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[MTrue]

엠트루 하드랙 MHR-48SS Kit

글쓴이 : 관리자 날짜 : 2016-10-31 (월) 11:09 조회 : 2669
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이번에 소개 할 제품은 엠트루(MTrue) 하드랙 MHR-48SS Kit 으로 카드 타입의 SSD가 겪는 물리적 한계를 벗어나 하드와 동일한 규격의 2.5 인치 타입의 SSD를 장착할수 있도록 하드랙과 NVMe SSD 변환 컨트롤러가 세트로 구성된 제품 입니다.

 

최근 NVMe를 지원하는 대부분의 SSD들은 PCI-Express 슬롯에 직접 장착하는 카드 형태로 출시가 되고 있습니다. Intel의 SSD 750disk Mini-PCI를 대체하는 M.2를 이용한 삼성의 950 Pro 등이 이에 해당됩니다. 그러나 카드 타입의 SSD 들은 서버 환경과 같이 다량의 카드가 장착 되어야 하는 상황에서 PCI-Express 슬롯 개수와 같은 물리적인 한계로 인한 제약은 필연적 이었습니다.

 

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최근 그에 대응하여 기존 SAS 하드와 동일한 2.5" * 15mm 규격의 NVMe SSD들이 출시되기 시작 하였습니다. 2.5" NVMe Disk Bay를 제공하거나, NVMe 전용 서버에 장착하여 사용할 수 있습니다. 그러나 서버에서 사용되는 옵션 킷들은 대부분 특정 서버 하드웨어에 종속되어 고성능 pc나 워크스테이션, 소형 서버 환경에서 사용할 수 있는 방법이 없었습니다. 이번 리뷰에서는 이를 해결해줄 솔루션인 MHR-48SS 하드랙과 MSV-304CI U.2 카드를 살펴 보도록 하겠습니다.

 

 

1. 제품 소개 및 구성

 

엠트루 하드랙 MHR-48SS

 

하드랙은 5.25 인치 사이즈에 총 4개의 2.5" 15mm Disk Drive Bay를 가지고 있습니다. 각각의 Bay는 Key를 이용하여 물리적 보안을 강화 하였으며, 디스크의 발열을 해결하기 위하여 40mm Fan 2개가 장착되어 있습니다. 그리고 데이터 전송을 위한 4개의 U.2 커넥터와 2개의 전원 커넥터로 구성이 되어 있습니다.

 

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엠트루 컨트롤러 MSV-304CI

 

아래 제품이 U.2 인터페이스 카드입니다. NVMe SSD는 1개당 PCI-Express bus 4 Lane을 사용합니다. 따라서 대역폭을 제공하는 카드는 성능에 지대한 영향을 끼칩니다. 이 카드의 역할은 PCI-Express x 16를 x 4 4개로 나누고 이를 U.2 커넥트로 변환 해주는 기능을 담당하게 됩니다. 즉 하드랙에 장착된 4개의 SSD 모두 병목현상 없이 규격에 준하는 대역폭을 모두 사용 가능합니다.

 

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제품 구성

 

일반적으로 단일 NVMe SSD를 연결할 때 많이 쓰는 방식은 SFF-8639 타입의 커넥터 입니다. 겉모양은 SAS ZPDLQMF(SFF-8482)과 동일하지만 내부 핀 배열이 상이합니다.

 

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또한 구하기도 어렵고 가격도 상당한 편입니다. 반면 MHJR-48SS 하드랙과 NVS-306CI 카드는 32Gbps 대역폭의 SFF-8643 케이블 4개로 연결이 됩니다. 기존 SAS 3에서 쓰던 방식과 동일 합니다. 혹여 케이블에 문제가 발생하더라고 쉽게 구할 수 있습니다. SAS 케이블을 그대로 사용하기에 SAS RAID 카드와 NVMe SSD를 연결해보고자 생각하시는 분들이 종종 계십니다. 모양은 같아도 호환은 되지 않으니 이점 유의 하시기 바랍니다.

 

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2. 기술적 배경

 

기존 방식의 한계

HDD에서 SSD의 시대로 넘어오며 기존에 사용하던 디스크의 액세스 방식은 더 이상 효과적이지 못하게 되었습니다. 초창기 SSD 들은 작은 파일의 랜덤 액세스에서는 기존 HDD보다 월등하게 우위에 있었으나 순차적인 액세스에서는 더 낮거나 비등 비등한 수준 이었습니다. 그러나 최근 몇 년 사이에 지속적인 개선이 이루어지며 플래시는 현재 사용중이 인터페이스들의 한계치까지 순식간 성능이 증가 하였습니다. 그에 따라 당연히 대두되는 문제가 몇 가지 있었습니다.

 

첫째로, 대역폭의 한계가 가장 빨리 가시화 되었습니다. SSD는 NAND Flash의 개수를 늘려 속도를 쉽게 증가 시킬 수 있습니다. 초창기 SSD 들은 순차 액세스가 100 Mbyte/s 내외였기에 기존 HDD에서 사용 중이던 SATA 2 (3Gbps) 규격으로도 충분하였으나 지금 출시되는 SSD들은 그 다음 버전인 SATA 3 (6Gbps)의 대역폭 한계까지 성능이 증가 하였습니다.

 

둘째로, 동시에 처리 가능한 데이터의 한계입니다. 기존에 SATA 인터페이스와 함께 쓰이던 방식은 AHCI 입니다. 1개의 Queue를 가지고 한번에 32개의 Command를 처리합니다. 그리고 멀티코어를 활용하지 못하는 인터럽트 처리 방식 때문에 CPU 내에서 부하 분산이 일어나지 않는 문제들도 나타나게 됩니다.

 

셋째로, 응답 시간의 문제 입니다. 기존 SATA 인터페이스를 사용시 CPU가 디스크 안에 저장된 데이터에 엑세스 하기 위해서는 물리적으로 많은 단계를 거쳐야 합니다. CPU → PCI → Express(or DMI) → SATA Controller → NAND Flash 이렇게 최소 다섯 단계가 필요합니다. HDD의 경우는 느린 액세스 속도 때문에 저런 구조가 크게 문제될 것이 없었으나 플래시의 경우 반응 속도가 빠르다 보니 데이터 액세스를 위해 걸리는 지연 시간이 성능에 상당한 영향을 끼치게 되었습니다.

 

 

NVMe의 등장

 

위와 같은 한계로 인하여 SSD 성능 향상은 벽에 부딪히게 됩니다. 플래시의 성능은 늘어나는데 인터페이스의 한계로 인해 더 이상 성능을 증가 시키기 힘든 상황이 된 것입니다. 이때 등장한 것이 NVMe 입니다. 기존 SATA 인터페이스의 대역폭과 응답 속도의 한계를 극복하기 위하여 별도의 컨트롤러 없이 SSD를 PCI-Express Bus에 바로 연결하는 방식을 채택 하였고, 여기에 AHCI를 대체하는 NVMEe를 도입하였습니다. 새로운 인터페이스에서는 기존에 제기된 문제들을 해결하기 위하여 다양한 개선 사항들이 추가 되었습니다.

 

첫째로, 대역폭의 엄청난 확장이 있었습니다. 새로운 방식은 4개 Lane의 PCI-Express BUS를 사용합니다. 대역폭은 최대 32Gbps까지 지원합니다. 현재 디스크 인터페이스 중 가장 빠른 SAS 3 (12Gbps) 보다 2배 이상 넓은 대역폭 입니다.

 

둘째로, 데이터 처리량을 늘리기 위해 Queue 개수를 1개에서 65535 개로 대폭 늘렸으며 1개의 Queue에서 처리 가능한 Command 또한 32개에서 65536개가 되었습니다. 또한 인터럽트 처리를 위해 MSI-X Function을 도입, 인터럽트들을 병렬로 처리할 수 있게 개선하였습니다.

 

셋째로, 응답 시간을 줄이기 위해 PCI-Express Bus에 SSD 컨트롤러를 직접 연결하게 됩니다. SATA나 SAS처럼 중간에 더 이상 컨트롤러를 필요로 하지 않고 CPU → PCI-Express (or DMI) → SSD Controller → NAND Flash 순으로 연결 됩니다.

 

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3. 성능

​하드랙은 디스크 성능에 미치는 영향이 없어야 좋은 제품입니다. 사실 하드랙 때문에 성능이 증가할 일은 있을 수 없습니다. 다만 디스크의 성능을 있는 그대로 낼 수 있도록 하는 제품이 가장 완성도 있음에는 틀림이 없습니다.

 

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병목 현상을 최소화 하기 위해 PCI-Express x16 Full Speed 슬롯이 있는 보드와 40lane을 제공하는 Intel Xeon E5를 사용하였습니다. SSD의 경우 Engineering Sample 버전을 사용 하였습니다. 따라서 판매되는 양산품과 성능 면에서 차이가 있을 수 있습니다. 모든 테스트는 IOMETER 1.1.0 버전을 사용하여 측정하였으며, 각 액세스 사이즈 별로 10분씩 측정하여 낸 평균 데이터 입니다. QD는 32로 세팅하였습니다. 메모리를 제외한 모든 제품은 저희 명인에서 유통하는 제품입니다.

 

테스트 환경은 다음과 같습니다.

 

 CPU

Intel Xeon E5-2630L v3 

 Memory

 Crucial DDR4 SO-DIMM ECC 8GB

 Motherboard

 ASRock Rack EPC612D4I ITX

 SSD

 Inte DC P3700 SSD Series 400GB 2.5"

 OS

 Windows Server 2012 R2 Standard

 Software

 IOMETER 1.1.0, QD32

 

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단일 디스크 성능

4개의 디스크를 모두 장착하고 동시에 작업을 수행 할 때 성능이 어느 정도까지 나오는지 측정해 보았습니다. 그리고 비교 군으로는 단일 디스크 사용량을 측정 하였습니다.

 

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Single DISK

 

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4 DISKs Total


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RAID 성능

 

NVMe에서는 SSD가 별도의 컨트롤러를 거치지 않고 PCI-Express 슬롯으로 CPU에 바로 연결이 됩니다. SATA와 SAS처럼 중간에 별도의 컨트롤러가 없기에 현재까지는 하드웨어적으로 레이드를 구성할 방법이 없는 상황입니다. 그러나 이번에 테스트에 사용할 Intel SSD의 경우 Intel에서 소프트웨어 레이드를 구성할 수 있는 드라이버와 소프트웨어를 제공하기에 그것을 이용하여 테스트 하였습니다. 그리고 비교를 위하여 Windows Server 2012 R2에서 제공하는 Softward RAID 환경도 테스트를 해 보았습니다.

 

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RAID 0 성능

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RAID 5 성능

 

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RAID 성능 평가

 

레이드가 묶이지 않은 상태로 디스크 4개에 동시에 부하를 걸어본 결과 하드랙으로 인한 성능 저하나 병목은 거의 없다고 보여집니다. 다만 해당 결과를 보고 구축을 생각하시는 분들이 있다면 앞서 언급한대로 PCI-Express 16Lane을 지원하는 보드와 CPU 등 시스템 전반적인 부분을 먼저 체크 하시길 권해 드립니다.

 

레이드 성능에 있어서는 기존 SATA SSD의 특성들을 그대로 가지고 있습니다. RAID 연결 시 큰 블록의 파일이나 순차 액세스에서는 성능 증가율이 디스크 개수 증가와 비례 하지만 4K 액세스와 같은 작은 단위에서는 1개의 디스크와 여러 개의 디스크가 별반 차이가 없으며, RAID 5의 경우 오히려 더 성능이 하락 하였습니다. DB 같은 작은 단위의 액세스가 잦은 사용자라면 레이드를 묶기보다는 더 대용량 SSD 구매가 나은 판단으로 보여집니다.

 

레이드를 묶어주는 방식에서는 RAID 0 에서는 Intel RST Enterprise가 더 좋은 성능을 발휘 했고 RAID5에서는 Windows RAID가 상대적으로 나은 성능을 보여 줬습니다. 아직까지 레이드 소프트웨어 별로 성능 편차가 큰 것 같습니다. 시간 관계상 리눅스나 유닉스 환경에서는 테스트를 진행하지 못하였으나, 기회가 된다면 추후 Btrfs 나 Zfs 같은 환경에서도 구성을 해보도록 하겠습니다.

 

 

4. 기타


온도

 

안정적인 시스템 운영을 위해서는 적정한 온도 유지가 매우 중요합니다. 반도체 특성상 고온에서는 저항이 높아져 문제가 생길 소지가 많기 때문입니다. NVMe DISK 들은 성능 만큼이나 발열이 심한 편입니다. P3700 SSD의 경우 권장되는 동작 온도가 0~70도 입니다. 실제 측정 결과 디스크 별 편차가 있긴 했지만 풀로드시 최대 65도로 측정 되었습니다. 하드랙이 아닌 컴퓨터 케이스에 장착된 형태라면 쿨링에 각별히 주의를 기울여야 할 것으로 보입니다. 추가적으로 외부 온도를 적외선 온도계로 측정해 본 결과 약 48도 정도로 준수하게 측정이 되었습니다. NVMe SSD 사용시 별도의 쿨링 솔루션이 없다면 하드랙 사용은 필수로 보여집니다.

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CPU 사용률

 

NVMe SSD들은 성능이 높은 만큼 측정되는 CPU 사용률도 상당한 편입니다. 첫번째 이유는 성능이 높은 만큼 지연시간 없이 CPU가 지속적으로 작업을 진행하기 때문이고, 두번째로는 데이터를 읽고 쓰는데 필요한 CPU 자원이 SSD의 성능과 비례해서 늘어나기 때문입니다.

RAID 가 구성된 경우 (RAID 5, 6 등) 레이드의 페리티 계산을 위하여 추가적으로 자원이 소비되기도 합니다. 아래 그래프는 성능 측정 시 기록된 CPU 사용량 데이터 입니다.

 

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5. 결론

 

고성능 SSD는 U.2 커넥터와 카드, 전용 케이블, 그리고 쿨링 솔루션 등 기존 디스크와는 완전히 별개의 구성을 요구합니다. 이것들을 일일이 갖추는 일이란 쉽지 않습니다. 성능을 충분히 내기 위하여 보드나 CPU 같은 메인 부품들이 충분한 성능을 가지고 있어야 하며, 케이블링과 장착 형태 또한 많은 부분 고려해야 합니다. 추가적으로 케이스 안에 디스크를 내장하는 형태라면 디스크 상태확인(LED)이나 쿨링에 있어 애로사항이 생길 가능성 또한 무시할 수 없습니다. 거기에 장시간 작업에 있어 안정적인 환경이 필요하다면, 그리고 성능에 민감한 유저라면 개별적으로 각각의 컴포넌트를 구성하는 것 보다는 엠트루(MTrue) 하드랙 MHR-48SS Kit 구성처럼 미리 검증된 환경이 훨씬 나은 결과를 가져다 줄 것으로 보여집니다.

 

이것으로 엠트루(MTrue) 하드랙 MHR-48SS Kit 리뷰를 마칩니다.

 

 


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