01. SSD(Solid State Drive)

[管韻]

01. SSD(Solid State Drive)

▲ SATA 규격의 소비자용 제품들

▲ HP에서 발매한 기업용 제품. RAID로 구성되며 발열이 심해 공랭 쿨러를 쓴다. M.2 NVMe 슬롯이 PCIe 레인 4개를 쓰므로 4개 집적해서 x16슬롯을 쓰는 것이다.

정식 명칭은 Solid State Drive. 직역하면 고형 상태 보조기억장치로, Solid-state는 고체상태와 소체(트랜지스터)를 뜻한다.

간혹 SSD 하드디스크, SSD하드 등으로 SSD를 하드디스크 계열로 표기하는 오류를 보인다. SSD와 하드디스크는 구조부터 다르므로 표기에 주의하자. 대신 용도는 모두 기억장치다. 출력장치인 액정디스플레이와 AMOLED 디스플레이와 비슷한 사례이다. 한때나마 HDD는 고정형 보조기억장치를 뜻하는 Fixed Drive로 표기되었다. 이런 기준으로 분류한다면 SSD와 HDD가 같은 종류로 묶일지도 모른다. 어디까지나 말이 저렇지 둘은 원래부터 다른 장비다. HDD를 대체하려고 개발된 보조저장장치. HDD는 자기 디스크, 이쪽은 플래시 메모리로 구성된다. 구동부(모터)가 없어서 소음도 대폭으로 감소했다. 일반용은 소모 전력이랑 발열 수준도 낮아서 데스크탑용 3.5인치 HDD를 사용했을 때와는 매우 다르다. 이런 식으로 회전판을 제거한 컴퓨터가 제로스핀이다.

SSD의 가장 큰 장점은 데이터 입/출력 속도이다. 파일 전송 속도가 HDD에 비해 매우 빠르다. HDD의 연속 데이터 읽기/쓰기 속도는 데스크탑에 흔히 쓰이는 3.5인치 7200rpm 2∼3TB급 제품의 플래터 외곽구간 기준으로 최대 200MB/s까지 측정되나, 실사용 중에는 60∼150MB/s 정도에 그친다. 1MB 이하의 작은 파일이 많으면 속도 차이가 커진다. 반면 SSD는 컨트롤러에 따라 다르지만 SATA-3 규격 모델은 약 500∼550MB/s 정도, 최근 아무리 느린 제품이라고 해도 350∼400MB/s 정도는 가뿐히 나온다. 예를 들자면, MacBook Pro 2018년형에 탑재된 SSD는 3000MB/s의 속도를 자랑한다! NVMe 인터페이스를 사용하는 모델에서는 12GB/s에 달하는 기업용 제품까지 다양하다. 이 신속한 입출력 속도 때문에 같은 시가의 HDD 대비 낮은 최대 저장 용량을 가졌음에도 대중적으로 애용된다. 다만 빠른 속도로 SSD의 최대용량이 늘어나 현재는 최대 용량 기준으로 2배 (SSD: 8TB, HDD: 16TB) 로 그 간격이 좁혀져 있는 상황이다.

그 다음 장점은 아주 작고 가볍다는 점이다. 하드디스크는 플래터와 그 플래터를 감싸는 몸체, 플래터를 구동하기 위한 모터 등의 구조물로 인해 일정한 두께 이하로 줄이기 어려우며 그로 인해 무게가 어느정도 나갔는데, SSD는 겉을 감싸는 얇은 케이스와 기판, mSATA나 M.2는 케이스마저도 없이 기판만으로만 이루어져 있어 HDD 대비 상당히 가볍고, 작은 사이즈를 구현할 수 있다. 이걸 더 소형화한 게 USB 메모리로도 자주 쓰이는 플래시 메모리이다.

부팅이나 3D 렌더링 등 실사용 퍼포먼스를 좌우하는 랜덤 액세스 속도에 특히 우위를 가진다. HDD가 연속하지 않은 데이터를 읽기 위해 움직이는 데 걸리는 시간이 10∼20ms인 데 비해 SSD는 구동부가 없어 0.1ms 미만의 시간에 접근이 가능하니 비교가 불가능한 수준.

이 때문에 컴퓨터 체감 속도를 비약적으로 상승시켰다는 평가를 받는다. 그도 그럴 것이 CPU, 그래픽카드, 램 등 여러 가지 컴퓨터 부품들은 전기적으로 동작하는 반면 운영체제나 프로그램들을 저장할 때 가장 많이 쓰이는 보조기억장치인 하드디스크는 물리적으로 동작하기에, 시스템을 구성하는 대부분의 요소들이 나날이 빠르게 발전하여도 하드디스크의 물리적 탐색시간 앞에서 병목현상이 걸려 버벅이는 경우가 허다했다. 하드디스크도 테라 바이트 하드가 대중화되면서 속도가 빨라졌다지만 물리적 저장장치의 한계상 여전히 컴퓨터를 구성하는 대부분의 부품들 입장에선 여전히 느렸다. 그런데 비교 대상도 없이 그저 HDD만 쓰고 살아서 하드 디스크가 얼마나 속도를 잡아먹는지 체감을 하지 못하고 사용하는것이 보통이었다. 그러던 중 SSD가 일반인에게 보급되기 시작하였다. 초기에는 비싸고 불안정해 그다지 인기가 없었다. 운영체제도 하드디스크에 맞게 만들어진 탓에 SSD의 사정은 전혀 고려되지 않아 잦은 프리징을 겪어야 했으며, SATA2가 주류이던 시기라 비약적으로 속도가 빠르지도 않았다. 다만 그때에도 소위 4k로 일컫는 작은 파일을 많이 불러오는 작업에선 체감상으로나 벤치결과로나 매우 뛰어났다. 그도 그럴 것이 SSD는 데이터가 어디에 있건 전기 신호 한방으로 자료를 불러오는 한편, 하드디스크는 플래터를 돌리고 헤드를 몇 번 휘적이는 작업을 거쳐야 하기에 운영체제를 돌리거나 게임을 할 때 훨씬 쾌적한 환경을 만들어 준다며 하이엔드 유저 사이에선 입소문이 돌았다.

예전엔 CPU 교체와 램 용량 증가 등으로 사무용이든 게임용이든 업그레이드 효과를 많이 봤으나 어느정도 상향평준화가 이루어진 후에는 고사양 프로그램을 돌리지 않는 이상 돈을 들여도 체감속도 증가를 잘 못느꼈다. 그러다가 SSD를 메인 저장공간으로 쓰면 HDD와는 비교할수 없는 시원함을 느끼고 다시 HDD로 돌아갈 수 없다는 사용후기가 넘쳐나기 시작하고 때마침 2011년 태국 홍수로 HDD 생산공장이 침수되어 HDD의 품귀현상과 맞물리면서 본격적으로 대중화가 이루어졌다. CPU와 램을 아무리 높여도 얻을 수 없는 속도를 맛본 것이다. 구형 컴퓨터라도 SSD에 OS를 설치해서 메인으로 쓰면 사무용으로는 다시 수년을 써도 전혀 문제가 없다.

2019년 현재 SSD의 지속적인 가격 하락으로 대중화되고 있다. 점유율이 50%를 넘겼다. 그래도 아직은 하드디스크에 비하면 용량은 작고 가격은 비싸 보통 부팅 및 OS, 중요한 응용 소프트웨어를 설치하기 위한 용도로 많이 사용되고, 고용량을 필요로 하는 데이터 저장용은 아직 하드디스크가 대세이다. 게다가 프로세서 성능의 비약적 향상이 계속되고 소비자들의 고품질 미디어 선호가 커짐에 따라 데이터 저장은 하드디스크, 프로그램 설치는 SSD로 분야가 나누어지리라 보인다. 사실 작업 목적이 아닌 보관 목적이라면 후술할 SSD의 데이터 보존 불안정성 때문에 HDD가 더 적합하긴 하다. 물론 데이터를 물리적으로 이동할 때에는 물리적 충격에 강한 SSD가 더 낫긴 하다. 당장 SSD와 같이 플래시 메모리를 채택한 USB 메모리와 우리 손에 있는 스마트폰이 증명해주고 있다.

이 문서에서 가장 언급이 많이 되는 SSD 분야는 데스크탑, 일반 소비자용이다. 그렇지만 이 분야는 전체 시장에서 2015년 기준 9%밖에 안 된다. 가장 큰 시장은 슬림노트북(맥북, 울트라 북 등)으로 46%, 엔터프라이즈 37%, 데스크탑 9%, 노트북 5%, 산업용 3% 순이다. SSD, 엔터프라이즈 시장 속으로

참고로 메모리카드들도 SSD 계열이다. 애초에 SSD 뜻이 저장장치인데 움직이는 부분이 없는 것을 얘기하기 때문이다. 실제로 SD카드 및 CF카드와는 낸드 그리고 컨트롤러 크기 차이점과 플래시 개수 등에서 차이 날 뿐이다.

슈퍼컴퓨터용 SSD는 이미 1980년대에 존재했다. Cray X-MP의 옵션 부품으로 1GB짜리 SSD가 1985년에 존재했다. 전송 속도는 채널당 1GB/s, 최대 2채널로 2GB/s까지 가능했다. 다만 크레이 측에서는 이 SSD를 일종의 RAM처럼 취급했다. 이 성능의 SSD를 일반인이 쓸 수 있게 되기까지는 약 30년이 걸렸다. 상용 SSD 자체는 1990년대에 이미 있었다. 지금 대학들이 만드는 캔셋 비슷한 우주과학분야 장려 컨셉으로, 1990년대 후반 미국에서는 자국 내 교육기관을 대상으로 과제를 선발해 우주왕복선 화물칸에 작은 실험실을 몇 개씩 실어 올라간 적이 있다. 그때 우주왕복선이 우주에 체재하는 기간 동안 무중력환경에서 자동으로 식물을 키우는 프로젝트가 있었는데, 국내 모 잡지에서 사양과 프로그래밍 관련 기사를 내 주었고 거기 소개된 컴퓨터용 상용 부품 중에 SSD가 있었다. 단, Cray 수퍼컴퓨터의 경우나 언급한 1990년대의 경우나 명칭만 SSD이지 저전력 RAM을 사용, 배터리 백업으로 동작하는, 정확히는 RAM DISK와 같은 개념이였다. 당연 억세스 속도는 메인 메모리에 버금갈 정도로 빠르지만 전원을 꺼도 기록이 저장되는 HDD와 같은 것은 아니다. 지금과 같은 개념의 SSD는 2006년 이후.

정확하게 리프레시가 필요없는 STATIC MEMORY(SRAM)를 이용하여 만들어진 제품으로 램드라이브에 가깝지 SSD라고 말하기에는 애매한 물건이다. 그리고 상기한 SRAM은 리프레시가 필요없기 때문에 전원이 꺼지더라도 자료는 날아가지 않는다. 휘발성 메모리는 DRAM(Dynamic RAM)임을 알아두도록 하자.

반도체의 가격은 떨어지고 용량은 증가하며 HDD를 따라잡아 간다. 컴퓨터의 여타 분야에서는 다양한 요인으로 실효성을 잃은 무어의 법칙이 칼같이 맞아 떨어지는 얼마 안 남은 분야다. 이미 3D NAND 기술이 상용화되면서 집적도 면에서는 역주행하고 있다. 하지만 이 역주행이 SSD에서는 더 좋은 안전성을 보장한다.

• 2004년: 256MB, 512MB, 1GB SSD가 개발되었다. 그 당시엔 SSD보단 용량 많은 플래시 메모리에 가까운 모습이었다.

• 2005년: 2GB, 4GB, 8GB SSD가 개발되었다. 그 당시에도 역시 용량 많은 플래시 메모리에 가까웠다.

• 2006년: 삼성전자 센스 Q30 노트북을 통해 SSD가 PC 시장에 진출하게 되었다. 이 때의 SSD의 인터페이스 규격은 PATA, 용량은 32GB로 350만원대의 비싼 가격이었지만 SSD가 PC 시장에 진출한 첫 제품이라는 것에 의의가 있다고 볼 수 있다.

• 2007년: SATA 기반 SSD가 처음 등장했으며, SATA 2 기반의 64GB, 128GB SSD도 연달아 등장했다. 넷북 유행에 불을 지핀 ASUS EeePC에도 SSD가 탑재되었다(한국에서는 2008년 2월에 정식 출시). 이 때의 SSD 용량은 2GB, 4GB, 8GB, 16GB로 GB당 2만원대. 지금껏 그래 왔고 앞으로도 계속 8만 원 내외의 제품이 당대 주력이다.

• 2008년: 128GB SSD 탑재 제품 출시 (50만원대), 256GB SSD 양산 및 탑재 제품 출시, 서버용 한정으로 512GB SSD까지 등장

• 2009년: 512GB SSD 양산 및 탑재 제품 출시, 1TB SSD까지 양산

• 2010년: 플레이어와 스테이지가 마련됨 1

◦ 2.5인치 타입의 1TB SSD가 등장했다.

◦ 삼성전자에서 일반 소비자용으로 나온 SSD인 S470의 출시로 2.5인치 타입의 SSD 보급이 본격화. 가성비가 그나마 좋았던 60GB대 모델이 주류였음

◦ 애플이 맥북 에어에서부터 본격적으로 하드디스크를 제거하기 시작.

• 2011년: 플레이어와 스테이지가 마련됨 2

◦ 4월, 삼성전자가 하드디스크 사업부를 매각, 자금 확보.

◦ 7월 말∼10월 말, 2011 태국 홍수 발생. 공장 침수로 하드디스크의 가격이 상승하여 SSD와 가격차가 본격적으로 좁혀지기 시작.

• 2012년: 본격적인 유통 시작

◦ 120GB대 SSD가 100달러대 초반으로 인하되면서 점차 메인스트림으로 자리잡기 시작.

◦ OS와 기본적인 프로그램을 설치하기 위한 최소 용량으로 여겨지는 MLC 60∼64GB SSD의 본격 보급화

• 2013년: SSD의 대중화 시작

◦ 대용량 보관용을 제외하고 일반적인 사용에 적당한 120GB대 SSD가 대세로 자리 잡았다.

◦ 60GB대는 설치 용량의 증가와 떨어지는 용량 대비 가격의 상승에 맞물려서 도태되었다.

◦ 이 때부터 OS 설치용 드라이브는 SSD, 대용량 저장용 드라이브는 HDD로 구축하는 것이 일반적인 인식으로 굳어졌다.

◦ PCIe 2.0 x4 레인을 이용한 NVMe 기반의 SSD가 등장했으나 기업용 타겟이라 잘 알려지지 않았다.

◦ 16층 V-NAND 플래시 메모리가 탑재된 Mini SATA 타입의 SSD도 등장했으나 용량 대비 가격이 비싸서 널리 알려지지 않았다.

• 2014년: TLC SSD의 보급 증가

◦ 128GB 용량이 여전히 대세를 이루지만 256GB를 사용하는 사용자가 늘어났다. 저가형 128GB의 보급이 이루어지며 브랜드를 따지지 않는다면 128GB 제품을 10만 원 내외로 구할 수 있었다. 고가 모델도 128GB 모델을 내는 등 하나의 독립적 생태계가 완성되었다.

◦ SLC SSD가 사실상 개발 및 유통시장에서 대부분 자취를 감추게 되었다.

◦ 외장 하드디스크, NAS, 클라우드 컴퓨팅 서비스 등의 추가 스토리지가 일반화되면서 내장 스토리지의 용량을 희생해도 속도를 우선시하는 분위기가 무르익었다.

◦ 일반 사용자용 SSD에도 차세대 연결 단자(인터페이스) 경쟁이 시작되었다. 논리 인터페이스는 NVMe, SATA Express가 공존했고, 커넥터 규격은 SATA Express 포트와 M.2 포트가 공존했다.

• 2015년: SSD의 보편화 시작, 250GB대 SSD의 대중화 시작

◦ 120GB대 TLC SSD를 5만원대에 구할 수 있을 만큼 가격이 상당히 하락되어 20만원대의 저가형 PC에서도 SSD를 구축할 수 있게 되었다. 250GB대는 10만원대에서 구할 수 있게 되었다.

◦ 결국 초슬림 노트북과 태블릿에 논리 인터페이스는 NVMe, 커넥터 규격은 M.2가 채택되어 차세대 인터페이스 경쟁이 사실상 종결되었고, 곧 대세로 정리되었다. 기존 SATA 3는 가성비가 있어 유지된다. 해당 문단 참고

◦ PCIe 3.0 x4를 이용하는 NVMe 기반 M.2 타입의 SSD가 등장했다. 마침 인텔 스카이레이크와 함께 발표된 100 시리즈 칩셋이 스토리지(NVMe)용으로 PCIe 3.0 x4 레인의 대역폭(4GB/s)을 지원함에 따라 NVMe SSD의 속도가 더욱 향상되었으나, 빨라진 만큼 발열량도 많아져서 SSD에도 방열판이 탑재되기에 이르렀다.

◦ 8월, 삼성에서 16TB의 SSD를 선보였다. 돈이 문제가 아니라면 SSD의 데이터 집적도가 HDD를 넘었음을 의미한다. HDD는 10TB에 진입했다.

2016년: 250GB대 SSD의 보편화 시작, 계속되는 가격 경쟁, 벌어지는 기술 격차

◦ 소비자용 512GB SATA3 제품의 가격대가 일부 하이엔드 제품들을 제외하고 미국 200달러 내외, 국내 20만원대 초반으로 내려왔다. 그 후로도 꾸준히 내려서 10만원대 후반에 3D TLC 제품을 살 수 있게 되었다.

◦ 일부 120GB대 제품은 국내 기준 4만원대로 내려왔다.

• 2017년: SSD계의 기다림 시기.

◦ 메모리와 함께 가격이 상승되었다. 메모리만큼 폭등하지는 않았지만, 2017년 6월 기준으로 120G대 제품은 벌크 제품을 제외하면 최저 6만원대 후반이고 배송료를 포함한다면 최저 7만원 정도에 구매할 수 있다.

◦ 가격이 올라서 구매하는 사람이 줄어들만큼 나중에 사려고 기다리는 사람이 많이 보이기 시작했으나, 당장 필요해서 구매하는 사람들도 많았기 때문에 가격 상승폭이 큰 그래픽카드, RAM에 비해 그렇게 두드러지지 않았다.

• 2018년: 500GB대 SSD의 대중화 시작. QLC SSD의 등장.

◦ 500GB대가 대중화되기 시작했다. 2017년에 비해 가격이 갑절로 떨어졌다. 하지만 전체적인 컴퓨터 부품 가격이 상승하던 2018년 초에는 500GB가 20만원대까지 치솟다가, 2018년 말에 되서야 SATA형 500GB는 10만원대, 보급형은 8만원까지 하는 경우도 생겨났다. 250GB는 5∼6만원대까지 내려왔다. 120GB∼128GB는 3만원대까지 내려왔다. 1TB는 20만원대 초반까지 내려왔다. 저가형은 16만원대까지 하는 경우도 있다.

◦ 아직은 120GB대가 잘 유통되고 생산되지만, SSD 가격이 떨어져 250GB대가 정착되고 있다. 원래 저가 노트북에 기본으로 장착되는 128GB짜리 SSD도 소비자가 마음만 먹으면 용량을 두 배로 늘리는 게 부담없이 가능해진 셈이다. 더불어 가격하락으로 인하여 원래 128GB SSD를 달고 출시되는 컴퓨터들은 기본으로 250∼256GB SSD가 달릴 것이다.

◦ 최신 모델들은 경우에 따라 128GB, 120GB짜리 용량들을 아예 출시하지 않기 시작했다. 최소 용량은 250GB인 경우가 늘어나고 있으며 주요 라인업은 120GB대를 제외한 240GB, 480GB, 960GB이거나 250GB, 500GB, 1TB인 경우가 늘어나고 있다.

◦ NVMe형 SSD가 250GB 기준 11만원대까지 내려왔다. 차세대 SSD이고 가격도 많이 하락했음에도 아직까지는 SATA 3형 SSD가 많이 사용되고 있다.

• 2019년: QLC SSD 보급화 전망

◦ SATA 3 타입의 500GB대 SSD가 8∼9만원대로 내려가 보편화되었고, 1TB 제품도 대부분 10만원대로 내려갔다. 미국에선 최저가가 $100/TB 선을 작년 블랙프라이데이 기준으로 넘었다! 지금은 대체적으로 1TB 제품이 $120∼$140 선에서 유지되고 있는 중이며 세일하면 100불 미만으로 떨어질때 가 종종 있다. NVMe SSD인 삼성 970 evo 1tb 정품이 30만원 아래로 내려갔다.내년이면 대세는 완전히 NVMe가 될 듯.

시대에 무관하게 가격대에 따라서 시장 주력 SSD가 결정되는 경향이 보인다. 저가 SSD는 5∼6만원선이며, 10만원대 초반의 제품이 시장 주력 제품이다. 20만원대 제품도 수요가 상당하다. 가격과 용량의 균형이 맞는 지점에서 대세 SSD가 결정된다고 보인다. 2020년 현재 HDD의 최소용량과 가격이 1TB 5만원대로 몇 년째 정체 중이다. SSD의 가격 하락으로 저용량 시장은 빠르게 대체 중이다.

빠른 데이터 저장을 위한 매체 수요는 컴퓨터가 태동할 때부터 있었다. 자기식 매체는 이러한 요구에 맞지 않지 않았고, 메모리 기반 저장장치가 그 요구에 맞출 수 있었다. 비록 대중화까지는 오랜 시간이 필요했지만. 1970년대 중반부터 Magnetic Core Memory, Bubble Memory, EAROM, DRAM 등 다양한 형태의 메모리를 이용한 저장장치가 선보였다. 1980년대 중반에는 DRAM 기반 저장장치가 일반화된다. 그러나 가격이 높고 전원이 꺼지면 내용이 다 사라지는 등 안정성 문제도 커서 대중화되기에는 어려움이 있었다. 빠른 입출력이 필요한 일부 분야에만 쓰였고, 상업용에서도 드물게 쓰였다. 2000년대에는 DRAM 기반 저장장치의 문제점이 거의 해결된 플래시 메모리 기반 저장장치로 시장이 재편되었다. 하지만 더 빠른 반응성이 요구되는 금융 등의 특수분야에서 DRAM SSD가 사용되며 이를 구분하려 램 디스크라고 부른다. DRAM과 유사한 생산공정이 가능하며 비휘발성을 가진 PRAM이 SSD용으로 사용되어 플래시메모리+PRAM 하이브리드 SSD제품 등이 나오는 상태이고, 향후 개발되는 MRAM, STTRAM, FeRAM, ReRAM 등이 SSD에 사용되리라 보인다. SSD에 쓰이는 플래시 메모리는 보통 낸드 플래시 메모리다. 노어 플래시 SSD는 임베디드 기기에 소량 쓰이며, 보통 기판에 납땜되어 나온다.

플래시 메모리 하나만으로는 속도가 느리다. 그래서 여러 개의 낸드 플래시 메모리를 병렬로 연결하여 동시에 읽고 쓰는 기술을 쓴다. 원리는 RAID와 비슷하다. 가령 같은 플래시 기반 매체인 SD카드에서 가장 빠른 쓰기 속도 규격인 V90 규격은 고작 90MB/s이다. 그래서 여러 개의 낸드 플래시 메모리를 하나의 SSD에 박아서 동시에 읽고 쓰는 기술을 쓴다. 이 때문에 일반적으로 더 많은 수의 낸드 플래시 메모리를 사용하는 고용량 SSD일수록 더 빠른 속도를 낼 수 있다. 병렬 처리 제어는 SSD 컨트롤러에서 담당하는데, 이 컨트롤러의 품질이 성능과 안정성, 수명에 결정적인 역할을 한다. 그래서 같은 용량의 제품이라도 어떤 컨트롤러를 썼냐에 따라 성능 편차가 크다. 예를 들어 일반 회사의 256GB보다 전문 회사의 128GB 제품이 더 빠를 수도 있단 얘기. 또한, 벤치마크 상의 수치에만 집중하느라 정작 실사용 시에 성능이 파도타기를 하는 제품도 있다.

플래시 메모리는 특성상 셀 (플래시 메모리에서 데이터를 기록하는 단위. 보통 수kB 크기.)당 수명이 있다. 쓰기/지우기 횟수가 일정 이상을 넘어가면 사용이 불가능하므로 컨트롤러가 알고리즘을 통해 이를 관리해 주어야 한다. 셀당 평균 1천(TLC)∼1만(MLC)∼10만(SLC) 회 정도로, 그 수만큼 재기록하면 셀은 수명을 다 한다. 평균 수치를 뜻하며 가령 TLC 사용을 무조건 1천 회 채우는 즉시 고장나거나하진 않는다.

이는 플래시 메모리의 구조에 기인한다. 셀은 전자를 가두기 위한 산화물 격벽을 사용한다. 데이터를 쓰거나 지우면 전자가 산화물 격벽을 통과한다. 이때 격벽에 전자가 쌓여 저항값이 높아지게 되는데, 저항값이 누적되면 전자가 이동하지 못하는 시점이 온다. 실제 셀의 수명은 그 시점보다 더 짧다. 전자 이동이 원활하지 못해 0(0%)이나 1(100%)이 아닌 50%로 기록되는 상태의 셀은 컨트롤러가 감지하여 사용을 중지한다. 40%는 0, 60%는 1로 보는 등 셀의 전하량이 완벽히 0, 1을 기록하지 않아도 여차저차 사용할 수는 있지만, SLC(비트용량=50%)에서 TLC(비트용량=12.5%)로 갈수록 허용 오차 전하량 범위가 좁아지게 되고, 수명이 짧아진다.

하지만 SSD에는 재기록 가능한 셀이 매우 많다. 초창기의 컨트롤러는 한 셀에 10만 번을 몰아서 써버려 수명이 짧아지는 사례도 있었다. 지금은 컨트롤러의 성능이 발달하여 쓰기 작업을 모든 셀에 균등하게 분산시키는 '웨어 레벨링'이라는 기법을 쓴다. 또한, 셀 수명이 끝나도 SSD는 이를 대비한 대체용 셀을 많이 준비한다. 대체용 셀은 보통 실제 용량의 5% 내외로 책정된다. 따라서 어지간한 헤비업로더/다운로더라도 수명 문제는 잘 일어나지 않는다.

셀당 수명이 1,000회면 주먹구구 계산으로도 100GB SSD의 총 기록 용량이 100TB에 달한다는 뜻이다. 이론상 하루 영화 한 편씩 다운받아도 100년을 쓴다. 또한 최신 제품은 실제 수명이 더 높고 테스트도 통과했다. 일반 소비자용도 인텔과 삼성같은 대기업 제품은 256GB기준으로 600TB 이상의 총 기록이 가능하다.

개별 칩당 ECC나 오버프로비저닝 등으로 표기용량보다 내부 용량이 더 많은 사례도 있다. 셀당 수명은 보수적으로 잡은 평균 횟수에 가깝기에 실재 사용량은 더 높을 수 있다. 플레이웨어즈에서 삼성 840 TLC 모델로 수명을 테스트한 결과에 의하면 총 수백 테라바이트의 기록이 가능하다고 한다. 하루 24시간 토렌트를 돌려도 10년가량 사용 가능한 수준. 후속작인 840 EVO는 더 질긴 수명을 보여주며, 오히려 MLC 제품들 중에 이보다 못한 결과를 보인 인기 제품들도 여럿 있다. 그러나 840 EVO는 다른 테스트에서 수명 문제와는 또 다른 문제가 터지는 바람에 TLC에 대한 부정적인 시선을 늘리는 데 일조해 버렸다. 자세한 내용은 SSD/제품 목록 문서 참조.

플래시 메모리 유형

SSD SLC(Single Level Cell)와 MLC(Multi Level Cell). TLC(Triple Level Cell)와 QLC(Quad Level Cell) 타입이 있다. MLC에서 Multi는 보통은 셀당 2비트 저장하는 방식을 말한다. TLC는 셀당 3비트 저장하는 방식이다. MLC는 셀당 2비트를 저장하므로 저장 밀도가 높아 가격이 싸지만 SLC에 비해 속도가 느리다. 그러나 이는 셀당 액세스 속도가 느리다는 얘기이므로 좋은 컨트롤러를 쓰면 얼마든지 극복 가능하다. SLC 16개 다는 대신 MLC 32개를 달고 컨트롤러와 알고리즘으로 성능을 개선하는 식이다.

이론상 SLC가 가장 좋지만, SLC를 사용하던 초기의 SSD는 지금과는 비교할 수 없을 만큼 느렸다. 당시 대기업들은 OEM 제품들만 내놓으면서 소비자용 제품은 전혀 관심을 주지 않았는데, 그나마 있는 OEM 제품들의 성능도 50∼60MB/s 정도로 5400RPM 하드디스크와 엎치락뒤치락 하기도 했다. 이 틈을 타고 국내 매니아들 사이에서 호평을 받은 기업이 엠트론이었다. 일반 소비자용 SSD로는 연속 읽기 100MB/s가 나오는 유일한 제품을 내놓았던 엠트론은 당시 32GB에 100만 원에 달하는 무지막지한 가격으로 컴덕후들의 눈물을 쥐어짰지만, SLC에서 MLC로 넘어가는 시기에 적응을 하지 못하면서 망했어요. 일설에 의하면 인수한 모회사가 심하게 장난쳐서 그랬다고 하는데 기업사냥꾼에게 희생당한 것으로 추측된다. 지금도 '엠트론 상장취소' 등으로 구글링하면 당시 흔적들을 찾아볼 수 있다.

엠트론이 주춤하는 사이 슈퍼탤런트, OCZ, 한성컴퓨터, 삼성, 인텔 등 업체들이 난립하며 MLC를 사용한 SSD의 대중화에 앞장서면서 가격도 크게 하락하고 점차 고용량화되었다. 그 중에서도 삼성, 인텔은 자사 생산 낸드플래시 메모리와 컨트롤러를 갖춰 성능과 안정성을 크게 높인 SSD를 출시하며 시장점유율을 높여갔다.

2011년 8월에는 인디링스(OCZ의 자회사)에서 인디링스 에베레스트 컨트롤러를 개발하여, TLC 플래시 메모리도 지원하기에 이르렀다. TLC는 MLC보다 더 수명이 짧지만 가격이 더 싸다. TLC가 달린 완제품 SSD도 서서히 개발되어, 드디어 TLC를 달고 나온 SSD가 활발하게 팔리게 되었다. TLC 방식도 이전에 비해 많이 개량되어 삼성의 eTLC는 1셀당 기록 수명이 평균 3,000회라고 한다. 셀의 수명 향상 연구는 더 진척이 있어, 향후에는 더 많은 기록 수명이 예상된다고 한다.

TLC 보급의 첫 주자가 OCZ의 제품이 될 기미가 있었으나 그렇지는 않았다. OCZ에서 동년도 11월 1일 Octane이라는 명칭으로 SATA 6Gbps를 지원하는 TLC를 단 SSD를 출시할 예정이라고 해 놓고 MLC로 출시하였다. 1GB당 1.1∼1.3$의 가격으로 만든다고 하며 2012년 3월 기준 10만원대 중반의 좀 더 저렴한 가격에 판매되었다.

결국 2012년 9월 삼성전자가 TLC 기반의 840 시리즈 SSD를 출시하였다. 이론적으로 TLC SSD는 MLC 제품에 비해 저렴해야 하지만, 어른의 사정 때문인지 2012년 12월, MLC 기반의 기존 830 제품보다 비싼 가격으로 국내에 출시되었다. 삼성전자 스스로도 TLC 메모리의 문제점을 인식하고 있기에, 기존 830 제품보다 고속의 컨트롤러(830의 경우 ARM 9 기반의 220 MHz, 840의 경우 ARM Cortex R4 기반 300MHz)와 대량의 캐시 메모리(256MB에서 512MB), 토글 2.0 규격으로 극복하려고 하고 있다. 또한 넉넉한(?) 예비 공간을 마련하여 TLC 메모리의 약한 내구성을 보완하려 한다. 120GB 제품은 8GB, 250GB 제품은 6GB, 500GB 제품은 12GB의 예비 공간을 가져서 셀의 수명이 다 되면 예비공간에 기록하게 된다. 즉 120GB 제품은 실제로 128GB를 장착하고 있다는 뜻.

결론적으로 스펙상 830보다 좋고, 컨트롤러발로 동시기의 보급형 MLC SSD에 비해 임의쓰기 성능도 좋다. 하지만 순차쓰기 성능은 TLC의 특성 때문인지 느리다. RAID와 비슷한 원리로 고속을 달성하는 SSD의 특성상 고용량일수록 속도가 좋아지는데, TLC의 한계(?) 때문인지 840 시리즈는 120GB 제품과 250GB 이상 제품의 성능 차이가 매우 크다. 2012년, 국내에서는 SSD 구입시 128GB대 SSD가 주 고려대상이 되는 관계로, 830보다 더 비싼 840 시리즈 120GB 제품의 돋보이는 성능은 특히나 폭풍까임의 대상이 되고 있다. 반면, 해외에서는 대체로 'TLC 치고는 괜찮네' 정도. 해외에서는 대체로 저렴했다. 물론 국내가와 비교해서 그렇지 북미에서도 타사 MLC보급형보다 비쌌다.

TLC를 SSD에 도입하면서 여러 기술들이 동원되었다. 가령 주메모리인 TLC 셀 일부를 SLC 캐시처럼 사용하는 기술이 있다. 삼성이 최초로 도입한 방식으로 터보 라이트 라고 이름 붙인다. 이 기술이 나오고 나서 2015년 이후 TLC 사용 SSD는 대체로 비슷한 기술이 들어간다고 한다. 기타 기술 내용. 이 기술로 TLC SSD들도 MLC와 비슷한 사용 속도를 얻어내는 데 성공했다. 물론 일정 용량만 SLC 캐시로 사용되므로 그 용량이 넘어가면 속도가 뚝 떨어진다.

2016년 8월에 시게이트가 60TB SSD를 선보였다. 이 제품이 출시되면서 최대 용량마저 하드디스크를 앞질러 버렸다. 이제 하드디스크에 남은 장점은 가격과 데이터 보존성뿐. 그나마도 2016년 말 기준 960GB 제품을 12만 원 돈으로 구할 수 있게 된 걸 생각하면 19년 즈음에는 SSD가 모두 뛰어넘을 거라는 전망도 가능하다.

결론적으로 실사용에서는 수명으로 인한 문제는 거의 발생하지 않는다. 오히려 결정적인 제품 결함은 낸드 수명이 아닌 컨트롤러 문제로 발생했다.

2018년 중반부터 QLC 방식의 SSD가 서서히 나오고 있으나 프리징과 쓰기 속도 문제로 아직까진 그리 권장되지 않는다. 2D 기반의 14nm대 TLC들이 120GB 제품 기준 대부분이 쓰기 500TB ∼ 600TB 선에서 사망하였는데 3D 기반의 TLC 와서야 120GB(850EVO) 기준으로 최대 1.1PB 쓰기를 달성하게 되었다.

하지만 QLC의 경우 삼성전자의 QLC 발표회에서 밝힌대로 "동일한 공정의 제품일 때 3D QLC는 3D TLC의 10분의 1 수명을 가집니다. 이는 태생적인 낸드 방식의 한계 입니다." 라고 삼성에서 밝혔듯이 이 가정대로면 현재 3D TLC 의 쓰기 수명이 120GB(850EVO)기준 1.1PB 에서 인식불가가 된걸 토대로 10분에 1로 계산을 해 보았을 때 3D QLC 120GB의 수명은 약 110TB +- 10% 에서 완전히 인식이 불가능해진다는 결론이 나온다. 실질적으로 1.1PB에서 인식 불가가 되었긴 하지만 데이터가 깨지기 시작한 시점은 992TB이기에 실제 사용 가능한 쓰기는 850EVO 기준으로 992TB이고 동일 공정의 3D QLC라면 99.2TB라고 보아야 한다.

하드하게 SSD를 사용하는 일부 사용자들을 보면 3년 정도 쓰면 150TB 정도 이상을 쓰는 사례가 꽤 있다. 이게 QLC라면 진작에 죽을 수 있다는 것으로 어떤 의미에서 생산 시 원가 절감을 통해 SSD의 GB당 용량은 큰 폭으로 하락하겠지만 그만큼 수명 또한 큰 폭으로 하락하는 걸 뜻하기에 그리 달가운 기술은 아니다. 물론 OS나 잦은 쓰기가 필요하지 않은 단순 저장 보관용이라면 나름 저렴한 가격을 무기로 하드를 시장에서 퇴출시킬 수 있기도 하다.