초고속 SCSI HDD 시게이트 치타 X15의 성능검증

■ 시작에 앞서...
본 기사는 일본의 하드웨어 관련 전문 사이트인 Impress PC Watch에 게재되었던, 伊勢雅英씨의  '特別企畵：世界初15,000rpmの超高速SCSI HDD「Seagate Cheetah X15」の實力を測る'를 우리말로 옮긴 것입니다. 수록된 모든 이미지와 캡션 역시 동일 출처에서 그대로 인용하였음을 밝힙니다.

■ 세계초유의 15000rpm 초고속 SCSI HDD 시게이트 치타 X15의 성능검증

15000rpm이라는 세계 최고의 초고속회전속도를 달성한 고사양 SCSI HDD의 대명사인 시게이트(Seagate) 치타(Cheetah) X15 모델의 출시가 임박했다(일본내 기준입니다 -역주.) 본회에서는 치타 X15의 주요 특징을 정리, 성능의 검증을 시도해 보고자 한다.

■ 15000rpm의 고속회전속도가 필요한 까닭

치타 X15는, 4세대 치타 시리즈로서 새로이 라인업된 15000rpm짜리 초고속회전모델이다. 지금까지 축적되어 온 치타의 노하우와 기술을 근간으로 하여 하드디스크의 회전속도를 종래의 10033rpm에서 15000rpm으로 끌어올리는 등, 성능향상에 큰 비중을 두어 설계된 제품이다. 용량은 18.35GB짜리 모델만이 출시되며, 대응 인터페이스로는 울트라160 SCSI 와 FC(Fibre Channel; 루프당 2Gbps)의 2가지만을 지원한다. 패러랠 SCSI 모델로는 통상의 68핀 와이드 커넥터와 더불어 80핀 SCA(Single Connector Attachment) 커넥터를 채용한 제품도 존재한다(모델명이 LCx로 끝난다.) 본회에 필자가 테스트해 본 모델(ST318451LC)은 SCA 타입이었기 때문에, SCA-68핀 LVD-SCSI 변환 커넥터를 끼워 SCSI카드(Adaptec 29160)에 연결하는 방식을 이용했다(역주: SCA 커넥터는 기본적으로 68핀 와이드 채널에 8핀의 SCSI-ID 점퍼와 4핀의 전원공급단이 더해져서 도합 80핀으로 구성됩니다.) 또한, 기본모델의 버퍼용량은 4MB가 표준이지만, AV나 CAD지향의, 흔히 AV하드로 불리우는 카테고리를 배려한 16MB 버퍼 대응의 모델도 존재한다(모델명이 V로 끝난다.)

디스크 회전속도가 15000rpm급이면, 적어도 이 글을 쓰고 있는 시점에서는 세계최고속이다. 2년쯤 전에 히타치(日立製作所)가 12030rpm짜리(DK3E1T-91 시리즈)를 발매한 것을 제외하면, 치타급의 10000rpm대의 디스크 회전속도에서 승부를 시도했던 업체는 단 한군데도 등장하지 않았다. 사실 대다수의 하드디스크 메이커들이 디스크미디어의 기록밀도를 향상시킨다던지, 데이터의 읽기나 쓰기에 관련한 시그널 컨트롤러 따위를 더욱 고성능화하는 등의 방법에 주력하고 있는 탓에, 디스크미디어의 회전속도는 제조업체별로도 대략 10000rpm급이 최고수준인 것이 현실이다.

물론, 10000rpm라는 한도내에서의 이러한 방식의 성능향상 노선을 채택해 온 데에도 나름의 중요한 이유가 있다. 그것은, HDD의 회전속도를 향상시키기 위해서는, HDD의 거의 대부분의 부품을 통째로 갈아내는 수준으로 개수하거나 개량해야만 하기 때문이다. 예를들면, 헤드의 서보servo 메카니즘을 제어하는 기술(헤드를 디스크상에서 지정한 위치로 가급적이면 빠른 속도로, 대단히 정확하게 위치할 수 있도록 제어한다)만 하더라도 현존하는 수준의 rpm을 뛰어넘기 위해서는 상당한 기술력이 요구된다. 또한, 고속회전 자체를 안정적으로 유지시킬수있는 스핀들모터spindle motor의 개발도 뒷받침되어야만 한다. 더욱이, 회전속도의 향상으로 인해 소비전력과 발열, 소음 등이 심화되는 문제도 최대한 억제해야 할 필요가 있다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 쏟아부어야 하는 시간이나 비용, 인력만 생각해 보더라도, 다른 부문에서의 고성능화에 주력하는 것이 차라리 경제적인 측면에서는 나름의 메리트가 선다는 점에서는 별로 이의를 제기할 수 없을 것이다.

그러나, 그러한 대가와 리스크를 감수하면서까지 시게이트가 15000rpm이라는 고속회전에 목을 메었던 이유는, 회전속도를 올리지 않고서는 해결할 수 없는 문제가 있었기 때문이라는 점에 대해서도 의심의 여지가 없다. 사실, 세계 최초의 10000rpm 하드인 치타를 출시했던 까닭도 상당히 비슷한 연유에서 기인한 것이다. 그 이유는 다름아닌, 단위시간당(보통 초단위 -역주) 가능한 읽기/쓰기 동작의 회수, 이른바 I/Ops(Input/Output per Second)를 향상시키기 위해서였다.

HDD의 성능이라고 하면, 단위시간당 읽기/쓰기가 가능한 데이터의 양, 즉 데이터 전송속도와 동일시되기 쉽지만, 실제로는 SCSI HDD가 주로 이용되는 다양한 서버 환경을 상정하는 경우에는 I/Ops가 훨씬 중요해진다. 왜냐하면, 서버(인터넷 서버나 데이터베이스 서버 등)에서는 대량의 클라이언트client로부터 데이터의 읽기/쓰기 요청이 매우 빈번하게 발생하는데, (수많은) 클라이언트에서 요구하는 그 허다한 읽기/쓰기 작업을 제때제때 처리하면서, 그것도 단숨에 거뜬히 해치워야 하는 의무가 부가되는 서버의 구성요소가 바로 HDD이기 때문이다. 그러나, HDD는 오직 전기적으로만 데이터를 읽고 쓰는 반도체 메모리와는 달리, 디스크와 헤드의 회전수에 의존하는 기계적인 메커니즘에 의해 데이터를 읽고 쓰는 방식이기 때문에, 읽고 쓰기가 가능한 회수(이른바 I/Ops)에 물리적인 제약이 심하게 걸려버리게 된다.



■ 세계최고수준의 시크 타임과 회전대기시간 스펙

이러한 제약하에서 가능한한 읽기/쓰기 성능을 극대화하기 위해서는, 서보의 성능을 높여서 시크 타임seek time을 줄인다던지, 회전속도를 올려 회전대기시간을 줄이는 이외에는 왕도가 없다. 통상의 HDD였다면 전자의 개량으로 그쳤겠지만, 15000rpm의 치타 X15에서는 후자의 개량도 동시에 가능해진 셈이다.

우선 시크타임의 측면에서, 평균값을 기준으로 할때 읽기가 3.9ms, 쓰기가 4.5ms급이다. 동세대의 치타 18XL(10033rpm)이 각각 읽기와 쓰기의 평균 시크타임이 5.2ms, 5.8ms인 점을 감안하면 상당히 개선되었다는 사실을 알 수 있을 것이다. 시크타임은, HDD가 읽기/Tm기의 요청을 받은 직후로부터 헤드를 디스크상의 목적위치까지 이동시키는 데까지 소요되는 시간이다. 시크타임에는, 트랙간track-to-track 시크타임과, 디스크당 가장 안쪽 트랙과 바깥쪽 트랙까지의 시크타임, 이른바 풀스트로크full-stroke 시크타임의 2종류가 있지만, 통상적으로는 둘을 평균한 평균 시크타임이 주로 이용된다.

또한, 읽기와 쓰기별로 시크타임이 다른데, 이것은 데이터의 트랙밀도가 향상된 데 따른 것이다. 읽기는 다소 디스크의 데이터 트랙에서 다소 벗어나더라도 인접하는 트랙에 영향을 미치는 일 없이 데이터를 읽는 것이 가능하지만, 쓰기의 경우에는 이러한 사태가 발생하면 인접한 트랙의 데이터를 파괴할 수 있는 때문에, 안전여부를 판단하는 데 소요되는 부가적인 시간으로 인해서 읽는 속도보다도 쓰기 속도가 다소 속도가 쳐질 수도 있다는 의미에서이다.

게다가 회전속도의 향상에 동반해, 평균 회전대기시간도 2ms로 단축되었다. 회전대기시간이란, 트랙의 위치결정이 완료된 뒤 헤드의 위치에 원하는 섹터가 나타날 때까지 디스크가 회전을 계속하는 시간이다. 헤드는 디스크의 반지름 방향으로만 움직이기 때문에, 원하는 데이터를 헤드가 찾아가는 것이라기보다는 디스크에 원하는 데이터가 있는 부분을 헤드로 갖다 주는 데 소요되는 시간이라고 보면 된다. 따라서, 회전대기시간중에는 어떠한 데이터도 읽고 쓰는 것이 불가능하기 때문에, 회전대기시간은 짧으면 짧을수록 좋다고 할 수 있겠다. 평균회전 대기시간은 디스크의 회전속도에 대체로 비례하는 편이어서, 평균적으로는 5400rpm에서 5.56ms, 7200rpm에서 4.17ms, 10000rpm에서 3ms, 15000rpm에서 2ms 정도다.