솔리드 스테이트 드라이브 ( solid state drive, SSD, Flash SSD )

솔리드 스테이트 드라이브 ( solid state drive , SSD )

사용하는 메모리의 종류에 따라 RAM 을사용하는 RAM 디스크 ( 하드웨어 방식 ), 플래시 메모리를 사용 하는 Flash SSD 등이있다.

하드 디스크 드라이브 ( HDD )와 비교할 때 다음과 같은 특징이있다.

이점
● 탐색 시간이 없기 때문에 랜덤 액세스 성능이 뛰어나다.
● 실제 가동 부분이 없기 때문에 절전 작동하여 소리가 나지 않기 때문에 소음이 없다.
● 같은 이유로 HDD 보다 훨씬 진동 · 충격에 강하다.

단점
● 용량당 가격이 HDD 보다 비싸다.
● 플래시 메모리를 이용한 것으로는 쓰기 · 지우기 ( 내부 동작 )할 때마다 서버나 데이터베이스등의 용도에서는 수명이 짧아지는 경우가있다.

하드웨어 레벨 ( 하드웨어 방식 )에서 디스크 드라이브와 동일한 인터페이스를 가진 장치를 말한다. 장치에는 메모리 다른 전용 컨트롤러등을 통합하여 이용상 디스크 드라이브와 큰 차이가 없다.

USB 메모리, 메모리 카드등 USB 대용량 저장 장치의 인터페이스가있는 장치는 SSD 에는 직접 분류되지 않거나 SSD의 서브 클래스로서 " USB SSD " 과 같이 분류 될 수 있다. 또한 소프트웨어 에뮬레이션의 경우도 SSD로 분류 되지 않는다.

용도
주요 용도는 자주 액세스하는 파일을 이 장치에 기억시켜 두는 것으로, 디스크 드라이브에서 필요한 액세스 시간을 크게 절감 할 수 있다. 특히 OS의 시작에 관해서는 극적인 개선이 보인다.

디스크 드라이브의 액세스 시간 ( 헤드 탐색 대기 시간과 디스크의 회전 대기 시간등 )은 메모리의 SSD에 비해 매우 긴 ( 약 100만 배 )시간 때문에, SSD에 옮겨 놓는 것으로, 특히 랜덤 액세스의 처리량을 크게 높일 수 있다.

또한 2010 년 현재 일반적으로 하드 드라이브와 비교하여 순차 액세스의 전송 속도는 RAM 디스크는 빠르지만, 플래시 메모리 ( Flash SSD )는 더 느리다.

Flash SSD

SSD 의 일종이다 RAM 디스크는 휘발성 메모리를 사용하기 때문에 백업 전원이없는 경우 전원을 잘라서 기억 내용이 사라지는 것이 많지만, Flash SSD는 비 휘발성 메모리인 플래시 메모리를 사용 하기에 전원 차단 후에도 내용을 장기간 유지 할 수있다. 또한 기존 HDD에 비해 소비 전력이 낮고 발열이 적고 충격성이 뛰어나 소형에서 동작음도 발생하지 않는다.

그 특징 에서 모바일 용도에 적합하고 데스크톱 PC에 앞서서 노트북의 채용 예가 많다. 한편, 높은 처리량 과 저전력이라는 장점 때문에 데이터 센터에서 HDD를 대신해 서버 기계에 채용되고 있다. 또한 일부 카 내비게이션이나 비디오 카메라, PND 에서도 Flash SSD가 사용 되기 시작하고있다.

SSD는 하드 디스크 드라이브 ( HDD )의 대체 장치로 사용되기 때문에 많은 HDD와 동일한 인터페이스를 갖는다. IDE 및 직렬 ATA 외에도 ZIF, LIF, USB, PCI Express에 대응 한 것도있다.

SSD의 성능은 장치내에서 NAND 플래시칩의 병렬 수에 따라 변화한다. 플래시 칩은 저속이기 때문에 액세스 부하가 칩에 효율적이고 균등하게 분산 되는 상황에서는 병렬 수가 대역폭에 비례하고, 또한 칩의 높은 지연 시간도 은폐 된다. 

2009 년에 마이크론과 인텔은 SSD 내부 아키텍처에 스트라이핑 ( RAID 0 )로 메모리 인터리브 기술을 도입하고 3Gbps 직렬 ATA 대역폭의 SSD 를 발표했다.

2년 후에는 샌드 포스사가 병렬도를 배가 시키는 것과 동시에, 컨트롤러와 플래시 사이에서 데이터 압축을 수행함으로써 6Gbps 직렬 ATA 대역폭에 육박하는 SSD를 발표했다.

메모리
2009 년 현재 SSD 내부 기억용 반도체 소자에 큰 저장 용량이 비교적 쉽게 얻을 수있는 NAND 형 플래시 메모리 가 사용되고 있다.

부품 구성 

컨트롤러 칩
플래시 메모리칩과 연결 단자 사이에 읽고 쓰기를 제어 하는 Flash SSD의 성능과 수명을 좌우하는 중요한 집적 회로. 특히 웨어 레벨링 ( 쓰기 분산 처리 ) 및 불량 블록 처리는 Flash SSD 용 컨트롤러 특유의 기능 이다. 읽고 쓰기 속도 및 덮어 쓰기 횟수의 제한은 펌웨어가 포함된 컨트롤러 칩의 사양으로 정해지기 때문에 칩 벤더와 칩의 번호가 표시 되는 것이 많다. 압축 쓰기 기능과 암호화 기능을 가진 것도있다.

플래시 메모리 칩
일반적으로 여러개의 메모리칩이 사용된 데이터를 저장 한다. 

캐시 메모리
캐시 메모리는 128M 바이트 정도의 DRAM을 사용하여 읽기 및 쓰기 속도에 기여한다. 부분적인 쓰기 시에는 대상이되는 블록 전체를 임시로 보관하는 데 사용된다. 또한 하나의 블록에 대한 여러 섬세한 쓰기 요청은 플래시 메모리에 쓰지 않고 캐시 메모리에 저장해 두었다가 어느 정도 정리하고 나서 한 번에 기입하는 것으로, 쓰기 가능 횟수의 실질적인 향상을 수행 하는데도 사용된다.
염가 대의 제품은 캐시 메모리가 생략 된 것이있다.

회로 기판, 연결 단자, 외장
회로 기판에 배선 및 부품 보유가 이루어져 외부와 연결 단자에 의해 전원을 받고 정보 신호를 주고 받는다. 외장 전체를 보호 · 지원 하지만 내장형은 외장이 없는 것도있다.

기억 소자에 의한 분류
SSD 내부 기억용 반도체 소자에 큰 저장 용량이 비교적 쉽게 얻을 수있는 NAND형 플래시 메모리가 사용 되며 이 기억 소자는 두 가지로 대별 된다.

SLC 형 ( Single Level Cell )
MLC 형 ( Multi Level Cell )
이들은 기억 소자의 축적 전하량 , 즉 전위의 검출 구분에 차이가있다.

SLC 형
SLC 형은 하나의 기록 소자에 1 비트의 데이터를 유지 한다.
축적 전하량 검색을 " Hi / Low "의 2 값으로 판단 하기 위해 기록 소자의 열화나 노이즈등 다소의 축적 전하량의 불균형은 문제가되지 않는다.

재기록 가능한 최대 횟수가 많다
데이터 보존 기간이 비교적 길다.

SLC 형은 그 쓰기 속도와 재기록 가능한 최대 횟수가 큰 것으로, 서버용및 산업용 임베디드 장비등 신뢰성 및 유지 보수 빈도의 감소를 우선 하고 높은 비용이 어느 정도 허용되는 용도로 보급 하고있다.

MLC 형
MLC 타입은 하나의 기록 소자에 2 비트 이상의 데이터를 보유 한다.
축적 전하량 검색을 " Hi / Low " 뿐만 아니라 둘 사이에 어떤 중간값을 설정 하여 4 값과 8 값 16 값과 들로 판단한다. 기록 소자의 열화나 노이즈가 조금이라도 축적 전하량에 변동이 발생하면 보유하고 있던 데이터는 오류가 된다. 이 경우 플래시 메모리 회로와 컨트롤러의 오류 검출 정정 회로에 의해 자동으로 올바른 데이터로 수정된다. 일반적으로 MLC 타입의 기록 소자는 오류 정정 기능과의 병용이 필수가되어, SLC 타입에 비해 많은 중복 영역이 필요하다. 또한 이러한 오류 상황을 모니터링하여 , '메모리 블록 불량 '이 감지되고 대체 메모리 블록으로 교체된다.

MLC 타입은 SLC 형에 비해 재기록 횟수와 데이터 보존에 뒤떨어 지지만, 1 셀당 저장 용량이 두 배로 ( 4 값의 경우 ) 한다. 동일한 셀 수 ( 부피 )이면 대용량화가 같은 용량 이라면 저가격화가 가능하며, 대용량 제품을 저렴하게 제공 할 수 있게된다. 장기간의 사용과 고 신뢰성을 요구하지 않고 주로 가격과 소형화를 중시하는 제품에 사용된다. 따라서 출하량 및 채용수는 SLC 형을 웃돌고있어 디지털 비디오 카메라 및 개인 PC등의 민생 용도에서는 앞으로도 MLC 형이 보급 될 것으로 전망 되고있다.