다이렉트 스토리지 API란?
테스트에 들어가기 앞서 다이렉트 스토리지 API에 대해 알아보도록 하겠습니다. 앞서 말씀드렸다시피 다이렉트 스토리지 API는 마이크로소프트의 콘솔 게임기인 Xbox에 사용하기 위한 기술이었습니다. 게임 패키지 용량이 커지지고 불러와야 할 데이터가 많아지면서 효율적인 데이터 로딩을 위해 필요해진 기술입니다. 최근 콘솔 게임기들은 PC와 유사한 구조를 가지고 있으니, PC에서도 충분히 활용할 수 있는 기술이기도 하죠.
기존의 데이터 로딩 방식은 NVMe SSD에 저장되어 있는 데이터를 시스템 메모리를 통해 CPU가 불러오고, 압축을 해제한 뒤, 다시 시스템 메모리를 통해 GPU로 보내는 방식이었습니다. 이 과정은 기존 SATA HDD/SSD에서는 효율적입니다. CPU는 덩치가 큰 코어로 구성되어있고, 순차적인 작업에 효율적이죠. 그리고 전통적인 PC 게임은 크기 작은 데이터를 순차적으로 불러왔습니다. 하지만 게임의 데이터가 방대해지고, 로딩이 더 자주 된다면 이 과정에서 소위 병목 현상이 발생하기 마련입니다.
전통적인 저장장치와 달리, NVMe SSD는 보다 많은 스레드를 활용하는 작업에서 효율적입니다. 수많은 데이터를 동시에 처리할 때 빛을 발하는 저장장치이죠. 그렇다면 데이터를 처리할 때 병렬 연산에 특화된 처리장치를 사용한다면 어떨까요? 이런 아이디어를 바탕으로 개발된 게 마이크로소프트의 다이렉트 스토리지 API입니다. 수천개 이상의 데이터를 NVMe SSD에서 시스템 메모리, 시스템 메모리에서 GPU로 이동시켜 처리하는 겁니다. CPU 연산 단계가 생략되고, 병렬 연산에 강점을 가진 GPU를 활용해서 데이터 처리 속도를 한층 높이는 방법입니다. 다이렉트 스토리지 API를 사용하는 게임에서는 다중 스레드 성능이 높을수록 유리합니다.
테스트 시스템 TEST SYSTEM
포스포큰으로 다이렉트 스토리지 API를 활용한 저장장치 성능을 알아보기 이전에 일반적으로 OS, 게임을 비롯한 여러 소프트웨어 성능에 영향을 미치는 항목들을 살펴보겠습니다. 기존 칼럼과는 달리, OS 작동 및 프로그램 구동에 영향을 미치는 요소로 알려진 4 KB 블록 사이즈에서 성능과 관련된 항목을 중점적으로 살펴보도록 합니다.
테스트를 진행할 저장장치는 총 10종입니다. 현재 퀘이사존에서 보유중인 저장장치 중 인기 있는 Gen4x4 고급형 NVMe SSD 4종, Gen4x4 보급형(디램리스) 2종, Gen3x4 고급형 1종, SATA SSD 1종 그리고 비교군 스펙표에 포함되진 않았지만, HDD 2종(5400 RPM, 7200 RPM 각 1종)으로 구성했습니다.
저장장치 성능 테스트 STORAGE BENCHMARK
AS SSD Benchmark는 SSD의 성능을 테스트하는 벤치마크로, 4K 블록 사이즈에서의 순차, 무작위 읽기 및 쓰기 성능을 테스트합니다. 4K와 4K-64Thrd 성능이 높을 때 높은 점수로 이어질 가능성이 높습니다.
AS SSD Benchmark는 SSD의 성능을 테스트하는 벤치마크이므로, HDD 2종은 테스트를 진행하지 않았습니다. 주의 깊게 살펴보아야 할 항목은 4K-64Thrd입니다. 다이렉트 스토리지 API는 GPU의 병렬 연산 성능을 활용하는 기술이므로 다중 스레드를 활용하는 4K-64Thrd 성능이 중요하게 작용할 가능성이 높습니다.
보통 Gen3x4 인터페이스를 사용하는 제품은 Gen4x4 인터페이스를 사용하는 제품에 비해 성능이 낮을 거라는 인식이 있습니다. SK하이닉스 Gold P31은 이러한 인식과 다르게 4K 싱글 스레드와 4K-64Thrd에서 상위권입니다. 그리고 SK하이닉스 Platinum P41은 거의 모든 항목에서 가장 빠른 속도를 기록했습니다.
ATTO Disk Benchmark는 저장장치와 네트워크 장비를 공급하는 ATTO Technology에서 제작한 저장장치 벤치마크 소프트웨어입니다. SSD뿐만 아니라, HDD와 RAID 배열의 성능을 테스트하는 데에도 사용할 수 있습니다.
ATTO Disk Benchmark는 4 KB 성능을 살펴보도록 하겠습니다. 실제로 OS와 프로그램이 작동하기 위해 필요한 파일 사이즈의 기준이기 때문입니다. 앞선 AS SSD Benchmark 결과처럼 Gen3x4 제품인 SK하이닉스 Gold P31이 상위권에 자리 잡았습니다.
가장 대중적인 저장장치 종합 성능 벤치마크인 CrystalDiskMark 8.0.4 x64입니다. 그래프는 0을 순차적으로 채우는 0Fill 테스트가 아닌, 임의의 값을 기록하는 Random 테스트 결과입니다.
SK하이닉스 Platinum P41은 SEQ1M Q8T1에서 스펙과 비슷한 읽기 7,376.11 MB/s, 쓰기 6,563.31 MB/s가 측정되었습니다. SK하이닉스 Gold P31은 읽기 3,599.89 MB/s, 쓰기 3,487.61 MB/s으로 비교군 NVMe SSD 중에서는 가장 느립니다. 반면, RND4K Q1T1에서는 일부 고급형과 보급형(디램리스) Gen4x4 NVMe SSD보다 빠른 읽기 속도를 기록했습니다.
포스포큰 다이렉트 스토리지 벤치마크
다이렉트 스토리지 API 성능을 알아보기에 앞서 여러 저장장치 벤치마크 결과를 확인해보았습니다. 그렇다면 이제 저장장치에 따라 게임 로딩 시간에 차이를 확인할 수 있을지 알아볼 차례입니다. 이를 측정할 게임은 포스포큰입니다. 포스포큰은 벤치마크 툴을 제공하며, 벤치마크는 1회 당 7구간을 측정합니다. 각 구간별로 로딩 시간을 측정할 수 있고, 평균 FPS 수치도 제공하는데요. 이번 칼럼에는 로딩 시간만을 첨부하였습니다.
평소 게임을 즐기는 데 있어서 중요하게 여겨지던 항목, 이를테면 4 KB 블록 사이즈에서 성능이 높은 제품이 우위에 있을지 살펴볼텐데요. 다중 작업에 특화된 저장장치인 NVMe SSD는 병렬 연산 장치인 GPU의 도움으로 로딩 시간을 더 앞당길 수 있을지 알아봅시다.
포스포큰은 다이렉트 스토리지 API를 지원하는 최초의 게임입니다. 그러니, 저장장치 인터페이스에 따라서 로딩 시간에 차이를 보일 거라고 예상을 했습니다. 이런 예상과 마찬가지로 HDD에서 SATA SSD로 변경할 경우 로딩 시간이 최대 9배 가량 줄어듭니다. 그리고 SATA SSD에서 NVMe SSD로 변경한다면 로딩 시간을 약 2~3배 더 단축할 수 있습니다. 이런 결과가 나온 배경에는 4K 블록 사이즈 중에서도 다중 스레드를 활용하는 성능이 있습니다. AS SSD Benchmark에서 4K-64Thrd 성능을 살펴보면 비슷한 양상입니다.
SK하이닉스 Platinum P41은 해당 항목들에서 가장 높은 성능을 기록했고, 이 결과 엄청난 차이는 아니지만 포스포큰 벤치마크에서 로딩 시간이 가장 빨랐습니다. SK하이닉스 Gold P31은 Gen3x4 인터페이스를 사용하지만, 4K 블록사이즈 항목들에서 최상위권을 기록했는데, 덕분에 더 빠른 순차 읽기와 쓰기 속도를 제공하는 Gen4x4 보급형 제품들보다 빠르게 로딩을 마쳤습니다.
맺음말 CLOSING REMARKS
■ 로딩 시간, 0.001초라도 단축해야 한다면? SK하이닉스 Platinum P41
SK하이닉스 Platinum P41은 비교군 중에서 가장 높은 표기 성능을 자랑하는 제품 중 하나입니다. 실제 테스트 중 AS SSD Benchmark 결과를 살펴보면 다중 스레드를 활용하는 4 KB 블록 사이즈에서 가장 높은 성능입니다. 빠르게 병렬 연산을 처리해낼 수 있는 능력을 보유했다는 뜻입니다. 그래서 다이렉트 스토리지 API를 지원하는 포스포큰 벤치마크 모든 구간에서 가장 빠른 로딩 속도를 기록했습니다. 포스포큰에서 지원하는 벤치마크 항목은 구간을 불러오는 시간만 측정합니다. 따라서 추후에 다이렉트 스토리지 API를 지원하는 심리스 오픈월드 RPG 게임이 등장한다면, 더 쾌적한 게임 환경을 제공하지 않을까 기대됩니다.
■ Gen3 NVMe의 반란, SK하이닉스 Gold P31
SK하이닉스 Gold P31은 Gen3x4 인터페이스를 사용하는 NVMe SSD입니다. 표기 스펙을 살펴보면 비교군 NVMe SSD 중에서는 가장 느린 순차 읽기 성능입니다. 하지만, AS SSD Benchmark 결과 4K 블록 사이즈에서 최상위 성능을 기록했습니다. 이를 바탕으로 포스포큰 벤치마크에서 Gen4x4 보급형 제품들 보다 로딩 속도가 빠릅니다. 시장 가격을 살펴보면 해당 제품들과 비슷한 가격대를 형성하고 있으므로, 게임 드라이브로 활용할 가성비 뛰어난 NVMe SSD를 찾고 있다면 좋은 선택지 중 하나입니다.
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* 퀘이사존 로고가 없는 사진은 해당 제품 브랜드 자료입니다.