- Crucial BX500의 QLC NAND를 MPTools로 pSLC 모드로 재구성해, 용량을 500GB에서 약 120GB로 줄이는 대신 내구성과 일부 성능을 크게 높인 실험임
- 변환은 Silicon Motion SM2259XT2 컨트롤러와 Micron N48R NAND 조합에 맞춘 펌웨어·설정 작업이며, 실패하면 SSD 손상, 보증 무효, 데이터 삭제가 발생할 수 있음
- 기본 QLC 상태의 계산상 TBW는 120TB였지만, pSLC 모드에서는 60,000 P/E 사이클·120GB 용량·WAF 1.8 기준 4,000TB TBW까지 늘어나는 것으로 계산됨
- 짧은 순차 벤치마크에서는 차이가 작았지만, 랜덤 성능·지연시간·PCMark 10 생산성 테스트·장시간 쓰기에서는 pSLC 모드의 차이가 뚜렷함
- 기본 상태는 약 45GB SLC 캐시 이후 평균 50MB/s 수준으로 떨어졌고, pSLC 변환 후에는 120GB 전체와 반복 쓰기에서도 약 498~500MB/s를 유지함
실험 대상과 위험 요소
- 실험 대상은 여러 차례 테스트한 Crucial BX500 SSD임
- 절차 자체는 오버클러킹보다 안전하더라도 펌웨어 플래싱을 포함하므로 주의가 필요함
- 펌웨어를 플래싱하면 모든 데이터가 삭제되므로 백업이 필요함
- 변환을 수행하면 SSD 보증이 무효화됨
- 필요한 도구는 Jmicron JMS578 Bridge Chip 기반 SATA-USB 3.0 어댑터와, SSD PCB의 ROM/Safe Mode 단자를 쇼트하기 위한 클램프임
BX500 하드웨어 구성
- 컨트롤러는 Silicon Motion SM2259XT2이며, SM2259XT의 변형 모델임
- 단일 코어 컨트롤러
- 32비트 ARC 아키텍처
- 최대 550MHz 동작 가능
- 이 SSD에서는 437.5MHz로 동작함
- SM2259XT2는 최대 2개 채널과 채널당 최대 8개 Chip Enable을 지원하며, interleaving으로 최대 16개 die와 통신할 수 있음
- 비교 대상인 SM2259XT는 4채널과 4개 C.E. 구성으로 최대 16개 die를 지원함
- 이 SATA SSD는 DRAM-Less 구조이며 Host Memory Buffer도 지원하지 않음
NAND와 기본 동작 특성
- 500GB 모델에는 “NY240”으로 표기된 NAND 플래시 2개가 탑재됨
- 디코딩 결과 Micron MT29F2T08GELCEJ4-QU:C, N48R Media Grade NAND로 확인됨
- die당 1Tb, 즉 128GiB
- 176개 데이터 레이어와 총 195개 게이트
- 어레이 효율 90.2%
- NAND 플래시당 2개 die가 들어 있어 NAND당 256GB, 전체 약 500GB 구성이 됨
- NAND는 컨트롤러와 262.5MHz, 즉 525MT/s로 통신함
- N48R die는 800MHz, 즉 1600MT/s까지 동작 가능하지만 이 SSD에서는 훨씬 낮게 설정됨
- 낮은 속도 설정은 전력·발열 절감, 고속 동작 품질 기준 미달, 낮은 내구성 가능성, 저가 NAND 공급 가능성 등과 관련될 수 있음
MPTools 기반 변환 절차
- Silicon Motion 컨트롤러용 양산 도구인 MPTools를 사용함
- 사용한 도구는 “SMI SM2259XT2 MPTool FIMN48 V0304A FWV0303B0”이며, 컨트롤러와 NAND 플래시에 모두 맞아야 함
- 먼저 SSD에서 기존 파라미터를 읽어 보존해야 함
- Flash IO Driving과 하위 항목
- Flash Control Driving
- Flash DQS/Data Driving
- Control ODT
- Flash ODT
- Schmitt Window Trigger
- MPTools의 Scan으로 SSD를 찾고, “Ready (FW: M6CR061, MN48R)” 항목에서 공장 설정과 컨트롤러·NAND 속도를 확인함
- 공정한 비교를 위해 컨트롤러와 NAND 주파수는 기존 값으로 유지함
pSLC 모드 활성화 설정
- “Edit Config”에서 프로젝트 이름과 펌웨어 버전 태그를 설정함
- 예시 모델명은 “SSD SLC Test”
- 예시 펌웨어 버전은 “SSD-SLC”
- Flash Control Driving과 Flash DQS/Data Driving은 기존 값인 66(hex) 을 유지함
- CPU와 NAND 주파수도 기존 비교 조건에 맞추고, Output driving은 03H로 둠
- MPTools의
Setting.set파일을 수정해 pSLC 관련 옵션을 노출함[Function]의ENFWTAG=1을ENFWTAG=0으로 변경[Option]에EnSLCMode=1추가
- 이후 MPTools에 Force SLC Mode 옵션이 나타남
- 펌웨어 폴더 내 boot·초기화 파일을 특정 디렉터리로 복사해야 실제 변환이 가능함
- 이 파일 절차는 SM2259XT2 + N48R NAND 조합에 맞춘 것이며, 다른 NAND는 폴더 이름과 파일 구성이 달라짐
- 일부 NAND 모델은 100% 호환되지 않을 수 있고, 테스트된 NAND는 Intel과 Micron NAND임
내구성 계산
- 내구성 계산에는 Write Amplification Factor, NAND Program/Erase Cycle, SSD 용량이 필요함
- 더 정밀한 계산에는 JEDEC JESD218A 기준과 Wear-Leveling Efficiency 같은 추가 파라미터가 들어감
- 기본 QLC 상태의 SSD는 TBW 120TB, N48R Media Grade NAND의 P/E 사이클 약 900으로 계산됨
- 기본 상태의 WAF는 계산상 3.75였고, 실제 테스트에서는 약 3.8에 가까웠음
- pSLC 상태에서는 NAND die가 데이터시트 기준 최대 60,000 P/E cycles를 견딜 수 있음
- pSLC 변환 후 용량은 약 0.12TB, 즉 120GB로 줄어듦
- WAF 1.8 기준 계산 결과 TBW는 4,000TB임
- TBW는 500GB QLC 상태의 120TB에서 120GB pSLC 상태의 4,000TB로 증가해, 증가율이 3333% 이상임
성능 테스트 환경
- OS는 Windows 11 Pro 64-bit 23H2임
- CPU는 Intel Core i7-13700K이며, 모든 코어 5.7GHz로 설정됨
- RAM은 2×16GB DDR4-3200MHz CL16 Netac 구성임
- 메인보드는 MSI Z790-P PRO WIFI D4, BIOS 버전은 7E06v18임
- GPU는 RTX 4060 Galax 1-Click OC임
- OS 드라이브는 Solidigm P44 Pro 2TB, 테스트 대상 SSD는 BX500 “SLC-Test”로 사용됨
- Windows 인덱싱, 업데이트, 백그라운드 앱, 안티바이러스는 테스트 변동을 줄이기 위해 비활성화됨
- 테스트 SSD는 보조 드라이브로 사용됐고, 0% 사용 상태와 50% 사용 상태 테스트가 포함됨
- 전력 테스트는 Quarch PPM QTL1999로 idle, 1시간 쓰기 테스트, 평균 전력 소비를 측정함
CrystalDiskMark 결과
- 순차 테스트는 2×1GiB, 1MiB 블록, 8 queues, 1 thread 구성임
- 랜덤 테스트는 2×1GiB, 4KiB 블록, 1 queue, 1/2/4/8/16 threads 구성임
- 순차 테스트에서는 차이가 거의 없었음
- 기본 pSLC 캐시만으로도 SATA SSD의 최대 대역폭과 제조사 순차 속도에 도달했기 때문임
- 더 길고 무거운 벤치마크에서는 차이가 나타남
- 지연시간은 상당히 감소함
- 기본 상태에서는 idle 이후 NAND가 QLC native mode에서 읽기·쓰기를 시작하고, SLC로 재프로그램되기 전까지 지연이 있음
- pSLC 모드에서는 항상 pSLC 상태이므로 지연시간이 더 낮음
- 랜덤 속도는 순차 속도보다 차이가 더 컸음
- QD1에서는 읽기 속도가 16% 이상, 쓰기 속도가 30% 이상 증가함
ATTO, 3DMark, PCMark 10 결과
- ATTO Disk Benchmark는 512B부터 8MiB까지 블록 크기와 256MB 파일 크기, Queue Depth 1·4로 테스트됨
- ATTO에서는 pSLC 모드 SSD가 모든 블록 크기에서 기본 상태 SSD보다 앞섬
- QD1에서도 같은 패턴이 반복됐지만, 일부 블록 크기에서는 QD4보다 차이가 작았음
- 3DMark Storage Benchmark는 게임 로딩, OBS 1080p 60FPS 녹화·스트리밍, 게임 설치, 게임 폴더 파일 전송 등을 포함함
- 3DMark처럼 가벼운 실제 환경에서도 성능 차이와 지연시간 차이가 있었지만, 일상 사용에서 완전히 체감될 수준은 아닐 수 있음
- PCMark 10 Full System Drive Benchmark는 생산성 중심이며 쓰기 비중이 3DMark보다 큼
- PCMark 10에서는 실사용 차이가 뚜렷했고, 성능 차이는 거의 두 배에 가까웠음
Premiere Pro, 부팅, 게임 로딩
- Adobe Premiere Pro 2021 테스트는 약 16.5GB, 4K 해상도, 120Mbps 비트레이트, 효과가 많은 프로젝트를 편집 가능 상태까지 여는 시간을 측정함
- Premiere Pro 프로젝트 로딩은 주로 순차 읽기 시나리오라 차이가 거의 없었고, 실행 간 변동 수준에 가까웠음
- Final Fantasy XIV 벤치마크로 게임 로딩 시간을 비교함
- 게임 로딩은 DirectStorage와 다른 API 제한 때문에 큰 차이를 느끼기 어려움
- Windows 부팅도 새 시스템 기준이지만, SSD에 적용한 기능을 활용하지 못해 큰 차이가 나지 않음
SLC 캐시와 장시간 쓰기
- 현재 많은 SSD는 저장 공간 일부를 SLC Caching으로 사용함
- MLC, TLC, QLC NAND 일부를 셀당 1비트 저장 영역으로 쓰기·읽기 버퍼처럼 사용함
- 버퍼가 소진되면 컨트롤러가 native NAND 영역에 기록함
- IOmeter 테스트 결과 이 SSD의 기본 pSLC 캐시는 동적이며 약 45GB로 보임
- 기본 상태에서는 캐시가 끝날 때까지 평균 약 493MB/s를 유지함
- 45GB 기록 이후에는 folding 과정에 들어가며, QLC SSD의 약점이 드러남
- 캐시 이후 지속 쓰기 속도는 평균 약 50MB/s로 낮아짐
- pSLC 변환 후에는 120GB 전체 용량을 평균 498MB/s로 기록함
- 500GB까지 써서 용량을 4회 이상 반복 기록해도 거의 500MB/s를 유지함
- pSLC 캐시, folding, native 영역을 합산한 평균 쓰기 속도 차이는 거의 10배 수준임
파일 복사, 온도, 전력
- 파일 복사 테스트는 RAM Disk에서 SSD로 Windows 10 21H1 ISO 6.25GB와 CSGO 설치 폴더 25.2GB를 복사함
- 두 테스트 파일 모두 기본 SSD의 SLC 캐시 45GB보다 작아, 현실적인 복사 테스트에서는 차이가 없었음
- 더 큰 파일을 테스트하지 않은 이유는 RAM Disk에 사용할 수 있는 메모리가 32GB로 제한됐기 때문임
- 온도 테스트에서는 SSD가 크게 뜨거워지지 않았고, 센서는 NAND Flash 센서로 추정됨
- 전력 테스트에서는 pSLC 변환 후 효율이 크게 증가함
- 기본 QLC 상태는 45GB 캐시를 크게 초과하는 테스트에서 55MB/s 미만으로 오래 동작해 효율이 낮았음
- pSLC 모드는 자기 용량의 두 배를 쓰는 동안 대역폭이 떨어지지 않았고, 전력 소비도 더 낮았음
- pSLC 모드에서 전력 소비가 줄어든 이유는 SLC NAND가 2개의 논리 레벨만 사용해 필요한 threshold voltage가 낮기 때문임
- QLC NAND는 16개 논리 레벨을 사용하므로 더 높은 threshold voltage가 필요함
- idle 상태에서도 pSLC 모드의 소비 전력이 더 낮았음
결론
- 절차가 올바르게 수행되지 않으면 SSD가 손상될 수 있어 신중해야 함
- pSLC 변환의 성능 차이는 시나리오에 따라 달라짐
- 짧은 순차 벤치마크, 작은 파일 복사, 게임 로딩, Windows 부팅에서는 차이가 작음
- 랜덤 성능, 지연시간, 생산성 테스트, 장시간 쓰기에서는 차이가 큼
- 가장 큰 변화는 내구성이며, 계산상 TBW가 120TB에서 4,000TB로 증가함
- 대신 사용 가능한 용량은 500GB에서 약 120GB로 줄어듦