NVMe란 무엇인가요?

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 지연 시간을 줄이는 데 도움이 되며, 기업 워크로드는 물론 수많은 소비자 및 전문 애플리케이션에 이상적입니다. 이러한 다목적성은 게임 및 모바일 기술부터 전자 상거래, 금융 및 의료 플랫폼에 이르기까지 광범위한 산업에 걸쳐 적용됩니다.

오늘날 확장 가능한 고성능 스토리지 솔루션에 대한 수요는 계속 증가하고 있습니다. Research and Markets의 보고서에 따르면 2024년 전 세계 NVMe 시장 규모는 2,120억 달러로 평가되었습니다. 그 가치는 2030년까지 8,889억 달러에 이를 것으로 예상되며, 2024~2030년에는 연평균 성장률(CAGR) 27%로 성장할 것으로 예상됩니다.¹

인공 지능(AI), 빅데이터 분석, 사물인터넷(IoT) 애플리케이션이 이러한 확장을 주도하고 있으며, NVMe 및 기타 기술들이 이러한 워크로드에 필요한 속도와 효율성을 가능하게 합니다.

NVMe는 SATA(Serial Advanced Technology Attachment) 및 SAS(Serial Attached SCSI) 프로토콜을 대체하기 위해 2008년부터 2011년까지 개발되었습니다. NVMe는 경쟁 기술보다 향상된 기능을 통해 고속 스토리지의 업계 표준으로 자리잡았습니다.

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 제거하는 주변 장치 구성 요소 상호 연결 익스프레스(PCIe) 버스를 통해 플래시 스토리지에 액세스합니다. 하지만 NVMe는 파이버 채널 및 이더넷과 같은 모든 유형의 상호 연결(NVMe-oF)과 이더넷, iWarp, RoCEv2, iSER 및 NVMe-TCP 내에서도 실행할 수 있습니다.

NVMe SSD는 수만 개의 병렬 명령 대기열을 실행할 수 있습니다. 또한 단일 명령 대기열만 배포할 수 있는 SCSI 프로토콜을 사용하여 연결된 드라이브보다 더 빠른 속도로 프로그램을 실행할 수 있습니다. 연결 방법은 프로토콜과 독립적으로 이루어집니다. 예를 들어, NVMe를 사용하는 PCIe SSD는 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.

비휘발성 메모리 익스프레스(NVMe)와 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)는 서로 다른 두 가지 유형의 드라이브를 설명하는 데 자주 사용됩니다. 하지만 이 두 가지는 서로를 강화하는 데 사용할 수 있는 별개의 데이터 스토리지 기술 유형입니다. 

SSD는 플래시 메모리를 사용하여 컴퓨터 시스템에 영구 데이터를 저장하는 반도체 기반 저장 장치입니다. SSD에서 각 메모리 칩은 메모리 비트가 포함된 셀(페이지 또는 섹터라고도 함)이 포함된 블록으로 구성됩니다. 자석을 사용하여 데이터를 저장하는 HDD, 디스켓 드라이브와 같은 자기 스토리지와 달리, SSD는 NAND 칩을 사용합니다. 이 비휘발성 스토리지 기술은 데이터를 유지하는 데 전력이 필요하지 않습니다.

모든 NVMe 장치는 SSD입니다. 하지만 모든 SSD가 PCIe 기술을 사용하는 것은 아닙니다. 일부 SSD는 원래 HDD 장치용으로 설계된 구형 SATA 및 SAS 인터페이스를 여전히 사용합니다.

자세히 알아보려면 SSD와 NVMe: 차이점은 무엇인가요?를 확인하세요.

하드 디스크 드라이브(HDD)가 업계에서 데이터를 저장하고 액세스하는 데 선호되는 방법이었던 시절에는 SATA와 SAS가 적절한 솔루션이었습니다. SATA(Serial Advanced Technology Attachment)는 ATA 프로토콜을 사용하는 스토리지 장치를 연결하도록 설계되었으며, SAS(Serial Attached SCSI)는 SCSI 기반 인터페이스로 설계되었습니다. 둘 다 HDD의 기계적 특성에 최적화되었습니다.

최근까지 대부분의 SSD는 컴퓨터 시스템의 나머지 부분과 연결하기 위해 SAS 또는 SATA를 사용했습니다. 그러나 스토리지 업계 전반에 걸쳐 솔리드 스테이트 기술이 부상하면서 HDD용으로 설계된 SAS와 SATA는 점점 더 어색한 조합이 되었습니다.

마지막으로, NVMe는 SSD를 위해 특별히 설계되었으며, 프로토콜이 SCSI보다 간소화되어 머신 러닝(ML) 및 AI와 같은 실시간 애플리케이션에 더 적합한 솔루션입니다.

클라우드 컴퓨팅의 인기가 높아짐에 따라 NVMe는 내장된 고성능 및 데이터 보호 기능으로 인해 하이브리드 클라우드, 멀티클라우드 및 메인프레임 스토리지 환경을 지원합니다.

비휘발성 메모리 익스프레스(NVMe)는 처리 시간을 늦추지 않고 대용량 데이터 전송이 필요한 환경에서 SSD용 SATA보다 더 나은 데이터 스토리지 및 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 SSD를 PCIe 인터페이스를 통해 CPU에 바로 연결할 수 있으므로 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. 현재 NVMe 드라이브는 PCIe 4세대 또는 5세대를 사용하므로 최대 성능을 제공할 수 있습니다.

NVMe 드라이버는 Windows, Linux 및 macOS를 비롯한 다양한 종류의 운영 체제(OS)를 지원합니다. 마지막으로, NVMe 프로토콜은 NAND 플래시 지원 SSD를 비롯한 모든 종류의 NVM을 지원합니다. 또한 NVMe는 이전 버전의 '인터럽트' 기반 장치 드라이버가 아닌 병렬 명령 대기열과 '폴링 루프'를 사용합니다. 이 접근 방식은 지연 시간과 시스템 오버헤드를 줄여 CPU 병목 현상을 방지하고 전반적인 처리량을 개선하는 데 도움이 됩니다.

NVMe 사양의 또 다른 중요한 차별화 요소는 폼 팩터, 즉 크기, 구성 및 물리적 설계가 다른 장치와의 호환성에 영향을 미치는 방식입니다. 2020년, 스토리지 네트워킹 산업 협회(SNIA)는 SSD 기술에 대한 업계 전반의 합의된 프레임워크를 만들기 위해 엔터프라이즈 및 데이터 센터 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 NVMe SDD로 간단하고 쉽게 교체할 수 있습니다.

SSD에 가장 널리 사용되는 폼 팩터 중 하나인 M.2는 물리적 커넥터 표준입니다. 이 용어는 NVMe 기반 드라이브에 대한 논의에서 자주 사용되지만, 여기서 NVMe는 프로토콜 자체가 아닌 물리적 폼 팩터를 나타냅니다.

NVMe SSD를 시스템 보드의 PCIe 슬롯에 연결하여 성능을 극대화할 수 있습니다. 하지만 M.2는 노트북이나 태블릿과 같이 얇고 가벼운 장치에서 고성능 스토리지를 구현할 수 있는 컴팩트한 폼 팩터입니다.

NVMe와 M.2에 대한 자세한 설명은 NVMe와 M.2: 차이점은 무엇인가요?를 확인하세요.

동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM)는 개인용 컴퓨터(PC), 서버 및 워크스테이션에서 널리 사용되는 랜덤 액세스 메모리(RAM)의 한 유형입니다. NVMe SSD는 DRAM 유형과 DRAM이 없는 유형 둘 다로 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 NVM은 더 저렴하고 느리지만 HDD나 SATA SSD보다 훨씬 빠릅니다. 이러한 측면은 실행 중인 애플리케이션에 많이 속도나 성능이 필요하지 않은 사용자에게 좋은 옵션입니다.

패브릭을 통한 비휘발성 메모리 익스프레스(NVMe-oF)는 네트워크 패브릭(예: 이더넷, 파이버 채널, RDMA)을 사용하여 호스트를 공유 스토리지에 연결하는 프로토콜 사양으로, 고속의 저지연 통신을 가능하게 합니다.

NVMe는 하나의 드라이브와 하나의 호스트로 PCIe를 통해 직접 연결되는 반면, NVMe over Fabrics 서버는 더 넓은 범위의 네트워크에서 작동합니다. NVMe-oF가 NVMe를 대체한 것이 아니라, 네트워크 연결 공유 스토리지를 통해 NVMe 성능을 지원함으로써 NVMe를 보완합니다.

SAS 또는 SSD 드라이브와 비교했을 때 NVMe 스토리지가 제공하는 몇 가지 주요 이점은 다음과 같습니다.

• 더 나은 성능: NVMe 기술은 PCIe를 사용하여 SSD 스토리지를 서버 또는 중앙 처리 장치/프로세서(CPU)에 직접 연결할 수 있습니다. NVMe의 성능이 크게 향상되어 게이머, 비디오 편집자 및 SAS 또는 SATA HDD보다 높은 성능을 필요로 하는 기타 사용자가 선호하는 데이터 저장 및 전송 옵션이 되었습니다.

• 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 뛰어난 성능을 제공하며 AI, ML 및 클라우드 컴퓨팅과 같이 빠르게 변화하는 중요 기술을 지원하도록 자주 업데이트됩니다. 모바일 플랫폼을 포함한 최신 운영 체제(OS)에서 지원되며 노트북 및 게임 콘솔에 사용됩니다.

• 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 대한 자세한 내용은 "NVMe와 SATA: 차이점은 무엇인가요?"를 확인하세요.

NVMe는 지연 시간이 짧고 전력 효율이 높으며 SAS 및 SATA 드라이브보다 빠른 속도로 데이터를 저장하고 전송할 수 있기 때문에 기업 및 소비자 모두에게 매우 적합합니다. 성능과 데이터 스토리지 용량을 개선하는 것 외에도 NVMe SSD는 SAS 또는 SATA SSD보다 널리 사용되고 있으며 Intel과 삼성을 비롯한 소비자 회사에서 구입할 수 있습니다.

다음은 몇 가지 일반적인 NVMe 사용 사례입니다.

NVMe의 빠른 속도, 프로그래밍 가능성, 병렬 처리를 처리할 수 있는 용량은 고빈도 거래, AI, 머신 러닝을 포함한 광범위한 고성능 컴퓨팅(HPC) 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 훨씬 더 많은 명령을 동시에 처리할 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 앱을 더 빠르게 시작할 수 있도록 지원합니다.

NVMe 기반 시스템은 애플리케이션 성능을 가속화하고 관계형 데이터베이스에 필요한 물리적 서버의 수를 줄여 조직이 쿼리를 보다 효율적으로 처리하고 인프라 비용을 절감할 수 있도록 합니다.

가상 환경(예: VMware, VDI)에서 NVMe는 스토리지 지연 시간을 줄이고 여러 가상 머신(VM)이 스토리지 리소스를 놓고 경쟁할 때 발생하는 I/O 병목 현상을 제거합니다.

또한 NVMe를 사용하면 한 번에 수천 개의 명령을 처리할 수 있으므로 서버가 속도와 안정성을 유지하면서 더 많은 VM을 지원할 수 있습니다.

고속 NVMe SSD는 대규모 데이터 세트에 빠르게 액세스하여 ML 및 AI 모델 학습을 가속화합니다. 또한 자연어 처리(NLP) 및 예측 분석을 지원하는데, 이 경우 AI 기반 의료 진단 및 재무 모델링과 관련된 워크로드에 실시간 의사 결정이 필요합니다.