오늘은 서버용, 기업용으로 주로 쓰이던 SSD를 일반 소비자들도 쉽게 이용할 수 있게 된 이야기에 대해 알아보려고 합니다. 소비자들의 일상을 SSD의 신세계로 이끈 것은 무엇이었을까요?

삼성전자의 새로운 도전, 소비자용 SSD의 대중화

삼성전자는 2006년 세계 최초로 SSD를 상용화한 이후 빠른 데이터 접근 속도와 낮은 소비전력을 기반으로 기업용 서버 시장에서 SSD 채용을 확대해 나갔습니다. 또한 프리미엄 노트북 시장 형성과 함께 노트북에도 SSD를 탑재하는 비중이 크게 늘었습니다.

삼성전자는 이에 머무르지 않고 SSD의 대중화를 꿈꾸며 소비자용 SSD에 출사표를 던졌습니다. 2010년 소비자용 SATA SSD ‘470 시리즈’를 출시했고, 이듬해 출시된 ‘830 시리즈’는 출시 2개월 만에 판매량 1만대를 돌파하면서 삼성의 선택이 옳았다는 것을 다시 한 번 증명했습니다.

2011년 삼성전자는 HDD 사업을 미국의 시게이트에 매각하고 SSD 사업에 더욱 집중했습니다. 소비자의 니즈를 반영해 선택의 폭을 넓힐 수 있는 다양한 SSD 라인업 구축에 역량을 모으기 위한 선택이었습니다.

업계를 이끄는 낸드 기술로 테라급 SSD 시대를 열다.

고성능, 고용량 SSD를 일반 소비자들이 합리적인 가격으로 만나 볼 수 있게 만든 일등공신은 2013년 삼성전자가 세계 최초로 양산에 성공한 3차원 수직 구조 낸드(3D Vertical NAND, 3D V-NAND)입니다.

삼성전자의 3차원 V낸드의 개념은 데이터가 저장되는 메모리 셀을 ‘집’, 데이터를 ‘인구’로 비유하면 보다 쉽게 이해할 수 있습니다. 과거엔 면적이 넓은 땅에 집과 인구가 많지 않아 이웃들과의 충돌이 거의 없었다면, 점점 더 많은 인구를 수용하기 위해 집을 더 짓게 됨에 따라 집들간의 간격이 좁아졌습니다. 그에 따라 소음 등의 간섭 현상이 발생하게 되었습니다.

삼성전자는 이러한 문제를 극복하기 위해 단층 집(평면 구조, 2D)들을 고층 빌딩(입체 구조, 3D) 처럼 위로 쌓았고, 이것이 바로 업계 최초의 3차원 수직 구조 낸드플래시로 탄생하게 되었습니다. 삼성전자의 V낸드 기술은 2013년 1세대(24단) V낸드를 시작으로 2014년 2세대(32단), 2015년 3세대(48단), 2016년 4세대(64단), 2018년 5세대(9x단), 2019년 6세대(1xx단) 등 끊임없이 성장하며 테라급 SSD 시대를 여는 발판이 되었습니다.

삼성전자는 멀티 비트(Multi bit) 낸드와 업계 유일의 V낸드를 SSD에 적용함에 따라 소비자용 SSD 시장 성장의 걸림돌로 작용했던 용량과 가격 문제를 동시해 해결했습니다. 세계 최고의 낸드 기술력을 바탕으로 2012년 10월 세계 최초 3비트 MLC SSD 840 시리즈와 2014년 7월 세계 최초 3D V낸드 탑재 SSD 850 PRO 등을 SSD 시장에 도입한 것입니다.

일반 소비자들은 기존 HDD를 삼성 SSD로 업그레이드 함으로써 윈도우 부팅, 파일 전송, 어플리케이션 실행 등 일반적인 컴퓨팅부터 게이밍, 고화질 영상 편집 등의 고사양 작업을 더욱 편리하고 여유로운 컴퓨팅 환경 속에서 즐길 수 있게 됐습니다.

노트북 사용이 보편화되면서 개인이 생성, 관리하는 데이터의 양도 많아지고, 자연스럽게 저장장치의 속도와 휴대성에 대한 요구도 생겼습니다. 삼성전자는 이러한 트렌드를 프리미엄 포터블 SSD로 응답했습니다. 무겁고 느린 기존 외장형 HDD를 대체해 빠르고 가벼우면서 높은 데이터 안정성까지 갖춘 고성능 외장 스토리지가 탄생한 것입니다.

삼성전자가 2015년 1월 첫 선을 보인 ‘T1’은 3D V낸드가 적용된 새로운 프리미엄 포터블 SSD입니다. 명함보다 작은 크기에 무게도 30g에 불과해 휴대성까지 갖췄습니다. 이후 삼성전자의 프리미엄 포터블 SSD는 2016년 2월 ‘T3’, 2017년 8월 ‘T5’로 진화했습니다. 2018년도에는 NVMe와 썬더볼트(Thunderbolt 3) 인터페이스로 역대 최고 성능을 구현한 SSD X시리즈를 출시해 외장 스토리지 성능의 신세계를 열었습니다.

-NVMe(Non-Volatile Memory Express): PCIe 인터페이스 기반 프로토콜로 스토리지 성능을 극대화하기 위해 PCIe SSD 전용으로 개발된 호스트 컨트롤러 인터페이스 -Thunderbolt 3 : 인텔의 USB-C커넥터를 사용하는 단일 케이블 솔루션으로 데이터 전송속도가 최대 40Gbps까지 가능

가장 최근에는 높은 성능에 보안성까지 강화한 포터블 SSD ‘T7 Touch’를 출시했습니다. 이 제품은 5세대 512Gb V낸드와 초고속 NVMe 컨트롤러를 탑재해 속도를 높였으며, 플래그십 스마트폰 급의 지문인식 보안 기능을 탑재했습니다.

PCIe 기반의 NVMe 인터페이스로 성능을 업그레이드하다.

SSD가 시장에 등장했을 때 소비자들은 제품을 선택할 때 ‘가격’을 중요한 요소로 고려했습니다. 이후 SSD의 가치를 인정한 소비자들은 ‘용량과 성능’을 고려하기 시작했는데요. 이에 맞춰 삼성전자는 PCIe 기반의 NVMe 인터페이스로 속도의 한계를 다시 한번 극복했습니다.

데이터를 주고 받는 인터페이스 방식 중 가장 많이 사용되는 ‘SATA’의 대역폭을 1차선 도로라고 가정한다면, ‘PCle’는 보다 넒은 6차선 도로라고 할 수 있습니다. 도로 차선에 따라 통행할 수 있는 차량 수와 속도에서 차이가 날 수 밖에 없는 것처럼, PCle 기반의 NVMe 인터페이스는 넓은 대역폭과 빠른 응답속도로 SATA 인터페이스의 초당 데이터 전송 속도를 한층 높인 스토리지 기술입니다.

삼성전자는 누구보다 빨리 SSD에 PCIe 기반의 NVMe 인터페이스를 적용했습니다. 2013년 업계 최초 엔터프라이즈용 2.5인치 NVMe SSD 개발을 시작으로 2015년에는 NVMe 인터페이스를 소비자용 SSD 시장에 도입했는데요. 소비자용 NVMe SSD 950 PRO를 시작으로 2016년 960 시리즈, 2018년 970 시리즈와 포터블 SSD X5까지 소비자용 SSD 선두 기업으로서의 저력을 확고히 했습니다.

삼성전자는 독자적인 기술력과 빠른 판단으로 서버, 기업용 스토리지 뿐 아니라 일반 소비자용까지 고성능 SSD의 신세계를 열었는데요. 플래시메모리 No.1 기업으로 소비자용 SSD 시장에서도 선두를 차지한 삼성전자. 다음 편에서는 플래시메모리의 어떤 발자취를 확인 할 수 있을지 많은 기대 부탁 드립니다.

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오늘은 플래시메모리의 대표주자 삼성전자가 SSD(Solid State Drive)로 세계를 놀라게 했던 사건에 대해 알아보려고 합니다. 삼성전자는 2006년 세계 최초로 SSD를 상용화하며 오랫동안 HDD(Hard Disk Drive)가 주력이던 PC 저장장치에 새로운 시대를 열었습니다. 세계 최고의 낸드플래시 기술을 바탕으로 패러다임의 변화를 이끌었던 삼성전자의 비결은 무엇일까요?

HDD에서 SSD로! 삼성전자가 주도한 저장매체 패러다임의 변화

저장매체는 종이부터 마그네틱 테이프, HDD를 거쳐 SSD로 발전했습니다. SSD는 HDD에서 사용되는 자기 디스크와 모터의 기계 방식 대신 대신 낸드플래시를 사용한 디지털 방식의 데이터 저장장치입니다. HDD가 디스크를 읽는 방식이 LP판이라면, SSD는 디지털 방식의 MP3로 비유할 수 있는데요. 그렇다면 HDD에서 SSD로 저장매체의 변화는 어떤 의미가 있을까요?

HDD는 자성을 띤 박막인 플래터(platter) 표면의 자기 배열을 변경하며 데이터를 읽고 씁니다. 플래터를 회전시키며 데이터를 찾기 때문에, 속도가 일정 수준 이상 빨라지면 소음이나 전력 소모가 커지는 등 물리적인 한계를 가집니다. 컴퓨터 중앙처리장치 CPU와 주기억장치인 램이 빨라도 HDD가 받쳐주지 않으면 컴퓨터의 속도가 느려질 수 밖에 없는데요.

이 문제를 해결한 것이 바로 SSD입니다. SSD는 데이터를 반도체에 저장하고 디지털 방식으로 구동하기 때문에 데이터 처리 속도를 획기적으로 향상시킬 수 있었습니다. HDD에 필수적인 모터와 같은 기계적인 구동 장치가 필요 없어 작동 시 열과 소음도 발생하지 않고 안정적입니다.

하지만, 이렇게 패러다임이 바뀌는 데는 많은 연구와 노력이 필요했습니다. 1970년대 지금과 비슷한 형태의 초기 SSD 기술이 등장했지만 높은 가격과 큰 부피로 일반 대중에 상용화하기에는 한계가 있었습니다.

삼성전자는 저장매체 패러다임이 SSD로 바뀔 것이라는 확신 아래 본격적인 개발에 나섭니다. 그리고 2006년, 세계 최초로 32GB SSD를 탑재한 노트PC(센스Q30+)와 울트라모바일PC(센스Q1)를 출시했습니다. 하드디스크가 없는 디지털 PC의 신시장을 개척하게 되었던 순간이었습니다.

당시만해도 디지털카메라, MP3플레이어, USB드라이브 등에 사용했던 플래시메모리는 비용 등의 문제로 일반 PC에 적용한다는 생각을 못했는데요. 삼성전자는 낸드플래시 기술 리더십을 바탕으로 가격 경쟁력을 높여 나갔고, HDD를 사용했던 30GB/20GB 제품에 비해 용량은 뒤지지 않으면서 기존 제품의 5분의 1 수준인 부팅 속도를 가진 SSD를 소비자용 노트PC에 적용할 수 있었습니다.

SSD 기술 내재화와 혁신으로 세계 SSD 시장을 이끌다!

SSD는 낸드플래시, D램, 컨트롤러의 하드웨어와 이를 구동하는 펌웨어(Firmware)로 구성되어 있습니다. 낸드플래시가 책을 보관하는 ‘서재’라면, 컨트롤러는 책을 정리하는 ‘사서’ 역할을 합니다. 다시 말해, 낸드플래시는 데이터 집적도를 높여 SSD의 용량을 높여주고, 컨트롤러는 인터페이스와 메모리 사이에 데이터를 이동을 제어하며 읽고 쓰고는 순서를 정해 SSD 성능을 높여주는 것입니다.

삼성전자는 끝없는 혁신으로 낸드플래시, 컨트롤러, 펌웨어 등 SSD를 구현하는 핵심 구성품의 기술을 내재화했습니다. 삼성전자가 2006년부터 세계 SSD 시장 점유율 1위를 수성하며 SSD를 대표하는 회사로서 글로벌 시장을 주도할 수 있었던 첫 번째 비결이 여기 있는데요. 삼성전자는 낸드플래시 분야에서 독보적인 기술력과 세계 최대 생산량 및 시장 점유율을 자랑하는 것은 물론, 성능과 신뢰성을 결정하는 컨트롤러와 펌웨어 또한 업계 최고 기술력을 갖춘 것으로 평가 받고 있습니다.

삼성전자가 SSD를 최초로 상용화한 데는 낸드플래시 혁신이 중요한 역할을 했습니다. 2006년 당시 플로팅 게이트(Floating Gate) 기술의 한계를 극복한 CTF(Charge Trap Flash) 낸드 기술 개발이 크게 기여했습니다. 이 기술을 기반으로 세계 최초로 40나노 32Gb 낸드플래시 메모리를 SSD에 적용하며 상용화할 수 있었습니다.

삼성전자는 일찍이 낸드플래시가 열어갈 새로운 세상에 주목하고, 기가바이트(Gigabyte) 시대를 넘어 2010년 이후엔 테라바이트(Terabyte)를 겨냥한 초고용량 반도체 기술이 가능해질 것으로 예측했습니다.

그리고 이 예측은 현실이 됩니다. 삼성전자가 2010년 소비자용 SSD 사업을 본격적으로 시작하며 2011년 20나노급 고속 낸드플래시와 전용 컨트롤러를 탑재한 SSD 830 시리즈를 출시하고, 2012년에는 3비트 MLC(TLC, Triple Level Cell) 낸드플래시를 채용한 SSD 840 시리즈를 출시했습니다 이 제품은 고성능•고신뢰성으로 동작하는 SSD 제품은 3비트 MLC 낸드플래시 채용이 어렵다는 그동안의 인식을 단번에 뒤집어 놓았습니다.

삼성전자는 2013년 3D V낸드 플래시메모리를 양산하며 또 한번 미세화 기술의 한계를 넘어섰습니다. 당시 세계는 최초로 3차원 집적 기술을 상용화한 삼성의 기술력에 놀라워했는데요. 이 기술을 기반으로 고용량 SSD 시장 확대에 나선 삼성전자는 2014년 3D V낸드를 탑재한 SSD 850 시리즈를 출시하며 소비자용 시장도 V낸드 기반 제품으로 본격 전환했습니다.

기업 데이터센터용으로는 2013년 1TB SSD를 양산한 데 이어, 2016년에는 15.36TB SSD, 2018년에는 기업 데이터센터용 ‘30.72TB SSD’를 출시합니다. 2006년 32GB의 SSD를 처음 선보인 이후 12년 만에 저장용량을 1,000배나 끌어올리며 초고용량 반도체 시대를 열게 된 것입니다.

삼성전자는 지금도 플래시메모리 기술과 SSD 시장에서 끊임없이 최초에 최초를 거듭하는 혁신을 이어가고 있는데요. 삼성전자 플래시메모리 세 번째 시리즈에서는 일반 소비자들에게 익숙한 소비자용 포터블 SSD부터, 최근 중요하게 떠오르는 초고용량 데이터센터용 SSD에 대해 알아볼 예정입니다. 초격차 기술로 앞서나가는 삼성전자의 SSD 발전사를 기대해주세요.

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