차세대 저장장치

I. 차세대 저장장치의 필요성 및 저장장치의 종류
    가. 차세대 저장장치의 필요성

  • 기업의 데이터량이 홍수를 이루는 이른바, 빅데이터 시대가 도래하면서 효율적인 데이터관리는 각 기업의 당면과제로 인식됨
  • 다양한 콘텐츠 생산 기기(디지털 카메라, 디지털 캠코더, 핸드폰 등)의 대중화
  • 동영상, 사진 등 고품질, 고화질의 멀티미디어 자료 생성 용이
  • 고품질, 고사양의 모바일 멀티미디어 재생기기(PMP, MP3, 핸드폰 등)의 대중화
  • 저장 장치의 결함으로 개인이 생성한 자료의 손실

 

    나. 저장장치의 종류

  • 하드디스크 : 대용량 데이터 저장 가능, 부피 크고, 내구성 취약, 소비전력/응답시간이 큼
  • Flash memory : 반도체 기반 저장 매체, 소형 이동 정보기기에 적합, 저전력

        * 내부 소자의 구성형태에 따라 NOR, DINOR, NAND, AND 등의 다양한 종류가 있음
        * NOR 플래시 메모리와 NAND 플래시 메모리의 2가지가 주로 사용됨

구분

NOR 플래시 메모리

NAND 플래시 메모리

장점

- 바이트 단위 어드레싱

- 고속의 READING

- 블록단위 어드레싱, 작은 셀 크기

- 상대적으로 빠른 소거, 쓰기 성능

단점

- 상대적으로 느린소거, 쓰기 연산

- 느린 임의 접근

활용

- 부트 이미지, BIOS, 휴대폰

- SSD, 대용량 저장 용도

 

II. 고성능 메모리 저장장치 SSD
    가. SSD(Solid State Disk)의 개요

  • 다수의 NAND Flash 와 Controller의 결합으로 구성된 차세대 저장장치
  • 고도의 안정성이 요구되는 군수용품 등에 사용되다가 서버, 노트북에 적용
  • Flash memory 기반과 DRAM 기반 SSD의 2가지 종류가 있음
  • 인터페이스 변환을 위한 별도의 컨트롤러와 펌웨어(FTL, Flash Tranlation Layer) 필요
  • 메모리 용량의 증가 및 가격 하락으로 SSD의 적용분야가 확대됨
  • 하드디스크 드라이브(HDD)보다 데이터 처리속도와 안정성은 올리고 전력소모 등 비용은 절약

 

    나. SSD의 특징 및 장점

항목

내용

I/O 성능 증대

- 초당 IOPS가 하드디스크의 10배 이상

- 디스크의 회전과 헤드 움직임 없는 고속의 데이터 액세스

- Bus Control Module을 이용한 Flash Memory Interleaving

표준 인터페이스 사용

- ATA, IDE, SCSI, Fiber Channel 등 표준 인터페이스 지원

- 추가 Driver 설치가 필요 없고, OS 독립적임

고용량 저장장치

- 2bit 저장이 가능한 MLC(Multi Level Cell)을 이용한 저장 용량 증가

저전력 및 내구성

- 3Watt 미만의 소비전력, 고도/충격/온도/습도에 무관한 지속적 운영

빠른 READ/WRITE

- 시스템에 따라 차이는 있지만 윈도 제품군에서 부팅 시 HDD보다 대략 2배 빠른 속도를 보여줌

- 순차적 읽기쓰기와 랜덤읽기쓰기 모든 항목에서 SSD가 월등하게 빠른 속도를 구현(평균 1.5배)

 

III. 모바일 시스템 저장장치 MEMS
    가. MEMS (Micro Electro Mechanical System)의 개요

  • 높은 대역폭과 저전력성, 고집적도, 저가의 특성으로 모바일 기기에서 대용량 서버시스템 등 다양한 환경에서 사용 가능한 차세대 저장장치
  • 현재 제품으로서 시판되고 있는 것으로서는 잉크젯 프린터의 헤드, 압력 센서, 가속도 센서, 자이로스코프, 프로젝터 등이 있음. 응용 분야가 다방면에 걸쳐 있기 때문에 시장 규모가 확대되고 있으며, 이 때문에 제2의 DRAM이라고도 불림

 

    나. MEMS의 구조

  • 구성: 매체부분(media sled: 데이터저장), 배열부분(데이터 읽고 쓰는 헤더 나열)
  • 사각형구조, 하나의 매체에 동시에 읽고 쓸 수 있는 수천 개의 헤드가 고정되어 있음

 

    다. MEMS의 특징

특징

상세내용

작은 크기와 높은 집적도

단위 공간당 저장용량 높음

낮은 단위 공간당 비용

1~10GB 용량의 저장장치중 가장 저렴

저전력성

소형화된 매체로 발열 및 소음 적음

높은 처리율

수천개의 헤드가 동시에 데이터를 읽고 쓸 수 있음

빠른 데이터 접근시간

하드디스크에 비해 10배이상 빠른 데이터 접속속도

 

IV. Cache 성능 극대화 H-HDD
    가. H-HDD (Hybrid-Hard Disk Drive)의 개요

  • HDD 내에 비휘발성 (Non-Viloate) 메모리를 추가 장착하여 디스크 캐쉬로 사용하는 하드 디스크
  • Flash 메모리의 장점을 HDD에 심어 소비전력과 부팅시간 등 요구된 기능을 관철시켜 완성된 Leading Product가 Hybrid HDD 임

 

- NV Cache( Non-Volatile )를 DRAM Cache의 2차 캐시로 사용

- 스핀들 모터 및 디스크 암의 동작시간을 최소화시켜 MTBF 향상

- ATA Interface 표준에 H-HDD를 위한 추가 명령어 필요

- HDD의 주소를 인식하기 위한 효율적인 Address Mapping 기법 필요

 

 

    나. H-HDD의 특징 및 장점

  • 전력 소모의 감소 : Read Cache Miss Ratio 최소화로 스핀들 모터의 동작시간 감소
  • 빠른 부트 및 시스템 재개 : 부팅시 필수 파일을 NVC에 저장, 전원 인가 즉시 데이터 액세스
  • 시스템의 응답성 향상 : 자주 이용되는 데이터를 NVC에 저장하여 향상된 읽기 응답성 보장
  • 내구성의 향상 : 시스템 정상 작동시에도 디스크 스핀들 정지, 데이터 처리 중에도 디스크 헤드는 파크되어 있어 충격에 강함

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