SSD Gen4 Gen5 차이 — 속도 2배가 체감 안 되는 조건

PCIe 5.0 SSD와 4.0 SSD의 순차 읽기 속도 차이는 약 두 배다. 그런데 게임 로딩 시간을 세대별로 비교한 실측에서 격차는 0.2초 안쪽에 머물렀다. 두 문장이 모두 사실인 이유는 SSD 성능 지표 중 세대 교체로 두 배가 되는 항목이 순차 전송 하나뿐이기 때문이다.

공개된 스펙 기준으로 숫자를 먼저 정리하면 이렇다. 삼성 9100 PRO의 순차 읽기는 1만4,800MB/s, 전작 990 PRO는 7,450MB/s다. 랜덤 성능은 읽기 220만 IOPS 대 160만 IOPS, 쓰기 260만 IOPS 대 155만 IOPS로 배수가 확연히 작다. 이 수치는 StorageReview가 정리한 제조사 공표 스펙이다.

Gen5는 어디서 두 배인가 — 이론 대역폭과 실측

PCIe 4.0은 레인당 16GT/s, 5.0은 32GT/s다. NVMe SSD는 통상 4레인(x4)을 쓰고, PCIe 3.0 이후로는 128b/130b 인코딩을 쓴다. 이론 대역폭은 다음과 같이 나온다.

• PCIe 4.0 x4 = 16GT/s × 4 × (128/130) ÷ 8 = 약 7,877MB/s
• PCIe 5.0 x4 = 32GT/s × 4 × (128/130) ÷ 8 = 약 15,754MB/s

여기에 대표 제품의 공표 순차 읽기 속도를 얹어 이론 대비 실효율을 직접 계산하면 아래 표가 된다.

두 세대 모두 이론 대역폭의 94% 안팎을 뽑아낸다. 인터페이스는 이미 거의 포화 상태이고, 남은 여유가 6% 남짓이라는 뜻이다. 반면 랜덤 읽기 배수는 1.38배, 랜덤 쓰기는 1.68배에 그친다. 운영체제 부팅, 앱 실행, 게임 에셋 스트리밍처럼 작은 블록을 흩어 읽는 작업은 순차 대역폭이 아니라 이 랜덤 구간에 매달려 있다. 인터페이스 대역폭이 성능으로 곧장 번역되지 않는 구조는 USB4와 썬더볼트의 40·80Gbps 표기를 정리한 글에서 다룬 것과 같은 함정이다.

세대 교체로 두 배가 되는 것은 인터페이스 대역폭이지 체감 성능이 아니다. 남은 병목은 대부분 저장장치 바깥에 있다.

게임 로딩 차이가 0.2초에 그치는 이유

DirectStorage를 지원하는 포스포큰으로 PCIe 3.0·4.0·5.0 SSD를 나란히 놓고 측정한 결과를 HotHardware가 전했다. PCIe 5.0 드라이브가 대체로 앞서긴 했지만 세대 간 격차가 0.2초를 넘은 적이 없었고, 가장 느린 경우조차 로딩은 약 3초로 끝났다.

원인은 전송량 자체에 있었다. 이 게임은 가장 바쁜 구간에서도 초당 3GB를 좀처럼 넘기지 못했다. Gen4 드라이브 이론 대역폭의 40% 수준이다. HotHardware는 포스포큰이 DirectStorage의 핵심인 GPU 압축 해제를 쓰지 않아 CPU가 압축을 푸는 단계에서 병목이 걸린 것으로 봤다.

정리하면 게임 로딩 시간을 결정하는 순서는 압축 해제 처리량 → 랜덤 읽기 성능 → 순차 대역폭이다. 순차 대역폭은 가장 마지막 항목이고, 이미 Gen3 시절부터 요구치를 넘겨두고 있었다. 세대를 올려도 앞의 두 단계가 그대로면 남는 차이는 소수점 단위다.

발열, 슬롯만 바꿔도 8도가 움직인다

Gen5로 넘어오며 확실히 커진 것은 열이다. 퀘이사존의 9100 PRO 측정에서 아이들 온도는 52~56℃, 집중 부하 구간에서는 66~68℃까지 올라갔다. 같은 드라이브를 PCIe 5.0 슬롯에 꽂았을 때 약 58℃, PCIe 4.0 슬롯에 꽂았을 때 약 50℃로, 슬롯만 바꿔도 8℃가 벌어졌다.

이 때문에 크루셜도 Gen5 드라이브에는 히트싱크 장착을 권장한다. 히트싱크 유무는 최고 속도보다 속도를 얼마나 오래 유지하느냐를 가른다. 대용량 파일을 길게 옮기는 작업에서 스로틀링이 걸리면 공표 스펙의 1만4,800MB/s는 첫 수십 초 동안만 유효한 숫자가 된다.

구매 전 확인 항목이 하나 늘어난다는 뜻이기도 하다. 메인보드 기본 히트싱크와 드라이브 자체 히트싱크가 물리적으로 겹치는지, 대형 CPU 쿨러나 그래픽카드 백플레이트와 간섭하지 않는지가 조립 단계에서 문제가 된다. 소비전력도 함께 오른다. 9100 PRO의 활성 읽기 소비전력은 용량에 따라 7.6~9.0W다. 시스템 전체 전력 여유를 잡는 방식은 TGP 합산과 ATX 3.1 여유율로 파워 용량을 계산한 글에 정리돼 있다.

TBW로 본 수명 — 하루 몇 GB까지 견디나

내구성은 세대가 아니라 낸드와 용량이 정한다. 9100 PRO의 용량별 TBW를 보증 기간 5년(1,825일)으로 나눠 하루 허용 쓰기량과 DWPD를 직접 계산하면 다음과 같다.

전 용량에서 DWPD가 0.33으로 동일하다. 제조사가 용량에 비례해 TBW를 매겼다는 뜻이고, 뒤집으면 1TB 모델이 특별히 약한 것도 8TB 모델이 특별히 튼튼한 것도 아니라는 뜻이다. 다만 절대량은 다르다. 1TB 모델의 하루 허용치 329GB는 게임 몇 개를 새로 내려받으면 닿는 수치인 반면, 4TB 모델의 1,315GB는 일반적인 쓰기 패턴에서 도달하기 어렵다.

보증은 TBW와 기간 중 먼저 도달한 쪽이 끝이다. 하루 100GB를 쓰는 패턴이라면 1TB 모델도 16년치 여유가 있으므로 TBW는 사실상 고려 대상이 아니다. 반대로 영상 편집 원본을 매일 수백 GB씩 옮긴다면 용량 선택이 곧 수명 선택이 된다.

이런 사람에게 맞고, 이런 사람은 기다려도 된다

공개된 스펙과 측정치만 놓고 갈라보면 경계가 비교적 분명하다.

• Gen5가 값을 하는 경우 — 8K·RAW 영상 편집처럼 수십 GB 파일을 반복해 읽고 쓰는 작업, 대용량 데이터셋을 통째로 로드하는 로컬 AI 추론·학습, 드라이브 간 대용량 복사가 일상인 환경. 순차 대역폭이 실제로 병목인 구간이다
• Gen4로 충분한 경우 — 게임, 사무, 웹 개발, 일반적인 사진 편집. 로딩 격차가 0.2초대인 작업에서 두 배 대역폭은 회수되지 않는다
• 기다려도 되는 경우 — 메인보드에 PCIe 5.0 M.2 슬롯이 없거나, 슬롯이 그래픽카드와 레인을 나눠 쓰는 구성. 이 경우 Gen5 드라이브를 꽂아도 Gen4 속도로 동작하고 발열만 남는다
• 히트싱크는 선택이 아니다 — Gen5를 고른다면 히트싱크 포함 모델이거나 메인보드 히트싱크가 M.2 슬롯을 덮는 구성인지 먼저 확인한다

참고 자료

• Samsung 9100 Pro SSD Review: Gen5 Speed for Power Users — StorageReview
• PCIe 5.0 고성능 SSD 삼성 9100 PRO 1TB 히트싱크 — 퀘이사존
• DirectStorage Benchmarks Pit PCIe 3 SSDs Against PCIe 4 And PCIe 5 — HotHardware
• Gen5 SSD — 데이터 스토리지의 미래 — 크루셜