혁신

하드 드라이브 및 SSD

디지털 세계의 하드 드라이브와 SSD의 시너지.

온라인 뱅킹에서 소셜 미디어 및 스트리밍에 이르기까지 오늘날 인류의 경험은 하드 드라이브와 SSD(솔리드 스테이트 드라이브)라는 두 가지 스토리지 기술로 뒷받침되는 디지털 인프라에 의존하고 있습니다. 일반인에게는 이러한 기술이 일상의 경험 뒤에 숨겨진 것처럼 보일 수 있지만, 이러한 기술은 데이터가 저장되고 액세스되며 관리되는 방식을 형성합니다. 이러한 기술의 개발 및 차이점을 이해하면 현재의 인프라를 지원하는 방법뿐만 아니라 미래의 요구 사항을 충족하는 방법도 알 수 있습니다.

스토리지 기술의 진화.

메인프레임과 개인용 컴퓨터의 초창기부터 오늘날의 AI 기반 작업 부하에 이르기까지 스토리지 기술은 변화하는 수요를 충족하기 위해 발전해 왔습니다. 디지털 요구 사항이 확대됨에 따라 하드 드라이브와 SSD는 각각 현대 인프라에서 뚜렷하고 중요한 역할을 수행하도록 발전했습니다. 이러한 발전은 다양한 응용 분야 및 환경을 지원하기 위해 스토리지 미디어가 지속적으로 적응하는 것을 반영하며, 전 세계적으로 증가하는 데이터 요구에 대한 용량, 성능, 폼 팩터 및 지속 가능성을 제공합니다.

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하드 드라이브와 SSD는 수십 년 동안 세계의 디지털 인프라를 지원해 왔으며 앞으로도 계속 공존할 것입니다.

위의 타임라인은 변화하는 요구 사항을 충족하기 위해 스토리지 기술이 어떻게 발전했는지 보여 줍니다. 

1950년대부터 1980년대까지 LMR(수평 자기 레코딩)을 사용하는 하드 드라이브는 메인프레임을 지원했는데, 이는 초기 컴퓨팅의 주력 제품으로서 다양한 비즈니스 및 과학 작업을 지원했습니다. 1980년대까지 LMR 기반 하드 드라이브는 컴퓨팅 용량을 발전시키는 데 중요한 역할을 계속했습니다. 이러한 초기 시스템은 대용량 스토리지를 갖춘 메인프레임 서버에 데이터 처리가 집중되고 일반적으로 스토리지가 거의 없거나 전혀 없는 클라이언트 터미널을 통해 액세스되는 중앙 집중식 컴퓨팅을 나타냅니다. 

1980년대와 1990년대에는 노트북을 포함한 개인용 컴퓨터가 주류가 되면서, 일상적인 작업에 필요한 용량과 합리적인 가격을 제공하기 위해 전적으로 하드 드라이브에 의존했습니다. Seagate는 이 시대에 최초의 PC 하드 드라이브를 개발했는데, LMR을 사용하여 5.25인치 폼 팩터에서 획기적인 5MB 용량을 달성했습니다. 이러한 드라이브는 사용자가 운영 체제, 응용 프로그램 및 대용량 파일을 로컬에 저장할 수 있게 함으로써 PC 시장의 급속한 성장을 촉진했습니다. 이 시기에는 PC가 중앙 시스템이 아닌 로컬 엔드포인트에서 데이터를 처리할 수 있게 됨에 따라 분산형 컴퓨팅으로 전환이 이루어졌습니다. 하드 드라이브는 2000년대까지도 지배적인 PC 스토리지 매체로 남아 데스크탑과 노트북 사용을 확장하기 위한 비용 효율적인 솔루션을 제공했습니다.

1990년대 후반과 2000년대 초반에는 휴대용 컴퓨터에 대한 소비자의 수요가 증가함에 따라 노트북이 점점 더 인기를 얻었습니다. 이 시기에는 반도체 셀 내에 전하로 데이터를 저장하는 기술인 NAND 플래시 메모리를 활용하는 SSD가 등장했습니다. 1987년에 상업적으로 출시된 첫 번째 제품은 단일 셀 레이어에 데이터를 저장하는 2D NAND를 사용했습니다. 이러한 구조 내에서 SLC(싱글 레벨 셀) 플래시를 사용하여 셀당 1 비트의 데이터를 저장함으로써 소비자 기기의 속도와 반응성에 대한 요구를 충족했습니다. 2000년대 초반에 노트북이 더욱 발전함에 따라 우선 순위는 더 얇은 디자인과 더 긴 배터리 수명으로 바뀌었습니다. SSD는 전력 소비를 줄이는 동시에 데이터에 대한 직접 랜덤 액세스를 통해 빠른 읽기 및 쓰기 속도를 가능하게 함으로써 이러한 발전을 촉진했으며, 특히 OS 부팅 시간을 가속화하고 애플리케이션 경험을 향상하는 데 효과적이었습니다. 또한 SSD는 훨씬 더 얇은 폼 팩터(예: mSATA, M.2, U.2)를 도입하여 최신 노트북의 더 얇고 가벼운 디자인에 기여했습니다. 이러한 폼 팩터는 노트북에서 부피가 큰 2.5인치 및 3.5인치 하드 드라이브를 대체하여 장치의 측면을 더욱 슬림하게 만들 수 있게 되었습니다.

2000년대 중반에는 데이터 스토리지가 다시 한번 변모했습니다. 2005년부터 하드 드라이브는 PMR(수직 자기 방식 레코딩)을 사용하기 시작했습니다. 이 방식은 데이터 밀도를 크게 높이고 더 낮은 비용으로 더 높은 스토리지 용량을 가능하게 했습니다. 플래터에 마그네틱 비트를 수평으로 정렬하는 LMR과 달리 PMR은 비트를 수직으로 세워 더 단단히 포장하고 더 큰 안정성을 제공합니다. 이 접근 방식은 자기 비트가 너무 조밀하게 구성되면 불안정해지고 데이터가 손실되기 쉬운 현상인 초상자성 한계를 해결했습니다. PMR은 마그네틱 비트를 수직으로 배치함으로써 이러한 한계를 극복하여 훨씬 더 높은 밀도에서 안정적인 데이터 스토리지를 가능하게 했습니다. PMR의 증가된 데이터 밀도는 2010년대를 거쳐 데이터 센터에 나타난 대규모 스토리지 수요를 지원하는 데 필요한 토대를 제공했습니다. 이 개발은 폭발적으로 증가하는 데이터 볼륨을 관리해야 하는 대부분의 부담을 지고 있는 데이터 센터에서 특히 중요했습니다. 

2000년대 후반부터 2010년대까지 휴대폰의 확산, 클라우드 컴퓨팅, 인터넷 속도 향상, 4G 연결의 증가(데이터 집약적인 모바일 애플리케이션을 촉진하여 클라우드 기반 스토리지에 대한 수요가 더욱 증가)는 사회적, 기술적 측면에서 엄청난 변화를 가져왔습니다. 데이터 처리 및 스토리지가 로컬 장치에서 중앙 집중식 클라우드 데이터 센터로 이동하여 모바일 및 IoT 장치에서 생성된 데이터를 관리하고 저장하는 주요 허브 역할을 하기 시작했습니다. 애플리케이션과 데이터가 클라우드로 마이그레이션되면서 대규모 데이터 센터가 주목을 받게 되었습니다. 이러한 전환은 중앙 집중식 스토리지의 비용 효율성과 혁신 잠재력으로 인해 엔터프라이즈 클라우드 도입이 급증했던 2010년대에 가속화되었습니다. PMR 기술로 데이터 밀도가 높아진 하드 드라이브로 지원되는 대용량 스토리지의 대부분이 클라우드 인프라로 전환되기 시작했으며, 증가하는 데이터를 원격으로 관리하기 위한 중앙 리포지토리가 되었습니다. 휴대폰은 내장된 NAND 플래시에 로컬로 데이터를 저장했지만, 생성된 콘텐츠의 대부분은 효율적인 대규모 데이터 스토리지를 지원하는 하드 드라이브에 주로 구축된 지역 데이터 센터인 클라우드에 업로드되었습니다. 마찬가지로 최신 노트북은 기본 스토리지로 로컬 하드 드라이브 사용을 중단했습니다. 대신 클라우드 기반 시스템을 통해 데이터를 저장하고 백업하기 시작했으며, 클라우드 기반 시스템은 대부분의 파일 관리 및 공유를 처리합니다. 이러한 변화는 클라우드 인프라가 폭발적으로 증가하는 데이터 볼륨을 대규모로 관리해야 하는 필요성을 해결함에 따라 데이터 관리에서 어느 정도 중앙 집중화로의 복귀를 의미합니다. 

한편, 멀티 레벨 셀(MLC) 및 트리플 레벨 셀(TLC) NAND와 같은 SSD 혁신이 신속한 데이터 검색이 필요한 소형 장치 및 엔터프라이즈 환경에서 용량과 성능을 향상했습니다. 2013년에 출시된 3D NAND는 메모리 셀을 수직으로 쌓아 밀도를 높이고 비트당 비용을 낮춤으로써 큰 ​​도약을 이루었습니다. 이러한 혁신을 통해 SSD는 용량을 더욱 확장하고 내구성을 개선할 수 있었습니다. 또한 2010년대 초에 등장한 M.2 SSD는 기존 SATA SSD에 비해 더 유연하고 공간 효율적인 디자인을 제공하여 노트북의 두께와 무게를 더욱 줄이는 데 기여했습니다. 비슷한 시기에 하드 드라이브는 2013년에 도입된 SMR(Shingled Magnetic Recording)을 통해 용량을 더욱 확장했습니다. SMR은 스토리지 밀도 극대화하기 위해 중첩된 데이터 트랙의 싱글을 생성하는 PMR을 기반으로 구축된 포맷 방식입니다. 

2024년에 PMR은 물리적 한계에 도달했습니다. 데이터를 불안정하게 만들지 않고는 자기 비트를 더 가깝게 압축하여 영역 밀도를 증가시킬 수 없었습니다. HAMR(가열 자기 기록)은 입자가 더 작아지고 더 조밀해지는 경우에도 입자를 안정적으로 유지하는 새로운 종류의 자기 미디어를 사용하여 이 문제를 극복했습니다. 이는 작은 레이저로 디스크 표면을 잠시 가열하여 기록 헤드가 더 높은 밀도로 데이터 비트를 쓰기 수 있도록 함으로써 달성됩니다. 이 기술 발전은 플래터당 5TB 또는 하드 드라이브당 50TB의 비트 밀도를 가능하게 하는 스토리지 업계의 큰 변화를 나타냅니다.

오늘날 가장 진보된 하드 드라이브는 Seagate Mozaic 3+™ 기술 플랫폼을 사용하여 전례 없는 영역 밀도 향상을 위해 HAMR을 배포하는 반면, SSD는 쿼드 레벨 셀(QLC) NAND를 활용합니다. 이러한 발전은 각 기술을 다른 역할로 이끌었습니다. 하드 드라이브는 대규모 클라우드, 엣지 및 엔터프라이즈 데이터 센터의 핵심으로, 다른 작업 부하 중에서도 AI 모델의 훈련을 가능하게 하기 위해 막대한 양의 데이터를 경제적으로 저장 및 보호합니다. SSD는 이러한 데이터 센터의 고성능 애플리케이션에서 매우 중요한 역할을 하며 소비자 기기에 필수적인 로컬 스토리지를 제공합니다.

이러한 환경이 스토리지 환경을 계속 주도하고 있습니다.

기술 차이점 이해.

하드 드라이브와 SSD는 데이터 읽기 및 쓰기에 대한 근본적으로 다른 기술적 접근 방식으로 인해 스토리지 사용 사례에서 고유한 역할을 합니다.

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SSD는 데이터가 반도체 셀 내의 전하로 저장되는 NAND 플래시 메모리를 기반으로 합니다. 연구, 개발 및 제조 기술의 발전으로 셀 크기를 줄이고 수직 레이어를 추가하여 비트 밀도를 높였습니다. SSD는 번개처럼 빠른 성능을 제공하므로 빠른 액세스와 낮은 대기 시간이 필요한 애플리케이션에 이상적입니다. 

그러나 SSD에는 단점이 있습니다. 데이터는 시간이 지남에 따라 NAND 셀이 마모되는 프로그램 삭제 주기를 사용하여 기록하고 다시 기록합니다. 이러한 점진적인 성능 저하는 특히 쓰기 집약적인 환경에서 SSD 내구성에 영향을 미칩니다. 웨어 레벨링 및 오버프로비저닝과 같은 기술이 SSD 수명을 연장하기 위해 개발되었지만, 이러한 조치는 효율성 손실을 초래할 수 있습니다.  

하드 드라이브는 복잡한 기계 공학을 통해 데이터를 저장하고 검색합니다. 각 드라이브의 코어에는 자성 물질로 코팅된 플래터가 빠르게 회전하고 있습니다. 이 플래터는 고속으로 회전하므로 데이터를 효율적으로 쓰고 읽을 수 있습니다. 데이터는 움직이는 액추에이터 암에 부착된 자기 헤드를 사용하여 플래터 표면에 기록됩니다. 이 암은 나노스케일의 정밀도로 움직이며 플래터의 특정 트랙에 데이터를 쓰고 읽도록 헤드를 배치합니다. 

전하에 의존하는 SSD와 달리 하드 드라이브는 반복적인 쓰기에도 성능이 저하되지 않는 자기 기록을 사용하여 장기적인 내구성을 보장합니다. 움직이는 부품으로 인해 약간의 물리적 지연이 발생하지만 설계는 매우 안정적입니다. 또한 자기 기록은 NAND 셀과 관련된 마모 문제 없이 데이터를 보관하므로 하드 드라이브는 속도보다 용량을 우선시하는 대규모 데이터 스토리지에 적합합니다.

함께 작동합니다.

이러한 차이점을 고려할 때, 오늘날 데이터 센터에서 두 가지 기술을 모두 사용하는 것은 놀라운 일이 아닙니다. SSD는 빠른 랜덤 액세스가 필요한 작업을 처리하는 반면, 하드 드라이브는 방대한 양의 데이터를 저렴하게 저장합니다. 이 두 기술은 현대 데이터 중심 세계의 다양한 요구 사항을 충족하는 조화로운 쌍을 형성합니다.  

대부분 데이터 센터에서는 두 기술을 함께 사용하며 각각의 장점을 활용합니다. SSD는 하드 드라이브보다 가격이 비싸지만 특정 고수요 사용 사례에 필수적인 저지연 성능을 제공합니다. 빈도가 높은 거래, 실시간 분석 및 콘텐츠 스트리밍과 같이 빠른 응답 시간이 필요한 응용 분야에 선호되는 선택이 될 수 있습니다.

이와 대조적으로 하드 드라이브는 클라우드 컴퓨팅이 엑사바이트 단위로 빠르게 성장함에 따라 대규모 데이터 스토리지에서 탁월한 성능을 발휘합니다. 세계 최대의 데이터 센터에서 하드 드라이브는 타의 추종을 불허하는 비용 효율성, 확장성 및 지속 가능성으로 인해 데이터의 약 90%를 저장합니다. 영역 밀도에 대한 Seagate의 혁신은 하드 드라이브에 6:1의 TB당 비용 이점을 제공하며, 이는 구입 비용 및 총 소유 비용(TCO) 관리에 중점을 둔 조직에 매우 중요합니다.  

성능이 중요한 응용 분야에는 SSD를, 시간에 덜 민감한 대량의 데이터에는 하드 드라이브를 활용함으로써 데이터 센터는 비용과 성능 모두를 효과적으로 최적화할 수 있습니다. 이 조합은 유연하고 경제적인 솔루션을 제공합니다.

엔터프라이즈 CapEx와 스토리지 산업 CapEx가 만나는 곳.

대부분의 엔터프라이즈 데이터는 분석, 파일 서비스, 백업 및 객체 스토리지와 같이 속도보다 용량을 우선시하는 범용 작업 부하와 관련이 있습니다. TB당 비용 이점과 내구성을 갖춘 하드 드라이브는 이러한 작업 부하에 이상적입니다. 금융 및 과학 시뮬레이션, 실시간 그래픽 렌더링, 트랜잭션 데이터베이스와 같이 빠른 데이터 액세스와 낮은 대기 시간이 필요한 사용 사례에는 훨씬 적은 비율의 엔터프라이즈 데이터가 필요합니다. 플래시는 이러한 전문화된 고성능 시나리오에서 탁월한 성능을 발휘합니다. 대규모 배포를 위한 TCO 최적화는 특정 작업 부하 요구 사항에 적합한 스토리지 미디어 조정하는 데 달려 있습니다.

클라우드 공급업체와 엔터프라이즈가 확장 시 CapEx를 제어하는 것은 지속적인 우선 순위입니다. 하드 드라이브는 SSD에 비해 구입 비용이 현저히 낮은 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다. 따라서 용량이 가장 중요한 대규모 배포에 이상적입니다. 또한 하드 드라이브는 TB당 비용의 이점을 통해 조직이 장기 운영 비용을 최소화하는 동시에 합리적인 비용으로 용량을 확장할 수 있도록 함으로써 TCO를 개선합니다. TCO 이점을 제공하는 것 외에도 하드 드라이브 산업의 고유한 제조 효율성(NAND 생산보다 CapEx가 최대 9배 더 효율적) 덕분에 NAND 산업에서 요구하는 자본 투자의 일부만으로 훨씬 더 많은 엑사바이트를 생산할 수 있습니다. 이러한 효율성은 데이터 센터가 대규모 스토리지 수요를 저렴하고 안정적으로 충족하고 클라우드, 엣지 및 엔터프라이즈 데이터 센터의 지속적인 성장을 지원하는 데 중요합니다. 결과적으로 데이터 센터는 하드 드라이브를 통해 인프라의 규모나 지속 가능성을 희생하지 않고도 CapEx 예산을 최적화할 수 있습니다. 하드 드라이브는 SSD와 관련된 막대한 비용 없이 확장 가능한 대용량 스토리지를 제공할 수 있으므로 이러한 이점은 특히 예산 제약과 성장의 균형을 맞춰야 하는 기업에 적합합니다.

이러한 CapEx 효율성은 더욱 일관된 공급망을 보장합니다. 제조업체는 기존 생산 라인과 규모의 경제를 활용하여 더 낮은 비용으로 더 많은 양의 하드 드라이브를 생산할 수 있으며, 폭발적인 데이터 증가를 처리하기 위해 데이터 센터가 필요로 하는 대용량을 제공할 수 있습니다. 이러한 확장성은 비용을 관리하면서 스토리지를 확장해야 하는 기업에 매우 중요하며, 하드 드라이브는 즉각적인 데이터 전략과 장기적인 데이터 전략 모두에 핵심이 됩니다.

데이터 센터는 전 세계 전력의 상당 부분을 소비하고 탄소 배출의 원인이 되기 때문에 지속 가능성도 중요한 역할을 합니다. 하드 드라이브는 SSD에 비해 테라바이트당 작동 전력을 75% 적게 사용하고 내재 탄소를 1/10로 줄여 이러한 영향을 완화하는 데 도움이 됩니다. 낮은 전력 소비는 운영 비용과 환경에 미치는 영향을 직접적으로 감소시키며, 감소된 내재 탄소는 장기적인 지속 가능성 목표에 부합합니다.

하드 드라이브와 SSD의 역할 비교.

하드 드라이브와 SSD는 대규모 클라우드 데이터 센터에서 소형 개인 장치에 이르기까지 다양한 스토리지 환경에 고유한 강점을 지속적으로 제공합니다. 대조적인 두 기술은 용량, 성능 및 내구성을 처리하는 방법을 결정하여 특정 사용 사례 및 응용 분야에 더 적합하도록 만듭니다. 아래 표는 이러한 주요 속성을 강조하여 각 기술이 어떻게 그리고 어디에서 뛰어난지를 보여 줍니다.

함께 작동하는 두 스토리지 기술.

  하드 드라이브
SSD
레코딩 기술
회전하는 디스크에 자기 방식으로 데이터 기록
회로 기판의 메모리 셀에 전자적으로 데이터 기록
주요 사용 사례 대규모 클라우드 및 엣지 데이터 센터  엣지 데이터 센터 및 엔드포인트/클라이언트 장치(PC, 노트북, 태블릿, 휴대폰 등)
기본 작업 부하 분석, 파일 서비스, 객체 스토리지

문서 관리, 웹 호스팅, AI 보존, 보조 스토리지, 활성 아카이브, 백업 및 데이터 보호
전자 상거래, VDI, 게임, CRM/ERP/CMS, 데이터베이스, AI/ML 훈련, 실시간 그래픽 렌더링, 금융 및 과학 시뮬레이션[엣지/엔드포인트 사용 사례 추가]
사용 사례 데이터 전송 요구 사항
공칭 시간 실시간 및 초실시간
스토리지 환경
클라우드
(대규모 데이터 센터)
엣지
(소규모 기업)
엔드포인트
(PC/노트북, 태블릿, 휴대폰)
클라우드
(대규모 데이터 센터)
엣지
(소규모 기업)
엔드포인트
(PC/노트북, 태블릿, 휴대폰)
규모 엑사바이트
페타바이트~테라바이트 
테라바이트
>500TB 페타바이트
50~500TB 테라바이트
2~50TB 테라바이트
사용 사례 예시 S3 스토리지, 분석, 데이터 보호 파일 서비스, 활성 아카이브, 데이터 보호 백업 전자 상거래, 금융 및 과학 시뮬레이션 데이터베이스, 실시간 그래픽 렌더링 게이밍
대용량 스토리지 +++
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총 소유 비용
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확장성
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성능
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데이터 지속성 및 내구성
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해당 없음 
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지속 가능성(수명 주기 영향)
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전력 소비
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+/-
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+/-
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$/TB
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-/+
+++
  1. +++ = 선호하는 제품 선택

    +/- = 사용 사례 및 용량에 따라 제품 선택

    --- = 선호하는 제품 선택 또는 사용 사례 아님

    성능 = 결합된 읽기/ 쓰기 및 IOPS. 
    *Seagate 분석, IDC Worldwide Global StorageSphere Forecast 2024-2028; June 2024, IDC #US52312824.

함께 작동하는 두 스토리지 기술.

하드 드라이브와 솔리드 스테이트 드라이브는 데이터를 읽고 쓰는 데 근본적으로 다른 접근 방식을 가진 필수적인 스토리지 기술입니다. SSD는 대기 시간이 짧은 고속 성능을 제공하므로 빠른 데이터 액세스와 빠른 처리가 필요한 응용 분야에 이상적입니다. 비용 효율성, 높은 영역 밀도 및 지속 가능성을 결합한 하드 드라이브를 사용하면 기업은 현재의 데이터 요구 사항과 미래의 성장을 지속 가능하게 해결할 수 있으며, SSD가 동일한 수준으로 확장할 경우 달성할 수 없는 균형을 제공할 수 있습니다.