기술발전은 IT의 여러 모습을 변화시키고 있다. 스토리지의 경우에도 저장매체의 권좌를 차지하던 HDD가 보다 빠른 플래시 디스크로 대체되면서 새로운 양상을 보이고 있다. 새로운 플래시 기술을 효과적으로 도입하고, 기존 HDD를 보다 유용하게 활용하는 방안에 대해 알아본다. <김남중 효성인포메이션시스템 기술지원본부장 / his-njkim@hyosung.com>

신기술 수용은 성능과 가용성을 높여 경쟁력을 유지하기 위한 필수 사항이다. 그러나 인력과 프로세스뿐만 아니라 데이터와 애플리케이션을 포함하기 때문에 새로운 스토리지 기술로 마이그레이션하는 것은 매우 어려운 일이다. 따라서 비즈니스 우선순위와 함께 데이터 보호, 애플리케이션 데이터 요구 사항이 확실하게 통합되도록 상세하고 신중하게 계획을 세워야 한다.

무중단 마이그레이션 요구 증대
스토리지 시스템이 커지고 다양한 애플리케이션을 지원할수록 차세대 스토리지 시스템으로 마이그레이션은 더 많은 비용과 위험요인을 안게 된다. 데이비드 메릴 HDS 최고경제책임자는 스토리지 용량 구입비용을 넘어서는 TB당 1만5000달러 이상의 마이그레이션 비용이 현재 요구되고 있다고 추정한다.

특히 기업에서 데이터를 마이그레이션하며 직면하는 가장 두려운 두 가지 문제는 우선 예산 초과다. 그리고 더 큰 위협 요소는 비즈니스에 영향을 미치는 업무 중단이다. 실제로 최근 실시된 한 조사에 따르면 응답자의 70%가 마이그레이션 목표 기간의 대비 30% 가량 일정을 초과했으며, 64%가 평균 16%의 예산을 초과했다고 밝혔다.

이는 무중단 데이터 마이그레이션의 필요성을 높이며, 각 벤더는 이에 대한 대응 방안을 제시하고 있다. 일례로 히타치데이터시스템즈는(HDS)의 경우, 새로운 ‘무중단 데이터 마이그레이션 서비스’를 내놓으면서 업무중단에 대한 해법을 제시하고 있다. 무중단 데이터 마이그레이션 서비스는 이전 세대 히타치 가상화 컨트롤러(USP, NSC 55, USP V, USP VM)에서 최신 VSP 플랫폼으로 마이그레이션할 때 업무 정지시간이 제거하는 것이다.

이 기술의 핵심은 VSP의 지속성 ID를 가능하게 하는 새로운 기능으로, 원본의 논리적 디바이스 SCSI ID를 가장(spoofing)하는 것이다. 이 가상화 기능은 어떤 운영체제나 하이퍼바이저(FC 또는 SAN 연결 호스트, 경로 관리와 호스트 클러스터링)에도 투명하고 독립적이다. 타깃 볼륨이 원본 볼륨 ID를 인계 받으면, 디바이스와 시스템 일련번호, 포트 WWN ID(worldwide name identifier)를 포함한 원본 볼륨의 모든 교체 경로가 나타난다.

또한 이 기술은 다양한 원본 시스템을 중단 없이 VSP에 통합되도록 한다. 초기에는 복제와 같은 몇몇 작업을 하는 동안 중단될 수 있지만, 이 제한은 향후 버전에서 해결될 전망이다.

이러한 새로운 기술이 애플리케이션의 중단이나 시스템 다운타임을 줄여주지만, 감사나 호스트 디스커버리 같은 일정이 동반돼야 하기 때문에, 마이그레이션 검토와 계획은 여전히 필요하다. 마이그레이션은 매일 수행하는 작업이 아니기 때문에(보통 IT 운영의 일반적인 작업에 추가되는 것이므로), HDS가 무중단 데이터 마이그레이션 서비스로 내놓은 것이다.

HDS 마이그레이션 서비스는 약간의 업무중단만으로 이기종 스토리지 시스템에서 VSP로 마이그레이션이 가능하다. 이 서비스가 기존 소개됐던 마이그레이션 방식과 차별화되는 점은 아래와 같다.

- 성능에 영향을 미치지 않고 호스트 투명성을 보장하는 마이그레이션을 구현, 다운타임을 최소화하고 비즈니스 지속성을 극대화시킨다.
- 업계 표준 페일오버를 지원하는 고유의 다중 경로 I/O 및 써드파티 다중 경로 설정 기능을 통해 호스트 경로 관리의 종속성을 해소시킨다.
- 소스 볼륨상에서의 PGR(Persistent Group Reserva tion) 동기화 및 호스트 클러스터의 유지를 통해 호스트 클러스터 환경을 지원한다.
- 자동화 구성 이전으로 단계별 진행 작업을 줄여 데이터 마이그레이션 리스크 및 작업량을 축소시킨다.
- 단일 히타치 VSP에 대해 최대 8대의 소스 시스템까지의 병렬 마이그레이션을 지원한다.

하드디스크와 플래시디스크 사이에서
<그림>을 보면, 2010년부터 하드디스크 드라이브(HDD)의 면적당 비트 밀도 증가가 정체되고 있음을 알 수 있다. 이는 비트 밀도에 의존할 경우, 지난 50년간 약 30%에 달했던 HDD 용량의 가격 하락이 20% 이하로 둔화됨을 의미한다. 이러한 현상은 스토리지 비용을 줄일 수 있는 다른 대안을 찾지 않는 한 스토리지 비용에 상당한 영향을 미치게 됨을 의미한다.

<그림>에서는 또한 NAND 플래시 메모리의 비트 밀도 역시 HDD와 같은 곡선을 따르고 있음이 나타난다. 그러나 소비자 및 서버 영역에서 점차 HDD 비용으로 플래시 메모리를 사용할 수 있게 되면서 플래시 메모리 판매량이 늘어날 전망이다.

내구성 측면에서 플래시 저장매체는 HDD를 따라가지 못하기 때문에, 장기적인 랜덤 액세스 유지(random access retention)를 위한 HDD의 수요는 앞으로도 이어질 것으로 보인다. 그러나 HDD의 비트 밀도는 과거에 비해 그 증가 속도가 둔화되고 있어 밀도를 높이기 위한 다른 방법을 찾아볼 필요가 있다.

HDD는 용량과 더불어 성능을 향상시키기 위해 진화해 왔다. 대표적인 것이 HDD 와이드 스트라이핑(wide striping)과 쇼트 스트로킹(short stroking)으로, 이를 통해 성능상의 결점을 만회하려 했다.

플래시 기술이 스토리지에 적극 활용되면서, 플래시 기술과 다이내믹 페이지-레벨 티어링을 도입해 다이내믹 플래시 모듈과 HDD 풀을 생성할 수 있는 기술이 등장했다. 이러한 방식에서는 고성능 플래시 레이어에 페이지가 먼저 작성돼 사용되는 동안에는 그 레이어에 남아 있게 된다. 그렇기 때문에 HDD는 성능에 관해서는 신경쓸 필요 없이 용량을 늘려 비트 밀도를 높일 다른 방법을 찾아 과거와 같은 형태의 비용 감소의 이점을 제공할 수 있게 된다.

이와 같이 성능이 중요한 요인이 아닐 경우 HDD 밀도를 올릴 수 있는 몇 가지 방법이 존재한다.

- 디스크를 더 느리게 회전시키고 트랙당 비트 수 늘리기
- 레코딩 표면을 더 많이 사용
- 디스크 인클로저에 더 많은 디스크 추가(웨스턴디지털)
- 더 많은 디스크를 추가하기 위해 인클로저를 불활성 가스에 넣어 밀폐(웨스턴디지털)
- 트랙 밀도를 높이기 위해 트랙이 겹치는 슁글드 레코딩(shingled recording)
- 패턴 미디어와 열보조 자기록장치의 조합

이러한 방법으로 HDD 수명을 연장할 수는 있다. 하지만, 성능적인 측면을 고려할 때 내구성이 더 뛰어난 솔리드스테이트(Solid State) 기술로 대체할 필요는 여전히 존재한다. 더 뛰어난 기술이 속속 등장하고 있기 때문이다.

HDD·NAND 플래시 시대 지속 전망
나아가 NAND 플래시를 대체할 수 있는 성능과 내구성이 더 뛰어난 기술들도 여러 가지가 있다. 열을 이용해 결정 상태와 비결정 상태를 변화시키는 위상변환 RAM(Phase change RAM)의 경우, 접근 시간이 나노초 수준이며, 내구성 주기는 MLC 플래시가 103인데 비해 108로 더 높다.

또 다른 솔리드스테이트 기술인 스핀 토크 전달 RAM (Magneto RAM)은 회전 편광 전류를 이용해 각 운동량을 자성 물질로 전달하며, 나노초 수준의 접근 시간에 내구성 주기가 1015로 HDD의 내구성 주기에 근접하고 있다.

히타치의 경우, SSD의 비용과 내구성, 성능의 한계를 극복하기 위해 차세대 SSD 즉 FMD(Flash Module Drive)를 시장에 선보였다. 시중의 범용 컨트롤러 대신 멀티코어 CPU, 분산처리, 첨단 소프트웨어의 전용 컨트롤러를 개발해 탑재하는 한편 고밀도 패키징을 채용하는 등 MLC로 SLC 이상의 성능, 내구성, 안정성을 보장하면서 비용을 낮춘 것이다.

FMD는 전용 컨트롤러를 통해 eMLC SSD 대비 4배 이상의 성능을 제공하며, 글로벌 웨어 레벨링(Wear-leveling)으로 5년의 내구성을 제공한다. 또 실시간 압축으로 쓰기 용량 줄여 비용을 절감하고, 자동 데이터 리프레시로 데이터 안정성 보장 수준을 높였다.

특히 FMD 전용 컨트롤러의 경우 쿼드 코어 CPU를 통해 미션 병렬 처리가 가능하며 32개 FM BUS를 사용해 I/O의 분산 처리를 지원한다. 또한 기존의 일반 SSD 컨트롤러가 32개의 FM 칩으로 구성돼 있는 반면 FMD 전용 컨트롤러는 128개의 FM 칩으로 구성된 고밀도 패키징을 채용해 성능, 집적률을 향상시켰다.
내구성을 결정짓는 글로벌 웨어 레벨링 기술은 더욱 주의깊게 볼 부분이다. 히타치 FMD는 RAID 그룹간 쓰기 횟수(write count)를 체크해 자동으로 분산을 조절함으로써 플래시의 쓰기횟수 제한이라는 단점을 최소화시킨다.

이외에도 실시간 압축 기능을 통해 쓰기 데이터를 94%까지 인라인 압축하는 한편 데이터의 포인터 맵과 해당 데이터의 데이터 체크 코드만을 저장함으로써 일관된 쓰기성능 향상을 보장하고 수명 및 내구성을 연장한다.

이러한 새로운 기술들이 성장하기 위해서는 가격 하락을 위해 필요한 수준으로 판매량을 올릴 수 있어야 한다. 하지만 현재 소비자 시장이 판매량을 주도하고 있고, 소비자는 나노초의 접근 시간이나 108의 내구성 주기를 위해 추가적인 비용을 들이지는 않을 것으로 추정된다.

소비자의 경우, NAND 플래시로도 충분하기 때문이다. 따라서 기술이나 사용자 수요에 있어 큰 변동이 없는 한, 향후 5년에서 10년은 성능과 용량을 위해 NAND 플래시와 HDD를 계속 사용하게 될 것으로 예상된다.