브의 크기나 형태가 아니라 연결 방식만을 정의합니다. 반면 M.2는 폼팩터지만, NVMe와 너무 밀접하게 연관되다 보니 기술적으로는 정확하지 않음에도 두 용어가 사실상 동의어처럼 혼용되곤 합니다. 정보를 검색할 때는 이러한 혼동을 피하는 것이 좋습니다.
NVMe SSD는 얼마나 빠른가?
NVMe가 탄생한 배경에는 최신 SSD의 성능이 SATA III의 대역폭마저 포화 상태로 만들었다는 사실이 있습니다. 이론상 최대 6Gb/s(기가비트 단위로, 기가바이트의 8분의 1)인 SATA III 연결은 좋은 조건에서 고품질 SSD에 의해 순식간에 한계에 도달합니다. 하지만 플래시 저장 장치는 SATA III가 허용하는 속도를 훨씬 뛰어넘을 수 있습니다. 이러한 SATA의 굴레에서 플래시 메모리를 해방시키기 위해 NVMe가 등장한 것입니다.
드라이브마다 두 개의 인터페이스를 사용해 SATA III의 대역폭을 두 배로 늘리는 방식은 번거롭고 비용이 많이 들며 전력 소모도 컸습니다. 대신 업계는 디지털 저장의 미래로서 NVMe 드라이브로 방향을 전환했습니다. 가장 빠르고 미래 지향적인 저장 장치를 원한다면, NVMe가 현재 기술의 정점이라 할 수 있습니다.
PCI Express 버스를 통해 데이터를 전송할 때 NVMe는 최대 4개의 PCI Express 레인을 활용해 데이터를 병렬로 전송할 수 있습니다. 각 레인은 약 4GB/s(32Gb/s)를 처리할 수 있으며, 이는 SATA III의 이론상 최대치보다 5배 이상 빠른 속도입니다. 물론 실제 장치가 이 속도에 완전히 도달하지는 못하지만, SSD가 활용할 수 있는 여유 대역폭은 매우 넓습니다. 그 결과 데이터 전송은 운영체제와 저장 버스가 감당할 수 있는 만큼 빠르게 처리되며, 전송 속도를 기하급수적으로 끌어올려 작업 생산성 향상으로 이어집니다.
NVMe SSD는 현재 시장에서 구매할 수 있는 가장 빠른 SSD입니다. 이미 우수한 성능의 플래시 메모리에 대부분의 PC에서 사용할 수 있는 가장 빠른 연결 표준을 결합했습니다. 속도가 중요하다면 답은 NVMe입니다.
결론: PCI Express vs M.2 NVMe SSD
오늘날 대부분의 소비자용 NVMe 드라이브는 M.2 폼팩터로 출시됩니다. 껌 크기의 이 저장 형식은 상당한 양의 NAND 셀을 수용할 수 있는 공간을 갖추고 있으며, 일반적으로 마더보드의 전용 M.2 슬롯에 연결됩니다. 또한 M.2 카드는 M.2 SSD를 수용하는 PCI Express 카드에 장착할 수도 있는데, 실제로 PCI Express 폼팩터로 판매되는 일부 NVMe SSD가 바로 이런 방식으로 제조됩니다. 다른 제조업체들은 칩을 기판에 직접 납땜하는데, 성능 차이는 극한의 활용도와 신뢰성이 요구되는 환경에서만 체감될 수 있습니다.
NVMe SSD에 PCI Express 폼팩터를 선택한다고 해서 속도상의 이점이 있는 것은 아닙니다. 저장 컨트롤러와 CPU 간의 전기적 연결 방식은 어느 쪽이든 동일하기 때문입니다. 다만 PCI Express 카드는 팬과 방열판 구성에 따라 더 나은 냉각 성능을 제공할 수 있습니다. 이는 회로 기판 위에 더 많은 보조 부품을 탑재할 수 있는 PCI Express 카드의 넉넉한 크기에서 비롯되는 자연스러운 결과입니다.