삼성전자, 차세대 기업 서버용 ‘ZNS SSD’ 출시

2021/06/02
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삼성전자가 ZNS(Zoned Namespace)[1] 기술을 적용한 차세대 엔터프라이즈 서버용 SSD를 출시했다.

ZNS는 SSD 전체 저장 공간을 작고 일정한 용량의 구역(Zone)으로 나누고 용도와 사용 주기가 같은 데이터를 동일한 구역에 저장해 SSD를 효율적으로 활용할 수 있게 하는 차세대 기술이다.

일반적인 SSD는 내부 저장 공간을 나누지 않고 여러 개의 소프트웨어에서 생성되는 데이터를 임의로 저장한다. 또한 데이터 쓰기와 지우기의 단위가 다르고 덮어쓰기가 불가한 낸드플래시의 특성 때문에 SSD를 사용하다 보면 유효한 데이터와 불필요한 가비지(Garbage) 영역이 혼재되어 SSD의 저장 공간을 효율적으로 사용하기 어렵게 된다.

따라서 기존 SSD는 이를 해결하기 위해 유효한 데이터를 다른 공간으로 옮겨 쓰고, 가비지 영역만 남은 부분은 지워서 저장공간을 확보하는 ‘가비지 컬렉션(Garbage Collection)’ 작업이 필요하고 이 과정에서 추가적인 읽기/쓰기가 발생한다.

반면, ZNS SSD는 용도와 사용주기가 동일한 데이터를 각자 정해진 구역(Zone)에 순차적으로 저장하고, 구역(Zone) 단위로 지우기 때문에 ‘가비지 컬렉션’으로 인한 추가 읽기/쓰기가 발생하지 않아 쓰기 횟수에 영향을 받는 기존 SSD의 수명을 최대 3~4배 가량 증가시킬 수 있다.

또한, 일반적인 SSD는 낸드 칩의 성능 향상과 효율적인 관리를 위해 전체 용량의 일정 부분을 OP(Over-Provisioning) 영역으로 할당해 두는데, ZNS SSD에서는 별도의 OP 영역을 할당할 필요가 없어 SSD를 최대 용량으로 활용할 수 있다.

삼성전자가 이번에 출시한 ZNS SSD PM1731a는 6세대 V낸드 기반의 4TB, 2TB 용량 2.5인치 제품으로 출시됐다.

ZNS SSD PM1731a는 ZNS 기능 외에도 듀얼 포트를 지원해, 사용 중 한 포트에 에러가 발생하더라도 다른 포트를 활용하여 안정적으로 스토리지 서버를 운영할 수 있게 최적화 됐다.

ZNS SSD는 인공지능(AI), 빅데이터, 사물인터넷(IoT) 등의 확산에 따라 폭증하는 데이터를 보다 효율적으로 관리할 수 있는 솔루션으로 주목받고 있다.

또한 늘어난 SSD 수명을 통해 SSD 교체주기를 늘릴 수 있어 엔터프라이즈 서버 시스템의 효율적인 운영과 최근 화두가 되고 있는 ESG 측면에서도 긍정적 효과가 기대된다.

삼성전자는 ZNS SSD 저변 확대를 위해 다양한 오픈소스 프로젝트 활동으로 ZNS 기술의 에코시스템 형성에 기여하고 있다.

삼성전자는 오픈소스 프로젝트 ‘xNVMe’를 통해 개발자들이 다양한 사용환경에서 SSD를 최적의 성능으로 구현할 수 있도록 지원하고 있으며, 이번에 ZNS 기술도 추가해 개발자들이 보다 쉽게 ZNS 기술에 접근할 수 있도록 했다.

또한, 삼성전자는 인텔의 SPDK(Storage Performance Development Kit)[2]를 사용하는 고객이 ZNS를 활용할 수 있도록 지원하고 있다.

삼성전자 메모리사업부 솔루션개발실 조상연 전무는 “삼성전자는 차별화된 서버용 SSD 기술을 적극 개발해 SSD의 신뢰성과 수명 향상에 기여하고 있다”며, “향후 QLC(4bit)[3] 낸드 기반 SSD에 ZNS를 접목시키는 등 엔터프라이즈 시스템이 요구하는 최첨단 기술과 용량을 만족시키는 차세대 메모리 솔루션을 제공해 나갈 것”이라고 밝혔다.

삼성전자는 하반기부터 ZNS SSD PM1731a를 본격 양산하여 지속 성장하는 엔터프라이즈 서버 시장에서 차별화된 스토리지 솔루션을 제공하며 고객들과의 협력을 이어 나갈 계획이다.

[보도자료 이미지] 삼성전자 ZNS SSD_1 [보도자료 이미지] 삼성전자 ZNS SSD_2

[보도자료 이미지] 삼성전자 ZNS SSD_3

▲ 삼성전자, ‘ZNS SSD’

일반 SSD와 ZNS SSD의 데이터 저장 방식 비교

일반 SSD의 가비지 컬렉션(Garbage Collection) 1 왼쪽과 같이 세 종류(세가지 색)의 데이터를 하나의 SSD에 저장한다고 가정해보자. 세 종류의 데이터 흐름이 한꺼번에 SSD에 전송되어 들어온다면 SSD는 그 순서대로 순차적으로 데이터를 저장하게 된다. 4. 만약, 사용자가 Data Stream2(푸른색) 전체를 삭제하는 명령을 내렸다고 한다면 SSD는 해당 데이터의 논리 주소(위치 정보)는 삭제하지만 데이터 자체는 가비지(푸른색 빗금부분)로 남아있게 된다. 이 때문에, SSD가 저장공간을 보다 효율적으로 활용하기 위해서는 가비지 콜렉션(Garvage Collection)을 해야한다. 그러기 위해서는 먼저 삭제되지 않은 유효한 데이터(노랑, 연두)를 비어있는 공간인 Blaock 3으로 복사해 새로 저장하고, Erase Block 1,2에 가지비(빗금 부분)로 남는다. 그러면 Block 1,2에 가비지 데이터만 남았기 때문에, 해당 블록 전체를 삭제 가능하게 된다. 6. Block 1,2의 가비지 데이터를 모두 지운다, 지우기가 완료되면 Block 3에는 유효한 데이터만이 남고 Block 1과 2는 다시 새로운 데이터를 쓸 수 있는 상태가 된다 > 이처럼 가비지 콜렉션은 추가적인 읽기와 쓰기가 발생하게 된다.

▲ ZNS SSD 관련 인포그래픽


[1]ZNS(Zoned Namespace) : NVM Express®가 주관하는 차세대 스토리지 기술로 일반적인 SSD에서 발생하는 추가적인 쓰기 동작이 발생하지 않아 성능 향상은 물론 SSD를 오래 쓸 수 있고, 저장용량을 최대한 활용할 수 있는 장점이 있다.

[2]SPDK(Storage Performance Development Kit) : 인텔의 오픈소스 라이브러리로 스토리지 시스템의 성능 향상을 위한 다양한 개발 도구를 제공한다.

[3]QLC(Quadruple Level Cell) : 낸드플래시는 데이터 저장 방식에 따라 SLC, MLC, TLC, QLC로 분류. QLC 낸드플래시는 1개의 셀(Cell) 당 4비트의 데이터를 저장할 수 있어 고용량 스토리지를 구현하는데 적합하다.

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