패러럴 ATA 인터페이스의 한계와 단점

1. 클럭의 실질적 한계에 도달했다.

패러럴 ATA는 클럭의 한계에 도달해있다. 현재의 케이블에서 ATA133으로 동작할 경우 케이블에서 데이터 전송이 일어날 때 사용되는 클럭은 무려 66MHz에 달한다. 쉴딩(shielding)되어 있지 않은 케이블로써는 상당히 거북한 동작속도인것이다. 물론 이러한 높은 동작속도에서도 데이터 신뢰도를 높이기 위해서 80C40P(80 conductor 40 pin) 케이블이 등장하기는 했다.

 
왼쪽이 40선/40핀 케이블, 오른쪽이 80선/40핀 케이블

UDMA-33부터 적용되기 시작한 80C40P 케이블은 40핀에서 80선을 구현하면서, 짝수번의 핀은 모두 그라운드(접지)를 해 놓았기 때문에 데이터 신뢰도는 보다 향상될 수 있었고, 또한 케이블의 길이와 Master/Slave를 명확하게 구분해서 신호의 오류를 최소화하였다.

그러나 이러한 조치로도 이제 더이상의 향상은 불가능하다. 쉴딩을 하고 신호의 안정성을 향상시킨다고 하더라도 패러럴 타입이라는 구조상 더이상의 속도향상을 이루기가 어려운 것이다. 여기에는 몇가지 이유가 작용하고 있다.

우선, 패러럴 ATA 케이블은 하나의 케이블에서 데이터가 양방향으로 전송된다. 한개의 bit가 전송되는 케이블을 볼 때, 데이터가 전달되는 방향에 따라서 케이블 내에서 신호가 흐르는 방향이 바뀐다.

이러한 양방향전송(bidirectional transfer)으로 인해서 지연시간의 손실을 보게 된다.

또한, 패러럴 ATA는 그 이름 그대로 병렬 전송을 한다. 병렬 전송에서 클럭을 높이는 것이 왜 까다로운가에 대해서는 지난 RDRAM 강좌에서 이미 언급한 바 있다. 바로 신호왜곡(skew)이 대단히 크다는 것이다. (관련강좌보기 : RDRAM의 구조와 미래, 10GB를 위하여 / RDRAM이 가지는 잇점과 특징)

특히 메모리와 틀리게 하드디스크 드라이브 인터페이스는 긴 케이블을 가지고 있다는 것도 이러한 왜곡이 상당히 커지는 원인중의 하나이다. ATA에서의 케이블 길이의 제한이 크다고는 하지만 그래도 45cm는 된다. PCB상의 회로길이와는 비할 바가 아니다.

ATA라는 인터페이스는 어디까지나 일반 사용자를 대상으로 하고 있으며, 그래서 가격대성능비를 상당히 중시한다는 것도 잊어서는 안된다. 분명 위와 같은 단점은 고가의 쉴딩 케이블과 높은 퀄리티의 부품 등을 사용하면 어느정도 극복할 수 있다. 그러나 중요한 것은 이러한 솔루션을 '사용자가 납득할 수 있는 가격에' 공급할 수 있어야 한다는 것이다. 그 결과 ATA용 케이블에는 흔하디 흔한 PVC 케이블이 그대로 사용되고(관련강좌보기 : 비싼케이블, 그만큼의 값어치는 있나?) 쉴딩도 안되어 있다.

상황이 이렇다 보니, 양방향전송 인터페이스가 병렬전송으로 인해서 신호왜곡도 커지고, 케이블은 쉴딩도 되어 있지 않다는, 여러가지 문제점이 복합적으로 발생하고 이것은 ATA에서 사용할 수 있는 최대 동작클럭을 크게 제한하게 된다. ATA133이 이제 물리적 한계에 근접하고 있다는 것은 결고 가볍게 넘어갈 수 있는 이야기가 아니다.

2. 케이블의 길이가 부족하다

이것은 이미 수많은 사용자들이 토로하고 있는 ATA 인터페이스의 단점이다. ATA 방식 하드디스크 드라이브들의 성능이 강력해지면서, 이들 제품은 기존에 ATA 인터페이스가 사용되던 영역인 '일반 소비자' 층을 벗어나서 하이엔드 데스크탑 PC를 비롯하여 웍스테이션, 심지어 서버에까지 침투하고 있다. 이러한 과정에서 절실하게 요구되었던 것이 바로 케이블링의 유연성(flexibility)과 확장성(scalability)이다.

그러나 ATA 인터페이스는 45cm라는, 대단히 짧은 케이블 길이의 제약을 가지고 있다. 파워유저 층에서, 그리고 서버 등에서 흔히 사용되는 대형 케이스에 적용할 때, 맨 위의 베이에 HDD나 CD-ROM을 장착하고자 한다면 괴로운 상황에 맞닥뜨리는 것이 현실이다.

케이스가 좀 작다고 하더라도 내부 구조가 복잡해서 여기저기 지나가야 할 일이 생긴다면 대번에 케이블 길이는 부족해지고 사용자는 이 케이블을 어떻게 해야지 HDD까지 혹은 CD-ROM까지 이것이 닿을 수 있을까라는 고민을 수도없이 해야한다.

물론, UATA/33까지는 케이블의 길이제약이 비교적 유연했기 때문에 대충 60cm 정도까지는 사용해도 무방하였다. 하지만 ATA/66 부터는 길이제한을 상당히 까다롭게 지켜야만 했고 그래서 '고가의' 긴 케이블도 출시되었다. 70cm 정도의 길이를 가지는 케이블들이 있다고는 하지만 이러한 길이라고 해도 충분한 것은 아니며, 또한 '높은 가격'이라는 것은 역시 ATA의 취지에서는 벗어나는 것이다.

3. 높은 전압을 사용한다.

패러럴 ATA에서 신호전송에 사용하는 전압폭(swing)은 5V이다. 현재 다른 인터페이스들에 사용되는 전압은 대단히 낮다. 그러나 ATA 인터페이스에 사용되는 전압은 17년전에 개발된 그대로이기 때문에 5V라는 매우 높은 전압을 가진다.

5V의 전압폭이 무슨 문제가 될까? 일단, 회로의 설계가 복잡해진다. 높은 전압을 사용하므로, 사용되는 컴포넌트들도 이러한 높은 전압을 견뎌주는 것들이 필요하다. 또한, 필연적으로 사용전력이 많아진다. 노트북 등 모바일 기기에도 ATA 인터페이스는 그 형태만 바뀌어서 그대로 사용되고 있는데, 이러한 분야에서 5V의 전압을 사용한다는 것은 상당한 전력의 낭비를 초래한다.

4. 케이블을 설치하기 복잡하며, 손상받기 쉽다

패러럴 ATA 케이블 흔히 말하는 플랫 리본 케이블(flat ribon cable)이다. 리본 케이블의 가장 큰 단점은 누가뭐래도 케이블이 넓적해서 다루기도 귀찮고, 케이스 내부가 상당히 복잡해진다는 것이다.

플랫 리본 케이블은 위와 같이 접힐 수 있기는 하다. 하지만 수평으로 90˚를 휘어들어가야 하는 상황이라면? 이때부터 상당히 머리가 아파진다. 특히나 공간이 좁기까지 하면 더욱 괴롭다. 그리고, 넓적한 케이블들이 케이스 내부에 진을 치고 있다보니(최소한 세개의 케이블이 존재한다. FDD, HDD, CD-ROM. 사용자에 따라 SCSI라던가 기타 등등의 다양한 케이블이 있는 경우도 있다. 일례로 필자의 케이스 안에는 여섯종의 플랫 케이블이 존재한다. 매우 괴롭다.)

손상받기도 쉽다. 케이블의 가닥 수가 많아지는만큼, 개개의 선에 대해서 피복을 두껍게 할 수가 없는 것이다. 별도의 쉴드도 되어있지 않고 피복도 얇다보니, 케이스 내부의 어딘가에 걸리기라도 하면 바로 케이블은 손상을 입는다. 케이블이 손상받으면 데이터의 오염은 둘째치고라도 아예 디바이스를 인식하지 못한다거나 디바이스 자체가 손상받는 일이 발생할 수도 있다.

5. 설치가 불편하다

현재의 ATA 타입 HDD는 초보자가 설치하기에는 좀 귀찮은 면이 있다. 다음의 사진을 보자.

웨스턴디지털사의 WD Caviar 하드디스크 드라이브의 점퍼와 레이블

위 사진은 웨스턴디지털사의 WD Caviar 하드디스크에 있는 점퍼의 모습과, 이들 점퍼의 설정에 따른 상태를 설명해주는 레이블이다. 어느정도 컴퓨터를 만진 경험자라면 이것이 무엇인지, 어떻게 하면 되는지를 쉽게 파악하겠지만, 초보자라면 일단 이것이 무엇을 의미하는가부터 한참동안 생각해야한다. 마스터/슬레이브의 의미가 무엇이며, 왜 이런 설정을 해야하고, 설정을 해서 무엇이 달라질것이며.. 등등등. ATA/66 부터는 마스터/슬레이브에 따라 케이블상의 연결 위치의 제한이 까다로워져서 이를 지키지 않을 경우 오동작하거나 속도가 떨어지거나 하는 일이 발생한다.

(물론, SCSI는 더 복잡하다. 그러나 SCSI는 ATA와는 대상으로 하는 시장부터가 틀리기 때문에 비교의 대상이 되지 못한다.)

6. 서버에 적용되기에는 어려움이 있다

ATA 타입 하드디스크 드라이브의 성능은 이제 서버 제품군에도 충분히 사용될 수 있을 정도로 많이 발전했다. 특히나 그간 SCSI에만 적용되어왔던 커맨드 큐잉 등의 고급 명령어셋도 이제는 ATA에서 지원된다. 7,200RPM의 높은 회전속도, 플래터당 40GB/60GB라는 고용량 플래터를 사용함으로 인해서 구현되는 최대 200GB의 대용량, 9ms 정도의 비교적 빠른 검색속도, 고급 명령어의 지원 등 HDD 자체의 성능만으로는 충분하다.

그러나 문제는 역시 인터페이스이다. 일단 핫 플러깅(hot plugging) P&P를 지원하지 않는다. 본격적으로 서버에서 사용되기 위해서는 RAID의 구성이 필수적이며 그중에서도 RAID5 및 55, 5+0 등의 고급 RAID 기능이 필요하다. 이들 RAID 셋은 기본적으로 핫플러깅이 가능한 HDD를 사용한다는 것을 전제로 한다. RAID 5 이상의 고급 RAID 셋에서 RAID 셋 이외의 여분의 HDD를 두는 것은 오류가 발생한 HDD를 정지시키고 바로 새로운 HDD로 데이터를 복구시켜서 시스템의 정지 없이 원래의 기능을 회복하는 것을 목적으로 하기 때문이다. 이 과정에서, 문제의 HDD는 바로 시스템에서 제거되고 그 자리에 새로운 HDD가 들어가는데, 이러한 전체적인 과정이 시스템의 정지 없이 이루어져야 하며, 그래서 핫플러깅은 필수적인 기능이 되는 것이다.

한편, 개인 사용자 입장에서도 핫플러깅은 대단히 매력적인 기능이다.

그러나 현재 ATA 타입 하드디스크 드라이브는 이를 지원하지 않는다. 물론, 특별한 하드랙이나 RAID용 케이스를 사용하면 지원이 되기는 하지면 표준적인 것이 아니다.