HDD, SSD, Nvme 속도 차이와 장단점 비교

이 포스팅의 목적은 HDD, SSD, Nvme 속도 차이를 비교해보고, 각각의 장단점을 만을 비교하자는 취지였는데, 작성하다 보니  HDD와 SSD의 간략한 동작 원리도 작성하게 되었습니다. 사실 시간을 조금 더 들여 Nvme 동작 원리까지 간략히 작성하려 했으나, Nvme와 SSHD라는 제품에 대해선 다음 기회에 포스팅하는 것으로 하겠습니다.

 

그럼 위에서 간략히 언급드리긴 했듯 이번 포스팅에선 HDD 속도, 구조, 장단점, SSD의 속도, 구조, 장단점, M.2 Nvme의 속도, 장단점에 대해 간략하게 다루도록 하겠습니다.

 

참고로 노트북을 새로 구입하시는 경우엔 무조건 SSD 이상급을 구입하시길 바랍니다. 만약 노트북 가격이 너무 비싸다? 그렇다면 저렴하지만 가성비 뛰어난 '레노버 노트북'을 고려하시길 바랍니다.

 

(이번 포스팅에서 가격은 다루지 않으니, 자세한 사항은 레노버 공식 스토어를 통해 확인하시길 바랍니다)

 

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HDD, SSD, NVME 속도 차이점과 장단점 비교하기

 

 

▶ HDD 성능(속도)과 장단점 비교

 

 

HDD는 오랫동안 전 세계적으로 사용돼 온 저장 매치인만큼, 많은 분들이 정확한 구조를 인지하고 계시긴 하지만, 그래도 모르시는 분들도 많기 때문에 성능을 이해하는데 도움이 되는 HDD의 플래터, 스핀들 모터, 헤드, 액츄에이터암 이라는 4가지 항목에 대해 간략히 설명드린 후 성능을 보도록 하겠습니다.

 

 

• 스핀들 모터는 HDD 플래터를 회전시킵니다.
• 플래터는 데이터를 기록하는 알루미늄 형태의 저장매체이며, HDD 하나엔 여러 장의 플래터가 포함돼있습니다.
• 헤드는 엑츄에이터암이란 팔과같은 부속 끝에 있는데, 엑츄에어티암을 이용해 헤드를 좌우로 움직이면서 플래터에 데이터 쓰거나 읽는 작업을 수행한다.

 

HDD는 스핀들 모터에 의해 자성체인 플래터를 회전시키고, 회전하는 플래터 위를 액츄에이터암을 이용해 헤드가 좌/우로 빠르게 움직이며 데이터를 읽거나 기록하는 작업을 수행합니다.

 

동작원리에서 알 수 있듯 회전 속도와 액츄에이터암(헤드)의 움직임이 HDD 성능에 핵심 요인이라 할 수 있지만, 저장매체라는 특성상 회전 속도를 올릴 수 있는 한계 때문에 성능 향상이 크지 못한 이유기도 합니다. 

 

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HDD의 성능 테스트 결과를 보면 4K 소도가 매우 낮고, 액세스 시간이 17.6m으로 매우 느리고, 읽기 최고 속도도 점차 느려지는 게 보이는데, 이는 컴퓨터 속도 하락에 직접적인 영향을 받는 항목이기도 합니다.

 

그리고 4K와 액세스 시간, 속도 하락에 대한 조금 더 자세한 내용은 아래를 참고해주세요.

 

• HDD에 대중적으로 많이 사용하는 NTFS라는 파일 시스템의 파일 할당 단위 크기가 4K인데, 쉽게 설명하면 파일 하나의 최소 단위가 4K라는 의미로 이해하시면 됩니다. 결국 4K라는 것은 윈도 부팅, 프로그램 실행, 인터넷 임시파일 저장과 같은 4K 파일이 많이 사용될 것 같은 환경에서 속도 저하가 발생된다는 의미이기도 합니다.
• 액세스 시간은 HDD 플래터 회전, 엑츄에이터암(헤드)의 움직임이라는 물리적인 환경에서 발생되는 데이터 기록 장소를 찾는데 소요되는 시간을 의미합니다. 결과적으로 많은 파일을 찾게 되는 프로그램 실행, 윈도 부팅 시 성능 저하가 발생될 수밖에 없는 구조입니다.
• 그래프 곡선이 변하는 것은 플래터의 안쪽(작은 원), 바깥쪽(큰 원)이냐에 따라 최대속도의 차이가 발생되기 때문입니다. 결국 바깥쪽이 회전 시 돌아오는 원점 거리가 멀기 때문인데, 지금은 사용 안 하지만 HDD의 플래터 안쪽만 사용하고 바깥쪽을 사용하지 않은 윈도 전용 HDD를 만들어 사용하는 경우도 종종 있었습니다.

HDD라는 물리적인 저장매체의 한계상 속도가 느리다는 것은 어쩔 수 없는 부분이고, 4K 속도 문제와 액세스 시간문제로 일반 프로그램 실행 시간, 컴퓨터 부팅시간, 인터넷 임시파일 다운로드 환경에서 악형을 받게 됩니다. 특히 저장된 위치에 따라 최대 스피드도 낮아지기 때문에, 이미 데이터가 들어있는 제품에 윈도를 추가 설치했다면 윈도 자체 속도에 추가적인 악영향을 주기도 합니다.

 

HDD의 장단점을 나열해보면 아래 6가지를 들 수 있습니다.

 

☞ HDD 단점

 

• 플래터에서 데이터를 가져오는 방식이라 안쪽일수록 속도가 빠르고, 바깥쪽일수록 속도가 느림
• 플래터와 엑츄에이터암(헤드)를 이용한 물리적인 접근방식이라 "접근 속도"가 상대적으로 느림
• 회전 속도를 높일 수 있는 한계가 있어 최대 속도에 대한 제약사항이 높음

☞  HDD 장점

 

• 가격 대비 용량 효율이 높습니다
• 호환성에서 압동적으로 우수합니다.
• 수명이 깁니다 (물론 HDD의 특성상 먼지가 많은 환경, 습도가 높은 환경에선 그렇지 못합니다)

 

 

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▶ SSD 성능(속도)과 장단점 비교

 

SSD는 HDD의 단점이 보완된 반도체형 저장매체입니다.

 

제가 8년 전 INTEL 320 SSD를 첫 구매한 것을 시작으로 꾸준하게 SSD를 사용 중인데, 지금은 8년 전 대비 가격은 낮아지고 제조회사는 많이 늘어나 SSD의 구입할 때 선택의 폭이 넓어젔습니다.

 

그래도 HDD와 가격적인 측면을 비교하면 당연히 높은 가격일 수밖에 없지만, 보통 SSD와 HDD는 주 사용목적이 다른 편이니 이는 큰 문제는 아니라 생각됩니다.

 

그래도 아직까진 용량 대비 중/고가의 저장매체가 SSD인 만큼, 저장매체 선택 시 참고할만한 SSD 속도(성능)와 대략적인 구조, 장단점 알아두시면 도움이 됩니다.

 

 

 

SSD의 대략적인 구조는 1개의 컨트롤러와 여러 개의 NAND 플래시(저장매체), 그리고 DRAM 1개로 구성되어있는데, 대략적인 설명을 하면 아래와 같습니다.

 

 

* 컨트롤러는 플래시 메모리의 데이터 기록을 담당하는 두뇌와 같은 반도체인데, 사용하지 못하는 영역을 제외시킨다던지, 많이 사용한 영역을 배제 후 적게 사용된 영역에 기록하는 등 제품 수명과 성능에 가장 중요한 역할을 수행합니다.

 

그리고 최근 TLC라는 플래시 하나의 공간에 3개를 저장하는 방식이 널리 사용되며 컨트롤러의 역할은 더욱 중요하게 되었고, 과거 많은 이슈가 됐던 프리징(렉 또는 PC 멈춤) 현상도 컨트롤러와 PC 메인보드 간의 호환성 문제로 발생되는 것이기도 했습니다.

 

 

* NAND 플래시는 데이터가 직접적으로 저장되는 비휘발성 저장매체로, 4~5년 전까지만 해도 MLC(저장공간 하나에 2개 저장) 제품이 대부분을 차지했지만, 최근엔 TLC(저장공간 하나에 3개 저장) 제품도 많이 보급화되고 있는 추세입니다.

 

그리고 NAND 플래시는 데이터가 저장되는 최소 단위의 수명이 정해저 있는데, 위에서 언급드린 듯 컨트롤러를 이용해 수명관리를 하게 됩니다.

 

* DRAM은 컨트롤러와 NAND 플래시 간 병목 현상을 개선하기 위한 캐시 역할을 수행해 제품 성능에 영향을 주는데, DRAM이 없는 제품의 경우 저장량 60~70%를 초과하면 쓰기 속도가 현저히 낮아지는 현상이 발생되기도 합니다.

 

 

HDD와 비교해서 물리적인 동작이 아닌 반도체 방식을 적용해, 물리적인 제품에서 생길 수밖에 없는 성능 저하를 방지할 수 있는 구조라 할 수 있고, 실제 테스트해보면 SATA3에서 낼 수 있는 최대 성능에 가까운 성능을 보여줍니다. 그리고 4K와 액세스 시간도, HDD와 비교 불가능한 성능을 보여주기도 합니다.

 

설명이 조금 길었는데 크리스탈 벤치마크 + HDD TUNE + 제가 보유 중인 삼성 SSD 850 EVO 120G TLC 제품을 기준으로 SSD 속도를 측정해보도록 하겠습니다.

 

 

역시 속도면에선 HDD와 SSD는 비교 대상이라 부를 수 없는 차이가 보이고 있고, 특히 4K 와 액세스 타임이 HDD 대비 굉장히 빠른 속도를 보이고 있습니다.

 

특히 액세스 시간은 100배 이상의 차이가 생되는데, 이런 성능차는 윈도 부팅시간, 프로그램 실행 시간을 획기적으로 단축시키는데 큰 영향력이 있습니다.

 

SSD의 장단점을 간략히 요약하면 아래 4가지 정도를 들 수 있습니다.

 

☞ SSD 장점

• 반도체를 이용하기 때문에 데이터 전송속도와 액세스 시간이 매우 빠릅니다 (특히 4K 속도가 빠릅니다)
• 물리적인 회전이 없기 때문에 노트북과 같은 이동성 장비에 적합합니다

☞ SSD 단점

• 최근 TLC가 많이 보급됐지만 HDD와 비교 시 단가가 높다는 단점이 있습니다.
• 아직까지 구형 노트북 제품에선 SSD 컨트롤러와의 호환성 이슈가 존재합니다.

 

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▶ Nvme 성능(속도)과 장단점 비교

 

기존의 SSD는 SATA 인터페이스를 사용하기에 최대 속도에 한계치가 존재했었는데(대략 500MB/s ~ 600MB/s), 이를 개선하고 저장매체의 최대 속도를 높이기 위해 M.2 Nvme라는 PCIe 타입 SSD가 탄생하게 됩니다.

 

그리고 M.2 SSD 제품은 SATA 제품과 PCIe 제품으로 나누어지는데, M.2 SATA는 일반 SSD와 비슷한 속도를 내며, M.2 Nvme가 높은 성능을 발위하는 제품인데 자신의 PC가 M.2 Nvme를 지원해야 정상적으로 이용 가능하니 이 점은 참고하시는 게 좋겠습니다.

 

 

 

위 결과는 크리스탈 디스크마크를 이용한 제 삼성 M.2 Nvme SSD 속도 테스트를 진행한 결과인데, 4K 부분은 SSD와 큰 차이가 없지만 4 KiB, Seq Q32T1이란 항목은 SSD 대비 2배 높은 성능을 보여주고 있습니다. (위에서 테스트한 SSD가 TLC 120G 제품이라 기본 성능이 다소 낮을 수 있습니다)

 

그리고 HD Tune은 Nvme를 정상적으로 지원하지 않는 것인지, 읽기 쓰기 속도가 SSD와 비슷한 수준으로 표기돼 오해의 소지가 있어 제외했으니 참고해주세요.

 

M.2 Nvme의 장점은 크게 아래 2가지를 들 수 있을 것 같습니다.

 

☞ M.2 Nvme 장점

• 속도가 매우 빠른데 특히 읽기 속도가 빠릅니다.
• 스틱형의 소형 SSD라 노트북과 같은 휴대용 기기에 사용하기 적합합니다.

☞ M.2 Nvme 단점

• 가격 대비 성능 향상은 특수한 경우가 아닌 이상 일반적인 환경에선 SSD가 더욱 효율적입니다.
• M.2 슬롯이 있더라도 NVME를 지원하는 메인보드에서만 사용 가능합니다.
• 발열에 따른 쓰로들링(강제 성능 다운) 현상이 있다고 알려 저 있으나, 일반적인 상황에선 경험해보지 못했습니다.

 

 

왼쪽부터 SSHD(HDD와 동급), 삼성 EVO 850 120G(TLC), 삼성 Nvme 256G

 

 

크리스탈 디스크 마크를 이용한 벤치 테스트 결과를 한대 보아보았습니다. 물론 5400 RPM의 노트북 2.5인치 HDD를 사용한 결과라 7200 rpm 제품 대비 다소 낮은 결과를 보여주긴 했지만, 위 결과를 보면 HDD는 아무리 높은 성능이라도 SSD 및 M.2 Nvme와 비교 불가능한 속도 차이를 보인다는 것을 알 수 있습니다.

 

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• SSHD와 HDD 성능 차이점 포스팅

 

하지만 3가지 제품이 각각의 장단점을 가지고 있는 만큼, 자신의 스타일, 목적, 상황에 맞는 저장매체를 구입하시는 게 현명한 방법입니다.