NVMe(비휘발성 기억장치 익스프레스)는 플래시 스토리지와 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)에 사용되는 입출력(I/O)당 시스템 오버헤드를 줄이면서 고도로 병렬화된 데이터 전송을 위한 프로토콜입니다.
NVMe SSD는 병렬 처리와 폴링을 허용하는 장치 드라이버의 변경으로 인해 기존 하드 디스크 드라이브(HDD)보다 빠른 응답 속도를 제공할 수 있습니다. 이러한 개선 사항은 대기 시간을 줄이는 데 도움이 되며, 기업 워크로드는 물론 수많은 소비자 및 전문 애플리케이션에 이상적입니다.
SSD는 플래시 메모리를 사용하여 컴퓨터 시스템에 영구 데이터를 저장하는 반도체 기반 저장 장치입니다. SSD에서 각 메모리 칩은 메모리 비트가 포함된 메모리 셀(페이지 또는 섹터라고도 함)이 포함된 블록으로 구성됩니다. 자석을 사용해 데이터를 저장하는 HDD나 디스켓 드라이브와 같은 자기 스토리지와 달리, SSD는 데이터를 유지하는 데 전력이 전혀 필요하지 않은 비휘발성 스토리지 기술인 NAND 칩을 사용합니다.
HDD는 플래터의 회전과 읽기/쓰기 헤드의 움직임으로 인해 지연 시간과 액세스 시간이 발생하는 반면, SSD는 움직이는 부품이 없기 때문에 훨씬 빠릅니다. SSD는 구조화된 데이터 워크로드와 관련하여 업계에서 선호하는 표준으로서 HDD를 능가하고 있습니다.
설문 조사에 참여한 1,900명의 고위 경영진으로부터 가장 인기 있는 서버 플랫폼의 안정성, 성능 및 보안에 대한 인사이트를 얻을 수 있습니다.
eBook에 등록하여 앱을 더 빠르게 현대화하세요.
NVM express는 SATA(Serial Advanced Technology Attachment) 및 SAS(Serial Attached SCSI) 프로토콜을 대체하기 위해 2008년부터 2011년까지 개발되었습니다. NVMe는 경쟁 제품에 비해 지연 시간과 성능이 향상되어 사물인터넷(IoT), 인공 지능(AI) 및 머신 러닝(ML)을 비롯한 다른 중요한 기술의 개발에 기여했습니다.
오늘날 사용자들은 애플리케이션에 대해 그 어느 때보다 빠른 응답 속도를 요구합니다. NVMe 프로토콜은 사용자가 배포하는 애플리케이션의 유형에 관계없이 차세대 고성능, 고대역폭, 저지연 환경을 제공하기 위해 구축되었습니다. NVMe SSD는 주로 '중간자' 컨트롤러를 제거하여 지연 시간을 줄여주는 주변 장치 구성 요소 상호 연결(PCIe) 버스를 통해 플래시 스토리지에 액세스합니다. 그러나 NVMe는 파이버 채널 및 이더넷과 같은 모든 유형의 '패브릭' 상호 연결과 이더넷, iWarp, RoCEv2, iSER 및 NVMe-TCP 내에서도 실행할 수 있습니다.
NVMe SSD는 수만 개의 병렬 명령 큐를 실행하고, 단일 명령 큐만 구축할 수 있는 SCSI 프로토콜을 사용하여 연결된 드라이브보다 빠른 속도로 프로그램을 실행할 수 있습니다. 연결 방법은 프로토콜과 독립적으로 이루어집니다. 예를 들어 NVMe PCIe는 NVMe 프로토콜을 실행하는 PCIe 링크를 통해 단일 드라이브를 연결할 수 있습니다.
NVMe는 고성능 비휘발성 스토리지 미디어용으로 구축되었으므로 그래픽 편집 소프트웨어, 클라우드 컴퓨팅 환경, 펌웨어 및 대규모 데이터베이스와 같은 오늘날의 까다롭고 컴퓨팅 집약적인 환경에 이상적입니다. NVMe는 SCSI보다 적은 인프라 풋프린트와 적은 전력으로 엔터프라이즈 워크로드를 신속하고 효율적으로 처리합니다.
데이터를 저장하고 액세스하는 데 업계에서 선호되는 방법은 HDD였지만, 적절한 솔루션은 SATA와 SAS였습니다. 두 기술 모두 HDD와의 데이터 전송을 용이하게 하기 위해 SCSI 스토리지 인터페이스로 설계되었습니다. SAS는 SCSI 프로토콜을 실행하는 SAS 포트를 통해 단일 드라이브를 연결한 다음 PCIe 링크에 연결합니다. SATA는 ATA 컨트롤러를 통해 ATA 프로토콜을 실행하는 SATA 포트로 단일 드라이브를 연결한 다음 PCIe 링크에 연결합니다.
최근까지 대부분의 SSD는 컴퓨터 시스템의 나머지 부분과 연결하기 위해 SAS 또는 SATA를 사용했습니다. 그러나 스토리지 업계 전반에 걸쳐 솔리드 스테이트 기술이 부상함에 따라, HDD와 함께 사용되던 SAS와 SATA는 점점 더 어색한 조합이 되어갔습니다. 2023년 IDC(International Data Corporation) 보고서에 따르면, NVMe는 컴퓨터를 하나 이상의 주변 장치에 연결하기 위한 표준 직렬 확장 버스인 PCI 익스프레스를 통해 연결된 시스템으로의 데이터 전송 속도를 높이기 위해 설계되었습니다.1
NVMe의 프로토콜은 SSD와 함께 사용하도록 특별히 설계되었다는 점 외에도 SCSI보다 더 간소화되어 있어 ML 및 AI와 같은 실시간 애플리케이션에 더 적합한 솔루션입니다. 클라우드 컴퓨팅 환경의 인기가 높아짐에 따라 NVMe는 고성능과 데이터 보호 기능이 내장되어 있어 하이브리드 클라우드, 멀티클라우드, 메인프레임 스토리지 환경을 지원하는 데도 유리한 입지를 점하고 있습니다.
다음은 SAS 또는 SATA 드라이브보다 NVMe 스토리지를 사용할 때 얻을 수 있는 몇 가지 이점입니다.
더 나은 성능: NVMe 기술은 PCIe를 사용하여 SSD 스토리지를 서버 또는 중앙 처리 장치(CPU)에 직접 연결할 수 있습니다. 이러한 현저한 성능 향상 덕분에 NVMe 기술은 게이머, 비디오 편집자 및 SAS 또는 SATA HDD보다 더 높은 성능을 필요로 하는 기타 사용자들이 선호하는 데이터 저장/전송 옵션으로 자리 잡았습니다.
더 빠른 속도: NVMe 드라이브는 NVMe 명령을 더 빠르게 송수신하고 더 나은 처리량을 제공할 수 있기 때문에 SAS 또는 SATA 드라이브보다 훨씬 더 빠른 속도를 제공할 수 있습니다.
향상된 호환성: NVMe는 SAS/SATA보다 호환성이 뛰어난 옵션으로 널리 알려져 있으며, AI, ML, 클라우드 컴퓨팅과 같이 빠르게 변화하는 중요 기술과 함께 발전하면서 자주 업데이트되고 있습니다. NVMe 기술은 휴대폰, 노트북, 게임 콘솔을 포함한 모든 최신 운영 체제와 원활하게 작동할 수 있습니다.
향상된 대역폭: PCIe 연결은 SAS 또는 SATA 포트보다 더 넓고 대역폭이 더 많습니다. 또한 세대가 거듭될수록 개선되어 이전 세대의 대역폭이 두 배로 늘어납니다. SAS와 SATA는 연결 대역폭이 낮고 고정되어 있으므로 시간이 지나도 개선되지 않습니다. PCIe 연결을 차별화하는 또 다른 특징은 '레인'으로 확장 가능하다는 점입니다. 따라서 같은 세대에서도 사용자는 두 배의 레인 수로 대역폭을 두 배로 늘릴 수 있습니다.
NVMe와 SATA에 대해 자세히 알아보려면 'NVMe와 SATA: 차이점은 무엇인가요?'를 읽어보세요.
SSD와 플래시 스토리지가 등장하기 전까지 SATA는 모든 HDD 스토리지 시스템과 함께 사용되었습니다. 하지만 모바일 애플리케이션, 비디오 게임, AI와 같은 신기술로 인해 컴퓨팅 환경에 대한 요구가 증가하면서 SATA의 한계가 분명해졌습니다. 특히 SATA의 낮은 속도와 대역폭은 새로운 애플리케이션 기능의 핵심인 대용량 데이터 전송 속도를 늦추기 시작했습니다.
NVMe는 처리 시간을 늦추지 않고 대용량 데이터 전송이 필요한 환경에서 SSD용 SATA보다 더 나은 데이터 스토리지/전송 옵션으로 개발되었습니다. NVMe를 사용하면 SATA 드라이브와 마찬가지로 PCIe 버스와 M.2 또는 U.2 어댑터를 사용하여 SSD를 CPU에 직접 연결할 수 있습니다. NVMe를 사용하면 SSD가 CPU에 바로 연결되어 대량의 데이터를 신속하게 읽고 쓸 수 있습니다.
더 높은 성능을 달성하기 위해 NVMe는 PCIe 기반 SSD를 위한 레지스터 인터페이스, 명령어 세트 및 기능 그룹을 정의합니다. PCIe 버스를 통해 연결되면 NVMe 프로토콜은 지연 시간을 단축하고 초당 입출력 작업 수(IOPS)를 최적화하는 데 도움이 됩니다.
NVMe 드라이버는 Windows, Linux 및 macOS를 비롯한 다양한 종류의 운영 체제(OS)를 지원합니다. 또한 NVMe 프로토콜은 NAND 플래시 지원 SSD를 비롯한 모든 종류의 NVM을 지원합니다. 마지막으로, NVMe는 이전 버전의 '인터럽트' 기반 장치 드라이버가 아닌 병렬 명령 대기열과 '폴링 루프'를 사용하여 지연 시간과 시스템 오버헤드를 줄이고 그래픽 카드가 기본 CPU보다 빠르게 작동하는 경우와 같은 CPU 병목 현상을 방지합니다.
NVMe SSD 폼 팩터
NVMe 사양의 또 다른 중요한 차별화 요소는 폼 팩터, 즉 크기, 구성 및 물리적 설계가 다른 장치와의 호환성에 영향을 미치는 방식입니다. 최근 스토리지 네트워킹 산업 협회(SNIA)는 SSD 기술에 대한 업계 전반의 합의된 프레임워크를 만들기 위해 엔터프라이즈 및 데이터센터 표준 폼 팩터(EDSFF)를 설립하기 위해 모였습니다.
합의된 SSD의 표준 폼 팩터는 2.5인치로, 대부분의 노트북과 데스크톱의 드라이브 베이에 쉽게 장착할 수 있어 NVMe SSD는 기존 기술과의 호환성이 높습니다. 2.5인치 드라이브는 소비자 및 상업용 컴퓨팅 환경 모두에서 널리 사용되고 있기 때문에 시스템 성능을 업그레이드하려는 사용자는 HDD를 NVMeSDD로 간단하고 쉽게 교체할 수 있습니다.
m.2 NVMe 드라이브
M.2 SSD는 SSD에 사용되는 또 다른 물리적 폼 팩터 또는 커넥터입니다. 이 용어는 NVMe와 같은 의미로 사용되는 경우가 많지만 이는 서로 다른 종류의 스토리지 기술입니다. NVMe SSD는 마더보드의 PCIe 슬롯에 연결하여 경쟁 제품보다 훨씬 빠른 데이터 전송 속도를 제공하는 반면, m.2 드라이브는 물리적 폼 팩터 또는 커넥터로 초박형 노트북이나 태블릿과 같이 작고 전력이 제한적인 장치에서 고성능 스토리지를 구현할 수 있습니다.
NVMe 및 동적 랜덤 액세스 메모리
동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM)는 개인용 컴퓨터(PC), 서버 및 워크스테이션에서 널리 사용되는 랜덤 액세스 메모리(RAM)의 한 유형입니다. NVMe SSD는 DRAM과 DRAM이 없는 유형으로 모두 제공됩니다. DRAM이 탑재된 NVMe SSD는 DRAM이 없는 SSD보다 더 비싸고 빠르며, 사진 또는 비디오 편집 소프트웨어와 같은 그래픽 집약적인 애플리케이션에 더 적합한 옵션입니다. DRAM이 없는 NVMe는 더 저렴하고 느리지만 HDD나 SATA SSD보다 훨씬 빠르기 때문에 실행 중인 애플리케이션에 많은 속도나 성능이 필요하지 않은 사용자에게 적합한 옵션입니다.
NVMe는 지연 시간이 짧고 전력 소모가 적으며 SAS 및 SATA 드라이브보다 빠른 속도로 데이터를 저장하고 전송할 수 있기 때문에 기업 및 소비자 모두에게 적합합니다. 성능과 데이터 저장 용량을 향상시킬 뿐만 아니라 NVMe SSD는 SAS나 SATA SSD보다 더 널리 사용되고 있으며, 인텔이나 삼성과 같은 유명 소비자 회사에서 구입할 수 있습니다. 다음은 몇 가지 일반적인 NVMe 사용 사례입니다.
NVMe의 속도, 프로그래밍 가능성, 병렬 처리를 처리할 수 있는 용량은 고빈도 금융 거래, AI, 머신러닝을 포함한 광범위한 고성능 컴퓨팅 애플리케이션에 이상적입니다.
많은 최첨단 애플리케이션은 스토리지에 큰 대기열 깊이를 필요로 합니다. 이전 SAS/SATA와 달리 NVMe는 최대 65,000개의 대기열과 대기열당 명령을 저장할 수 있어 수천 개의 명령을 더 많이 실행할 수 있습니다.
NVMe SSD는 데이터 센터가 데이터 스토리지 용량을 확장하고 SATA SSD와 비슷한 가격으로 더 높은 성능을 제공할 수 있도록 도와주며, 많은 현대 기업들이 이를 전환하도록 이끌고 있습니다. 엔터프라이즈 전략 그룹 보고서에 따르면, 거의 4분의 3에 해당하는 조직이 NVMe 기반 SSD 스토리지를 사용 중이거나 향후 12개월 내에 구축할 계획이라고 합니다.2
가족 모임 비디오를 편집하든, 애니메이션 장편 영화 작업을 하든 NVMe의 빠른 데이터 전송 속도는 비디오 편집 속도를 획기적으로 높여줍니다. 간단히 말해서 비디오 편집 소프트웨어에서 장면을 편집하고 렌더링하면 많은 데이터가 생성됩니다. NVMe SSD는 프로세스 속도 저하 없이 이 모든 데이터를 처리할 수 있습니다.
컨테이너화된 DevOps 애플리케이션에 NVMe를 배포하면 많은 개발자가 대규모 빌드 시간을 단축하고 코딩 반복을 가속화할 수 있습니다. 또한 NVMe는 개발 속도를 높이고 비용을 절감하며 팀이 더 다양한 도구를 자유롭게 사용하여 더 빠르게 출시할 수 있도록 지원합니다.
NVMe 플래시 메모리 시스템은 애플리케이션 성능을 가속화하고 관계형 데이터베이스에 필요한 물리적 서버 수를 줄입니다. 따라서 기존 하드 디스크를 사용할 때보다 더 빠른 성능을 발휘하여 이를 운영하는 조직에서 쿼리를 훨씬 더 빠르게 실행할 수 있습니다.
IBM Storage FlashSystem 5200은 작고 강력한 스토리지가 필요한 기업뿐만 아니라 NVMe 스토리지가 제공하는 모든 이점을 필요로 하는 기업을 위한 강력한 옵션입니다. FlashSystem 제품군에 속하는 5200은 코어, 클라우드, 엣지 전반에서 데이터 관리를 통합하며, 혁신적인 1U 폼 팩터로 설계되었습니다. 5200은 기업이 데이터 스토리지 솔루션에서 더 빠른 속도, 성능 및 확장성을 달성하도록 돕습니다.
Red Hat OpenShift에서의 가상 머신과 컨테이너를 위한 클라우드 네이티브 인프라를 활용하여 가치를 실현하세요.
IBM Storage Utility는 비즈니스 이니셔티브와 연계되어 월별 사용량을 계산하고 분기별로 청구되는 비즈니스 요구 사항에 맞게 스토리지 용량을 조달할 수 있는 다양한 방법을 고객에게 제공하는 IBM 스토리지 소비 모델입니다.
1 "IDC의 전 세계 엔터프라이즈 스토리지 시스템 분류 체계, 2023년"(ibm.com 외부 링크), 여러 작성자, 2023년 4월
2 “ESG 연구 보고서: 데이터 인프라 동향”(ibm.com 외부 링크) Enterprise Strategy Group, 2021년 11월 15일