2D NAND 및 3D NAND는 데스크탑 및 모바일 스토리지에 사용되는 기술입니다. NAND 플래시 메모리는 솔리드 스테이트 드라이브(SSD) 기술에 사용되어 데스크탑 컴퓨터와 모바일 디바이스에 보다 안정적이고 빠른 스토리지를 제공합니다. 목표에 따라 서버와 백업 디바이스를 구축하기 위해 두 가지 기술 중에서 선택할 수 있습니다.
2D NAND는 이제 현대 엔터프라이즈 스토리지에서 기본적으로 사용되지 않지만, 2D에서 3D NAND로의 진화를 이해하면 오늘날의 3D NAND 기술이 모든 현대 플래시 스토리지 솔루션의 기반이 된 이유를 설명할 수 있습니다.
3D NAND와 2D NAND 비교
3D NAND는 이제 표준 NAND 기술로, 거의 모든 새로운 스토리지 제품에서 2D NAND를 완전히 대체했습니다. NAND 플래시 스토리지 기술은 작은 섀시 안에 쌓인 셀을 사용하여 사용자에게 더 나은 성능을 제공하는 더 작은 스토리지 구성 요소를 제공합니다. 2D NAND 디바이스는 스토리지 셀을 나란히 놓습니다. 3D NAND는 또 다른 레이어를 추가하고 셀을 수직으로 스택합니다. 3D NAND 기술의 현재 진화는 수백 개의 메모리 셀 레이어를 포함하고 있습니다. 3D NAND는 드라이브 섀시 내에 메모리 셀을 더 많이 보유하여 더 빠른 속도로 더 많은 스토리지를 제공합니다.
NAND 플래시 메모리가 데이터를 저장하는 방법
모든 디바이스의 스토리지는 일련의 스토리지와 제로 스토리지입니다. 플래시 메모리 기술의 기본 스토리지 유닛을 게이트라고 합니다. 게이트에 전자가 있으면 값은 0입니다. 전자가 없는 경우 값은 1입니다. 전압 레벨은 서로 다른 비트 패턴을 나타냅니다. 데이터가 기록되면 각 셀에 정확한 양의 전하가 주입됩니다. 읽기 작업 중에 스토리지 컨트롤러는 전압 레벨을 측정하고 비트로 다시 변환합니다. 전압 레벨의 수는 셀 유형에 따라 다릅니다. SLC(2단계), MLC(4단계), TLC(8단계) 또는 QLC(16단계).
2D NAND의 게이트는 수평으로 정렬됩니다. 32D3D NAND 기술은 현재 인기가 없습니다. NAND 3D NAND 기술의 충전 트랩 기술은 성능과 데이터 무결성을 위해 선호됩니다.
SSD 아키텍처 이해하기
SSD는 NAND 플래시 메모리와 컨트롤러 및 인터페이스를 결합하여 드라이브가 기존 하드 디스크 드라이브의 드롭인 대체품으로 작동할 수 있도록 합니다. SSD에는 플래시 변환 레이어(FTL)가 포함되어 있습니다. 플래시 변환 레이어는 웨어 레벨링, 오류 수정 및 배드 블록 매니지먼트(bad block management) 관리하면서 논리적 주소와 물리적 주소를 변환하도록 설계된 내부 펌웨어입니다.
또한 3D NAND 플래시 스토리지 디바이스는 2D NAND 디바이스보다 낮은 가격으로 훨씬 더 많은 스토리지를 제공합니다. 현대적인 3D NAND 기술은 전력 소비를 최대 50%까지 줄이고, 디바이스가 셀에 데이터를 쓸 수 있는 속도를 레거시 2D NAND 대비 3~4배 높입니다.
현대적인 3D NAND의 기술적 장점
밀도 및 용량
- 2D NAND: 다이당 약 128Gb(16GB)로 제한
- 현대적인 3D NAND: 다이당 최대 2Tb(256GB), 4Tb 다이 개발 중
- 퓨어스토리지® DirectFlash® 모듈: 3D NAND를 활용하여 단일 모듈에서 최대 150TB를 제공합니다(300TB 출시 예정).
성능 지표
- 순차 읽기 속도: NVMe 인터페이스로 최대 7GB/s
- 순차 쓰기 속도: 최대 5GB/s
- 랜덤 IOPS: 4K 랜덤 읽기를 위한 1백만 IOPS 이상
- 레이턴시: 엔터프라이즈 3D TLC NAND용 Sub-100
내구성 및 안정성
- 3D TLC NAND: 3,000~5,000 P/E 주기
- 3D QLC NAND: 500-1,000 P/E 사이클
- 저밀도 패리티 체크(LDPC) 코드로 오류 수정 향상
- 향상된 세포 분리를 통한 데이터 보존 향상
3D NAND와 2D NAND의 장점
3D NAND 플래시 디바이스에는 2D NAND 디바이스보다 여러 개의 스토리지 셀이 더 많이 포함되어 있기 때문에 사용자는 최신 기술로 더 많은 스토리지 용량을 확보할 수 있습니다. SSD의 수명은 제한적이며, 특히 여러 차례 쓰기가 수행되는 디바이스에서 사용되는 경우 더욱 그렇습니다. 쓰기가 완료될 때마다 SSD 수명이 약간 줄어듭니다. 모든 SSD의 수명은 제한적이지만, 추가 셀은 2D NAND 디바이스에 비해 3D NAND 디바이스로 더 많은 쓰기 주기를 제공합니다. NAND 2D
더 나은 트랜지스터 기술과 메모리 셀의 스태킹으로 인해, 3D NAND는 대부분의 데이터센터와 조직에서 선호되는 기술입니다. 3D NAND는 더 빠른 속도와 추가 스토리지 용량을 제공합니다. 단점은 3D NAND 기술이 생산 비용이 더 높아져 기업에 더 많은 비용이 든다는 점입니다.
섀시가 작은 서버의 경우, 3D NAND 장치가 더 작기 때문에 선호됩니다. 서버 제조업체는 하드웨어를 설치할 공간이 제한되어 있으며, 3D NAND를 사용하면 2D NAND 공간 요건 없이 더 낮은 비용으로 사용자에게 더 많은 스토리지를 제공할 수 있습니다. 또한 3D NAND는 적은 전력을 사용하므로 무정전 전원 공급 장치(UPS) 배터리의 배수량이 줄어듭니다.
3D NAND를 사용해야 하는 경우
3D NAND를 사용하면 비용과 전력 소비가 줄어듭니다. 또한 수명이 더 길고 속도가 더 빠릅니다. 대부분의 애플리케이션에서 3D NAND는 확실한 승자입니다. 최신 서버는 3D NAND 스토리지 장치와 함께 제공될 수 있지만, 기존 서버에 추가 스토리지 용량을 설치하기 위해 구매할 수도 있습니다. 새로운 SSD를 찾고 계신다면, 3D NAND 디바이스가 기가바이트당 스토리지 비용이 더 저렴하며 테라바이트의 스토리지 용량을 제공합니다.
3D NAND는 2D NAND보다 훨씬 더 많은 스토리지 용량을 제공합니다. 2D NAND 메모리 블록은 최대 1.6TB를 저장하지만, 3D NAND 메모리 웨이퍼는 최대 128TB를 제공합니다. 비용 차이에도 불구하고, 3D NAND는 데이터 스토리지 요구 사항이 큰 조직에 더 유용합니다. 데이터센터와 엔터프라이즈 조직은 더 높은 스토리지 용량과 데이터 무결성을 위해 3D NAND를 선호합니다.
현대적 3D NAND를 위한 엔터프라이즈 활용 사례
고성능 컴퓨팅
- 대용량과 높은 처리량이 필요한 AI/ML 트레이닝 데이터 세트
- 페타바이트 단위의 데이터를 처리하는 실시간 분석
- 일관된 낮은 지연 시간이 필요한 고주파 거래 시스템
가상화 및 클라우드
- 수천 명의 사용자를 지원하는 Virtual Desktop Infrastructure(VDI)
- 지속적인 스토리지 요구 사항을 충족하는 컨테이너 오케스트레이션 플랫폼
- 예측 가능한 성능이 필요한 멀티 테넌트 클라우드 환경
미션 크리티컬 애플리케이션
- 엔터프라이즈 데이터베이스(Oracle, SQL Server, SAP HANA)
- 전자 건강 기록 및 의료 영상
- 금융 거래 처리 시스템
32D3D NAND를 사용해야 하는 경우 NAND
2D NAND 기술이 적용된 구형 디바이스를 최신 3D NAND 기술로 업그레이드할 수 있습니다. 오래된 2D NAND 기술을 재활용하는 좋은 방법은 2D NAND 디바이스를 중요하지 않은 스토리지로 옮기는 것입니다. 아카이브 스토리지는 여전히 수명이 제한되어 있으며, 궁극적으로 교체가 필요하지만, 간단한 아카이브에 이를 사용하면 파일 검색이 필요할 때까지 영구적으로 저장되는 횟수만큼 쓰기 작업이 줄어듭니다.
결론
더 많은 스토리지 공간을 원한다면 2D와 3D NAND 기술 중에서 선택할 수 있습니다. 대부분의 경우, 3D NAND는 개인적인 용도로 스토리지를 설치하더라도 애플리케이션에 가장 적합한 옵션입니다. 또한, 더 낮은 전력 소비와 더 빠른 속도를 활용할 수 있도록 기존 2D NAND 기술을 최신 3D NAND로 대체할 수도 있습니다.
