SSD가 스토리지 시장에서 급부상 함에 따라 수년전부터 업계는 HDD의 장래를 어둡게 점쳐 왔다. 하지만 HDD는 여전히 현역으로 인기를 얻고 있다. 데이터센터나 파일서버 등 기업용 스토리지로 HDD를 선호하고 있으며, 가정에서는 비록 SSD에 C드라이브를 일부 내주고 있지만 D드라이브나 외장 스토리지는 여전히 HDD의 몫이다. 이른바 HDD의 가성비라 할 수 있는 용량대비 비용이 가장 저렴하기 때문이다.

이는 당장 가격비교사이트에 등록된 가격 정보만 봐도 알 수 있다. PC 시장에서 가장 인기가 높은 1TB HDD의 경우 최저가 기준 5만원대에 형성되어 있다. 반면 동일한 용량의 SSD를 구입하기 위해서는 최소 30만원대 비용이 든다. 무려 8배에 이른다. 1TB HDD 한 대 가격에 해당하는 5만원으로는 기껏해야 64GB 크기의 SSD를 손에 쥘 수 있을 뿐이다.

▲ 데스크톱PC에 주로 사용되는 1TB 크기의 HDD는 5만원대에 구매가 가능하다.

▲ 동일한 1TB 크기의 SSD는 30만원대가 넘는다.

이처럼 HDD는 SSD의 공습에 용량대비 가격으로 승부를 걸고 있다. 4차 산업혁명 시대를 맞아 데이터는 급속도로 증가하고 있으며, 이를 담기 위해 HDD가 그 해법을 제시하고 있는 것. 실제로 전세계에서 소비하는 데이터의 양은 연간 40% 이상 증가하고 있으며, 2020년이 되면 전세계 데이터 총량은 40제타바이트에 이를 것이라는 전망이 용량대비 비용이 저렴한 HDD가 해결책이라는 점을 말해주고 있다. 일반 가정도 예외는 아니다. 지난 2014년까지만 해도 평균 1년 동안 2TB 데이터를 생산했지만 2020년에는 10TB까지 증가할 것으로 업계는 내다보고 있다. HDD 종말이 코 앞으로 다가옴을 예고하고 있지만 다른 한편으로는 저렴한 가격에 데이터를 안심하고 마음껏 저장할 수 있는 HDD의 인기가 쉽게 꺼지지 않을 것이라는 의견도 지배적이다.

HDD 대용량화의 해법은 ‘헬륨’
SSD에 맞서 HDD는 당연한듯 ‘용량’을 무기로 내세웠다. 앞서 예를 든 것처럼 ‘대용량’ 앞에서는 제아무리 빠른 SSD라도 이름조차 내밀 수 없다. 그래서 HDD 업계는 늘어나는 데이터 양에 맞춰 저장공간을 늘리기 위해 갖가지 기술 개발에 열을 올리고 있다. 그 중에 눈에 띄는 것이 ‘헬륨 충전’ 기술이다. 요즘 시장에 출시되는 8TB, 10TB 초대용량 HDD는 헬륨 기술을 기반으로 하고 있다.

HDD는 데이터를 기록하기 위해 LP 레코드판과 같은 디스크를 이용하는데 이를 플래터(Platter)라 부른다. 여기에 자기의 성질을 이용, 0과 1로 구성된 데이터를 기록하고, 필요할 때 읽어낸다. 그리고 플래터는 매우 빠르게 회전한다. HDD 스펙에 적힌 ‘7200rpm’이라는 것이 플레터 회전 속도이다. 1분에 7200번 회전한다는 얘기다. 그리고 한 대의 HDD에는 한 장의 플래터만 쓰는 경우는 거의 없다. 용량을 높이기 위해 2~3장 이상의 플래터를 사용한다. 8~10TB급 HDD라면 보통 6~7장 플래터가 매우 빠른 속도로 돌아간다.

▲ HDD에는 여러 장의 플래터(디스크)가 고속 회전한다. (사진 = HGST)

문제는 HDD의 이와 같은 물리적 구조로 인해 발생된다. 플래터는 회전하면서 공기저항이 나타난다. 매우 빠른 속도로, 그것도 한 장이 아닌 여러 장의 플래터가 끊임 없이 회전하면 공기저항은 더욱 높아진다. 공기저항은 발열로 이어지고, 전자기기에 치명적인 열은 작동 중 오류를 내뿜거나 심지어 고장을 일으키는 원인이 된다. 10,000rpm, 15,000rpm 등 플래터 회전 속도가 빠를수록 이런 문제는 더욱 심각해진다. 속도와 기록밀도를 높이는데 한계에 다다르자 대용량을 무기로 한 HDD의 매력은 점차 잃어가는 듯 했다. 그러나 HDD 업계는 ‘헬륨’을 써 한계를 극복했다. 가장 먼저 나선 업체는 HGST이다. HGST는 전신인 IBM이 1956년 세계 최초로 HDD를 개발할 정도로 스토리지 분야에서는 역사가 깊은 브랜드이다. HDD와 관련된 다수의 특허를 확보함으로써 HDD 업계를 선도하고 있는 HDD의 맏형과도 같은 존재이다.

▲ 플래터는 고속 회전하면서 공기 저항을 받아 열이 발생되고, 오류나 소음 등 각종 문제를 일으킨다. . (사진 = HGST)

업계 최초 ‘헬륨’ HDD 출시한 HGST
일반 공기 대신 헬륨 충전 방식을 쓴 HGST의 헬리오실(Helioseal)은 2012년 9월 처음 공개됐다. HGST가 관련 특허를 독점 보유하고 있는 혁신적 기술이기도 하다.

▲ HDD 내부를 헬륨 가스로 충전하면 기존 공기 충전 방식에 비해 공기 저항이 줄어든다. (사진 = HGST)

헬륨은 밀도가 약 0.18kg/m3로 보통 공기의 밀도인 1.2kg/m3와 비교해 1/7 수준이다. 그만큼 플래터가 빠르게 회전하더라도 내부 저항을 크게 줄일 수 있으므로 데이터를 빠르게 읽고 쓸 수 있다. 더 많은 플래터와 헤드를 추가해 용량을 늘릴 수 있다. 전력 소모 절감은 물론이고 저항으로 인한 발열도 크게 줄어들고 소음도 개선되는 효과가 있다. HGST에 따르면 약 23% 가량 전력 소모가 줄어들었으며, 작동시 온도가 4~5도 낮아졌고, 소음 또한 38% 감소된 것으로 나타났다.

▲ 헬륨 충전은 공기 저항을 줄임으로써 기존 공기 충전 방식에 비해 같은 공간에 더 많은 플래터를 넣을 수 있다. 따라서 용량 확장에 매우 유리하다. (사진 = HGST)

그리고 HGST는 이러한 헬리오실 기술을 바탕으로 지난 2013년 업계 최초의 헬륨 드라이브를 시장에 내놨다. 6TB로 기존 HDD의 한계였던 4TB 벽을 깼다. 이후로 기술은 발전해 가며 현재는 8TB/10TB 크기의 HDD도 일반화되었다. HGST는 올해 4세대 헬륨기반 HDD인 세계 최대 용량 12TB 크기의 HDD도 선보였다. 헬륨 충전은 이제 대용량 HDD를 만들기 위한 기술적 아이콘이 된 것이다. 또한 헬륨 HDD는 데이터센터 환경에서는 전기소모 및 냉방비용을 줄이고, 일반 HDD 대비 고장도 적어 운영 비용도 낮아지는 효과를 제공한다. HGST에 따르면 시장에서 접수되는 불량률은 기존 HDD와 비교해 1/10 수준인 것으로 알려졌다.

▲ 좌측이 헬륨 충전. 우측이 일반 공기 충전 방식의 HDD이다. 헬륨충전은 기존 방식보다 작은 면적에 더 많은 용량을 구현하며, 공기저항도 적기 때문에 공간활용도가 높고, 발열도 낮아 운영비용을 절감한다. (사진 = HGST)

업계 최초로 헬륨HDD를 내놓은 HGST는 신기술을 탑재한 HDD의 신뢰성을 높이기 위해 출하 전 장기간 테스트도 진행했다. 각 드라이브당 1000 시간 이상 신뢰성 테스트를 수행해 성능 저하가 없도록 하고 있다. 고온 및 습도, 충격과 가속에 의한 스트레스 등 테스트도 거쳤다.

한편으로는 일반 공기가 아닌 헬륨을 사용한 탓에 헬륨가스 누출로 인한 고장 등 문제를 우려하고 있다. 하지만 HGST를 비롯한 업계는 헬륨이 빠져나오지 못하도록 기존 HDD보다 하우징을 더욱 꼼꼼하고 있다. 실제 헬륨을 쓴 HDD를 일반 HDD와 비교하면 틈새가 보이지 않을 정도로 견고하다.

한편 HGST는 헬륨 기술 외에도 고용량 즉 고밀도 HDD를 위한 다수의 핵심 기술도 갖고 있다. 디스크를 회전시키는 핵심 부품인 스핀들 모터에 볼 베어링 방식이 아닌, 유체 다이내믹 베어링 방식을 도입한 것도 HGST이다. 유체 베어링은 모터 내부의 마찰을 줄이고, 소음과 진동 문제까지 해결해 고속으로 회전할수록 안정감이 높아진다.

HDD는 고도 및 온도 차이로 인해 헤드와 플래터 사이 간격이 변화하는데 HGST는 헤드에 히터를 삽입, 열을 가함으로써 팽창시켜 헤드와 디스크 간격을 일정하게 유지시키는 ‘TFC(Thermal Fly-height Control)’ 기술로 신뢰성을 높이고 있다. 각종 오류와 성능 저하를 일으키는 원인인 진동을 잡기 위한 RVS(Rotational Vibration Safeguard)도 HGST가 가지고 있는 기술이다.

SMR과 함께 차세대 HDD 시장을 이끌 헬륨 기술
헬륨 HDD는 기존 HDD보다 많은 장점을 갖고 있다. 단점이 있다면 가격이 다소 비싸다는 것. 물론 동일 용량의 SSD와 비교하면 매우 저렴하지만 HDD만 놓고 봤을 때에는 부담스럽다. 그래도 불량율과 오류 등을 감안하면 관리 및 유지비용 측면에서는 차이가 없다는 것이 업계 관계자의 설명이다. 이를 반증하듯 헬륨 HDD는 출시 후 꾸준한 인기를 얻고 있다. HGST는 헬륨으로 속을 채운 울트라스타 He 시리즈를 2013년 첫 출하한 후 2년이 넘는 동안 100만대 이상 판매했다. 다소 비싸지만 경쟁력을 갖고 있다고 판단해서 업계는 헬륨HDD를 속속 도입하고 있는 추세이다.

이처럼 헬륨을 품은 HDD는 용량 한계를 극복하며 스토리지 시장에서 매우 중요한 위치를 지킬 것으로 보인다. 올해 12TB 용량까지 나온 HDD는 헬륨과 기와식 자기기록 방식인 SMR(Shinglesh Magnetic Recording)과 함께 스토리지 발전을 견인할 것으로 기대된다. 일부에서는 SSD가 HDD를 밀어내고 있지만 저장용량 대비 가격은 SSD가 HDD를 당분간 따라갈 수 없기 때문에 앞으로도 HDD는 자기만의 영역을 키워가며 당분간 스토리지 시장을 이끌 것으로 보인다.

◈ 헬륨 기술을 쓴 초대용량 HDD
현재 시장에 출시된 8~10TB 대용량 HDD는 모두 헬륨 충전방식을 사용하고 있다. 12TB 등 향후 출시될 초고용량 HDD 역시 헬륨 충전 기술을 이용할 것이며, 일반 공기 충전보다 장점이 많아 점차 헬륨 충전 기술은 점차 확대될 것으로 보인다. 다음은 헬륨 충전 기술을 쓴 주요 HDD이다.

소규모 NAS 환경에도 탁월한 ‘HGST 8TB Deskstar NAS HDN728080ALE604’

HGST의 헬륨 충전 기술인 헬리오실을 적용한 HDD이다. 기업용 HDD 시장에서 많은 선택을 받고 있는 울트라스타 모델의 또 다른 이름인 IDK NAS 시리즈 중 하나이다. 엔터프라이즈 환경은 물론이고, 소규모 NAS 환경에서도 높은 만족도를 얻고 있다. SATA III 인터페이스를 사용해 범용성이 높고, 7200rpm의 디스크 회전 속도, 그리고 128MB에 이르는 캐시메모리를 장착해 체감 속도를 높였다. 전력효율도 이전 모델 대비 40% 증가했으며, 읽기 및 쓰기 성능은 3배 가량 향상되었다. 발열과 소음에서도 20% 향상된 성능을 보여준다. 회전진동 RV 센서를 장착하여 NAS 또는 DAS처럼 다수의 드라이브가 장착되는 환경에서도 진동으로 인한 성능 저하 문제를 해결했다. 헤드와 플레터의 접촉을 없애 주는 Ramp Load/Unload 기술로 미디어의 수명을 연장시켰다. / 문의 : HGST HDD 국내 총판 에스지컴퓨터(www.sgnas.co.kr / 02-3272-8296)

10TB로 용량 확대된 ‘HGST 10TB Deskstar NAS HDN721010ALE604’

8TB 용량을 지닌 ‘HGST 8TB Deskstar NAS HDN728080ALE604’과 성능 및 기능은 비슷하면서 용량은 10TB로 더욱 확장한 모델이다. 따라서 데이터센터나 파일서버에서는 더 좁은 공간에 더 많은 용량의 저장공간을 구축할 수 있어 매우 효율적이다. / 문의 : HGST HDD 국내 총판 에스지컴퓨터(www.sgnas.co.kr / 02-3272-8296)

세계 최대용량 12TB ‘HGST 울트라스타 He12’

HGST의 특허 기술인 4세대 헬륨 기반 엔터프라이즈급 HDD이다. 3.5인치 폼팩터로 업계 최초 8중 디스크 설계를 적용했다. 특히 수직 자기 기록(PMR, Perpendicular Magnetic Recording) 기술 기반으로 12TB의 대용량을 구현하며 액티브 랜덤 워크로드를 위한 업계 최대 용량의 HDD로 거듭났다. 헬리오씰 공정으로 울트라스타 He12의 용량 및 전력 효율성을 극대화했다. 헬리오씰 기술은 공기 밀도의 1/7인 헬륨으로 내부 저항을 최소화해 보다 얇은 디스크를 사용하면서도 안정적인 레코딩 인터페이스를 보장한다. 이를 통해 울트라스타 He12는 8중 디스크 설계로 기존 최고 용량의 엔터프라이즈 HDD 대비 50% 증가한 12TB의 용량을 구현했다. 이 밖에도 이전 세대의 하드디스크에 비해 플래터의 인치당 비트 밀도를 크게 향상시키는 ‘어드밴스드 포맷(Advanced Format)’ 기술을 적용했으며, 인터페이스는 SATA 또는 SAS 두 종류로 제공된다.