10.22
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[기고] 하드디스크 드라이브를 혁신하는 3가지 기술클린트 루드먼 웨스턴디지털 엔터프라이즈 HDD 제품 기획 담당 디렉터
   
▲ 클린트 루드먼 웨스턴디지털 엔터프라이즈 HDD 제품 기획 담당 디렉터

[아이티데일리] 지금과는 달리 데이터를 손쉽게 활용할 수 없었던 과거를 상상하기란 어려울 수 있다. 20년전만 하더라도 휴대폰에 촬영 기능을 접목하는 것은 참 신기한 일이었으며, 10년 전에 구입 가능한 고용량의 HDD는 5개의 디스크와 10개의 헤드로 구성된 2TB 제품이었다. 당시 1인치(약 2.5센티미터) 높이의 케이스에 2TB의 용량을 저장하는 것은 대단히 획기적인 성과였다.

오늘날 스토리지 업계는 기적과 같은 변화를 맞이하고 있다. 플래시 메모리는 고속 퍼스널 컴퓨팅, 모바일 스마트 기기, 실시간 분석, 차세대 게이밍 등 다양한 분야에서 새로운 세상을 열었다. 동시에 폭증하는 데이터로 인해 소비자와 기업들이 디바이스, 머신, 센서, 노트북의 데이터와 애플리케이션을 클라우드로 이동시키면서 대용량 HDD에 대한 수요는 나날이 확대되고 있다.

앞으로도 HDD 시장은 지속적인 성장이 예상된다. 연평균 성장률 32.5%로 증가하는 엑사바이트 출하량에 비춰봤을 때, 엔터프라이즈 HDD의 총 수용 시장(TAM)은 2023년 130억 달러 규모에 이를 것으로 전망된다. 뿐만 아니라 업계 내에서 일정 수준의 통합이 이뤄졌음에도 불구하고 HDD 시장은 아직 상당히 경쟁적인 구도를 유지하고 있다.

   
▲ 웨스턴디지털의 HDD TAM 규모

지난 10년간 HDD의 최대 용량은 2TB에서 20TB로 획기적으로 늘어났다. 과거에는 플래터 5개로 2TB HDD를 구성했다면 현재는 플래터 1개에 2TB를 담을 수 있게 됐으며, 기존과 동일한 1인치 케이스 안에 이제는 9개의 플래터를 탑재할 수 있다. 또한, SMR(Shingled Magnetic Recording, 기와식 자기 기록) 기술을 기반으로 최대 20TB 용량의 HDD도 출시돼 드롭박스(Dropbox)와 같은 소프트웨어 개발 기업들은 TCO를 획기적으로 절감할 수 있게 됐다. 이와 같은 HDD의 혁신을 이끈 핵심 기술은 무엇일까?


더 많은 디스크 탑재를 지원하는 ‘헬륨 충전 드라이브 기술’

헬륨의 밀도는 공기의 1/7에 불과해 HDD에 주입하게 되면 드라이브 안의 저항을 최소화할 수 있어 보다 얇은 두께의 플래터를 더 많이 장착할 수 있다. 헬륨 충전 HDD의 대량 생산에 성공한 웨스턴디지털은 기존 에어 기반 HDD에서는 5개로 제한됐던 드라이브 내 디스크의 개수를 7개, 8개, 그리고 최근에는 최대 9개까지 점진적으로 늘려왔다. 현재 18TB 용량의 헬륨 기반 나인-디스크(nine-disk) HDD는 웨스턴디지털의 6세대 제품으로 자리 잡았다.

   
▲ 웨스턴디지털의 헬륨 기반 나인 디스크 HDD

높은 트랙 밀도를 지원하는 ‘TSA 기술’

헬륨 충전 기술은 내부 저항을 낮출 뿐 아니라, 각 플래터에 보다 많은 데이터 트랙을 지원한다. HDD의 액추에이터는 각 트랙에 저장된 데이터에 접근하기 위해 내부의 헤드와 암 어셈블리(arm assembly)를 조종한다. ‘TSA(Triple-Stage Actuator)’는 업계 최초로 HDD의 액추에이터에 3개의 피벗(pivot) 장치를 더해 헤드의 위치를 더욱 정확하게 조정하는 웨스턴디지털의 기술로 기존의 DSA(Dual-Stage Actuator)보다 향상된 정확도를 제공한다.

TSA의 암은 전반적인 방향을 정하는 ‘팔꿈치’와 섬세한 작업을 수행하는 ‘손목’이 축이 되는 인체의 팔과 비슷하다. 팔꿈치와 손목을 활용해 투수는 휘어지는 커브볼을 구사하고 의사는 미세 수술을 진행할 수 있는 것과 같은 원리이다. 만약 팔에 깁스를 하면 어떨까? 식사를 하는 것과 같이 간단한 작업도 어려울 것이다. 이와 마찬가지로 기존의 DSA는 마치 팔에 깁스를 한 듯 높은 트랙 밀도(Tracks Per Inch, TPI)를 위한 정교함을 제공하기에 부족한 반면, TSA는 더 많은 축을 활용해 헤드의 위치를 섬세하게 조정할 수 있다.


향상된 비트 밀도를 제공하는 EAMR 기술

최초로 상용화된 EAMR(에너지 보조 기록, Energy-Assisted Magnetic Recording) 기술인 ePMR(Energy-enhanced PMR, 에너지 향상 PMR) 기술은 높은 비트 밀도(Bits Per Inch, BPI)를 제공한다. 이 기술은 드라이브의 헤드 부분에 바이어스 전류(bias current)를 보내 쓰기 성능을 향상시킨다. 무엇보다 ePMR은 데이터센터 워크로드에 필수적인 성능과 신뢰성을 뒷받침하는 최신 기술에 토대를 두고 있다.

앞서 언급된 3가지의 기술은 업계 최대 용량 ‘20TB 울트라스타 DC HC650 SMR HDD(20TB Ultrastar DC HC650 SMR HDD)’와 ‘16TB 및 18TB 울트라스타 DC HC550 CMR HDD(Ultrastar DC HC550 CMR HDD)’의 기반이 됐다. 웨스턴디지털은 이러한 기술력을 16TB 및 18TB CMR HDD 제품이 새롭게 추가된 ‘WD 골드(WD Gold)’와 같은 다른 제품군에도 확장하고 있다.


핵심은 ‘비용 절감’

일상 속에서 모든 사람들이 더 많은 데이터를 생성하고 있으며, 기업들은 규제 준수를 위해, 혹은 트렌드 예측 및 인사이트 도출을 목적으로 대량의 데이터를 보존하고 이에 접근하고자 한다. 데이터가 클라우드 환경으로 이동하는 가운데, 스토리지 비용 절감의 중요성은 나날이 높아지고 있다. 이를 위한 최선의 방법은 대용량 HDD를 활용해 상면 면적을 줄이고 스토리지 밀도를 향상시키는 것이다.

총 비용에서 HDD 비용이 65%, 나머지 기타 비용이 35%를 차지하는 고밀도 시스템 환경을 가정해보자. 14TB, 16TB, 18TB에 균등한 TB당 비용을 책정했을 때, 14TB HDD 대신 18TB HDD를 사용하면 11%의 TB당 비용을 절감할 수 있다. 이처럼 대용량 HDD의 개발은 곧 스토리지 비용의 절감을 의미하며, 이를 통해 더 많은 양의 데이터를 저장할 수 있다.

오늘날 우리는 디바이스와 클라우드 상에서 매일 다양한 작업을 수행한다. 스마트폰을 사용해 사진이나 영상을 촬영 및 저장하거나 SNS에서 메시지를 보내며 클라우드에 수많은 데이터를 백업한다. 이처럼 당연하게 누리고 있는 데이터 활용은 HDD의 눈부신 발전을 기반으로 하고 있다.

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