Storage 완전 정리 - HDD부터 3D NAND, 서버 스토리지 아키텍처까지

 

 

Hardware · Storage 심화

Storage 완전 정리
HDD · SATA SSD · NVMe · NAND · RAID · 아키텍처

영구 데이터 저장 계층 — HDD부터 3D NAND, 서버 스토리지 아키텍처까지

개요 Storage란?

Storage는 전원이 꺼져도 데이터가 사라지지 않는 비휘발성 영구 저장 장치다. RAM이 휘발성이라면 Storage는 비휘발성이다.

Storage

→

RAM

→

CPU

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1 Storage의 세대 변화

세대	기술	특징
HDD	자기 디스크	기계식 — 디스크 회전 + 헤드 이동 + 데이터 읽기
SATA SSD	Flash + SATA 인터페이스	Moving Part 없음, Seek time 없음, SATA 병목 있음
NVMe SSD	Flash + PCIe 인터페이스	대규모 병렬 처리, 매우 낮은 Latency

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2 NVMe가 SATA보다 빠른 이유 — Queue 구조

인터페이스	Queue 수	명령 처리	처리 방식
SATA	1개	32 command	직렬 처리
NVMe	65,535개	65,535 command	대규모 병렬 처리

인터페이스별 데이터 경로

인터페이스	경로
SATA SSD	SSD → SATA (병목) → CPU
NVMe SSD	SSD → PCIe (대역폭) → CPU

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3 Storage 성능 지표 4가지

Throughput초당 데이터 전송량 (GB/s)

IOPS초당 입출력 횟수

Latency응답 지연 시간

Queue Depth동시 IO 처리 수

종류	IOPS
HDD	100
SATA SSD	100,000
NVMe SSD	1,000,000

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4 데이터 저장 방식 3가지

방식	구조	사용처
File Storage	폴더-파일 계층 구조	일반 PC, NAS
Block Storage	데이터를 잘게 쪼개 고유 주소에 저장	속도 중시 환경, SAN
Object Storage	메타데이터(꼬리표)를 붙여 평면적으로 저장	사진·영상 등 대규모 클라우드 저장소

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5 SSD 구조 — NAND Flash Cell

SSD는 NAND Flash Cell에 데이터를 저장하며 트랜지스터 기반 구조다.

Cell → Page → Block → Plane → Die → Package Page : 최소 읽기/쓰기 단위 Block : 최소 삭제 단위

NAND 유형별 비교

타입	비트 수	성능	용도
SLC	1bit	최고 성능	산업용, 고신뢰
MLC	2bit	중간	고성능 SSD
TLC	3bit	일반	일반 SSD
QLC	4bit	낮음	고용량 SSD

3D NAND (V-NAND)

• 2D(평면) 방식 대신 수직으로 쌓아 올린 방식
• 같은 면적에 용량이 비약적으로 증가
• 읽기/쓰기 속도 향상, 전력 효율 향상, 오류 감소, 수명 연장

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6 Storage 아키텍처 — DAS / NAS / SAN

구분	방식	특징
DAS (Direct Attached)	서버 ↔ 저장장치 직접 연결	빠름 / 공유 어려움
NAS (Network Attached)	네트워크 기반 파일 공유	사용자 접근 용이 / 파일 공유
SAN (Storage Area Network)	스토리지 전용 네트워크	데이터센터 / 기업 서버 필수

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7 RAID — 데이터 보호 및 성능 향상

RAID는 여러 디스크를 묶어 속도 향상(Striping)이나 데이터 복제(Mirroring)를 구현하는 기술이다.

방식	주 목적	최소 디스크	안정성
RAID 0	속도	2개	매우 낮음 (1개 고장 시 전체 손실)
RAID 1	안전	2개	매우 안전 (미러링)
RAID 5	효율	3개	안전 (패리티)
RAID 10	성능 + 안전	4개	매우 안전

FTL (Flash Translation Layer) — SSD 수명 관리

Wear Leveling특정 셀에 집중 쓰기 방지 — 수명 균등 분산

Garbage Collection유효 데이터 이동 후 블록 삭제 → 공간 확보

TRIMOS가 삭제된 데이터 위치를 SSD에 알려줌

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핵심 한 줄 요약

Storage비휘발성 영구 저장 계층 — RAM과 다름

NVMe vs SATAQueue 구조 차이 — 65535 vs 1 → 10배 IOPS 차이

NAND 타입SLC>MLC>TLC>QLC — 비트 수 많을수록 용량↑ 성능↓

3D NAND수직 적층 → 용량·속도·수명 동시 향상

RAID0=속도, 1=안전, 5=효율, 10=성능+안전

FTLWear Leveling·GC·TRIM으로 SSD 수명 관리

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