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by 김종민 Nov 13. 2020

SSD와 HDD 기술 원리와 차이점

SSD, HDD 기술 원리 훑어보기

오늘날 개인의 저장소로 주로 활용되는 것은 크게 HDD와 SSD입니다.

저장 매체로는 과거 플로피 디스크 등도 유행했지만, 요즘은 소프트웨어서 보이는 '저장' 버튼에서만 그 흔적을 찾아볼 수 있습니다. 역사적으로 다양한 방식의 저장 매체가 경쟁해왔으나 오늘날까지 시장에서 살아남은 HDD와 SSD의 원리와 전망에 대해서 간략히 살펴보고 요약했습니다.

HDD는 자기적 방식, SSD는 전기적 방식

HDD, 사진=보드나라

HDD는 자기적인 원리를 이용하고 SSD는 전기적인 원리를 이용한다는 점에서 저장 방식에 차이가 있습니다.

HDD는 하드디스크 드라이브(Hard Disk Drive)의 약자로, 과거 유행했던 LP판 동작과 유사합니다. LP판이 돌아가면, 축음기의 바늘이 LP판에 새겨진 진동 정보를 소리로 전달합니다. 마찬가지로 HDD도 정보를 저장하는 플래터와 정보를 찾는 헤드로 구성되어 있습니다. 헤드가 플래터의 정보를 읽어, 컴퓨터에 전달하거나 컴퓨터가 보내는 신호를 플래터에 저장하게 됩니다.

이때 플래터는 자성 물질로 되어 있어, 내부의 작은 자석이 정렬되어 있으면 1, 정렬되어 있지 않아 자기 신호를 받을 수 없는 경우(혹은 자석이 반대 방향인 경우)를 0으로 표현합니다. 그리고 헤드는 0과 1의 디지털 신호를 자기적인 방식으로 기록하거나 읽게 됩니다.

자석의 배열을 읽는 HDD, 사진=보드나라

SSD는 'Solid State Drive'의 약자입니다. 직역하면 고체 상태 저장소라는 뜻인데요. 여기서 말하는 고체는 반도체를 의미합니다. 반도체의 트랜지스터의 전기적 성질, 전류를 흐르게 하거나 차단하는 '스위치' 방식을 이용합니다. 전기 신호가 가해지면 SSD 셀에는 전자가 저장되게 되고, 이를 기준으로 전류를 통제함으로써 디지털 신호를 표현합니다. 이러한 기술은 이미 USB 등에서 상용화되었는데요. SSD를 USB의 대용량 버전으로 볼 수 있습니다.

트랜지스터 스위치, 사진=트리스니징

HDD의 한계와 SSD의 발전

HDD는 돌아가는 디스크에서 헤드가 정보를 찾기 때문에, 디스크를 돌리는 것에 의한 문제가 발생합니다. 노트북에서 발생하는 '위잉'거리는 소음도 HDD 때문인데요. 헤드가 정보를 찾기 위해 디스크를 돌리기 때문에 시간도 오래 걸릴 뿐 아니라, 발열이 발생하기도 합니다.

또 HDD는 디스크 조각 모음을 정기적으로 해줘야 합니다. 정보가 여기저기 흩어져 있는 경우, 디스크를 돌리는 과정에서 시간이 불필요하게 낭비될 여지가 있습니다. 조각난 정보들을 한곳에 모아, 디스크의 한쪽으로 배열하면 헤드가 정보를 찾는 데 걸리는 시간을 줄일 수 있습니다.

HDD는 직접 돌린다는 점에서 내구성 문제가 발생하는데요. 진동이나 충격이 발생에 취약합니다. 또한 디스크 표면에 먼지가 묻거나 흠집이 발생하면 부분적으로 사용 불가능하게 될 수 있습니다.

조각모음, 사진=CaN

이러한 HDD의 특성 때문에, SSD는 HDD의 대안이자 차세대 저장 매체로 급부상했습니다.

우선 정보를 쓰고 읽는 속도는 SSD가 훨씬 빠릅니다. 전기적인 신호를 이용해 데이터를 파악하기 때문에, 디스크를 돌리거나 하는 등 번거로운 작업이 없습니다. 초창기 SSD의 경우 기술적으로 HDD보다 늦게 나온 탓에 쓰고 읽는 속도가 느렸지만, 지금은 대폭 향상된 상황입니다. 과거 USB에 동영상 전송할 때 시간이 오래 걸렸던 것을 기억하는 분이 계실 겁니다.

SSD의 경우 '조각 모음'을 할 필요도 없습니다. 분산된 파일들을 읽으려면 직접 돌려야하는 HDD와 달리, 전체 파일을 한 번에 읽을수 있기 때문입니다. 이러한 이유로, 수많은 프로그램을 동시에 실행해야 하는 컴퓨터 부팅용 드라이브에 SSD가 많이 사용되었습니다. 가격이 저렴한 HDD를 보조 저장매체로, 부팅용 저용량 매체를 SSD로 사용한 것입니다. 현재는 SSD 성능이 발전해, 점차 보조 저장매체까지 SSD를 쓰는 HDD 미사용 컴퓨터가 점차 보편화되고 있습니다.

HDD의 경우 아직 가격대비 용량 면에서 SSD보다 다소 우위에 있는 상태인데요. 전문가들은 수 년안에 SSD와 HDD의 가격 격차가 줄어들고, SSD 용량도 HDD에 근접할 것으로 내다봅니다. 그렇게 되면 HDD는 역사 속으로 사라질 것입니다.

SSD와 낸드플래시

SK하이닉스가 최근 인텔의 '낸드플래시 사업부'를 인수해서 이슈가 되었는데요. 이 낸드플래시가 바로 SSD에 사용되는 부품입니다. 낸드플래시에 정보를 저장할 수 있는 단위를 '셀'이라고 부르는데요. 최대한 많은 용량을 저장하기 위해서는 단위 면적당 셀을 많이 포함해야 합니다. 문제는 셀을 너무 많이 집적시키면, 전기적인 간섭이 심해지고 부품의 수명이 떨어지게 된다는 것입니다.

이러한 문제를 해결하고자, 낸드플래시는 3차원으로 구현됩니다. 평면 기판이 아니라 원기둥을 여러 개 세우는 방식입니다. 보시는 그림은 셀 원기둥의 단면입니다. 마치 건물을 세우듯, 층을 더 올릴 수 있으면 간섭을 피하는 동시에 셀 개수도 늘릴 수 있습니다. 이러한 기술이 점차 고도화되면서 SSD 용량은 증가하고, 가격은 내려가게 된 것입니다.