유리 속에 138억 년 간 데이터 저장? 영국 스타트업이 개발한 5D 글라스 저장 장치

전 세계적으로 인공지능(AI) 데이터 센터 건설 붐이 일어나면서 SSD 같은 고속 낸드 플래시는 물론이고 하드디스크 같은 오래된 구형 스토리지까지 수요가 급증하고 있습니다. 더 똑똑한 AI를 위해서는 더 많은 데이터가 필요하고, 더 많은 데이터를 저장하고 백업하기 위해서는 더 많은 양의 하드디스크나 자기 테이프가 필요합니다.

문제는 기존 하드디스크나 자기 테이프의 내구성입니다. 자기 기록 장치는 태생적으로 데이터를 수십, 수백 년간 온전히 보존하기 어렵습니다. 기록 밀도를 높이기 위해 자성 입자를 더 촘촘히 배치할수록, 역설적으로 데이터의 수명은 줄어드는 ‘기술의 딜레마’에 빠지게 됩니다. 물론 주기적으로 데이터를 다시 백업하면 되지만, 막대한 양의 데이터를 수십 년, 수백 년 동안 장기 보존할 경우 비용이 많이 들고 데이터 소실의 위험도 존재합니다.

따라서 데이터 저장 기술을 연구하는 과학자들은 이전부터 유리를 이용한 데이터 저장 방법을 연구해왔습니다. 유리의 실리카 결정 안에 레이저로 기록을 남기면 매우 오랜 세월 변화 없이 결정 구조가 보존되기 때문에 영겁의 세월 동안 데이터를 저장할 수 있습니다. 여기에 유리 자체가 매우 저렴하고 온도나 습도 등 보존 조건이 까다롭지 않다는 것 역시 큰 장점입니다. 마지막으로 최신 펨토초 레이저 기술을 사용하면 유리 내부에 3차원적으로 작은 데이터 기록을 남길 수 있어 대용량의 데이터를 작은 유리판에 저장할 수 있습니다.

마이크로소프트는 오래전부터 글라스 데이터 저장 기술에 투자해 왔습니다. 마이크로소프트의 ‘프로젝트 실리카’(Project Silica)는 손바닥 위에 올려놓을 수 있는 작은 유리판에 7TB(테라바이트) 데이터를 영구 보관하는 기술입니다. 이 기술은 2㎜ 두께의 유리 속에 100펨토초(1초의 1,000조분의1) 간격으로 레이저를 발사해 3차원적인 작은 구조인 복셀(Voxel)을 만드는 원리로 데이터를 저장합니다. 1마이크로미터 이하의 작은 복셀을 여러 층으로 쌓는 방식으로 얇은 유리에도 7TB 데이터를 보존할 수 있으며 데이터 보존 기간은 1만 년에 달합니다.

물론 글라스 스토리지 기술을 개발하는 것은 마이크로소프트만이 아닙니다. 영국 사우스햄프턴 대학의 스핀아웃인 스포토닉스(SPhotonix)는 이보다 더 진보한 5D 글라스 스토리지 기술을 개발했습니다. 다만, 이들은 MS가 자체적인 스토리지 시스템을 구축하는 것과 달리, 기존 데이터 센터 아키텍처에 자신들의 미디어 및 광학 기술을 라이선스하는 전략으로 차별화를 꾀하고 있습니다.

기술적으로 펨토초 레이저로 유리 내부에 미세한 구조인 메모리 크리스털(memory crystal)을 만들어 데이터를 영구 보존하는 원리는 프로젝트 실리카와 동일하지만, 세 개의 공간 차원(x, y, z)과 함께 나노 구조의 방향(Orientation) 및 세기(Intensity)라는 두 개의 광학 차원까지 기록합니다. 이처럼 총 5개의 데이터를 한 번에 기록할 수 있어 5D 글라스 스토리지 기술로 명명됐습니다.

연구팀에 따르면 5D 글라스 프로토타입은 5인치 지름의 유리판 한 개에 360TB의 데이터를 저장할 수 있습니다. 하지만 더 놀라운 것은 데이터 보존 기간으로 연구팀의 주장에 따르면 우주의 나이와 같은 138억 년입니다. 물론 이는 유리 안에 있는 메모리 크리스털의 보존 기간을 의미하는 것으로 보이며 물리적으로 유리가 깨지거나 손상되면 그전에도 데이터가 손실될 수 있습니다. 따라서 자기 기록 방식이나 낸드 플래시 같은 반도체 기술로는 흉내 내기 힘든 장기 데이터 보존 능력을 강조하기 위한 멘트로 풀이됩니다.

사우스햄프턴 대학의 연구팀은 5D 글라스 기술을 상용화하기 위해 스포토닉스라는 스타트업을 설립하고 프로토타입 글라스 미디어와 데이터를 쓰는 라이터(Writer), 데이터 기록을 읽는 리더(Reader) 장치를 개발했습니다. 다만 현재 프로토타입의 속도는 느린 편이라서 초당 쓰기 속도 4MB, 읽기 속도 30MB에 불과합니다. 연구팀은 3~4년 이내로 읽기 속도를 초당 500MB로 끌어올린다는 목표를 갖고 있습니다.

속도와 함께 상용화를 가로막는 가장 큰 요소는 바로 가격입니다. 미디어인 유리의 가격은 저렴하겠지만, 매우 작은 결정을 유리에 새기는 라이터와 이 기록을 읽어 들이는 리더의 가격은 저렴하지 않을 것입니다. 스포토닉스에 의하면 현재 가격은 라이터가 3만 달러, 리더가 6천 달러 수준입니다. 아무리 데이터 센터용이라고는 해도 여러 대가 필요한 만큼 가격을 적정한 수준으로 낮출 필요가 있을 것입니다.

스포토닉스는 향후 2년 내 데이터 센터 파일럿 테스트 진입을 목표로 상용화를 추진 중입니다. 5D 글라스 스토리지가 기존의 자기 테이프나 하드디스크로 달성하기 어려운 장기 ‘콜드 데이터’(Cold Data) 시장의 새로운 대안으로 자리 잡을 수 있을지, 앞으로의 행보가 주목됩니다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com