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성공적인 호스트 관리형 SMR 도입 방안
애플리케이션 최적화 후 높은 신뢰성·품질 제공…예측 가능한 성능 제공
2018년 10월 03일 09:30:26 데이터넷 webmaster@datanet.co.kr
   
▲ 레니 샤프(Lenny Sharp) 웨스턴디지털
엔터프라이즈 HDD 제품 사업부 계획 및
관리 총괄 이사

기업을 비롯한 모든 조직은 폭증하는 데이터 처리를 위해 비용 효율적인 새로운 대용량 스토리지 솔루션을 필요로 하고 있다. 헬륨 충전 드라이브처럼 내부 공기 밀도를 낮추고 디스크 두께를 줄여 더 많은 디스크를 추가함으로써 용량을 높이는가 하면, 기와식 자기기록(SMR: Shingled Magnetic Recording) HDD의 경우에는 데이터 트랙을 겹쳐서 스토리지 집적도를 향상시키기도 한다.

1세대 SMR 드라이브는 SMR 기술을 활용하는 생태계 기반 조성을 목표로 개발됐다. 기업들은 이러한 혁신 기술을 어떻게 성공적으로 도입할 수 있을까? 웨스턴디지털은 최근 글로벌 협업 플랫폼 선두업체인 드롭박스(Dropbox)와 함께 호스트 관리형 SMR 기술의 실제 적용에 돌입했으며, 최근 협업 관련 승인 완료와 웨스턴디지털 ‘울트라스타(Ultrastar) Hs14’ 호스트 관리형 SMR HDD를 엑사바이트(EB) 규모로 도입했다.


SMR 도입 방식

SMR 도입 시에는 세 가지 방식 중 한 가지를 필수적으로 선택해야 한다. 각 방식마다 호스트 소프트웨어 요구사항 및 드라이브의 성능 특성이 다르기 때문에 그 차이를 이해하는 것이 매우 중요하다.

●드라이브 관리형 SMR(Drive-managed SMR)
드라이브 관리형 SMR은 드라이브가 호스트의 모든 쓰기 명령을 관리하고 있기 때문에 어떤 하드웨어나 소프트웨어와도 문제없이 호환돼야 하며, 플러그 앤 플레이(plug-and-play) 방식을 탑재한다. 하지만 드라이브의 백그라운드에서 불가피하게 수행되는 ‘하우스키핑(housekeeping)’ 작업으로 인해 성능 예측이 어려워 엔터프라이즈 워크로드에는 적합하지 않다.

● 호스트 관리형 SMR(Host-managed SMR)
호스트 관리형 SMR은 드라이브 관리형 SMR과 달리 데이터 스트리밍 관리에서부터 읽기, 쓰기 작업 및 관련 작업 구역(zone)의 관리까지 모든 과정을 호스트가 책임진다. 호스트 관리형 SMR은 호스트 소프트웨어 변형(host-software modification)을 요구하기 때문에 호스트 시스템이 실제 구동 중인 미디어(underlying media)를 인지하고, 일련의 신규 명령을 통해 모든 요소를 정교하게 컨트롤할 수 있다.

시스템 아키텍처에 따라 소프트웨어 변형이 부담스럽게 여겨질 수도 있지만, 일단 개발자들이 SMR에 익숙해지고 애플리케이션을 순차 읽기에 최적화시킨 후에는 높은 신뢰성과 품질을 누릴 수 있다. 호스트 관리형 SMR은 전통적인 수직 자기기록(PMR: Perpendicular Magnetic Recording) 드라이브에 비해 훨씬 더 예측 가능한 일정한 성능을 제공해 SMR 도입 시 선호 옵션으로 각광받고 있다.

● 호스트 인지형 SMR(Host-aware SMR)
호스트 인지형 SMR은 앞서 언급한 두 옵션을 포괄하는 상위 개념에 가깝다. 표면적으로는 호스트 인지형 SMR이 호스트와 드라이브 양쪽에 모두 최적화된 옵션으로 보일 수도 있다. 그러나 예측 가능성과 신뢰성이 필요한 경우라면, 호스트 관리형 SMR에 맞춰 스택(stack)을 변형하는 것이 가장 쉬운 방법이다. 결론적으로 호스트 관리형 SMR이 미래의 호스트 인지형 SMR로의 순조로운 단계적 이행을 지원하는 셈이다.


드롭박스, 호스트 관리형 SMR 도입

SMR이 PMR 드라이브와 동일한 하드웨어 부품을 사용하면서도 더 많은 스토리지 용량을 제공하는 것은 확실하다. 하지만 SMR의 용량을 최대한 활용하기 위해서는 고객 입장에서도 파일 시스템, 기반 애플리케이션 등의 소프트웨어 개발에 투자하는 노력이 필요하다. SMR 드라이브는 테라바이트(TB)당 낮은 비용을 제공하고 총소유비용(TCO)을 절감할 수 있기 때문에 데이터센터 관련 자본금 및 운영비를 고려했을 때 장기적으로는 투자 대비 큰 이득인 셈이다.

점점 더 많은 클라우드 고객이 호스트 관리형 SMR로 전환하고 있는 가운데, 대표적인 도입 사례로 파일 시스템에 SMR 도입을 결정한 드롭박스를 꼽을 수 있다. 데이터가 디스크에 기록되는 방식 및 언제 어떻게 필수적인 하우스키핑 작업을 수행할 것인지 등에 대한 총체적인 관리 권한을 부여한다는 점이 드롭박스로 하여금 호스트 관리형 SMR의 도입을 결정케 했다.

우선 드롭박스의 워크로드 처리를 위해서는 SMR 방식의 드라이브가 가장 적합하다. 드롭박스는 데이터를 청크(chunck) 단위의 순차 쓰기 방식으로 기록하는데, 이 청크는 SMR 구역에 맞게 조정이 용이하다. 사용자의 데이터는 여러 청크로 분할되기 때문에 개별 파일 크기와는 별개로 쓰기의 크기가 결정된다.

이렇게 쓰여진 후 대부분의 파일 액세스는 랜덤 읽기로 진행되는데, 이 또한 SMR 기술로의 처리가 적합하다. 대부분의 데이터는 지워지지 않지만, 지워지는 경우에 이 지워진 데이터는 청크 내의 공간을 비워 새로운 청크를 다시 씀으로써 용량을 잘 활용하게 된다. 드롭박스는 호스트 관리형 SMR을 사용해 이러한 하우스키핑 작업에 시스템 리소스를 분배하면서도 성능에는 영향을 끼치지 않도록 모든 과정을 전적으로 관리할 수 있다.

드롭박스가 SMR의 도입을 시작했을 당시 이를 완수하기 위해 필요한 툴 중 많은 부분이 초기 단계에 머물러 있는 상태였다. 구역 블록 명령(ZBC: Zoned Block Commands), 구역 ATA 명령(ZAC: Zoned ATA Commands) 라이브러리도 초기 공개 후 수많은 필수 단계를 거치며 발전해오고 있다. 드롭박스는 SMR 도입을 위해 이러한 오픈소스 툴을 적극적으로 활용하는 민첩하고 유동적인 접근법을 통해 첨단 기술의 선두에서 경쟁사보다 앞서 SMR을 도입할 수 있었다.


경쟁력 높은 TCO 보장

SMR 및 헬륨 충전 드라이브 기술은 앞으로도 긴 로드맵을 남겨두고 있다. 현재 웨스턴디지털은 울트라스타 Hs14 드라이브를 출하 중이다. 울트라스타 Hs14는 호스트 관리형 SMR 및 웨스턴디지털의 독점 헬륨충전 드라이브 기술인 ‘헬리오씰(HelioSeal)’ 기술을 접목해 이전 세대 SMR 헬륨 드라이브 대비 40% 향상된 14TB 용량과 자사 제품 중 가장 경쟁력 있는 TCO를 보장한다.

SMR의 도입 방식에 대한 이해를 하고 있는 기업이나 클라우드 업체라면 이를 보다 성공적으로 도입할 수 있다. 데이터가 폭증하고 아카이빙한 데이터를 중시하는 기업이 늘어날수록 SMR 기술 도입은 더욱 증가할 것이다.

성공 사례로 손꼽히는 드롭박스는 회사의 솔루션 스택에 대한 깊은 이해를 바탕으로 호스트 관리형 SMR 기술을 도입하고 이에 적응하기 위해 민첩하게 대응해왔다. 이를 통해 상당한 비용 절감을 달성하고, 시장에서 높은 경쟁력을 유지하고 있다.

웨스턴디지털과 드롭박스의 협력은 기업들이 SMR 기술에 성공적으로 접근할 수 있는 실질적인 사례로, 향후 기업들에게 방향을 제시하는 일종의 청사진이다. 호스트 관리형 접근이 어렵게 다가올 수도 있지만, 가장 좋은 결과를 얻을 수 있는 첫걸음임은 틀림없다.

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