수명은 1만년, 전기도 필요 없다…'영화 1750편' 들어가는 유리조각

[출처]  https://cm.asiae.co.kr/article/2024011910503166777

유리로 만든 하드디스크
MS 최정예 연구팀 개발
빛으로 데이터 새겨 저장

지난해 10월, 미국 빅테크 기업 마이크로소프트(MS)는 매우 이색적인 논문 한 편을 게재했습니다. 바로 석영 유리(Quartz glass·불순물 없는 고순도의 유리) 안에 컴퓨터 데이터를 저장하는 기술을 담은 내용이었지요. 쉽게 말해 유리로 만든 하드 디스크인 셈입니다.

마이크로소프트 리서치가 개발한 '프로젝트 실리카' [이미지출처=MS]

이 연구 프로젝트는 일명 '프로젝트 실리카(Project silica)'라고 합니다. 사진 속 연구원이 든 직사각형 유리 구조물 안에는 7테라바이트(TB)의 데이터가 들어 있습니다. 4기가바이트(GB) 영화 1750편짜리 용량이지요. 이 프로젝트가 상용화하면, 데이터 저장(스토리지) 업계 전체가 뒤바뀔 수 있습니다.

MS는 오피스나 윈도 운영체제(OS), 애저(Azure) 클라우드 등으로 유명하지만 사실 선진 과학 기술에도 부지런히 투자하는 기업입니다. 십수년 전부터 'MS 리서치 그룹'이라는 미래 기술 연구 부서를 세워 매년 천문학적인 연구비를 지원하고 있습니다.

MS 리서치는 약 650명의 과학자와 엔지니어로 이뤄진 소수정예 연구 집단으로, 그중 210명이 영국 케임브리지대 인근의 연구 시설에서 근무합니다. 그들이 벌써 5년 가까이 연구해 온 프로젝트가 유리 기반 데이터 저장 체계인 프로젝트 실리카입니다.

쉽게 말해 빛으로 유리 조각 내부에 물리적으로 데이터를 새겨 기록하는 것. [이미지출처=MS 유튜브]

프로젝트 실리카의 작동 원리는 다소 복잡합니다. 오늘날 가장 흔히 쓰이는 데이터 저장 체계는 반도체 기반이지요. 하지만 실리카는 '빛'으로 데이터를 저장합니다.

우선 펨토초 레이저(아주 짧은 시간 동안 강력한 펄스를 발사하는 과학용 레이저 장비)를 실리카 안에 발사합니다. 레이저가 맞닿은 부분은 살짝 성질이 변하면서 일종의 입체적인 격자형 패턴이 그려지는데, 이 패턴을 복셀(Voxel)이라고 합니다. 실리카는 컴퓨터 데이터를 복셀로 바꿔 유리 안에 촘촘히 새겨 넣음으로써 데이터를 저장하는 겁니다. 한 실리카 유리 안에 들어갈 수 있는 용량은 7TB에 달합니다.

그럼 저장된 데이터를 다시 불러와야 할 땐 어떡할까요? 그때는 현미경을 씁니다. 초미세한 복셀 패턴을 컴퓨터와 연결된 현미경이 읽어 들여 데이터로 디코딩하는 겁니다. 이런 일련의 과정을 거쳐 마치 하드디스크(HDD)나 솔리드스테이트드라이브(SSD)와 유사한 기능을 하는 게 실리카입니다.

전기 안 먹고 수명은 1만년

그렇다면 MS가 굳이 이런 복잡한 데이터 저장 체계를 만든 이유는 무엇일까요. 그건 HDD의 태생적 한계 때문입니다. 요즘 일반 PC에는 SSD가 주로 들어가지만, 대용량의 데이터를 저장해야 하는 데이터센터에선 여전히 HDD를 주력으로 씁니다. 애저 비즈니스를 하는 MS, 아마존의 아마존웹서비스(AWS) 등이 주요 고객이지요.

솔리드스테이트드라이브(SSD)가 주력인 가정용 PC와는 달리 데이터센터에선 여전히 하드드라이브를 사용한다. [이미지출처=아마존 홈페이지 캡처]

문제는 HDD의 수명이 그리 길지 않다는 겁니다. 하드는 보통 사용한 지 3~5년쯤 지나면 불안정해지기 시작하며, 최악의 경우 망가져 안에 들어있던 데이터가 몽땅 소실되곤 합니다. 과거 HDD를 탑재한 컴퓨터를 사용하던 분들은 하드가 망가지는 바람에 포맷 프로그램을 돌리거나 새로 다시 사야 했던 경험이 한 번쯤 있을 겁니다.

하드의 수명 한계는 지금도 완전히 극복하지 못했습니다. 우리가 구글 드라이브 등 스토리지 솔루션을 사용할 땐 저장된 데이터가 '안전'하다고 여기기 마련이지만, 사실 데이터센터 운영진은 매일같이 시간과의 치열한 싸움을 벌이고 있습니다. HDD가 망가지기 전에 고객의 데이터를 백업하고 신형 제품에 다시 옮겨야 하지요. 이 때문에 데이터센터들은 HDD보다 훨씬 느린 구식이지만 대신 더 견고한 테이프 기반 저장 체계를 겸용합니다.

실리카로 이뤄진 데이터 스토리지 센터. 선반에 진열된 모든 유리 조각이 각각 8테라바이트(TB)의 용량을 저장했다. [이미지출처=MS]

반면 실리카 유리 한 개의 수명은 약 1만년으로 추산됩니다. 한 번 데이터를 저장해 두면 반영구적으로 사용할 수 있다는 뜻입니다. 게다가 다른 반도체 기반 컴퓨터 칩과 달리 실리카 프로젝트는 전력을 아예 소모하지 않습니다. MS가 최근 공개한 실리카 저장 체계의 모습을 보면, 필요한 유리 조각을 꺼내 디코딩용 현미경으로 옮기는 '피커(Picker)' 로봇을 제외한 어떤 부분도 전기를 사용하지 않습니다. 그만큼 데이터센터의 운영 부담을 덜 수 있고 환경에도 이롭다는 겁니다.

데이터센터 메모리 업계 지각변동 일으킬 잠재력

물론, 실리카 프로젝트는 아직 완전한 상용화 단계에 이르지 못했습니다. 빛으로 새긴 복셀 패턴을 컴퓨터 데이터로 읽어 들이는 과정이 너무 복잡해 시간이 오래 걸리는 게 문제였습니다. 다만 최근 MS 리서치 연구진은 인공지능(AI)을 활용해 실리카의 데이터 읽기 속도를 30mbp/s로 끌어 올리는 데 성공했다고 합니다. 아직 HDD 평균 속도에 도달하지는 못했지만, 적어도 돌파구가 생긴 겁니다.