Intel과 Micron의 3D XPoint에 대항해 나온 Samsung의 Z-NAND.

이 친구에 대한 내용을 직접 다루기엔 좀 길어지니 관심있으신 분들은 할 거 없으실 때 읽어보시는 것도 재밌을 수 있어요


별거없지만 말이죠.

간단하게 말하자면, 회로를 수정해 성능 향상을 꾀한 SLC NAND입니다.

당연히 비싸겠죠?


SZ983 240GB입니다.

컨트롤러는 Samsung PHOENIX를 사용합니다. 계속 해서 보아온 그 컨트롤러입니다. 큰 이변이 없다면 이 컨트롤러를 보는 것은 드디어 마지막이 될 것 같네요. 자세한 설명은 생략하겠습니다.

DRAM은 Samsung K4F4E3S4HF-BGCH입니다. LPDDR4 512MB 제품인데, L2P 테이블을 생각하면 많은 용량일 수 있습니다. 참고로, PM981과 PM981a 256GB 모델과 동일한 친구입니다.

Z-SSD의 구현에서 가장 중요한 Z-NAND입니다. PN은 Samsung K9QHGB8J1M-1CK0이며, 4개가 실장되었습니다. Z-NAND는 애초에 한 세대 뿐이니 1세대라고 하기도 애매하네요. 64Gb SLC Die를 8개 패키징하여 칩당 512Gb=64GB를 구현했습니다. 총 256GB의 Raw Capacity라고 할 수 있겠네요. 다만, 7%의 Over Provisioning이 할당되어, 240GB의 용량이 사용가능합니다.

PLP를 위한 Capacitor는 Panasonic 35TQS47MEU를 사용했으며, 35V 47µF의 스펙으로 7개가 실장되었습니다. 참고로, PM983 960GB 모델에서는 동일한 친구가 10개 있습니다.

PMIC는 BIU7NB라는 마킹이 되어있었는데, S2FPS05A01일 확률이 높습니다. 물론, 맞다고 하더라도 상세 스펙을 알 수는 없습니다.

Adesto Technologies AT25DL161은 2MB의 SPI NOR 플래시입니다. 100k P/E Cycle과 20년의 데이터 보존기간을 자랑하는데, 펌웨어와 같은 데이터가 저장될 것으로 예상됩니다.

그외는 제가 알 수 없었던 소자들입니다.



다음은 983 ZET 960GB 입니다. 노린 것은 아닌데, 생산 주차가 18년 19주차로 동일했습니다.

컨트롤러는 역시 Samsung PHOENIX를 사용합니다.

DRAM은 Samsung K4F2E3S4HA-BGCH입니다. LPDDR4 1.5GB 모델로, PM983 960GB에 적용된 친구와 동일합니다. 970 PRO는 1GB 모델이 사용되었다는 것을 생각해보면, PHOENIX 컨트롤러를 사용하는 삼성 eSSD에는 cSSD와 다르게 추가 역할이 있는 것으로도 생각됩니다. DRAM의 사용사례는 무궁무진하니까요.

Z-SSD의 구현에서 가장 중요한 Z-NAND입니다. PN은 Samsung K9QHGB8J1M-1CK0이며, SZ983에 사용된 것과 동일합니다만, 개수가 더 많이 실장되었습니다. 여기선 전면에 8개가 실장되었네요.
개당 64GB의 용량을 가지고 있으니, 전면에서는 총 512GB의 Raw Capacity가 구현됩니다. 후면에서도 동일하게 8개 실장되었으니, 총합 1024GB의 Raw Capacity가 실장되었습니다. 물론, 7% OP가 더해져 실제 사용자 공간은 960GB입니다.

PLP를 위한 Capacitor는 Nippon Chemi-Con HHXA350ARA271MJA0G을 사용했으며, 35V 270µF의 스펙으로 3개가 실장되었습니다. PM1725와 동일한 파트이지만, 개수는 더 적습니다.

MPS MP8869S는 I2C로 제어 가능한 Step-Down DC-DC Converter입니다.

Texas Instruments TPS3897는 Single channel의 Voltage Monitor입니다.

onsemi CAT24C512는 1000k PE Cycle과 100년의 데이터 보존 기간을 자랑하는 64kB EEPROM입니다.

PMIC는 BIU7VC라는 마킹으로 후면에 위치합니다.

Texas Instruments TPS62130는 Step-Down DC-DC Converter입니다.

Adesto Technologies AT25DL161은 SZ983에 실장된 것과 동일한 2MB의 SPI NOR 플래시입니다.



CDM 결과입니다. QD 깊이와 관계없이 비교군과 대비해 우수한 랜덤 읽기에 눈에 띕니다.

SZ983은 LBA=4096B만 지원합니다. SPECworkstation의 WPCstorage 워크로드에서 비정상적인 값이 나온다는 뜻이죠.

MayaVenice 워크로드에서 추가 OP로 인한 상당한 성능 향상을 확인할 수 있었습니다.

첫 번째 패스에선 SLC > MLC > TLC의 순서를 보였지만, 두 번째 패스에서 Z-SSD들의 속도가 970 PRO와 비슷하게 내려왔습니다.

기존 NAND에 비해 읽기 성능의 비약적인 향상으로 인해 혼합성능에서도 상당한 이점을 보여줍니다.


여기부턴 Steady State를 측정하는 엔터프라이즈 전용 벤치마크입니다.

순차 읽기의 경우엔 Z-SSD들이 나쁜 성능을 보여주었습니다. 특히, 983 ZET가 최악의 성능이었죠. 스펙 시트의 3400MB/s에도 미치지 못했습니다.

순차 쓰기입니다. 순수한 TLC인 PM983이 낮은 건 어쩔 수 없지만, QD1인 상황에 한정한다면 970 PRO가 Z-SSD들에 비해 더 우수한 성능을 보였습니다. QD2부터는 역전하지만, 심각한 차이는 보이지 않았습니다.

랜덤 워크로드에 대한 Pre-Conditioning의 일부를 오려서 가져왔습니다.

다들 괴랄하게 절벽을 그리며 떨어집니다. SZ983은 최악까지 다다르진 않지만, 983 ZET는 순간 속도가 급락하는 타이밍이 있는 것을 확인할 수 있습니다.

하지만, OP를 추가 할당한 경우는 다릅니다. 값이 최악으로 떨어진 상태가 비교군의 Steady State보다도 더 우수한 성능을 기록할만큼 말이죠.

이는 지연시간 그래프에서 더욱 확연하게 나타납니다. 큰 이변없이 Steady State로 향하는 모습은 굉장히 인상적이네요.

그렇지만, 척 보기에도 IOPS Consistency와 같은 경우는 PM983이 가장 우수해보입니다. IOPS의 변동은 물론이고 지연시간의 변동이 가장 덜한 그래프의 모습이 보이나요?

아쉽게도, PM983은 이제 제 손에 없어서 IOPS Consistency를 측정하진 못했습니다. 그렇지만 Z-SSD들은 측정했습니다! 새로운 벤치마크 방법을 도입했으니, 간단하게 설명하고 진행하겠습니다.

예시로 3개의 SSD에 대한 랜덤 Pre-Conditioning의 결과를 가져왔습니다. 지연시간은 낮을수록 좋겠죠? 그런 관점에서 보면 970 PRO < PM983 < PM1725라는 결과가 도출됩니다.

하지만, 그래프 자체가 깔끔한 것은 PM983이 제일입니다. IOPS의 변동이 덜한거죠. 기존에 제가 하던 방식, 이 부분에 대해서 결과를 제시하지 못합니다. 그저 Pre-Conditioning의 그래프만 제시할 수 있죠.

이를 수치화하여 직접적으로 제시할 수 있도록 했습니다. Pre-Conditioning과 동일하게 0.1초 단위로 데이터를 수집합니다. 결과값 도출은 삼성이 제시하는 것에서 따와 다음과 같이 계산합니다.

IOPS Consistency (%) = (99.9% IOPS) / (Average IOPS) * 100

처음엔 지연시간으로도 Consistency를 제시할까 고민했는데, 실질적으로 SSD 성능으로 자주 제시되는 것은 IOPS 이기에 이렇게 진행했습니다. 지연시간보다 이게 더 직접적으로 와닿을 것 같기도 해서 말이죠.

다만, QoS와는 약간 다릅니다. 위 그래프에서 970 PRO는 안정적인 모습을 보이지 못하고 계속해서 튀는 값이 검출됩니다. 99.9%의 세밀함에서는 이를 검출하기 약간 힘들 수도 있습니다. 이는 QoS 섹션에서 모든 I/O의 지연시간을 때려박아 제시합니다.
다만, 저도 정말 아쉽지만, 여러 한계로 인해 QoS는 보통 SSD 데이터시트에서 제시하는 QD1만으로 진행합니다. 로또 당첨되게 해주세요. 제발


아무튼 랜덤 읽기입니다. Z-SSD의 강점이 눈에 띕니다. QD1에서 비교군들의 QD2 성능보다 더 우수했습니다.

지연시간도 압도적입니다. 순차 값들과 다르게, 스펙 시트의 750k IOPS를 초과하는 성능을 보여주었습니다.

각 Z-SSD들의 QD256인 상황에서 IOPS Consistency는 다음과 같습니다.

SZ983 99.1%
983 ZET 99.0%
983 ZET (OP+) 99.0%

랜덤 쓰기는 OP의 힘을 보여줍니다. 또한, SZ983과 983 ZET의 다른 용량으로 인한 차이도 보였습니다.

983 ZET의 경우엔 스펙 성능의 75k IOPS를 초과하는 성능을 보여주었으며, OP를 추가할당한 경우에도 SZ985의 스펙성능인 170k IOPS를 보여주었습니다.

QD256에서의 IOPS Consistency는 아래와 같습니다.

SZ983 89.5%
983 ZET 89.9%
983 ZET (OP+) 88.3%

혼합성능은 일반적인 NAND기반의 SSD와 다른 그래프 개형을 보여줍니다.

자세한 부분은 여러 커뮤니티의 이미지 제한으로 인해 생략했습니다.

그래프 생성에 가장 시간이 오래걸리는 QoS 분석입니다.

읽쓰기와 혼합 작업 모두에서 굉장히 우수한 QoS 관리 능력을 보여줍니다. 특히 혼합 작업에선 99.999%에서도 100us급의 지연시간이었습니다.



Z-SSD는 당시 성능에 있어서 NAND의 최종진화형을 보여주었다고 해도 과언이 아니었을겁니다. 슬프지만, 이렇게 강력한 Z-NAND의 후속은 세상에 나올 일이 없었습니다.

시간이 흐르고, Optane의 단종 소식에 사람들이 눈물을 흘리고 있을 때, 삼성은 올해의 FMS에서 기습 부활을 선언합니다.

Optane에 대항하여 Z-NAND가 막 태어났던 때와 다르게, 현 시기는 AI의 물살을 타고 있으며, 이에 핵심이 되는 GPU들은 대부분 엔비디아 제품입니다. 그리고 엔비디아가 메모리 업계에 100M IOPS를 요구하고 있다는 것은 공공연한 이야기죠.
100M IOPS의 달성은 쉽지 않을 것으로 보입니다. 제조사들은 자신만의 방법을 궁리하고 있으며, Z-NAND의 부활을 선언한 것도 이와 같은 맥락일 것입니다.

강력한 대항마인 Optane은 없어졌지만, 여전히 넘어야할 산은 있습니다.
대표적인 걸림돌이 바로 XL-FLASH입니다. 삼성이 Z-NAND를 발표하고 좀 지난 뒤, 키오시아는 XL-FLASH를 발표했습니다. Z-NAND처럼 SCM(Storage Class Memory)의 자리를 노리는 SLC NAND입니다. 키오시아는 포기하지 않고 MLC인 2세대 XL-FLASH를 현재 양산 중입니다.

아무튼, 리뷰를 읽으시면서 3D XPoint에 대항하여 나왔는데, 3D XPoint 기반의 SSD는 왜 비교군에 없냐는 의문을 가지신 분들도 계실 것 같습니다. 그리고, 그런 의문을 품은 분들께 감사드리고 싶습니다. 제 리뷰를 제대로 읽어주고 계신다는 뜻일테니까요.

그래서, 다음 리뷰는 인텔의 Optane SSD입니다.

다만, 개강을 비롯해 여러 일이 맞물려 이제부터 상당히 바빠질 예정입니다. 일단 목표는 2주에 리뷰를 하나씩 투고하는 것이지만, 계획대로 풀릴지는 모르겠네요.

슬슬 졸업과 진로에 대해 고민할 시기입니다. 로또에 당첨되어서 SSD 리뷰만 편하게 할 수 있는 날이 오길 바랍니다. 제발 당첨 좀 시켜주세요


* 내 돈 내고, 내가 사서, 내가 리뷰하고, 내가 처분한다.
* Z-NAND는 NAND의 신입니다. 반박하고 싶으면 나한테 XL-FLASH를 사용한 SSD의 샘플을 주세요, KIOXIA.
* 원본이나 더 많은 그래프가 보고 싶으신 분들은 https://freshflash4096.github.io/z-ssd-983-zet-sz983-review/ 를 참고해주시면 되겠습니다.