우수한 스토리지 기술에 있어서 NVMe는 독보적인 위치에 있습니다. 슬쩍만 보아도 NVMe와 SATA 간의 성능 차이는 상당합니다. NVMe와 SATA의 통신 드라이버와 인터페이스는 완전히 다른데, SATA는 회전 기술을 사용하는 하드디스크 드라이브(HDD)용으로 설계된 AHCI 드라이버를 사용하는 반면 NVMe 드라이버는 플래시 기술을 사용하는 SSD용으로 특수하게 설계되었습니다. 이외에도 NVMe는 PCIe 소켓을 이용하여 스토리지 인터페이스와 시스템의 CPU 간에 서로 통신하는 데 있어서 더 큰 이점을 얻을 수 있습니다. 이러한 대결을 스포츠 경기에 비유하자면 F1 레이스와 슈퍼 투어링 레이스를 비교하는 격입니다.
얼핏보면 NVMe와 SATA는 모두 속도가 빠르지만 SSD의 두 가지 유형을 비교하면 이들의 차이점은 두드러집니다. 귀하가 필요로 하는 것, 원하는 것 그리고 요건을 평가할 때 이러한 차이점을 고려하는 것이 중요합니다.
직렬 ATA(SATA) 기술은 2000년에 케이블 크기, 비용, 성능 및 기능성이 제한된 기존의 병렬 ATA 기술에 대한 향상된 기술로서 도입되었습니다. 하드디스크 드라이브(HDD)는 오늘날의 SSD보다 성능이 상당히 떨어지기 때문에 이 두 기술 모두 HDD에 사용하기에 충분했습니다. SATA 기반 SSD의 출현은 ATA 버스의 성능이 한계에 도달했음을 보여주었습니다. HDD의 읽기 성능이 겨우 50~120 MB/s에 도달할 수 있는 반면, SSD는 550 MB/s에서 SATA 버스 성능이 최대치에 다다를 수 있습니다. 버스에 이러한 제한이 있음에도 불구하고 기존 HDD 기술 대신에 SATA 기반 SSD를 사용할 경우 일반적으로 시스템의 전체 성능이 10~15배 개선되는 것이 확인되었습니다.
고급 호스트 컨트롤러 인터페이스(AHCI)는 SATA 연결 스토리지 장치의 성능과 유틸리티를 개선할 수 있도록 약 2004년에 설계된 통신 모드입니다. AHCI는 HDD용으로 설계되었고 최대 32개의 명령어를 포함하는 단일 스토리지 요청 대기열을 도입하였습니다. 이는 HDD가 높은 처리량과 성능을 달성할 수는 있지만, 이러한 구현이 향후 SSD 컨트롤러 기술의 장애물이 될 수 있음을 의미합니다. 예를 들어 SATA 기반 SSD가 최대 100,000 IOPS에 도달하여 SATA 버스에 의해 인위적으로 성능이 제한되는 경우 HDD는 최대 200개의 초당 입/출력 작동(IOPS)을 달성할 수 있습니다.
NVMe(Non-Volatile Memory Express) 기술은 SATA 인터페이스와 통신 프로토콜의 여러 병목현상을 해결하기 위해 2011년에 도입되었습니다. NVMe 기술은 SATA 버스 대신에 PCIe 버스를 사용하여 스토리지 장치의 엄청난 잠재적 대역폭을 실현할 수 있습니다. PCIe 4.0(현재 버전)은 최대 32개의 레인을 제공하고 이론상으로 SATA III의 사양 한계인 600 MB/s와 비교하여 최대 64,000 MB/s의 데이터를 전송할 수 있습니다. 또한 NVMe 사양은 65,535개의 명령어 대기열이 가능하여 대기열당 최대 65,536개의 명령어를 가질 수 있습니다. SATA 기반 SSD는 대기열당 단지 32개의 명령어를 포함하는 단일 대기열로 제한된다는 점을 상기하십시오. NVMe 기술은 폭넓은 범위의 시스템에서 효율성, 성능 및 상호 운영성 증가를 통해 스토리지 장치의 높은 잠재력을 생성합니다. 이 기술은 산업의 새로운 표준이 될 것임이 보편적으로 받아들여지고 있습니다.
HDD의 일반적인 폭은 2.5 또는 3.5인치이며 대부분의 SATA 기반 SSD의 폭은 2.5인치이고 두께는 7 mm인 반면, NVMe 드라이브는 다양한 장치에 적합하도록 많은 새로운 폼 팩터를 채택하였습니다.
NVMe는 SSD를 염두에 두고 특수하게 설계된 스토리지 프로토콜입니다. SATA HBA의 중간 층을 제거함으로써, NVMe는 SSD가 PCIe 버스를 통해 CPU와 직접 통신하도록 허용하여 혁신적인 성능 개선의 통로를 엽니다. NVMe에 대해 자세히 알아보자면, SATA III 버스의 성능 한계는 6 Gb/s이며 이는 오버헤드를 고려하면 SATA SSD가 최대 550 MB/s의 처리량을 제공할 수 있음을 의미합니다. 단일 PCIe 3.0 레인은 1 GB/s(양방향)의 처리량을 제공할 수 있으므로 PCIe 3x4 SSD의 최대 처리량은 4 GB/s 읽기/쓰기에 도달할 수 있습니다. PCIe Gen 4X4 SSD의 경우 최대 처리량은 8 GB/s(양방향)에 이릅니다. 성능 한계가 프로토콜에서 NAND 미디어로 이동하는 등 최근 괄목할만한 발전을 이루었으며 제조업체들은 최고 밀도와 성능을 초소형 폼 펙터에 밀어 넣을 수 있게 되었습니다.
또한 NVMe는 SATA/SAS 보다 짧고 최적화된 데이터 경로를 제공하므로 NVMe를 사용할 경우 프로토콜 지연이 상당히 감소합니다. 또한 I/O 처리 도어벨 신호는 CPU 오버헤드를 상당히 감소시키므로 NVMe 장치의 대기열 관리가 CPU에 의해 보다 효율적으로 처리됩니다. 뿐만 아니라 NVMe 장치는 지난 10년간 이루어온 엄청난 개발 노력 덕분에 대부분의 주요 운영 체제에서 지원됩니다.
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