테스트, 측정 및 컨트롤 시스템을 위한 하드 드라이브 선택하기

대부분의 테스트, 측정, 컨트롤 시스템에는 최소 하나의 하드 드라이브가 있습니다. 이 같은 하드 드라이브는 시스템을 컨트롤하는 데스크탑 또는 노트북 PC에 탑재되어 있거나, PXI 등의 모듈형 플랫폼의 경우처럼 임베디드 컨트롤러에 통합되어 있습니다.
여러 독립형 계측기에도 내부 하드 드라이브가 포함되어 있습니다. 이처럼 하드 드라이브는 시스템내에서 여러 다른 곳에 위치해 있지만, 이와 상관없이 일반적으로 하드 드라이브 선택시에 고려해야 할 여러 사항이 있습니다. 즉, 시스템 배포 환경, 시스템 사용 용도, 반복 사용 여부, 추가 드라이브 등을 들 수 있습니다. 또한, 하드 드라이브의 작동 원리에 대한 기본 개념을 파악하는 것도 하드웨어 선택에 중요합니다. 본 기술백서에서 살펴볼 내용은 다음과 같습니다.

 

하드 드라이브 선택 가이드

다음의 테이블은 본 기술백서에서 논의될 개념을 바탕으로 만들어졌습니다. 각자의 테스트, 측정 및 컨트롤 시스템에 적합한 하드 드라이브 선택시 본 테이블을 참조하십시오.

테이블 1. 테스트, 측정 및 컨트롤 시스템에 적합한 하드 드라이브 선택 가이드

 

하드 드라이브의 기본

대부분의 하드 드라이브는 데이터를 저장하기 위해 플래터로 알려진 회전 마그네틱 디스크를 사용합니다. 액추에이터는 플래터의 외부 가장 자리에서 스핀들 (spindle)로 팔을 움직여 플래터에 헤드를 위치시키고 그 곳에서 데이터가 쓰여지고 읽힙니다. 데이터를 쓰면 헤드는 자기장을 생성하여 데이터를 저장하기 위해 플래터의 표면을 자기화합니다. 플래터에 의해 생성된 자기장은 또한 데이터 추출을 위해서도 읽힙니다.

그림 1. 회전 마그네틱 하드 드라이브는
헤드로 자기장을 생성하여 마그네틱 플래터에 데이터를 저장합니다.

대부분의 하드 드라이브는 데이터 스토리지의 밀도를 높이기 위하여 하나 이상의 플래터를 보유합니다. 각 플래터는 하나씩 차곡차곡 쌓입니다. 각 플래터는 데이터를 쓰거나 읽기 위해 팔과 헤드를 갖추고 있습니다.

그림 2. 대부분의 하드 드라이브에는 데이터 스토리지 밀도를
높이기 위해 하나 이상의 플래터가 있습니다.

하드 드라이브의 다른 유형은 솔리드 상태 (Solid-state) 하드 드라이브입니다. 회전 마그네틱 하드 드라이브와는 달리, 솔리드 상태 하드 드라이브는 움직이는 부분이 없습니다. 플래시 메모리를 기반으로 하며 트랜지스터를 사용하여 전기적으로 데이터를 저장합니다. 솔리드 상태 하드 드라이브에 대한 사용 케이스는 본 문서에서 다루도록 하겠습니다.

 

온도

하드 드라이브의 수명에 가장 큰 영향을 주는 조건은 바로 온도입니다. 열은 하드 드라이브 헤드의 수명을 경감시킵니다. 온도가 5 °C 증가하면 하드 드라이브의 수명이 2년 감소합니다. 열은 또한 하드 드라이브 헤드의 부상 높이 (fly height)를 감소시키기 때문에 매체와 접촉하게 되고 손상을 가하게 됩니다. 사용자의 시스템이 5 °C 이하 또는 50 °C 이상의 환경에서 운영되는 경우, 반드시 연장된 온도 범위를 갖춘 하드 드라이브를 선택해야 합니다. 그러한 하드 드라이브는 극히 낮거나 높은 온도에서 유연성을 갖도록 설계된 컴포넌트를 포함하고 있습니다.

NI에서 제공하는 PXI 및 PXI Express 임베디드 컨트롤러의 확장된 온도 버전은 표준 상용 하드 드라이브의 스펙 (일부 하드 드라이브는 확장된 운영 또는 상시 운영 체제입니다.)보다 확장된 온도 스펙의 하드 드라이브가 포함되어 있습니다. 본 하드 드라이브는 최소 -20 ~ 80 °C의 운영 온도 스펙을 갖추고 있습니다. 확장된 온도의 임베디드 컨트롤러는 0 ~ 55 °C의 운영 온도 스펙 및 -40 ~ 85 °C의 스토리지 온도 스펙이 있습니다.

NI 확장된 온도 PXI 및 PXI Express 임베디드 컨트롤러

 

충격 및 진동

테스트, 측정 또는 컨트롤 시스템이 매우 높은 레벨의 충격이나 진동의 환경에서 운영될 경우, 표준의 회전 마그네틱 하드 드라이브를 사용하는 것이 적절치 않을 수도 있습니다. 매우 높은 레벨의 충격/진동으로 인해 하드 드라이브가 매체와 접촉하여 손상을 가할 수 있습니다. 노트북 컴퓨터에서 사용하도록 제작된 2.5” 하드 드라이브는 데스크탑 PC에서 사용하도록 제작된 3.5” 하드 드라이브보다 안정적입니다. 이는 노트북 PC가 그 특성상 데스크탑 PC보다 많이 움직이기 때문입니다.

솔리드 상태 (플래시) 하드 드라이브에는 움직이는 부분이 없기 때문에 표준 회전 마그네틱 하드 드라이브보다 높은 레벨의 충격 및 진동에 대한 노출에 내구성이 있습니다. 사용자의 시스템이 표준 PC가 견딜 수 있는 것 보다 더 높은 충격/진동에 노출된다고 판단할 경우, 솔리드 상태 하드 드라이브를 사용하십시오. 데이터가 하드 드라이브로부터 쓰거나 읽힐 때 충격/진동에 노출될 경우에도 솔리드 상태 하드 드라이브를 사용하십시오.

솔리드 상태 하드 드라이브는 표준 회전 마그네틱 하드 드라이브에 비해 가격이 훨씬 높으며, 솔리드 상태 하드 드라이브를 선택할 때에 세심한 주의를 기울여야 한다는 것을 명심하십시오. 하루 24시간, 일주일에 7일 내내 작동하면서 60 MB/s의 처리량을 유지하며 7년간 사용할 수 있는 하드 드라이브가 있는 반면, 하루 24시간, 주 7일 60 MB/s 처리량을 구현하면서 수명이 0.7 년밖에 되지 않는 하드 드라이브도 있을 수 있습니다. 문서를 주의깊게 살펴본 후 본인에게 적합한 솔리드 상태 하드 드라이브를 살펴보고, 하드 드라이브 제조업체에 자문을 구하십시오.

내쇼날인스트루먼트는 솔리드 상태 하드 드라이브가 있는 새로운 PXI 또는 PXI Express 임베디드 컨트롤러로 업그레이드 서비스를 지원합니다.

NI 솔리드 상태 하드 드라이브 목록

 

확장된 운영

테스트, 측정 또는 컨트롤 시스템이 상시 작동 (최고 하루 24 시간, 주 7일)을 요구하는 어플리케이션에 배포될 경우가 있습니다. 그러나 표준 하드 드라이브는 보통 하루 8시간, 주 5일 작동하도록 설계되었습니다. 또한, 사용자의 어플리케이션이 높은 주기 점유율 (duty cycle)에 영향을 받을 수도 그렇지 않을 수도 있습니다. 하드 드라이브의 주기 점유율은 지속가능한 최고 처리량의 비율입니다. 표준 하드 드라이브는 20% 주기 점유율로 설계되었습니다. 연장된 운영 및/또는 높은 주기 점유율을 요구하는 어플리케이션은 이에 맞게 제작된 하드 드라이브를 필요로 합니다. 이러한 하드 드라이브는 흔히 “24/7” 하드 드라이브로 불립니다.

내쇼날인스트루먼트는 24/7 하드 드라이브를 포함하는 PXI 및 PXI Express 임베디드 컨트롤러의 확장된 운영 버전을 제공합니다. 또한 본 24/7 하드 드라이브는 확장된 온도 범위를 갖추고 있습니다.

NI 확장된 운영, 24/7 PXI 및 PXI Express 임베디드 컨트롤러

시스템이 확장된 운영을 요구하는 어플리케이션에 배포될 경우, 적합한 하드 드라이브를 선택하는 것 뿐만 아니라 적합한 시스템 메모리 (또는 RAM)를 사용하는 것도 중요합니다. 시스템에서 운영되는 프로그램이 설치된 메모리보다 더 많은 메모리를 필요로 하면 OS는 가상 메모리로 하드 드라이브를 사용합니다. 이는 하드 드라이브 페이징 (paging)으로 알려져 있으며, 이 현상이 지속되면 하드 드라이브의 수명이 줄어들게 됩니다. 따라서 24/7 운영을 요구하는 어플리케이션의 경우, 소프트웨어 요구를 충족할 수 있을 정도의 충분한 메모리가 있는지 반드시 확인하십시오.

 

 

 

 

스트리밍

여러 스펙에서 하드 드라이브의 전반적인 성능을 명시하고 있습니다. 또한 스펙에는 데이터가 하드웨어로부터 읽기 또는 쓰기되는 지속 속도가 기술되어 있으며 이를 스트리밍이라고 합니다. 스트리밍에 영향을 주는 세 가지 주요 스펙은 검색 시간 (seek time), 버퍼 크기, 회전 속도입니다.

하드웨어에는 네 가지의 검색 시간 (seek time)이 정의되어 있습니다. – (1) read seek time, (2) write seek time, (3) track-to-track seek time, (4) full stroke seek. 각각은 하드 드라이브가 특정 작업을 위해 헤드를 위치하는 데 걸리는 시간을 나타냅니다. 검색 시간은 밀리초로 표시되며 값이 작을수록 성능이 높습니다.

하드 드라이브에는 소량의 온보드 RAM이 있어 인터페이스와 매체간에 고속 버퍼를 제공합니다. 큰 크기의 버퍼는 더욱 많은 데이터가 작성될 수 있고 고속 위치에서부터 읽어질 수 있기 때문에 성능을 향상시킵니다. 자주 액세스되는 데이터는 버퍼에 저장될 수 있습니다. 또한, 하드 드라이브 매체가 데이터가 인터페이스에 의해 작성되는 속도를 맞추지 못하는 경우, 버퍼는 데이터를 저장할 수 있습니다. 버퍼의 크기는 보통 2 MB ~ 16 MB입니다.

하드웨어의 전반적인 성능, 지속 스트리밍 속도에 가장 큰 영향을 주는 스펙은 회전 속도로써 RPM으로 표시됩니다. 회전 속도가 빠를수록 데이터가 하드웨어로부터 작성 또는 읽히는 시간이 빨라집니다. 일반적인 회전 속도는 4200, 5400, 7200 RPM입니다. 성능 하드 드라이브 (Performance hard drives)는 10000 RPM 속도까지 가능합니다.

일반적인 2.5” 하드 드라이브는 15-30 MB/s 속도로 읽기 또는 쓰기를 유지합니다. 일반적인 3.5” 하드 드라이브는 20-65 MB/s로 읽기 또는 쓰기를 유지합니다. 본 속도를 높일 수 있는 한가지 방법은 멀티 하드 드라이브의 RAID-0 어레이를 사용하는 것입니다. RAID는 독립적인 디스크의 반복되는 어레이를 의미합니다. RAID-0 (striped) 어레이는 여러 하드 드라이브에서 데이터를 균등하게 분배함으로써 하드 드라이브(로/부터) 데이터가 작성되고 읽히는 속도를 증대합니다. NI의 여러 PXI 및 PXI Express 임베디드 컨트롤러에서 사용 가능한 ExpressCard 슬롯에 External SATA (eSATA) ExpressCard를 사용하면 데이터는 RAID-0 하드 드라이브 어레이로/부터 100 MB/s 이상으로 스트리밍됩니다. 또한 NI의 랙마운트 PXI 및 PXI Express 컨트롤러에도 RAID-0 하드 드라이브 어레이가 미리 구성되어 있습니다.

고속 데이터 레코딩 및 플레이백 기술 백서

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그림 3. RAID-0 (striped) 어레이는 여러 하드 드라이브에서
데이터를 균등하게 분배함으로써 하드 드라이브(로/부터)
데이터가 작성되고 읽히는 속도를 증대합니다.

 

중복 (Redundancy)

Redundancy를 포함하는 RAID 구성을 사용하면 테스트, 측정 또는 컨트롤 시스템을 하드 드라이브 실패로부터 복구할 수 있습니다. RAID-1 (mirrored) 하드 드라이브 구성을 사용하면 데이터의 각 부분은 두 개 (또는 그 이상) 하드 드라이브로 작성됩니다. 2-드라이브 RAID-1 구성에서, 하나의 드라이브가 실패를 유발하더라도 작동되는 하드 드라이브를 사용함으로써 비가동 없이 작동을 지속할 수 있습니다. NI의 PXI 및 PXI Express 랙마운트 컨트롤러는 2-드라이브 RAID-1 어레이로 구성될 수 있습니다.

NI PXI 및 PXI Express 랙마운트 컨트롤러

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그림 4. RAID-1 (mirrored) 어레이는 데이터의
각 부분을 두 개 (또는 그 이상)의 하드 드라이브에
작성함으로써 redundancy를 제공합니다.

 

소프트웨어 복구 및 백업

테스트, 측정 또는 컨트롤 시스템에서 소프트웨어 관련 문제에 직면한 경우 복구 소프트웨어를 활용함으로써 비가동 시간을 줄일 수 있습니다. 복구 소프트웨어는 시스템을 양호한 상태로 복구합니다. 여러 상용 복구 소프트웨어 패키지가 판매됩니다.

내쇼날인스트루먼트의 모든 Windows 기반 PXI 및 PXI Express 임베디드 및 랙마운트 컨트롤러에는 하드 드라이브 기반 복구 이미지 및 소프트웨어가 포함되어 있습니다. NI의 컨트롤러에는 하드 드라이브의 한 부분에 완벽한 백업 이미지가 포함되어 있습니다. 따라서 CD, 2차 하드 드라이브, 네트워크 연결 등의 필요없이 원래의 이미지를 컨트롤러에 복구할 수 있습니다. 게다가, Windows가 로드되기 이전에 부팅하는 동안 복구 절차를 시작할 수 있기 때문에 컨트롤러가 Windows로 부팅할 수 없다 하더라도 여전히 원본 이미지로 복구할 수 있습니다.

NI PXI 및 PXI Express 임베디드 및 랙마운트 컨트롤러에 포함된 복구 소프트웨어에는 외부 또는 2차 하드 드라이브에 저장될 수 있으며 원래의 NI 이미지 대신 맞춤화된 복구 이미지로 사용될 수 있는 맞춤형 백업 이미지 생성 기능이 있습니다. 시스템이 완벽하게 조립되고 테스트된 후, 소프트웨어 관련 문제가 배포 후에 발생하면 맞춤형 백업 이미지를 생성할 수 있습니다.

그림 5. 복구 소프트웨어로 시스템을 양호한 상태로
복구할 수 있으며 비가동을 줄일 수 있습니다.

 

하드 드라이브 관련 문제 진단

많은 테스트, 측정 및 컨트롤 시스템 관련 문제는 실제로 소프트웨어, 파일 손상, 파일 시스템 손상 또는 바이러스임에도 불구, 하드 드라이브에 문제가 있는 것으로 잘못 진단되는 경우가 있습니다. 대부분의 하드 드라이브 벤더에서는 실제로 하드 드라이브에서 오류가 발생했는 지를 자가 진단하는 진단 툴을 제공하고 있습니다. 문제 해결을 위한 소모적인 시간을 줄여주는 이러한 툴은 수리를 위해 하드 드라이브, PC, 컨트롤러를 반환하기 이전에 사용되어야 합니다. 내쇼날인스트루먼트는 PXI 및 PXI Express 임베디드 컨트롤러와 함께 사용하기 위한 하드 드라이브 진단 툴을 제공하고 있습니다. 하드 드라이브 에러 여부를 파악하기 위해 하드 드라이브 진단 툴을 사용하게 되면 복구 소프트웨어를 활용하여 문제를 해결할 수 있습니다.

 

추가 및 교체용 하드 드라이브

테스트, 측정 또는 컨트롤 시스템을 위해 여분의 컴포넌트를 보유하면 하드웨어 에러 발생시에 비가동 시간을 대폭 줄일 수 있습니다. 대체적으로는 배포한 25개 시스템마다 하나의 여분을 두게 됩니다. 내쇼날인스트루먼트는 PXI 및 PXI Express 임베디드 컨트롤러용 여분/교체 하드 드라이브를 제공합니다. 본 키트에는 필드에서 하드 드라이브를 교체하는 방법이 자세히 설명된 문서도 포함되어 있습니다.

NI 여분/교체 하드 드라이브 목록

 

 

부록 A - 하드 드라이브 인터페이스 및 크기

하드 드라이브를 선택하려는 경우, 내부 하드 드라이브 인터페이스의 여러 다른 종류가 존재한다는 사실을 알 수 있을 것입니다. 예를 들어, Serial ATA (SATA), Parallel ATA (PATA), SCSI, Serial Attached SCSI (SAS) 등이 있습니다. SATA 및 PATA는 상용 PC에 광범위하게 채택되고 있기 때문에 가격과 성능이 적절하게 조합되어 있습니다. SATA는 이름에서도 알수 있듯이 시리얼 인터페이스이며, PATA의 병렬 인터페이스가 발전된 형태입니다. 300 MB/s(SATA/300 ) vs 133 MB/s(PATA/133 )에서 볼 수 있듯이 (이 수치는 인터페이스의 최고의 처리량을 나타내며 하드 드라이브의 최대 지속 처리량을 반영하지 않음) SATA는 더 높은 처리량을 제공하며 SATA 하드 드라이브는 데스크탑 및 노트북 PC를 위한 표준으로 자리잡았습니다.

그림 6. Serial ATA (SATA) 및 Parallel ATA (PATA)는
가장 보편적으로 사용되는 내부 하드 드라이브 인터페이스입니다.

다양한 인터페이스 이외에도 하드 드라이브는 여러가지 다양한 크기로 제공됩니다. 3.5” 및 2.5” 하드 드라이브는 가장 일반적으로 사용됩니다. 3.5” 하드 드라이브는 데스크탑 PC에 사용되며 2.5” 하드 드라이브는 노트북 PC 및 PXI와 같은 모듈형 플랫폼을 위한 임베디드 컨트롤러에 사용됩니다. 3.5” 및 2.5” 하드 드라이브 두 가지 모두 SATA 또는 PATA 인터페이스와 사용가능합니다.

그림 7. 3.5” 및 2.5” 은 가장 보편적으로
사용되는 하드 드라이브 크기입니다.