저장 장치의 사양서에서 다음과 같은 경우 SSD엔터프라이즈 스토리지 어레이 또는 클라우드 서비스 디스크 사양을 설명할 때 'IOPS'는 거의 항상 반복적으로 언급됩니다. 제품 프로모션에서는 "수백만 IOPS" 또는 "초고성능 랜덤 성능"을 주요 판매 포인트로 강조하는 경우가 많습니다. 그러나 많은 사용자에게 IOPS는 중요해 보이지만 완전히 이해되지 않는 기술 용어로 남아 있습니다. 스토리지 성능을 측정하는 여러 지표 중 IOPS는 중요하지만 종종 잘못 이해되는 개념입니다. 이는 시스템이 멀티태스킹과 임의의 데이터 액세스를 얼마나 원활하게 처리하는지를 조용히 판단하는 보이지 않는 심판과 같은 역할을 합니다. IOPS를 이해하면 마케팅 주장을 파악하고 스토리지 장치의 진정한 성능 특성을 파악하는 데 도움이 됩니다.
IOPS란 무엇인가요?
IOPS는 초당 입/출력 작업 수를 의미합니다. 초당 얼마나 많은 읽기/쓰기 저장 장치가 초당 처리할 수 있는 명령어 수입니다. 간단한 비유로 저장 장치를 은행 창구라고 상상해 보세요. IOPS는 1분에 얼마나 많은 돈이 카운터를 통과하는지를 측정하는 것이 아니라, 입금, 출금, 이체 등 1분에 처리되는 트랜잭션의 수를 각각 하나의 작업으로 계산합니다. 따라서 IOPS는 주로 스토리지 시스템의 처리 능력 또는 응답 효율성을 측정하며, 작업당 이동되는 데이터의 양이 아니라 작업의 빈도에 중점을 둡니다. 고속 SSD에서 몇KB의 작은 문서를 읽든, 기존 하드 드라이브에 수GB의 대용량 파일을 쓰든, 각각의 독립적인 읽기/쓰기 요청은 IOPS에 포함될 수 있습니다. IOPS는 데이터 볼륨이 아닌 작업 수에 초점을 맞춘다는 점을 이해하는 것이 그 의미를 올바르게 이해하는 첫 번째 단계입니다.
IOPS가 중요한 이유는 무엇인가요?
IOPS의 중요성은 현대 컴퓨팅 환경이 작동하는 방식의 근본적인 변화에서 비롯됩니다. 초기의 컴퓨터 사용은 비교적 단순하여 한 번에 하나의 대용량 파일을 읽거나 쓰는 등 한 번에 하나의 주요 작업을 수행하는 경우가 많았습니다. 이러한 경우 성능의 병목 현상은 데이터 전송 속도, 즉 처리량인 경우가 많았습니다. 하지만 오늘날의 운영체제와 애플리케이션은 고도로 동시적인 멀티태스킹 작업을 지속적으로 수행하고 있습니다. 브라우저, 오피스 소프트웨어, 커뮤니케이션 도구를 동시에 열고 백그라운드에서 음악을 재생하는 경우, OS는 여러 프로그램에서 분산된 수많은 읽기/쓰기 요청을 처리해야 합니다.
이러한 요청의 대부분은 저장 장치의 여러 위치에 순차적이고 질서정연하게 분산되지 않고 무작위로 분산됩니다. 이는 혼잡한 교통 허브와 같습니다. 가장 중요한 것은 단일 차선의 최대 속도 제한이 아니라 모든 방향에서 오는 교통 흐름을 처리할 수 있는 허브의 용량, 즉 초당 얼마나 많은 차량이 정체 없이 교차로를 통과할 수 있는지가 중요합니다. 높은 IOPS 성능은 이러한 대규모의 무작위 동시 데이터 액세스에 직면했을 때 스토리지 장치가 각 요청에 신속하게 응답할 수 있도록 보장합니다. 따라서 스토리지 장치의 과부하로 인한 시스템 지연 없이 여러 프로그램이 동시에 원활하게 실행되는 것처럼 보입니다. 따라서 무작위 읽기/쓰기 작업이 주를 이루는 일상적인 애플리케이션에서는 높은 IOPS가 시스템 응답성과 사용자 경험의 매끄러움을 직접적으로 결정합니다.
IOPS는 구체적으로 무엇을 측정하나요?
IOPS를 정확하게 이해하려면 전송 속도(MB/s)라고 하는 또 다른 일반적인 지표인 처리량과 구별하는 것이 중요합니다. IOPS는 스토리지 장치가 초당 얼마나 많은 독립적인 읽기/쓰기 작업을 실행할 수 있는지에 초점을 맞춰 개별 작업을 처리할 수 있는 능력을 측정합니다. 처리량은 단위 시간당 성공적으로 전송된 데이터의 총량에 초점을 맞춰 데이터 흐름의 대역폭을 측정합니다. 이 둘 사이의 관계는 읽기/쓰기 작업당 요청되는 데이터 블록 크기라는 핵심 요소의 영향을 받습니다. 간단한 변환이 있습니다:
전송 속도(MB/s) ≈ IOPS × 블록 크기(일반적으로 KB 단위)/1024
즉, 고정 IOPS의 경우 데이터 블록 크기가 전송 속도를 직접 결정합니다. 예를 들어, 10,000 IOPS가 가능한 저장 장치를 예로 들어 보겠습니다. 일반적인 4KB의 작은 데이터 블록을 처리할 때 전송 속도는 대략 10,000 × 4KB / 1024 ≈ 39 MB/s입니다. 이 속도는 빠르지 않은 것 같습니다. 그러나 동일한 장치가 1MB 대용량 블록을 처리하면 속도는 10,000 × 1MB / 1024 ≈ 9.8GB/s가 되어 매우 인상적인 속도가 됩니다. 이 예는 높은 IOPS가 반드시 대용량 파일의 빠른 전송 속도를 의미하지는 않는다는 것을 분명히 보여줍니다. 반대로, 매우 빠른 순차 읽기/쓰기 속도를 자랑하는 장치도 대용량 소형 파일을 처리할 때는 IOPS가 낮아 성능이 저하될 수 있습니다. 따라서 블록 크기와 액세스 패턴을 고려하지 않고 IOPS나 전송 속도만을 따로 떼어놓고 논의하는 것은 불완전합니다.
IOPS는 어떻게 테스트하나요?
IOPS 값은 절대적으로 고정된 수치가 아니며 테스트 조건에 따라 크게 달라집니다. 의미 있는 IOPS 데이터를 얻거나 공급업체가 게시한 사양을 정확하게 이해하려면 주요 테스트 매개변수를 알아야 합니다. (참고: 테스트에는 일반 사용자를 위한 CrystalDiskMark와 같은 전문 벤치마크 도구 또는 FIO와 같은 보다 강력하고 유연한 명령줄 도구가 필요합니다.)
설정할 기본 매개변수는 읽기/쓰기 유형과 블록 크기입니다.
- 읽기/쓰기 유형. 두 가지 주요 유형이 있습니다: 순차 및 무작위. 순차 읽기/쓰기는 영화 복사와 같이 하나의 대용량 파일을 읽고 쓰는 것을 시뮬레이션합니다. 랜덤 읽기/쓰기는 디스크에 흩어져 있는 많은 작은 파일을 자주 읽고 써야 하는 OS 또는 데이터베이스 실행을 시뮬레이션하는 것으로, 스토리지 성능에 대한 주요 테스트입니다.
- 블록 크기. 4KB는 업계 벤치마크의 거의 기본 표준입니다. 이는 최신 OS 파일 시스템 구조와 대부분의 애플리케이션에서 생성되는 I/O 요청이 4KB 페이지 크기를 중심으로 이루어지기 때문입니다. 표준 크기를 사용하면 장치 간에 쉽게 비교할 수 있습니다. 따라서 일반적으로 흔히 볼 수 있는 "랜덤 읽기/쓰기 IOPS" 지표는 달리 명시되지 않는 한 일반적으로 4KB 블록 크기로 측정된 값을 의미합니다.
또 다른 주요 매개변수는 큐 깊이(QD)로, 시스템이 스토리지 장치에 동시에 전송하는 명령의 수로 생각할 수 있습니다. 큐 깊이가 높을수록 스토리지 컨트롤러의 병렬 처리 잠재력을 더 잘 활용할 수 있습니다. 예를 들어, 고성능 엔터프라이즈 NVMe SSD 리뷰에는 다음과 같이 명시되어 있을 수 있습니다: "최대 랜덤 읽기 IOPS(4KB, QD=32)가 1백만 회에 이릅니다."라고 명시할 수 있습니다. 이 수치는 QD=1에서 측정된 IOPS보다 수십 배 더 높을 수 있으며, 동시 부하가 많은 상황에서 장치의 최고 성능을 보여줍니다.
마지막으로, 중요한 개념은 최고 성능과 정상 상태 성능을 구분하는 것입니다. 많은 테스트는 기본적으로 SSD의 SLC 캐시가 소진되지 않은 짧은 시간 동안 높은 스트레스를 받는 상황에서 최고 성능을 표시하여 인상적인 결과를 도출합니다. 그러나 더 중요한 지표는 장기간의 강도 높은 읽기/쓰기 활동 후 성능이 안정화되는 수준인 정상 상태 성능입니다. 이는 극한의 부하와 장기적인 안정성에서 디바이스의 실제 성능을 더 잘 반영합니다.
IOPS에 영향을 미치는 주요 요인
스토리지 장치의 IOPS 성능은 단일 요인에 의해 결정되는 것이 아니라 기본 하드웨어와 소프트웨어의 복합적인 효과에 의해 결정됩니다. 주요 영향 요인은 다음과 같습니다:
- 저장 매체 유형. 이것이 가장 근본적인 요소입니다. HDD IOPS는 물리적인 읽기/쓰기 헤드 탐색 시간에 의해 제한되며, 일반적으로 10에서 200 정도에 불과합니다. SSD는 전자 신호를 사용해 기계적 지연이 없으므로 수만에서 수백만 IOPS를 달성할 수 있습니다.
- 인터페이스 및 프로토콜. 인터페이스는 데이터 경로이고 프로토콜은 통신 규칙입니다. SATA 인터페이스와 AHCI 프로토콜은 HDD 시대를 위해 설계된 것으로, 대역폭과 명령 효율성이 SSD 성능을 제한합니다. PCIe 인터페이스가 있는 NVMe 프로토콜은 높은 대역폭과 짧은 지연 시간을 제공하며, 특히 높은 IOPS SSD를 위해 설계되었습니다.
- 컨트롤러 및 펌웨어 알고리즘. 컨트롤러 는 저장 장치의 두뇌 역할을 합니다. 강력한 컨트롤러 칩은 높은 대기열 깊이에서 동시 요청을 효율적으로 관리할 수 있습니다. 고급 펌웨어 알고리즘은 읽기/쓰기 프로세스, 가비지 수집, 웨어 레벨링을 최적화하여 IOPS 피크와 안정성을 직접 결정합니다.
- 읽기/쓰기 유형. 일반적으로 읽기 IOPS는 쓰기 IOPS보다 높습니다. 특히 SSD에서는 쓰기 전에 삭제 단계가 필요할 수 있으므로 랜덤 쓰기 IOPS는 종종 성능 병목 현상이 발생하며 전반적인 드라이브 설계 품질을 나타내는 주요 지표가 됩니다.
- 대기열 깊이. 테스트에서 언급했듯이 대기열 깊이가 높을수록 하드웨어의 동시 처리 잠재력을 더 잘 활용할 수 있습니다. 따라서 높은 대기열 깊이를 지원하는 것은 높은 IOPS를 달성하기 위한 하드웨어의 기본 요구 사항입니다.
IOPS와 다른 성능 지표와의 관계
스토리지 성능을 완벽하게 평가하려면 IOPS를 단독으로 보지 말고 레이턴시 및 처리량과 같은 다른 메트릭과 결합해야 합니다. 이러한 지표들은 서로 연결된 성능 그림을 형성합니다.
- IOPS 대 지연 시간. 이것이 핵심적인 관계입니다. 지연 시간은 하나의 I/O 작업을 완료하는 데 걸리는 시간을 측정합니다. 가장 이상적인 것은 지연 시간이 짧고 IOPS가 높은 것입니다. 하지만 부하가 증가하여 IOPS가 디바이스의 한계에 가까워지면 요청이 대기열에 대기하고 지연 시간이 크게 증가합니다. 따라서 높은 IOPS는 낮은 지연 시간이 수반될 때만 실질적으로 가치가 있으며, 그렇지 않으면 혼잡한 톨게이트에서 총 통과 차량 수는 많지만 각 차량의 대기 시간은 길어지는 것과 마찬가지입니다.
- IOPS 대 처리량:이 둘은 공식을 통해 '블록 크기'로 연결됩니다: 처리량 ≈ IOPS × 블록 크기. 초점은 서로 다릅니다: 대용량 작은 파일을 무작위로 읽거나 쓰는 애플리케이션에는 높은 IOPS가 중요하지만, 대용량 파일을 순차적으로 읽거나 쓰는 경우에는 처리량이 높을수록 유리합니다. 좋은 스토리지 장치는 두 가지 모드 모두에서 우수한 성능을 발휘해야 합니다.
- IOPS 및 QoS(서비스 품질):고급 시나리오에서는 평균 IOPS만으로는 충분하지 않으며 QoS가 중요합니다. QoS는 대부분의 요청에 대해 응답 시간을 예측할 수 있도록 IOPS와 지연 시간의 안정성에 중점을 둡니다. 핵심 지표는 꼬리 지연 시간으로, 99.9% 또는 99.99%의 I/O 요청이 특정 임계값 이하의 지연 시간을 갖도록 보장합니다. 이는 매우 느린 몇 개의 요청이 전체 경험에 영향을 미치는 것을 방지하며, 데이터베이스, 가상화 및 기타 중요한 작업에 매우 중요합니다.
다양한 시나리오에서 IOPS의 실제적 의미
IOPS의 중요성은 애플리케이션 시나리오에 따라 다릅니다. 다양한 요구 사항을 이해하면 더 나은 스토리지 선택을 내리는 데 도움이 됩니다.
- 소비자/개인 컴퓨팅:여기서 사용자 경험은 저장 장치의 랜덤 읽기 IOPS에 크게 좌우됩니다. 랜덤 읽기 IOPS가 높으면 OS 부팅 시간이 크게 단축되고, 애플리케이션(브라우저, 오피스 제품군) 로딩 속도가 빨라지며, 게임 로딩 중 끊김 현상이 줄어듭니다. 대부분의 사용자에게는 랜덤 읽기 성능이 우수한 SATA SSD 또는 엔트리급 NVMe SSD가 획기적인 개선 효과를 제공합니다.
- 엔터프라이즈 서버 및 데이터베이스. 이는 특히 높은 랜덤 읽기/쓰기 IOPS와 매우 낮은 지연 시간이 요구되는 가장 까다로운 시나리오 중 하나입니다. 온라인 트랜잭션을 처리하는 데이터베이스 관리 시스템(예: Oracle, MySQL)은 흩어져 있는 수많은 작은 데이터 블록을 즉시 읽고 써야 합니다. 여러 가상 머신을 동시에 실행하는 가상화 플랫폼(예: VMware)은 고밀도의 무작위 I/O 부하를 생성합니다. 이러한 플랫폼에서는 변동이 발생하면 비즈니스 중단으로 직결될 수 있기 때문에 최고 성능보다 IOPS 안정성과 일관성(QoS)이 더 중요한 경우가 많습니다.
- AI 및 빅 데이터 분석:이러한 시나리오에는 높은 처리량과 높은 IOPS의 조합이 필요한 복잡한 요구 사항이 있는 경우가 많습니다. AI 모델 학습을 위한 데이터 준비 단계에서는 대량의 학습 샘플 파일(대개 작은 파일)을 빠르게 읽으려면 높은 IOPS가 필요합니다. 실제 훈련 과정에서는 대량의 데이터를 순차적으로 읽는 경향이 있으며, 이때 높은 순차 읽기 처리량이 핵심이 됩니다. 따라서 이러한 분야에서는 고성능 NVMe SSD, 심지어 NVMe-oF 아키텍처가 선호됩니다.
IOPS의 한계
IOPS는 중요한 스토리지 성능 지표이기는 하지만, 이를 지나치게 의존하거나 단독으로 보는 것은 오해의 소지가 있습니다. '수치에만 의존하는' 함정을 피하려면 그 한계를 인식해야 합니다.
- 피크 대 실제 세계:높은 IOPS 수치가 항상 실제 사용자 경험과 일치하는 것은 아닙니다. 공급업체의 IOPS 수치는 이상적인 실험실 조건(예: 높은 대기열 깊이, 짧은 테스트)에서 측정된 최고 성능인 경우가 많습니다. 이는 사용자 작업이 낮은 대기열 깊이와 유사한 일상적인 사용 환경에서는 재현하기 어렵고, IOPS는 훨씬 더 낮을 수 있습니다. 낮은 대기열 깊이에서 안정적이고 지연 시간이 짧은 IOPS를 제공하는 드라이브가 높은 대기열 깊이에서 높은 수치만 기록하는 드라이브보다 더 나은 경우가 많습니다.
- 지연 시간 변동을 숨깁니다. IOPS는 평균으로 개별 I/O 요청의 지연 시간 분포를 알 수 없습니다. 초당 총 작업 수를 계산하지만 매우 느린 요청이 몇 개 섞여 있는지는 보여주지 않습니다. 이러한 지연 시간이 긴 요청, 즉 '테일 레이턴시'는 소수이긴 하지만 애플리케이션이 끊기거나 데이터베이스 시간 초과를 일으킬 수 있습니다. 원활한 일관성이 필요한 애플리케이션의 경우, 99.9%의 요청이 특정 지연 임계값 이하로 유지되도록 하는 것이 높은 평균 IOPS 수치를 쫓는 것보다 훨씬 더 중요합니다.
- 성능 지속 가능성. 표준 IOPS 테스트는 장시간의 고부하 상태에서의 성능 안정성을 반영하지 못하는 경우가 많습니다. 많은 SSD는 초기에 매우 빠른 속도를 유지하기 위해 SLC 캐시를 사용하며, 캐시가 모두 소진되면 쓰기 속도가 크게 떨어질 수 있습니다. 따라서 처음 몇 초 동안의 '최고 성능'보다는 수십 분 또는 몇 시간 동안 지속적으로 쓴 후의 드라이브의 '정상 상태 성능'이 더 의미가 있습니다. 또한 IOPS 자체는 데이터 안전성이나 드라이브 내구성에 대해서는 아무 것도 말해주지 않으며, IOPS가 높은 드라이브는 펌웨어 버그가 있거나 수명이 짧을 수 있습니다.
IOPS를 올바르게 보는 방법은 무엇인가요?
- 시나리오 먼저. 지표를 평가하기 전에 주요 사용 사례를 정의하세요. 소비자 작업(사무, 웹 브라우징, 게임)의 경우 다음과 같이 정의합니다. SATA SSD 또는 수만에서 수십만 범위의 IOPS(예: 10만~50만 랜덤 읽기 IOPS)를 지원하는 엔트리급 NVMe SSD는 이미 매우 원활한 경험을 제공합니다. 맹목적으로 수백만 IOPS를 쫓는 것은 체감할 수 있는 개선 효과를 거의 제공하지 않습니다. 반대로 엔터프라이즈 시나리오(데이터베이스, 가상화, HPC)의 경우, 다음을 선택하세요. 엔터프라이즈 SSD 수십만 또는 수백만 이상의 안정적인 IOPS로 낮은 지연 시간을 강조합니다.
- 종합적인 고려 사항. IOPS 수치만 보지 말고 다른 지표 및 요소와 결합하세요.
- 지연 시간 포함 IOPS: 평균 지연 시간이 0.1ms 미만인 800만 랜덤 읽기 IOPS를 제공하는 드라이브는 1M IOPS를 제공하지만 지연 시간이 1ms인 드라이브보다 훨씬 더 나은 성능을 제공합니다.
- 정상 상태에 집중: 전문가 리뷰에서 드라이브의 성능은 최대 부하 상태에서 30분이 지나면 최고 500만 IOPS에서 안정적인 150만 IOPS로 떨어질 수 있습니다. 이 '안정된 값'은 최고치보다 더 중요합니다.
- 내구성 및 보증 고려: 항상 보증 기간과 TBW(총 기록 바이트 수) 등급을 확인하세요. 예를 들어 1TB SSD의 보증 기간은 5년 또는 600TBW일 수 있으며, 이는 단순한 IOPS 수치보다 장기적인 안정성에 대해 더 많은 것을 말해줍니다.
- 벤치마크에 대해 합리적으로 생각하세요. 벤치마크 점수는 절대적인 기준이 아닌 중요한 참고 도구입니다. 예를 들어 동일한 테스트 매개변수에서 동일한 가격대의 여러 SSD 모델의 IOPS를 비교하는 등 선택의 폭을 빠르게 좁히는 데 도움이 됩니다. 그러나 최종 결정은 제품의 전반적인 실제 동작을 반영하므로 시간 경과에 따른 실제 성능에 대한 사용자 리뷰, 고장률 보고서, 브랜드 평판도 고려해야 합니다.
스토리지 성능의 세계에서 IOPS는 동시 요청을 처리하는 디바이스의 기본 성능을 나타내는 중요한 핵심 지표입니다. 하지만 앞서 살펴본 것처럼 이는 퍼즐의 한 조각에 불과합니다. 진정한 성능 평가를 위해서는 하나의 숫자를 넘어 더 큰 그림을 봐야 합니다. 고성능 스토리지의 본질은 여러 차원에 걸친 미세한 균형에 있습니다. IOPS 외에도 지연 시간은 응답성을 결정하고, 처리량은 대용량 데이터 전송 효율성에 영향을 미치며, 장기적인 안정성은 비즈니스 연속성을 위한 핵심 요소입니다. 이러한 지표는 서로 연결되어 있으므로 어느 하나라도 약하면 실제 경험에서 병목 현상이 발생할 수 있습니다. 사용자 입장에서는 IOPS를 합리적으로 보고 실제 부하에서 전반적인 성능에 집중하는 것이 스토리지 장치를 선택하고 평가하는 데 있어 핵심입니다.
