하드 디스크 드라이브(HDD)와 솔리드 스테이트 드라이브(SSD) 비교: 차이점은 무엇인가요?

하드 드라이브 또는 하드 디스크 드라이브(HDD)는 노트북과 데스크톱 컴퓨터에서 사용되는 데이터 스토리지의 일종입니다. HDD는 '비휘발성' 스토리지 드라이브로, 장치에 전원이 공급되지 않아도 저장된 데이터를 유지할 수 있습니다. 운영 체제(OS)는 프로그램에서 필요에 따라 데이터를 읽고 쓰도록 HDD에 지시합니다. 드라이브가 이 데이터를 읽고 쓰는 속도는 전적으로 드라이브 자체에 달려 있습니다.

HDD는 약 3.75MB 용량의 방을 채우는 거대한 장치로 시작되었습니다. 이에 비해 오늘날 데스크톱 컴퓨터에 쉽게 들어갈 수 있는 HDD는 18테라바이트 이상의 스토리지 공간을 가질 수 있습니다.

HDD에는 '플래터'라고 하는 디스크 모양의 물체가 있습니다. 플래터는 전하를 사용하여 데이터를 저장하는 곳입니다. 이 전하는 ARM 또는 '읽기/쓰기 헤드'에서 발생합니다. 읽기/쓰기 헤드는 CPU 및 시스템 보드의 소프트웨어에 의해 플래터에서 이동할 위치를 지시받습니다.

각 플래터에는 자석 헤드가 있는 암이 있으며 각 플래터는 회전하며 섹터로 나뉩니다. 이러한 섹터에는 모두 전하를 수용할 수 있는 수천 개의 세분화된 부분(비트라고 함)이 있습니다. 섹터의 비트와 해당 전하는 읽기/쓰기 헤드에서 읽고 1 또는 0으로 이진수로 변환할 수 있습니다.

수년간의 HDD 개발 과정에서 플래터의 섹터 레이아웃이 변경되었습니다. 하드 디스크의 원래 설계에는 드라이브의 회전 플래터에 수평으로 섹터를 정렬하는 종방향 기록이 포함되었습니다. 이러한 수평 정렬은 섹터를 축소하여 HDD 용량을 늘릴 때 문제가 되었습니다. 이렇게 작은 규모에서는 비트가 온도에 따라 무작위로 전하를 뒤집어 데이터 손상을 일으킬 수 있습니다.

'횡방향 기록'은 종방향 기록에서 발견되는 문제를 해결하기 위해 만들어진 방법입니다. 이 방법은 섹터를 끝에 쌓고 세로 기록의 3배 이상의 스토리지 용량을 생성합니다. 그러나 절충안은 자기장에 대한 민감도가 증가하여 보다 정확한 읽기/쓰기 암을 설계해야 한다는 것입니다.

CPU가 HDD에 데이터를 쓸 때 파일 크기에 따라 섹터의 일부를 사용합니다. 데이터에 대한 업데이트가 발생하면 CPU는 HDD에 사용 가능한 다음 섹터에 데이터를 쓰도록 지시합니다. 첫 번째 섹터에서 이 새 섹터까지의 거리는 데이터를 읽을 수 있는 속도에 시간이 추가됩니다. 시간은 밀리초 단위로 측정되지만 데이터 분리 인스턴스가 많을수록 속도가 크게 느려질 수 있습니다. 이러한 데이터 분리를 '디스크 조각화'라고 하며 대부분의 OS에는 디스크 조각 모음을 수행하여 프로그램에 대한 정보가 한 곳에 있도록 데이터를 재정렬하는 기본 제공 프로그램이 있습니다.

기존 하드 디스크 드라이브(HDD) 는 SSD보다 오래 존재해 온 레거시 기술로 알려져 있습니다. 그러나 나이가 들수록 기술의 모든 측면에서 발전할 수 있는 충분한 기회를 제공하는 이점이 있습니다.

HDD의 목적은 데이터를 읽고, 쓰고, 저장하는 것입니다. 백업 및 일반 컴퓨터 프로세스를 위한 신뢰할 수 있는 장치입니다. HDD 기술은 크게 개선되어 비용을 낮추는 동시에 전체 용량을 높였습니다.

HDD는 수년에 걸쳐 용량이 증가했으며 현재 20테라바이트의 스토리지로 상업적으로 배송되고 있습니다. 오늘날의 대부분의 노트북 및 데스크톱 PC에는 250GB의 스토리지가 기본으로 제공됩니다.

성능은 일반적으로 디바이스의 속도와 안정성으로 측정됩니다. HDD가 데이터를 처리하는 속도는 수년에 걸쳐 크게 증가했으며 그 목적에 잘 맞습니다.

그러나 HDD의 물리적 구성 요소는 다른 저장 장치보다 더 많은 제한을 만듭니다. 디스크가 너무 빨리 움직이면 정밀한 암은 정확도를 잃고 디스크는 휘어지거나 부러지기 시작하기 전에 너무 빨리 회전할 수 있습니다. 최적의 속도를 달성하기 위해 플래터의 속도를 높이는 데는 시간이 걸리고 부팅 시간이 느려집니다.

HDD는 전원이 공급되지 않아도 장기간 데이터를 안정적으로 저장할 수 있어 백업용으로 선호되는 저장 방식입니다. 내장 하드 디스크의 수명은 3~5년입니다. 장치가 외장 하드 디스크 드라이브이고 통제된 공간에 보관하는 경우 수명이 더 길어질 수 있습니다. 특히 플래터의 동일한 섹터에 데이터를 쓰고 다시 쓰기 때문에 장치의 정기적인 마모는 흔한 일입니다. 여러 드라이브를 장기간 보관하는 것은 외장 하드 디스크를 사용하는 것만큼 쉬울 수 있습니다. 어디서나 이러한 백업 파일에 액세스하는 또 다른 방법은 NAS(Network Attached Storage) 시스템을 사용하는 것입니다. NAS는 인증된 네트워크 사용자가 데이터를 저장하고 검색할 수 있는 중앙 집중식 스토리지 위치입니다.

외장 휴대용 하드 디스크는 내장 HDD와 동일한 기본 기능을 수행하며 랩톱 또는 데스크탑 컴퓨터와 함께 사용할 수 있습니다. 외장 드라이브는 자체 외부 전원 공급 장치와 함께 판매됩니다. 내부 컴퓨터 하드 디스크 드라이브는 "휴대용"이므로 한 장치에서 다른 장치로 쉽게 이동할 수 있습니다. 그러나 모든 장치와의 호환성이 떨어지고 이동하는 데 더 많은 노력이 필요합니다.

HDD는 기가바이트당 비용이 가장 효율적이기 때문에 가장 저렴한 스토리지 유형입니다. 스토리지 용량이 증가함에 따라 더 작은 HDD의 가격이 하락합니다. 예를 들어, 500기가바이트 용량의 HDD는 미화 40달러 미만에 판매됩니다.

컴퓨터의 핵심 구성 요소인 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)는 기존 하드 디스크와 비교할 수 없는 최신 시스템에서 빠른 읽기, 쓰기 및 부팅 시간을 제공합니다.

솔리드 스테이트 드라이브는 움직이는 부품 없이 데이터를 저장하는 비휘발성 메모리(NVM) 컴퓨터 하드웨어입니다. 하드 디스크 드라이브(HDD)는 회전하는 자기 디스크와 기계식 쓰기 헤드를 사용하여 데이터를 조작하는 반면, SSD는 반도체에서 전하를 사용합니다.

내부 SSD는 컴퓨터 내에 설치되는 반면 외부 SSD는 외부 HDD처럼 USB 3.0 포트에 연결되어 유사한 용도로 사용됩니다. SSD는 스토리지용 기계 부품이 아닌 집적 회로를 구현하는 메모리 저장 장치입니다. 집적 회로는 전체 크기를 줄이고 작업 시 조용하게 만듭니다. 예를 들어, MacBook과 같은 Apple 제품에는 하드 디스크용 SSD가 있어 Mac에 슬림한 프로필을 제공합니다.

NVMe(Non-Volatile Memory Express)는 컴퓨터의 비휘발성 스토리지에 액세스하기 위한 논리 장치 인터페이스 프로토콜입니다. NVMe는 SSD 드라이브에 사용되는 표준 사양이므로 각 제조업체에는 고유한 장치 드라이버가 없습니다. NVMe SSD는 OS에서 SSD로의 여러 주고받는 요청을 처리할 수 있는 주변 구성 요소 상호 연결 익스프레스(PCIe 또는 PCI 익스프레스)를 사용합니다. PCIe는 시스템 보드의 일반적인 고속 연결 인터페이스입니다.

솔리드 스테이트 드라이브는 전자 회로를 사용하여 데이터를 저장하고 검색하는 방식으로 작동합니다. 데이터는 '블록'에 저장되며 이러한 블록은 한 번만 완전히 쓸 수 있습니다. 순차적 데이터를 함께 유지하고 응답 시간을 낮추려면 블록을 완전히 지우고 다른 블록에 다시 작성해야 합니다. 안타깝게도 블록은 내구성이 없으며 지우는 과정에서 손상됩니다. 쓰기/지우기는 SSD에서 마모가 발생하는 방식이며, 대부분의 SSD에는 마모를 고르게 분산하고 장치의 수명을 연장하는 '웨어 레벨링' 기술이 통합되어 있습니다.

SSD의 전자 회로 중 일부는 비휘발성 NAND 트랜지스터로 구성된 NAND("Not AND" 논리 게이트) 플래시 메모리입니다. 비휘발성 NAND 트랜지스터는 회로 기판에 배열되거나 때로는 적층된 실리콘 메모리 칩의 반도체에 데이터를 전하로 저장합니다. 3D NAND는 메모리 셀을 겹겹이 쌓아 올리기 때문에 훨씬 더 큰 스토리지 용량을 자랑합니다. 싱글 레벨 셀(SLC)은 가장 비싸지만 가장 내구성이 뛰어난 SSD 기술입니다. 따라서 셀당 스토리지 공간을 추가하면 비용이 절감되며, 추가로 저장되는 비트는 모두 다르게 표시됩니다. 마지막으로, 다중 레벨 셀(MLC), 트리플 레벨 셀(TLC) 및 쿼드 레벨 셀(QLC)로 시작합니다.

컨트롤러는 액세스하거나 조작할 메모리를 알려 모든 플래시 메모리 셀을 관리합니다. 또한 데이터 배포 및 가비지 수집 처리를 담당합니다.

폼 팩터에 따라 달라지는 일반적인 관행은 SSD가 RAM 모듈과 유사하게 더 빠른 응답 시간으로 요청된 데이터를 캐시하는 것입니다. 응답 시간이 짧은 HDD의 핫 요청을 캐싱하는 것보다 응답 시간이 더 빠르다는 점이 더 바람직합니다.

SSD는 움직이는 구성 요소가 없기 때문에 HDD보다 전력 소비 요구 사항이 적습니다. 또한 SSD는 작동하기 위해 운영 장치의 지속적인 전력에 의존합니다. 전원이 공급되지 않는 SSD는 전원이 공급되지 않으면 데이터가 손실되지만 대부분의 SSD에는 배터리가 내장되어 있어 장치가 유휴 상태이고 데이터 무결성을 유지할 수 있습니다.

각 유형의 스토리지에는 장점과 단점이 있습니다. 따라서 하드 디스크 드라이브(HDD)와 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)를 비교하여 워크로드에 가장 적합한 것을 결정해야 합니다.

스토리지 공간의 주요 차이점은 SSD는 마그네틱 플래터 대신 플래시 메모리를 사용한다는 것입니다. 최신 SSD는 일반적으로 128GB, 256GB, 512GB, 1TB 및 2TB와 같은 용량을 사용합니다. 장치 크기를 줄이는 집적 회로는 스토리지 밀도도 증가시킵니다.

일반 소비자의 경우 가장 큰 SSD는 약 8테라바이트입니다. 2018년 삼성과 도시바는 SAS 인터페이스를 사용하여 동일한 30.72인치 폼 팩터를 사용하지만 드라이브 두께가 2.5인치인 2.5TB SSD를 시장에 출시했습니다. SSD의 기능을 보여주기 위해 Nimbus Data는 SATA 인터페이스를 사용하는 대용량 100TB 드라이브를 발표하고 출하했습니다. SSD 기술은 끊임없이 확장되고 개선되어 무한해 보이는 가능성을 남기고 있습니다.

HDD는 오래 전부터 사용되어 왔기 때문에 수년에 걸쳐 용량이 크게 증가했으며, 현재는 20테라바이트의 스토리지를 갖춘 제품이 상업적으로 출시되고 있습니다. 오늘날의 대부분의 노트북 및 데스크톱 PC에는 250GB의 스토리지가 기본으로 제공됩니다.

SSD가 데이터에 액세스하는 속도는 HDD 속도보다 빠릅니다. HDD는 500MB/s를 처리할 수 있는 반면, 대부분의 SSD는 7000MB/s의 속도로 처리할 수 있습니다. 이러한 더 빠른 속도는 즉각적인 시작과 장치에 로깅할 때의 대기 시간 또는 앱 로드 시간을 줄입니다. 또한 파일 전송 및 복사는 SSD에서 더 빠릅니다. 배터리 수명 때문에 전력 소비는 HDD보다 약 4분의 1에서 3분의 1 정도 적습니다.

HDD는 더 나은 장기 스토리지 장치입니다. SDD는 전원을 사용하지 않은 지 1년 후에 시작되는 데이터 유출로 인해 장기 스토리지에 대한 신뢰성이 떨어지는 경향이 있습니다. 또한 최대 쓰기 테라바이트(TBW)에 가까워질수록 사용할 수 없는 상태에 도달할 때까지 효율성이 꾸준히 감소합니다. SSD의 TBW는 장치에서 저장하고 지울 수 있는 총 데이터 양입니다

SSD와 HDD 사이에는 이동성 측면에서 유사점이 발생합니다. SSD의 외부 버전은 고정식 내부 SSD보다 휴대성이 더 뛰어납니다. SSD는 대량의 데이터를 시스템에서 시스템으로 빠르게 전송해야 하는 데이터 센터에서 특히 유용합니다. 외장 HDD는 내장 HDD보다 휴대성이 뛰어나지만 빠른 데이터 전송보다는 스토리지에 더 많이 사용됩니다.

자주 사용되는 데이터와 함께 작은 용량 드라이브의 경우 SSD는 가격 대비 최고의 성능을 제공합니다. 용량이 클수록 HDD는 더 유용합니다. SSD 가격은 언젠가 다른 HDD만큼 기가바이트당 비용 효율적이 될 것입니다. 500GB SSD는 현재 약 USD 55달러에 판매되고 있는 반면 500GB HDD는 약 USD 24달러(작성 당시)입니다.

SSD는 낮은 전력 소비와 크기로 인해 노트북이나 데스크탑에서 빠른 데이터 검색과 지속적인 사용에 주로 사용됩니다. 일상적인 프로세스에 사용되며 HDD와 같은 장기 스토리지에는 사용해서는 안 됩니다. SSD는 대용량 파일을 빠르고 쉽게 옮길 때 선호되는 장치입니다.