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답답한 하드디스크(HDD)에서 해방되다, 인텔 옵테인 메모리

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현재 PC에 사용되는 대표적인 저장장치는 하드디스크 (HDD)와 SSD (Solid State Drive)다. 하드디스크는 성능이 낮지만 대용량 구성에 유리하며 SSD는 용량과 가격은 불리하지만 높은 성능을 이용할 수 있어 두 개의 저장장치는 서로의 장단점을 보완하고 있다.


하지만 PC에 사용되는 하드디스크나 SSD와 같은 저장장치는 SATA에서 PCIe 인터페이스를 도입해 성능을 향상하고 있지만 실제 체감하는 PC 성능을 느리게 하거나 처리 속도가 빠른 프로세서나 메모리 등의 속도를 제한하는 원인이 되기도 한다.




3D XPoint를 기반으로 하는 인텔 옵테인 메모리 


이와 같은 문제를 해결하기 위한 차세대 메모리 기술이 등장하고 있지만 기술적인 한계나 가격 문제로 시장에서 찾아보기 어려웠는데 인텔 옵테인 (Optane) 메모리가 이러한 문제를 해결하기 위한 솔루션으로 등장했다.



인텔과 마이크론이 공동 개발한 3D 크로스포인트 (3D XPoint) 기술



 

인텔은 2015년 7월 마이크론 (Micron)과 공동으로 3D XPoint (3D 크로스포인트)를 기반으로 하는 저장장치를 개발했고 인텔은 옵테인, 마이크론은 QuantX로 서로 다른 명칭으로 부르고 있다. 3D XPoint는 3차원 설계 구조를 바탕으로 DRAM처럼 메모리 셀로 개별 엑세스가 가능해 데이터를 지우고 다시 기록하는 과정을 생략하고 이를 통해 속도와 쓰기 수명을 향상할 수 있다. 


저장용량도 3차원 설계를 바탕으로 DRAM 대비 8-10배를 향상할 수 있는 것으로 알려져 DRAM 대비 고용량 구현도 가능하다. 2015년 발표한 3D XPoint 칩은 MLC 낸드 플래시 대비 제조 단가는 3-4배 높으나 DRAM 대비 50% 저렴할 것으로 알려져 빠른 성능과 가격으로 DRAM과 낸드 플래시 사이를 이어준다.




옵테인은 기술과 가격면에서 DRAM과 낸드 플래시 (NAND Flash) 사이에 위치한다. 데이터 처리 속도가 빠르지만 전원이 꺼지면 데이터가 사라진는 휘발성 메모리인 DRAM과 다르게 전원이 꺼진 상태에서도 데이터가 남아있는 비휘발성 메모리이며 낸드 플래시가 응답 속도와 수명에 제한이 있는데 옵테인은 낸드 플래시 대비 접근 속도는 1,000배 빠르고 내구성은 1,000배 뛰어나 낸드 플래시의 단점을 보완할 수 있다. 이를 개발한 인텔과 마이크론은 DRAM 대비 10배 높은 밀도로 메모리와 저장장치 양쪽으로 사용 가능하고 요구를 반영하는 스토리지 클래스 메모리 (Storage Class Memory, SCM)라고 밝힌 바 있다.




옵테인 기술은 낸드 플래시 기반 SSD와 같이 다양한 인터페이스를 이용할 수 있다. 옵테인 SSD는 Add-in 카드 형식으로 PCI-Express를 주로 이용할 것으로 보이며 U.2나 2.5인치 폼팩터, M.2 인터페이스도 적용 가능하다. 데스크탑용으로 출시된 옵테인 메모리는 다양한 폼팩터 중 M.2를 이용하고 있으며 M.2 2280 규격으로 옵테인 메모리를 지원하지 않는 메인보드의 M.2 슬롯에서는 일반 저장장치로 인식해 사용 가능하며 옵테인 메모리를 지원하는 인텔 200 시리즈 메인보드에서는 저장장치 캐시용와 일반 저장장치로 모두 활용 가능하다.




이를 바탕으로 3D XPoint 기술은 대량의 메모리 데이터 베이스, 빠른 시스템 복구, 낮은 레이턴시, 높은 레이턴시를 요구하는 분야에 적합해 게이밍이나 정확도 높은 패턴 인식, 유전체학 분야 등에 다양하게 이용 가능하다.




인텔 옵테인 기술은 DRAM과 낸드 플래시 사이에 배치되는데 메인스트림에서는 주로 하드디스크나 SSD, 하이브리드 저장장치를 가속 (저장장치 캐시)하는 옵테인 메모리 (Optane Memory)로 사용되며 하이엔드에서는 옵테인 SSD (Optane SSD)를 이용할 수 있다. 옵테인 SSD는 낸드 플래시 기반 SSD 대비 빠른 응답 속도를 통해 고성능을 구현이 가능하다.


다만 용량 DRAM 대비 저렴하지만 응답속도나 수명에 제한이 있고 3차원 구조를 이용하지만 낸드 플래시 대비 용량 구현이 부족해 낸드 플래시 기반 SSD와 가격 경쟁이 어렵다. 때문에 PC용 옵테인은 옵테인 메모리로 먼저 출시되었고 저장장치를 가속하는 형태로 등장했으며 저장용량은 16GB와 32GB 2종류로 출시됐다. 옵테인 메모리 16GB는 현재 국내에 출시되어 7만 6천원선에 판매 중이며 일반 소비자용으로 옵테인 SSD 900P가 등장할 것으로 알려진 바 있으며 서버용 SSD로도 등장한다.




인텔은 옵테인 메모리를 스마트 리스폰스(Smart Response) 기술을 통해 속도가 느린 하드디스크 (HDD)와 하이브리드 저장장치, SSD를 가속해 성능을 개선할 수 있다. 인텔 스마트 리스폰스 기술은 SSD 대비 반응속도가 높은 옵테인 메모리를 대용량 하드디스크와 조합해 SSD에 준하는 성능을 구현할 수 있도록 해준다. 스마트 리스폰스 기술은 SSD도 하드디스크의 가속 장치로 이용할 수 있다.


옵테인 메모리는 저장장치 확장이 가능한 PC 시스템에서는 이미 SSD를 이용할 가능성이 높아 활용성은 떨어지며 SSD를 사용하지 않거나 노트북 및 미니PC 등 저장장치 확장이 제한되는 시스템에서 대용량 하드디스크와 조합해 효과를 기대할 수 있다.



인텔 옵테인 메모리 : 인텔 7세대 코어 프로세서와 200 시리즈 메인보드 필요


옵테인 메모리는 느린 하드디스크를 가속해 성능을 향상할 수 있지만 모든 시스템에서 사용하지는 못한다. 옵테인 메모리를 사용하기 위해서는 인텔 7세대 코어 프로세서 카비레이크 (Kaby Lake) CPU와 200 시리즈 메인보드가 반드시 필요하다. 조금 더 자세히 살펴보면 옵테인 기반 장치를 사용하기 위해서는 인텔 7세대 코어 프로세서와 200 시리즈 메인보드 외에도 NVMe 1.1 기반 PCIe Lane x2/ x4 M.2 슬롯, 인텔 고속 스토리지 기술 (Intel RST) 15.5 드라이버 지원 시스템 바이오스가 필요하다.




인텔이 옵테인 메모리는 ASUS와 ASRock, 기가바이트 (GIGABYTE), MSI, EVGA 등의 주요 메인보드 제조사의 인텔 200 시리즈 메인보드가 지원하고 있으며 레노버 (Lenovo)나 델 (Dell), HP와 같은 PC 및 노트북 제조사, 서드파티 PC 제조사들에서도 인텔 7세대 코어 프로세서와 200 시리즈 메인보드를 이용하는 시스템에서 이용이 가능하다.



인텔 옵테인 메모리 16GB




옵테인 메모리는 저장장치 캐시 메모리로 M.2 플랫폼으로 제작됐다. 메모리 용량은 16GB와 32GB로 출시되며 인텔 20nm 공정 3D XPoint 칩이 1개 사용되면 16GB, 2개 사용되면 32GB 용량이며 PCI-Express 3.0 x2 NVMe 인터페이스를 지원한다.


속도는 순차 읽기 최대 1200MB/s이며 순차 쓰기는 280MB/s, 4K 랜덤 읽기와 쓰기는 최대 300k/ 70k IOPS, 레이턴시는 읽기와 쓰기 6us/ 16us, 120만 시간 MTBF, 0-70도 동작, 아이들 (IDLE) 1.2W, 활성 3.5W, 지원 운영체제는 MS 윈도우 10 (Windows 10) 64bit다.




옵테인 메모리 16GB 전면에는 옵테인 메모리 컨트롤러와 3D XPoint 칩, 캐패시터 등 동작에 필요한 컴포넌트가 배치되는데 반해 후면에는 별다른 것이 배치되지 않았다. 이는 M.2 슬롯 위치상 저장장치의 컴포넌트가 하단에 배치되면 동작 중 발생하는 발열도 고려해야 하므로 낸드 플래시 기반 일반 M.2 SSD와 크게 다르지 않다.




인텔 옵테인 메모리는 이름에서도 알 수 있듯이 저장장치 캐시 용도로 사용되므로 일반 SSD보다 작은 용량을 이용한다. 데스크탑용으로 출시된 옵테인 메모리는 16GB와 32GB 용량이며 국내에서는 현재 16GB 용량 제품을 이용할 수 있다. 테스트용으로 사용한 옵테인 메모리는 16GB 버전으로 3D XPoint 기반 칩이 1개이며 나머지 1개 장착 가능한 공간이 남아있다.



인텔 옵테인 메모리 16GB 장착




인텔 7세대 코어 프로세서 지원 ASRock Z270 타이치 (Z270 Taichi) 디앤디컴




ASRock Z270 타이치 디앤디컴, Ultra M.2 (PCIe Gen3 x4)


옵테인 메모리는 M.2 폼팩터를 사용해 M.2 슬롯을 제공하는 메인보드에 장착이 가능하지만 저장장치 캐시로 사용하기 위해서는 인텔 7세대 코어 프로세서와 이를 지원하는 200 시리즈 메인보드가 필요하다. 200 시리즈 메인보드가 아닌 다른 M.2 슬롯에도 장착은 가능하지만 저장장치 캐시로는 사용하지 못하며 일반 SSD와 같이 13GB 정도를 일반 저장장치 또는 윈도우 레디부스트 (ReadyBoost) 용도로 사용 가능하다.


ASRock Z270 타이치 디앤디컴 메인보드는 모두 3개의 Ultra M.2 슬롯을 제공하는데 그래픽카드를 장착하는 PCIe x16 슬롯 1번 상단의 울트라 M.2 (Ultra M.2) 슬롯에 장착해 테스트를 진행했다. 해당 슬롯은 PCIe Gen3 x4로 동작하며 나머지 2개 슬롯과 마찬가지로 SATA3 포트와 공유하므로 SATA3와 M.2 저장장치를 동시에 사용할 때 주의해야 한다. SATA3 0번은 M.2 1번 슬롯, SATA3 3번은 M.2 3번, SATA3 4번은 M.2 2번 슬롯과 각각 공유한다.



인텔 옵테인 메모리 저장장치 캐시를 위한 바이오스 설정



ASRock Z270 타이치 디앤디컴, 인텔 옵테인 메모리 바이오스 설정 (Advanced/ Storage)


옵테인 메모리는 7세대 코어 프로세서와 M.2 슬롯을 제공하는 200 시리즈 메인보드에 장착하면 동작은 가능하지만 저장장치 캐시로 사용하려면 옵테인 메모리 지원 바이오스가 우선 설치되어야 한다. 바이오스가 설치되었다면 200 시리즈 메인보는 윈도우 10 64bit 환경에서 Intel Rapid Storage Technology를 이용할 수 있다.


ASRock Z270 타이치 디앤디컴, 인텔 옵테인 메모리 바이오스 설정 (Boot/ CSM)


M.2 슬롯에 옵테인 메모리를 설치한 후 옵테인 메모리 지원 바이오스에서는 저장장치 설정으로 이동해 SATA 모드를 낸드 플래시 기반 SSD를 위해 선택한 AHCI 대신 Intel RST Premium with Intel Optane System Acceleration(RAID Mode)를 변경하고 RST PCIe 스토리지 리맵핑 항목 활성화, 부팅 메뉴에서 CSM (Compatibility Support Module)의 장치는 사용 환경에 따라 Legacy Only에서 UEFI Only로 설정해주면 된다. 


단 이미지에 나온 설정을 이용하려면 M.2 슬롯에 옵테인 메모리를 미리 설치하고 AHCI에서 옵테인 가속 설정으로 바이오스를 적용 후 윈도우 10을 설치해야 한다. 윈도우 10을 먼저 설치 후 M.2 슬롯에 옵테인 메모리 장착, 바이오스에서 AHCI에서 옵테인 가속 설정을 적용 후 진행하면 블루스크린이 발생해 윈도우 설치부터 다시 진행해야 한다.



ASRock 200 시리즈 메인보드, 인텔 옵테인 메모리 지원


 



한편 디앤디컴이 유통하는 ASRock 200 시리즈는 메인보드의 울트라 M.2 슬롯에 인텔 옵테인 메모리를 장착한 후 ASRock 홈페이지에서 ASRock 앱샵을 다운로드하여 Intel Optaine Memory 1 Click Install을 선택하면 바이오스 업데이트 및 자동으로 필요한 드라이버를 설치할 수 있다. 옵테인 메모리 원클릭 업데이트는 ASRock B250, H270, Z270 칩셋 메인보드 모두 지원한다.



인텔 옵테인 메모리와 인텔 빠른 스토리지 기술 (Rapid Storage) 소프트웨어




인텔 옵테인 메모리 (Optane Memory) 소프트웨어





인텔 빠른 스토리지 소프트웨어


바이오스 설정 후 윈도우로 진입하면 인텔 옵테인 메모리를 활용하기 위한 소프트웨어 설치가 필요하다. 설치 소프트웨어는 옵테인 메모리 (Optane Memory) 또는 RST 소프트웨어다. RST 소프트웨어를 미리 설치했다면 다시 설치하지 않아도 되며 2개의 소프트웨어는 서로 동일하게 옵테인 메모리를 저장장치 캐시로 사용하도록 해주며 2개는 동시 설치가 불가능해 취사 선택해야 한다. RST 소프트웨어는 다양한 정보나 설정이 가능한 반면 옵테인 메모리 소프트웨어는 옵테인 활성화 비활성화와 간단한 정보만 볼 수 있어 복잡한 것이 필요하지 않다면 옵테인 소프트웨어를 이용하면 된다.


다만 2개의 소프트웨어 모두 윈도우가 설치된 저장장치만 활성화 가능했으며 그 외 다른 저장장치를 선택해 가속하지는 못했다. RST 소프트웨어는 저장장치 선택이 가능한 것처럼 나타났으나 실제는 윈도우 설치 드라이브만 가속 가능했다.



하드디스크와 SSD, 인텔 옵테인 메모리로 가속하는 성능은?


이번에는 옵테인 메모리 (Optane Memory)를 저장장치 캐시 즉 가속용으로 사용했을 때의 대용량 하드디스크 (HDD)가 얼마나 빠른 성능을 제공하는지를 SSD와 비교해봤다. 크리스탈디스크마크 (CrystalDiskMark)를 이용한 이론적인 성능, 실제 사용 환경을 통해 옵테인 메모리를 적용했을 때의 성능을 살펴봤으며 실제 환경은 윈도우 10 RS2 64bit 운영체제에서 재부팅, 게임 로딩 시간, 파일 복사 시간을 각각 살펴봤다.


테스트 시스템은 인텔 코어 i7 7700K (4.20GHz)와 ASRock Z270 타이치 (Z270 Taichi) 디앤디컴 (Dndcom), 인텔 옵테인 메모리 16GB, 도시바 (Toshiba) 2TB 7200RPM HDD, 인텔 SSD 510 250GB, 윈도우 10 RS2 (크리에이터 업데이트)를 이용해 진행했다.



인텔 옵테인 메모리 캐시 적용 기본 성능



도시바 2TB HDD 7200RPM 단독/ Optane Memory 16GB 가속 CrystalDiskMark (Random/ 0Fill)


 

 


인텔 510 SSD 단독/ 510 SSD + Optane Memory 16GB 가속 CrystalDiskMark (Random/ 0Fill)




Optane Memory 16GB 단독 CrystalDiskMark (Random/ 0Fill)


크리스탈디스크마크 (CrystalDiskMark)를 이용해 도시바 (Toshiba) 2TB 7200RPM HDD와 인텔 SSD 510 250GB를 단독, 옵테인 메모리 16GB를 가속했을 때의 성능을 살펴봤다. 하드디스크는 예상대로 순차부터 4K 랜덤 읽기와 쓰기 모두 낮은 성능을 보였고 인텔 SSD 510 250GB는 SATA3 인터페이스를 사용하는 SSD지만 출시된지 시일이 지난 만큼 최신 SATA3 SSD 대비 약간 낮은 성능을 제공한다. 옵테인 메모리 (Optane Memroy)는 순차 쓰기 속도는 느리지만 순차 읽기와 4K 랜덤 읽기와 쓰기 성능이 인텔 SSD 510을 앞서고 있다.


도시바 2TB HDD와 인텔 SSD 510 250GB는 단독으로 사용했을 때와 비교해 옵테인 메모리 16GB를 저장장치 캐시용 즉 가속용으로 사용하면 순차 읽기와 쓰기 모두 옵테인 메모리 16GB에 근접한 속도를 제공한다. 4K 랜덤 읽기와 쓰기는 거의 같은 성능을 내주는 것으로 나타나 실제 테스트 환경에서 옵테인 메모리로 가속하는 성능은 서로 유사할 것으로 유추해볼 수 있다.



인텔 옵테인 메모리 캐시 적용 윈도우 10 재부팅




실제 사용 환경에서 옵테인 메모리를 적용했을 때의 성능은 먼저 윈도우 10 재부팅을 진행했다. 가장 느린 하드디스크 (HDD)는 옵테인 메모리 16GB를 캐시로 가속했을 때 1회 테스트를 제외하고 나머지 테스트는 SSD보다 빠른 재부팅이 가능했으며 SSD 역시 시간을 크게 단축하지는 못했지만 옵테인 메모리로 가속하면 4-5초 가량의 재부팅 시간을 앞당긴 것으로 나타났다.



인텔 옵테인 메모리 캐시 적용 게임 로딩 시간




검은사막 (Black Desert) 온라인 게임을 이용해 처음 게임 실행부터 플레이가 가능한 게임 화면으로 진입하기까지의 시간을 측정했다. 처음 게임 실행시 넓은 지형이나 텍스처 등을 미리 로딩해 플레이가 가능하도록 하는데 하드디스크는 처음 실행 당시에는 시간이 상당히 소요되는 반면 SSD는 그보다 빠르게 실행하는 것을 알 수 있다. 옵테인 메모리를 캐시로 사용하면 윈도우 10 재부팅과 같이 가장 큰 효과를 볼 수 있는 저장장치는 SSD보다는 하드디스크다.



월드 오브 워크래프트 (World of WarCraft, WoW)도 검은사막과 같이 미리 지혀이나 텍스처 등을 로딩하는 형식으로 하드디스크는 SSD와 여전히 큰 시간 차이를 보였다. 특히 월드 오브 워크래프트와 같은 온라인 MMORPG는 인던이나 지역 이동시 잦은 로딩이 발생하는데 하드디스크를 이용하면 그만큼 낭비되는 시간이 많으나 옵테인 메모리를 캐시로 가속하면 SSD에 가까운 빠른 로딩이 가능해 낭비되는 시간을 줄이고 원활한 게임을 즐길 수 있게 된다.



인텔 옵테인 메모리 캐시 적용 윈도우 10 파일복사




이번에는 윈도우 10 RS2 환경에서 파일 복사 시간을 살펴봤다. 테스트는 13.2GB 디아블로 3 설치 파일 Zip 압축 1개, 압축 해제한 34폴더 243파일 13.4GB 다수 파일을 이용했다. 하드디스크와 SSD는 옵테인 메모리를 캐시로 가속하면 크리스탈디스크마크에서 순차 읽기와 쓰기, 4K 랜덤 읽기와 쓰기가 유사한 성능을 보였는데 실제 파일 복사 성능은 옵테인 메모리 가속시 소폭이지만 향상된 성능을 제공했지만 옵테인 메모리 쓰기 성능이 읽기보다 느려 쓰기 성능에서는 상대적으로 체감 성능이 높지 않았다.



옵테인 메모리, 느린 하드디스크(HDD) 성능 향상에 최적


인텔과 마이크론이 공동 개발한 3D XPoint 기반 옵테인 메모리를 살펴봤다. SSD를 이미 사용하는 사용자보다는 여전히 느린 하드디스크 (HDD)를 사용하는 사용자의 답답한 성능을 개선하는데 적합한 솔루션으로 특히 부팅이나 게임 로딩 등 읽기 작업에서 체감 성능을 향상할 수 있다.


또한 노트북이나 미니PC 등 저장장치 확장이 제한되는 시스템에서 옵테인 메모리를 지원하는 인텔 7세대 코어 프로세서와 200 시리즈 메인보드 조합에 M.2 슬롯을 제공한다면 대용량 하드디스크와 조합해 효과를 기대할 수 있다.




다만 SSD를 이미 사용 중이거나 비슷한 가격대로 120/ 128GB 용량의 SSD를 선택 가능한 지금 옵테인 메모리만을 고려하기는 어렵겠지만 지금보다 더 일찍 등장했더라면 평가는 지금과 달라졌을 것으로 보인다.


현재 낸드 플래시 (NAND Flash) 기반 SSD는 이미 인터페이스가 낼 수 있는 성능 한계에 이르러 옵테인 메모리와 조합하더라도 더 높은 성능을 기대하기 어려워졌지만 옵테인 메모리가 느린 하드디스크의 체감 성능을 한단계 높인 것을 고려한다면 다채널 멀티 칩으로 구성될 옵테인 SSD의 가능성도 기대해볼 만하다.


이처럼 옵테인 메모리는 호불호가 있지만 느린 하드디스크를 사용하면서 속도를 보완하기 위한 솔루션으로 현재 선택할 수 있는 몇 안되는 제품이다.

 

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Lv.28 권경욱 기자 운영진
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2 개의 댓글이 있습니다.
10 마린  
인텔 옵테인 메모린는 하드디스크의 느림을 해결할 수 있겠군요. 다만 SSD라는 선택지가 있기 때문에 SSD가 없거나 특정 환경이 아니면 고민이 필요하겠네요.
5 오리진  
인텔 옵테인 메모리는 하드디스크의 느림을 해결하는데 도움이  되겠네요. 다만 시기상 일찍 나왔다면 더 좋았을 듯싶습니다.