PCI 익스프레스 5.0 SSD, 전력 소모 절감 경쟁 돌입

실리콘모션·웨스턴디지털, FMS 2024서 소모전력 7W대 새 컨트롤러 공개

발열과 전력소모 등 문제로 데스크톱PC에만 주로 쓰였던 PCI 익스프레스 5.0 규격 NVMe SSD가 이르면 올 하반기, 늦어도 내년 상반기부터 노트북으로 확대될 전망이다. 낸드 플래시메모리를 제어하는 핵심 부품인 컨트롤러 칩 저전력화가 진행되고 있기 때문이다.

전세계 SSD 제조사에 가장 많은 컨트롤러를 공급하는 대만 파이슨이 올 초 생산 공정을 7나노급으로 개선한 제품인 'E31T'를 공개한 데 이어 실리콘모션과 웨스턴디지털은 지난 주 진행된 'FMS 2024' 행사에서 최대 소비 전력 7W급 컨트롤러 시제품을 공개했다.

TSMC N6 공정에서 생산된 실리콘모션 SM2508 탑재 SSD 시제품. (사진=지디넷코리아)

이를 탑재한 신제품은 이르면 올 하반기, 늦어도 내년 상반기부터 시장에 등장할 예정이다. 단순 대용량 데이터 저장과 운영체제·응용프로그램 실행 뿐만 아니라 생성 AI와 LLM(거대언어모델)까지 소화해야 하는 AI PC가 첫 대상으로 꼽힌다.

■ 발열 문제에 발목 잡힌 PCI 익스프레스 5.0 SSD

PCI 익스프레스 5.0 규격을 적용한 NVMe M.2 SSD는 읽기/쓰기 속도가 모두 초당 최대 10GB를 넘어 설 정도로 데이터를 빠르게 읽고 쓴다. 그러나 최대 속도로 작동할 때는 표면 온도가 80도를 넘어서며 과열될 경우 제품 보호를 위해 작동을 멈춘다.

두터운 방열판을 장착한 MSI M750 프로 SSD. (사진=지디넷코리아)

지난 해 MSI, 에이데이터, 에센코어 등 주요 PC·저장장치 회사가 공개한 PCI 익스프레스 5.0 기반 M.2 NVMe SSD는 모두 방열판(히트싱크)이나 냉각팬을 장착했다.

현재 주로 쓰이는 M.2 2280(폭 22mm, 길이 80mm) 대신 SSD 면적을 키워 방열 성능을 확보하려는 시도도 있었다. 2022년 일부 제조사가 폭과 길이를 각각 25mm, 110mm로 키운 새 규격인 M.2 25110을 추진했지만 시장에 안착하지 못했다.

M.2 SSD 규격별 비교도.

결국 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 가장 좋은 방법은 컨트롤러 칩의 소비 전력을 낮추는 것이다. 전력 소모가 낮을 수록 발열도 이에 비례해 낮아지며 장시간 작동시 생길 수 있는 성능 저하 문제까지 함께 해결할 수 있다.

■ 파이슨, 올 초 신형 컨트롤러 'E31T' 공개

씨게이트 등 가장 많은 제조사에 SSD 컨트롤러를 제공하는 대만 스토리지 팹리스 파이슨은 이 문제를 공정 미세화로 해결했다.

PCI 익스프레스 5.0을 지원하는 PS5026-E26 컨트롤러 칩. (사진=파이슨)

이 회사가 2021년 처음 개발한 E26 컨트롤러 칩은 ARM 코어텍스-R5 코어와 파이슨이 독자 개발한 코엑스프로세서를 조합해 대만 TSMC 12나노급 공정에서 생산된다.

반면 올 초 공개한 E31T 컨트롤러는 낸드 플래시 메모리와 컨트롤러 칩 간 데이터를 주고 받는 통로인 채널을 8개에서 4개로 줄였다. 제조공정도 대만 TSMC 7나노급 공정으로 옮겨 발열을 줄였다.

파이슨 PS5031-E31T 컨트롤러 탑재 PCIe 5.0 SSD 시제품. (사진=지디넷코리아)

파이슨 관계자는 "최고 속도가 10GB/s 가량으로 떨어지지만 노트북에서 활용하기는 충분한 수준이다. 공급 단가 역시 이전 출시한 E26 대비 다이(Die) 크기가 줄어들어 내려갈 것"이라고 설명했다.

■ 실리콘모션, 소모전력 7W대 'SM2508' 공개

중저가 SSD에 컨트롤러 칩을 공급하는 대만 실리콘모션은 지난 주 미국 캘리포니아 주 산타클라라에서 진행된 플래시 메모리 업계 연례 행사인 'FMS 2024'에서 컨트롤러 칩 신제품 'SM2508'을 공개했다.

실리콘모션이 FMS 2024에 출품한 SM2508 SSD 컨트롤러. (사진=실리콘모션)

SM2508은 생산 공정을 대만 TSMC N6로 전환해 12나노 공정에서 생산된 제품 대비 전력 소비를 최대 50% 낮췄다. 컨트롤러 칩 전력 소모는 최대 3W 수준이며 SSD 전체 전력 소비량은 7W 미만으로 줄었다.

생성 AI나 LLM(거대언어모델)용 SSD에 최적화됐고 8채널로 작동하며 최대 속도는 읽기 14.5GB/s, 쓰기 13.6GB/s 수준이다. CPU는 Arm 코어텍스 R8 기반 쿼드코어 제품이며 최신 3D TLC/QLC 낸드 플래시메모리를 지원한다. 이를 탑재한 실제 제품 출시 일정은 미정.

■ 웨스턴디지털, 7W만 쓰는 SSD 시제품 공개

웨스턴디지털은 그간 일반 소비자용 PCI 익스프레스 5.0 SSD 제품을 출시하지 않았다. 그러나 FMS 2024에 자체 개발한 새 저전력 컨트롤러 탑재 시제품을 공개하며 침묵을 깼다.

웨스턴디지털이 FMS 2024에 출품한 자체 개발 컨트롤러 내장 SSD 시제품. (사진=Heise)

독일 하이제(Heise), 미국 아난드테크 등 외신에 따르면, 웨스턴디지털이 시연한 시제품은 키오시아가 생산한 218단 BiCS8 3D 낸드 플래시메모리 기반으로 작동하며 읽기 속도 15GB/s를 내는 상태에서 단 6.5W만 소비했다.

이 수치는 SSD 컨트롤러 뿐만 아니라 낸드 플래시메모리와 디램 캐시 등 SSD 전체가 소모하는 전력을 합한 것이다. 채널 수를 4개로 줄이면 전체 전력 소모는 5W까지 떨어진다. 해당 컨트롤러 칩 개발에는 국내 팹리스인 파두가 협력한 것으로 알려져 있다.

웨스턴디지털 SSD 시제품의 작동 속도와 전력 소모. 8채널 활용시 최대 6.5W 수준이다. (사진=Anandtech)

웨스턴디지털은 노트북 뿐만 아니라 데스크톱PC 등 모든 신제품에 자체 개발 컨트롤러를 탑재 예정이며 실제 제품 출시 시점은 내년 초로 예상된다.