나, TLC 선언 - PM1725 3.2TB

비교적 빠르게 돌아온 리뷰입니다. 중요한 것은 아니지만, 이번 리뷰부터는 극도로 간추린 버전만 커뮤니티에 배포될 예정입니다. 블로그에 이미 작성한 내용을 각 커뮤니티에 맞추어 재편집하는게 너무 비생산적이기 때문에 어쩔 수 없는 결정이었습니다. 

배포한 곳은 무반응인 곳도 있었고, 좋았던 곳도 있었습니다. 다만, 제 궁극적인 목표는 실제로 광고를 받고 벤치마크를 진행하는 리뷰어들의 변화였습니다. 유튜버는 제가 보지도 않으며, 유튜버들이 제 리뷰를 읽을 일은 없을 것 같고... 일반 커뮤니티들은 큰 진전이 없는 것으로 보입니다. 어쩌겠습니까? 우물은 목마른 놈이 파야하는 법이겠죠. 알려지지 않기도 했지만, 이런 리뷰를 진행하는 사람에게 제품을 대여해줄 제조사가 있지도 않을테니, 계속해서 제 사비로 리뷰를 해나가겠습니다. 

이번에도 잡담이 길어졌네요. 본제로 넘어갑시다. 이번에도 삼성 SSD입니다.

삼성을 그렇게 막 좋아하는 것은 아닌데, 어쩌다보니 삼성 SSD의 리뷰가 몰렸네요. 가지고 있는 제품들을 싹 한 번 돌아야지 새로운 친구를 리뷰할 수 있을텐데, 가난한 학생은 SSD에 현금 박치기를 하기 힘겹습니다...

아무튼 삼성의 PM1725입니다. 이전에 리뷰했던 PM983과는 네이밍 방식이 다른 것을 확인할 수 있습니다. 이에 대해서 간단히 설명하자면, 삼성의 eSSD는 "Datacenter SSD"와 "Enterprise SSD"로 나뉩니다.
전자는 보통 cSSD와 동일한 컨트롤러, 8채널 급이 채용됩니다. PM983과 같은 친구죠. PCIe 5.0 시대에 돌입하며 전략이 바뀐 것으로 예상되는데, 정말로 꼭... 나중에 다시 다루어 보도록 하겠습니다. 
후자는 진짜 엔터프라이즈라고 할만한 컨트롤러가 채용됩니다. M.2 폼팩터에 담기 무리가 있을 정도로 말이죠. PM1725가 그 예시입니다.

리뷰로 한 번 풀어보도록 하죠.

Appearance

외관은 해당 제품 출시 이후로 당분간 사용되었던 삼성의 HHHL폼팩터 SSD와 크게 다르지 않습니다. 개인적으로 저 푸른빛이 도는 방열판이 참 이쁘다고 생각합니다. 살짝 보이는 커패시터도 귀엽죠?

위쪽은 백플레이트, 아래는 전면에 부착된 방열판의 모습입니다. 써멀패드가 잘 부착되어 있는 모습입니다. 칩의 자국이 남을 정도로 말이죠.

Internal Components

문외한의 입장에서 일부 IC만 찾아보았으며, 제조시기 등에 따라 변경될 가능성이 있습니다.
맞지 않을 확률이 상당히 높으니 재미로만 읽어주세요. 
근데 소자 진짜 드릅게 많네용

컨트롤러는 Samsung EPIC을 사용합니다. Cortex-R7@750MHz 듀얼 코어와 MPU(Memory Protection Unit)을 채용했으며, 삼성의 28nm 공정을 사용했습니다. 16채널을 지원하는, 그야말로 엔터프라이즈에 걸맞는 컨트롤러라고 할 수 있겠네요. 구형이지만요.

DRAM은 Samsung K4B8G1646Q-MCMA를 5개 실장했습니다. DDR3 1866MT/s 1GB, 총합 5GB이지만, 공간의 일부가 ECC용으로 예약되어 실질적인 사용 가능한 메모리는 4GB일 확률이 높습니다. 그렇게 계산한다면, 일반적인 L2P 테이블에 알맞는 용량이라고 할 수 있겠네요. 

NAND는 Samsung K9DMGB8S7C-DCK0를 사용했습니다. 삼성의 V2 32L TLC이며, 128Gb Die를 16개 패키징하여 칩당 2048Gb=256GB를 구현했습니다. 해당 칩은 전면에 4개 실장되어 2TB의 Raw Capacity를 구현했습니다. 부족한 용량은 후면의 NAND로 채워지겠죠?

PLP를 위한 Capacitor는 Nippon Chemi-Con HHXA350ARA271MJA0G를 사용했으며, 35V 270µF의 스펙으로 8개가 실장되었습니다. 이놈을 찾는데 제일 오래 걸린 것 같아요...

통합된 PMIC는 별도로 없었습니다.

Texas Instruments TPS53315는 12-A Step-Down Regulator with Integrated Switcher라고 합니다. 나는 왜 하나도 모르면서 소자를 분석하고 있을까?

Adesto Technologies AT25DL081는 1MB의 SPI NOR 플래시입니다. 100k P/E Cycle과 20년의 데이터 보존기간을 자랑합니다. 당연하지만, 사용자가 엑세스할 수 있는 공간은 아닙니다. 

Texas Instruments TPS62130는 3V ~ 17V의 입력 전압과 3A의 출력 전류를 지원하는 Step-Down Converter입니다. 

ON Semiconductor CAT24C512는 1000k P/E Cycle과 100년의 데이터 보존기간을 자랑하는 64kB의 EEPROM입니다. 

Texas Instruments TPS54561-Q1은 4.5V ~ 60V의 입력 전압과 5A의 출력 전류를 지원하는 Step-Down Converter입니다. 

Texas Instruments CSD16327Q3는.. 처음보는 형식의 이름이네요. V_DS(Drain-Source Voltage)가 25V인 N-channel MOSFET입니다. 

Texas Instruments TPS61086는 18.5V의출력 전압과 2.0A의 스위치 전류를 지원하는 Step-Up Converter입니다. 

전면에 이어서 후면에도 Samsung K9DMGB8S7C-DCK0가 8개 있습니다. 동일한 칩이며, 후면도 2TB의 용량을 구현해, 전부 합쳐 4TB의 Raw Capacity를 얻을 수 있습니다. 다만, 28%의 Over-Provisioning이 가해져, 실제 제품의 사용 가능한 용량은 3.2TB입니다. 

Texas Instruments CSD25402Q3A는 V_DS가 -20V인 P-channel MOSFET입니다. 

Renesas 5P49V5901는 Clock Generator입니다. PCIe 3.0 클럭 생성을 목적으로 하는 것으로 추측됩니다.

Texas Instruments TPS51200는 DDR Termination Regulators입니다. VTT(Termination Voltage)를 안정적으로 유지해 DDR 메모리가 작동하며 소모되는 전력을 감소시켜주고, 신호 무결성을 보장하는데 기여합니다.

Texas Instruments TPS53315와 Texas Instruments TPS62130은 전면과 동일합니다.

그외는 제가 알 수 없었던 소자들입니다.

Datasheet

위에서 외관의 사진을 자세히 보신 분이나 eSSD 중고 시장을 자주 보시는 분이라면 짐작하셨겠지만, 이 PM1725는 리테일 버전이 아니라 오라클 버전입니다.

Oracle Flash Accelerator F320이라는 제품으로, 오라클 서버에서 쓰이는 제품이죠. 일단 데이터시트는 F320 버전으로 가져왔습니다.

UBER과 MTBF, Data Retention은 일반적인 eSSD의 수치인만큼 넘어가고, 내구성은 5 DWPD, 29.2 PBW를 자랑합니다. 

성능은 순차, 랜덤을 가리지 않고 QD32 TC16일 때를 나타내고 있습니다. 랜덤 성능의 경우에는 4k뿐만 아니라 8k 수치도 명시되어 있는데, 아쉽게도 이 리뷰는 업계 표준으로 받아들여지는 순차 128k와 랜덤 4k의 성능만 보여드릴 예정입니다. 

Notable Points

Power-Loss-Protection Time

많은 eSSD는 PLP를 위한 기술이 적용됩니다. 갑작스러운 전원 차단에 대해 어느 정도의 백업 시간을 가질 수 있는지 알아봅시다.

소자 분석에서 언급되었지만, PM1725 3.2TB는 Nippon Chemi-Con HHXA350ARA271MJA0G을 10개 실장했으며, 약 1.323J의 에너지를 저장할 수 있습니다. 해당 값을 토대로, 데이터시트와 S.M.A.R.T.에 지정되어 있는 전력 소모를 버틸 수 있는 시간을 비교해보겠습니다.

갑작스러운 전원 차단에도 50ms 이상의 시간은 확보할 수 있다고 볼 수 있겠습니다. 상당히 긴 시간입니다.

SW Report

읽쓰기량이 상당한 중고입니다. 그래도 97%라면 아직 건강한 아저씨네요. PCIe 3.0 x8로 제대로 링크되어 있는 것을 확인할 수 있습니다.

smartmontools와 NVMe-CLI의 id-ctrl 결과는 GitHub에 첨부하도록 하겠습니다.

DUT Summary

벤치마크를 진행할 SSD에 관한 요약입니다.

FW는 메뉴얼에 명시된 버전(KPYAIR3Q)보다 더 최신으로 보입니다. 현재 구할 수 있는 것 중 가장 최신이 아닐까요? 

LBA 용량은 일반적인 512B 외에도 엔터프라이즈 답게 ECC를 포함한 520B, 4160B를 지원하지만, 제 리뷰를 읽을만한 사람들이 사용할만한 것으로 테스트합니다. 512B가 흔하기에 당연히 이를 벤치마크하며, Rel_Perf는 4096B가 우수하다고 명시되어 4096B로도 벤치마크를 진행합니다.
진행시간과 읽쓰기량 2배 이벤트인 셈이죠. 이런 이벤트, 기쁘지 않은데.

eSSD답게 별도의 IDLE상태를 지원하지 않으며, PS0의 최대 전력은 25.00W로 명시되어 있습니다.

Warning / Critical Temp에 대해선 명시되어있지 않았는데, 보증도 하나 없는 이 친구로 직접 Thermal Throttling 테스트를 진행하기엔... 좀 그렇죠? 무섭기 때문에 그냥 쿨링을 해주며 벤치마크를 진행합니다.

Comparison Device

비교군은 아래와 같습니다.

다만, 용량이 달라 완전한 비교는 약간 어렵지 싶습니다. 애초에 출시시기가 더 나중인 놈을 DUT의 비교대상으로 삼는 시점에서 이상한 리뷰 같긴합니다만, 궁금하지 않나요? 나만 그런가?

cSSD Benchmarking

벤치마크 방법에 대한 것은 이전 리뷰를 참고해주시기 바랍니다.

CrystalDiskMark 9.0.1

FOB(Fresh Out of Box) 상태에서 NVMe 프로필로 진행합니다. 

LBA=4096B 일 때가 약간 더 우수한 것처럼 보이지만, 드라마틱하지는 않습니다. 오차 이내의 결과 같네요.

읽기의 경우는 시원하게 3.0 x4의 대역폭을 넘어 잘 뽑아줍니다. 4.0 x4 드라이브엔 미치지 못하지만 말이죠.
쓰기의 경우에는 SLC 캐시가 존재하지 않는 eSSD라 그런지, 역시 낮게 나옵니다. 특히 랜덤 쓰기는 PM983과 크게 다르지 않네요.

랜덤 4k QD1은 가장 구형인 친구인 만큼, 제일 뒤쳐지는 모습입니다. 

3DMark Storage Benchmark

CDM의 측정이 종료된 드라이브를 75% 채우고 진행합니다.

대체로 게임은 낮은 QD가 걸리는 만큼 CDM 결과와 비슷한 양상입니다. LBA 크기에 상관없이 2000점을 넘기지 못하는 모습이네요.

SPECworkstation 4.0

3DM이 종료된 드라이브에 휴식을 부여하고 진행됩니다. 75%의 공간이 이미 사용 중인 셈이죠.

LBA=4096B인 드라이브들은 이 벤치마크에서 이상할 정도로 낮은 성능을 보여줍니다. 아예 실행이 불가능해 중간에 실패되는 경우도 있을만큼 말이죠. 이는 PM1725의 문제가 아니라 다른 드라이브에서도 발견되었습니다. 
따라서 LBA=512B로 통일해 종합 Ratio를 제시합니다. 의외로 PM1725가 PM983에 비해 약간 더 우수한 모습입니다. 이러한 결과를 상세하게 들여다 보겠습니다.

LBA=4096B의 SSD는 대체로 512B보다 낮은 성능을 보이지만, 특히 mcad와 proddev 워크로드의 경우엔 실패했습니다. 
어쩔 수 없는 현상으로 받아들이고, 다른 걸 봅시다.

많은 워크로드에서 PM983보단 우수하지만 PM9A1에는 뒤떨어지는 모습을 보였습니다. mozillaVS 워크로드에선 가장 뒤떨어지는 모습을 보였지만, cfd워크로드에서는 PM1725가 비교적 우수한 모습을 보였습니다. 

가지각색이죠?

Fill Drive

나래온 더티테스트와 비슷한 벤치마크입니다. FOB상태로 시작하여, SEQ 128k QD256으로 드라이브 전체를 2회 채우며, 0.1s 단위로 값을 측정합니다. 휴식은 충분히 부여됩니다.

평균적으로 1707MiB/s의 속도를 유지합니다. 그런데, 값의 편차가... 심상치 않습니다. 

가득 채워진 드라이브에서 다시 쓰기를 가할 때에는 평균 1684MiB/s의 속도를 확인할 수 있었습니다. eSSD들이 다 그렇지만 재미는 없어요. 위랑 다른게 별로 없거든요.

LBA=4096B의 경우엔 512B와 상당히 유사했기에 아래에서 함께 보도록 하겠습니다.

이전과 다르게 X축은 시간축입니다. PM9A1 때문에 Y축의 최대치가 상승합니다.

2패스도 별 다른 모습은 안 보입니다. 다만, 1400초 이전에 땅으로 떨어지는 값이 좀 이상하네요.

전체에 대한 평균 쓰기 속도입니다. 위 그래프에서 볼 수 있던 것처럼 SLC 캐시 영역을 제외하더라도 PM9A1이 가장 우수한 모습을 보였습니다. PM983과 비교하자면, 더 구형인 NAND가 사용되었지만, 더 많은 Die 개수와 채널 덕분에 더 우수한 쓰기 성능을 보였습니다. 
PM983의 고용량 모델이라면 16채널의 PM1725가 무색하게 이를 넘는 속도를 보여줄 수 있을 것이라고 예상되네요.

Sync Performance

순차와 랜덤 성능은 자체 Pre-Conditioning 이후에 해당 영역에 한해서 측정됩니다.

솔직히, 동기 쓰기 성능은 eSSD에게 있어 큰 의미가 없는 벤치마크입니다. 애초에 cSSD의 여러 성능을 비교하기 위해서 도입되었으니 말이죠. 단순한 QD1 쓰기 성능과 다름이 없습니다.

Low QD Performance by RW Ratio 

Performance versus QD

이전과 마찬가지로 Pre-Conditioning 이후에 측정하며, 데이터의 양은 올바른 Burst 성능을 측정하기 위해서 GB단위가 되지 않습니다.

QD=1, 2인 상황에서는 LBA에 따른 성능 차이가 거의 나지 않았지만, QD=4에서 쓰기에 가까워질수록 약간의 성능 향상이 있었습니다. 

Weighted Graph 

QD1 70%, QD2 20%, QD4 10%로 가중치를 부여해 보기 쉽게 나타냅니다.

가중치를 부여한 그래프에서는가장 낮은 성능을 보여주었습니다. 나이를 많이 먹긴했죠.

평균값도 역시 세대순으로 정렬되었습니다. PM1725와 비교할만한 동일 세대의 SSD가 없던게 아쉬울 따름이네요.

eSSD Benchmarking

일부 워크로드에 대한 Steady State를 측정해봅시다. 벤치마크 방법에 대한 것은 마찬가지로 이전 리뷰를 참고해주시기 바랍니다.

SEQ Pre-Conditioning

SEQ Pre-Conditioning은 약 1시간이 소모되었습니다.

비교는 지연시간을 기준으로 합니다. 이에 대한 이유는 RND Pre-Conditioning 섹션에서 설명하겠습니다. LBA=4096B일 때 , 최대 지연 시간이 튀는 것을 확인할 수 있었습니다.

비교가능한 영역으로 확대한 그래프입니다. 언뜻보면 PM9A1이 가장 우수할 수 있다고 생각할 수도 있으나, 일관성에서는 가장 밀리는 것처럼 보입니다. 

SEQ Performance

이번 리뷰부터 새롭게 도입된 그래프입니다. QD에 따른 TP / IOPS와 그에 따른 지연시간을 나타내는 방식입니다. 측정하는 QD는 256이 최대이나, 그전에 한계에 도달하게 되면 지연시간만 늘어나기에 그래프의 해석에 어려움을 겪습니다. 이에 따라, 적절하게 지연시간을 잘라낸 그래프를 제시합니다. 

낮은 QD에서는 PM1725가 가장 못난 모습을 보였지만, 깊어질수록 성능 자체는 증가하는 것을 확인할 수 있었습니다. PM9A1이 가장 좋아보이긴 하지만요.

LBA=512B가 LBA=4096B에 비해서 낮은 QD(1~2)에선 약간 밀리지만, 깊은 QD(8~32)에서는 우세한 모습이었습니다.

순차 쓰기에선 PM1725가 약간 이상한 양상을 보였습니다. QD가 깊어짐에 따라 성능 향상을 보일 것 같더니, 그렇지 않고 되려 후퇴하는 모습도 관찰되었습니다.

이에 따라 모든 데이터가 담긴 그래프도 제시합니다. 성능의 분포는 PM983 < PM1725 < PM9A1입니다. QD256을 제외하고는 LBA=512B가 더 우세인 모습이기도 합니다.

RND Pre-Conditioning

RND Pre-Conditioning은 4시간이 걸리지 않았습니다. 다만, SEQ Pre-Conditioning과 같이 일부 지연시간이 급증하는 모습을 보였습니다. 

이것이 실제 모습입니다. 이전 PM983 리뷰를 보셨던 분들은 데자뷰를 느끼실지도 모르겠습니다. 그 친구도 지연시간이 급등했거든요. 한 번 비교해볼까요?

우선, IOPS입니다. PM1725와 같이 eSSD에 속하지만 PM983이 훨씬 깔끔한 그래프를 보여주고 있습니다. 하지만, PM1725는 PM9A1과 크게 다를 것이 없어보이기도 합니다.

그렇기에 비교에는 지연시간 그래프를 사용합니다. 지연시간의 관점에서는 PM9A1이 PM1725와 비교도 되지 않을만큼 굉장히 더러운 모습을 보여줍니다.
더럽다고 하니 생각나는데, 이것이 좀 더 Dirty Test에 부합한다고 말할 수 있지 않을까요? 물론, 강력하게 주장할 생각은 없습니다.

RND Pre-Conditioning 중의 최대 지연시간은 의외로 cSSD가 아닌, eSSD에서 나타났습니다.
위 그래프를 보면 LBA크기에 상관없이 PM1725는 물론이고 PM983은 더욱 심하게 발생했습니다. 다른 eSSD도 그러한지는 다음에 확인해보도록 하고, 집중해야할 Steady State로 넘어갑시다.

RND Performance

랜덤 읽기입니다. QD1~8까지는 모두에게 뒤쳐지던 PM1725입니다만, QD=32에서 PM983을 넘더니, QD=128부터는 PM9A1도 넘는 모습을 보였습니다. 

쓰기는 읽기처럼 QD=1에서는 가장 성능이 나빴지만, QD=2 이후부터는 성능이 급증해 QD=4에서 100k IOPS를 초과해 QD=8에서 IOPS가 포화된 모습을 보여주었습니다.

혼합 성능도 낮은 QD에선 좋은 성적을 거두지 못했지만, QD=32이상에서는 가장 좋은 모습을 보여주었습니다.

Quality of Service

QD1에서의 지연시간을 IO단위로 모두 분석해서 때려박았습니다.

읽기에서는 앞서 본 것 처럼 PM1725가 가장 뒤쳐졌습니다. 

쓰기도 PM1725가 가장 뒤쳐졌지만, 그래프 위쪽으로 갈수록 PM9A1의 지연시간이 늘어나 PM1725를 넘어버리는 것을 확인할 수 있습니다. 

혼합 작업은 조금 재밌습니다. 99%에서는 PM1725가 가장 좋은 지연시간을 보여주었으나, 99.9%로 올라가자말자 가장 뒤쳐졌씁니다.

데이터시트와의 비교는 표로 간단하게 진행해보겠습니다. 

PM983과 다르게 데이터시트를 만족하지 못하고 더 늘어지는 부분도 있는 것이 확인되었습니다.

Closing

PM1725는 여러 의미에서 나름 의미있다고 볼 수 있습니다. 우선, 삼성의 NVMe eSSD 중 최초로 TLC가 적용되었습니다. V2 32L TLC라고 말씀드렸는데, V1에서는 24L MLC가 전부였으니, 첫 3D TLC라고 말해도 무방하겠죠.

컨트롤러도 의미있습니다. 삼성에서 내놓은 첫 NVMe eSSD는 XS1715였습니다만, In-House 컨트롤러가 아닌, PMC-Sierra사의 컨트롤러를 사용했습니다. SM1715도 마찬가지였고요. 하지만, PM1725에서는 삼성의 In-House 컨트롤러를 사용했습니다. 소자 분석 섹션에서도 다루었지만, EPIC이죠. 
이후, V3 TLC를 적용한 PM1725a와 V4 TLC를 적용한 PM1725b까지 EPIC 컨트롤러를 꾸준하게 사용했습니다.

제가 리뷰한 것은 삼성의 리테일 PM1725가 아니라 오라클 F320입니다. 펌웨어에 어떠한 수정이 가해졌을 가능성이 있습니다. 하지만 그럼에도 불구하고, F320 데이터시트의 스펙에 부합하지 못하는 모습이 종종 보였습니다. 주로 쓰기 부분이 말이죠. 
스펙에 부합하지 못하고 가장 오래되었음에도 불구하고, 비교군에서는 제일 뛰어난 최대 랜덤 쓰기 성능을 보여주기도 했습니다. 이 부분은 Over-Provisioning이 가장 많이 적용된 이유가 클 것입니다.

그렇지만 PM983과 비교하였을 때, 쓰기의 Consistency가 약간 뒤쳐진다는 느낌은 확실히 있었습니다. 동일한 세대의 NAND를 사용한 PM1725b라면 달랐을까... 라는 아쉬움도 남습니다.
더 아쉬운 것은 이 리뷰에서는 Consistency에 대한 것을 수치로 나타낼 수 없어 그래프를 통한 비교만 진행한 부분입니다. 이 부분에 대해서는 개선이 필요하다고 인식하였으며, 추후 다른 eSSD 리뷰에서 한 방법을 제시하고자 합니다.

긴 리뷰 읽어주셔서 감사합니다.

직접 구매했습니다. 그리고 다시 팔았어요. 거기선 행복하게 지내렴!