[RAID에 관하여 - 2] RAID의 종류

RAID의 종류

(1) RAID0
1개의 데이터를 여러개의 하드에 분산해서 저장하는 방식이다.  물론 1개의 하드에 저장했을때보다 빠르게 읽어 들일수 있지만 하나의 디스크에서 장애가 생기면, 이 모든 데이터를 잃는 위험부담.

(2) RAID1
RAID0의 기법에 미러링(거울) 방식을 적용한 기법이다. 1개의 데이터를 여러개의 하드에 분산하여 저장하되, 한번 쓸 때 두개의 디스크에 같은내용을 기록 100GB 디스크 10개를 이용하여 500GB를 사용한다. 디스크에 장애가 생기면 미러링된 데이터를 읽어옴.

(3) RAID4
RAID1은 디스크의 용량을 절반밖에 활용할수 없어서 비싸다 그래서 고안된기술로 데이터를 분산 저장하고, 데이터들을 특정 연산후 결과값을 별도의 공간(페리티 디스크)에 저장한다. 그리하여 디스크에 장애가 생기면, 페리티디스크에 있는 데이터를 이용해 복구가 가능함. 하지만 두개이상의 디스크에 동시장애가 생기면, 복구 불가 동시에 많은양의 데이터가 연산될때, 병목현상이 생김.

(4) RAID5
병목현상을 해결하기 위해서 나온 것으로 현재까지 세계적으로 가장 많이 사용된다. 별도의 패리티 디스크를 가지고 있지 않고, 모든 패리티 데이터를 데이터 디스크에 분산 저장한다. 하지만, 디스크를 추가할때 모든 데이터에 대한 패리티 데이터를 다시 연산해야함으로 확장이 어렵다.

(5) RAID6
RAID5와 비슷하지만, 페리티 정보를 모든 디스크에 저장. 두개의 디스크에 장애가 발생하여도 복구가 가능하며, 읽기 성능이 우수하지만, 패리티를 여러번 갱신해야 하기 때문에 속도가 느림. 디스크를 재구성하는 동안 성능 저하가 될수 있음.

(6) RAID10
RAID0 과 RAID1을 합한것이다.


RAID-0 : 이 방식은 스트라이프를 가지고는 있지만 데이터를 중복해서 기록하지 않는다. 따라서, 가장 높은 성능을 기대할 수 있지만, 고장대비 능력이 전혀 없으므로 이 방식은 진정한 RAID라고 하기 어렵다.

RAID-1 : 이 형식은 흔히 디스크 미러링이라고도 하는데, 중복 저장된 데이터를 가진 적어도 두 개의 드라이브로 구성된다. 스트라이프는 없으며, 각 드라이브를 동시에 읽을 수 있으므로 읽기 성능은 향상된다. 쓰기 성능은 단일 디스크 드라이브의 경우와 정확히 같다. RAID-1은 다중 사용자 시스템에서 최고의 성능과 최고의 고장대비 능력을 발휘한다. 한 디스크에 장애가 발생해도 복제된 또 다른 디스크로부터 데이터이 사용이 가능하다. 데이터의 손실을 막기 위해 실제로 필요한 저장장치의 양보다 두 배에 달하는 용량을 요구한다.

RAID-2 : 이 형식은 디스크들간에 스트라이프를 사용하며, 몇몇 디스크들은 에러를 감지하고 수정하는데 사용되는 ECC 정보가 저장되어 있다. 이 방식은 RAID-3에 비해 장점이 없다.

RAID-3 : 이 형식은 스트라이프를 사용하며, 패리티 정보를 저장하기 위해 별도의 드라이브 한 개를 쓴다. 내장된 ECC 정보가 에러를 감지하는데 사용된다. 데이터 복구는 다른 드라이브에 기록된 정보의 XOR를 계산하여 수행된다. 입출력 작업이 동시에 모든 드라이브에 대해 이루어지므로, RAID-3은 입출력을 겹치게 할 수 없다. 이런 이유로 RAID-3는 대형 레코드가 많이 사용되는 업무에서 단일 사용자시스템에 적합하다.

RAID-4 : 이 형식은 대형 스트라이프를 사용하며, 이는 사용자가 어떤 단일 드라이브로부터라도 레코드를 읽을 수 있다는 것을 의미한다. 이것은 데이터를 읽을 때 중첩 입출력의 장점을 취할 수 있도록 한다. 모든 쓰기 작업은 패리티 드라이브를 갱신해야하므로, 입출력의 중첩은 불가능하다. RAID-4는 RAID-5에 비해 장점이 없다.

RAID-5 : 이 형식은 회전식 패리티 어레이를 포함한다. 그러므로 RAID-4에서의 쓰기 제한을 주소 지정한다. 그러므로 모든 읽기/쓰기 동작은 중첩될 수 있다. RAID-5는 패리티 정보를 저장하지만 데이터를 중복저장하지는 않는다. (그러나 패리티 정보는 데이터를 재구성하는데 사용될 수 있다). 패리티 정보를 여러 개의 디스크에 나누어 기록한다. 보통 3 ~ 5개의 디스크를 어레이로 요구한다. RAID-5는 성능이 그리 중요하지 않고 쓰기 작업이 많지 않은 다중 사용자시스템에 적합하다.

RAID-6 : 이 형식은 RAID-5와 비슷하지만, 다른 드라이브들 간에 분포되어 있는 2차 패리티 구성을 포함함으로써 매우 높은 고장대비 능력을 제공한다. 현재로서는 RAID-6의 상용 모델은 거의 없다.

RAID-7 : 이 형식은 컨트롤러로서 내장되어 있는 실시간 운영체계를 사용하며, 속도가 빠른 버스를 통한 캐시, 독자적인 컴퓨터의 여러 가지 특성들을 포함하고 있다. 현재 단 하나의 업체만이 이 시스템을 제공한다.

RAID-10 : 이 형식은 각 스트라이프는 RAID-1 드라이브 어레이인 스트라이프 어레이를 제공한다. 이 방식은 RAID-1보다 높은 성능을 제공하지만, 값이 더 비싸다.

RAID-53 : 이 형식은 각 스트라이프는 RAID-3 디스크 에레이인 스트라이프 어레이를 제공한다. 이 방식은 RAID-3보다 높은 성능을 제공하지만, 값이 더 비싸다.

[RAID 관하여 - 1] RAID의 목적?

RAID의 목적은 크게 세 가지로 볼 수 있다.
(1) 여러 개의 디스크 모듈을 하나의 대용량 디스크처럼 사용할 수 있도록 하는 것
(2) 여러 개의 디스크 모듈에 데이터를 나누어서 한꺼번에 쓰고 한꺼번에 읽는 식으로 입출력 속도를 높인다는 것
(3) 여러 개의 디스크를 모아서 하나의 디스크로 만들었고 그 중 하나 혹은 그 이상의 디스크에 장애가 나더라도 최소한 데이터가 사라지는 것은 방지하자는 것

RAID에는 몇 가지 종류가 있다. RAID 레벨이라고 하는 것이 그것인데, RAID-0, RAID-1 이런 식으로 뒤에 번호가 붙는다. RAID 레벨에는 0부터 7까지가 있고 이들을 조합한 것이 몇 가지가 있다.

RAID 시스템 가운데 어떤 것은 시스템을 끄지 않고서도 몇 가지 작업을 할 수 있는 주요 기능을 지니고 있다.
(1) 핫 애드(hot add) : 시스템을 켠 상태에서 어레이 내에 있는 디스크를 추가할 수 있다.
(2) 핫 스왑(hot swap) :  작동하지 않는 디스크를 다른 디스크로 교체할 수 있다.
(3) 핫 스페어(hot spare) :  배열 내에 한 개 이상의 디스크를 예비 디스크로 지정할 수 있는데, 이렇게 하면 손상된 디스크의 데이터가 예비 디스크에 자동으로 복사된다.
이 기능은 서버를 지속적으로 관리하기 어려운 곳에서 사용하기에 적합하다. 일부 RAID 장치는 동적인 확장(dynamic expansion)으로 알려져 있는 '핫 RAID 레벨 변환' 기능도 갖고 있다. 이것은 가령 RAID 레벨 1 시스템의 용량이 다 됐을 때 즉석에서 RAID 5 시스템으로 환경을 재설정해 부족한 디스크 공간을 메워주는 기능이다.
 
하드디스크는 질과 성능이 크게 향상되긴 했지만 아직도 컴퓨터 시스템 가운데 가장 취약한 부분으로 남아 있다. 때로는 회복이 불가능할 정도로 손상되기도 하는데 시스템이 다운되면 회사로서는 큰 낭패가 아닐 수 없다. 그리고 네트워크에서 병목현상이 가장 심하게 일어나는 부분도 바로 하드디스크다. RAID 시스템은 그런 하드디스크의 결함을 비교적 저렴한 비용으로 해결할 수 있는 솔루션이다.

LIGA(LIthographie Galvanoformung Abformung) Process

정밀 가공 분야에서 많은 장비의 발전 및 새로운 공정 기술 등이 개발되면서 초정밀 가공 기술에 대하여 많은 연구가 행해지고 있는데, 그 중X-선을 이용하여 나노/마이크로 크기의 구조물 및 정밀 소자 등을 가공하는 차세대 기술을 LIGA 기술이라 일컫습니다.

LIGA 공정기술을 이용하면 기존의 기계가공으로 제작이 불가능한 마이크로미터 크기 또는 그 이하의 구조물 및 금형 제작이 가능하며, 여러응용공정으로 복합형상의 대면적 마이크로 구조물의 제작도 가능합니다.
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방사광을 이용한 MicroMachining

지금 선진 각국에서는 Synchrotron Radiation(이하 방사광)을 이용한 첨단과학 기술의 개발연구가 괄목할만한 성과를 쌓아가고 있고, 다음 세기에는 새로운 기술혁신, 신 산업의 구축이 확실시되어가고 있다. 방사광을 이용한 응용연구로서는 이미 알려져 있는 X-ray lithography 기법을 이용한 반도체 개발에 응용을 시작으로 최근에 주목을 받고있는 연구분야로서 LIGA공정을 이용한 마이크로머시닝(micromachining)이다.

• LIGA공정이란?

독일 칼수루에(Kalsruhe) 원자핵연구소에서 우라늄 동위원소를 분리하기위해 Slot nozzle을 제작하는 과정에서 처음으로 개발 되었던 공정으로 방사광을 이용해 상대적으로 두꺼운 X-ray 감광재(感光材)에 필요한 패턴을 노광, 현상한 후 도금, 몰딩을 통해 3차원 구조체를 제작할 수 있다.


폭 수 ㎛ 에서 깊이 수 mm또는 cm까지의 High Aspect Ratio ( 높이와 폭의 비: > 100 )를 가지며 측면 거칠기가 sub-㎛ 의 초소형 정밀 미세 구조물 제작의 실현이 가능하다.

LIGA공정을 이용해 제작한 마이크로 노즐

LIGA(LIthographie, Galvanoformung, Abformung)공정은 X-ray 식각기술 (X-ray lithography), 정밀도금기술(Electroplating), 정밀 사출기술(Moulding)의 기본 공정으로 이루어지며 이중 가장 중요한 것은 식각에 사용하는 방사광 광원의 특성이다.  

• 방사광이 왜 유용한 기구 인가 ?

싱크론트론 방사광은 강도가 기존의 광원보다 적어도 수만배 이상의 강한 펄스광원이며, 평행성이 매우 좋아 퍼짐이 아주 작고, 연속 에너지 스펙트럼을 가지고 있고, 고진공에서 방생하는 아주 깨끗함 광원이라는 탁월한 특성을 가지고 있다. 따라서 기존의 광원에 비해 노광시간을 극단적으로 줄일 수 있고, 퍼짐이 매우 작아 높은 고폭비의 구조의 실현이 가능하다. 또한, 임의의 파장역을 선택함으로써 마스크 기판의 자유도를 증가시킬 수가 있어, 싱크로트론 방사광이야 말로 LIGA공정에 최적의 X-선 광원이라고 할 수 있다.

• 연구 및 응용분야

마이크로 머시닝 기술개발 연구는 방사광 관련 연구와 x-ray lithography 관련 연구를 기초로 하여 미소 기계, 미소 전자전기 제품을 개발하여 앞으로 전개될 21세기 마이크로 머신 시대에 맞추어 관련산업의 기술력을 확보하여 국가 경쟁력을 높이는데 초점을 두고 있다. 현재 마이크로 머시닝기술과 관련되어 주목을 하고 있는 응용분야로는 미래의 광통신분야에 사용잠재력이 큰 광부품의 응용을 비롯해 항공우주분야와 같이 중량대비 비용의 효과가 큰 분야, 인체내의 진단 및 치료를 위한 마이크로 켚슐 제조 등의 의용분야, 적진탐지용 미소 정찰기의 개발과 같은 군사분야 등 많은 분야에 응용 연구가 진행되고 있다.

• LIGA 기술전망

아직까지 LIGA 기술을 이용하여 요소부품을 제작하거나 판매한 적이 없어 그 시장을 조사할 수는 없으나 지금까지 조사된 미국 및 일본의 마이크로 머신 시장을 그 예로 들면 1988년부터 1994년까지 연간 시장 증가율이 평균 17%를 나타내고 있으며, 일본 시장의 경우 해마다 15%정도의 고성장을 보이고 있다. 최소한 같은 추세로 성장한다고 가정하면 2000년대에의 미국 및 일본 시장은 각각 36억 달러와 1600억엔 규모를 갖게 될 것으로 예상된다. 최근의 유럽 LIGA 협회의 조사에 의하면 수백억 파운드의 세계시장이 앞으로 20여년 내에 전개되리라는 보고도 있었다. 따라서 유럽, 미국 일본 시장 증가율을 고려하면 앞으로 수년내에 전체 세계시장의 1/3 정도를 마이크로 머신 분야가 차지 할 것으로 예상된다. 이와 같이 현재 가시적인 효과는 없으나 수년 내에 마이크로 머신 분야의 수요는 폭발적으로 증가가 있을 것으로 예상되어 진다.

• 연구 현황

세계적으로 LIGA공정을 주도하고 있는곳이 독일의 IMM(Institute of Microtechnology Mainz)과 미국의 Wisconsin 대학의 UW-MEMS이다. 이곳에서 방사광을 이용한 LIGA공정에 의한 마이크로머시닝 관련 첨단 과학기술의 기초 및 응용 개발기술이 수행되어 많은 연구결과가 보고되고있다.

우리나라는 리가 전용 빔라인이 1998년 말 준공이 되어 현재 운전 중에 있다. 이것은 국내 연구자들을 위해 개방되는 연구시설로서 완성되면 국내에서도 LIGA공정에 대한 연구 및 기술개발이 적극적으로 진행될 것으로 기대되며 마이크로 머신 분야에서도 선진국을 따라잡는데 매우 유리한 환경을 제공할 것이다.

[마이크로펌프] 멤브레인 (membrane)

Membrane(멤브레인, 분리막) 이란 액체나 기체상태의 용해 되지 않은 입자 분리라는 일반 여과(Filteration) 뿐만 아니라 액체에 용해된 용존 물질이나 혼합기체의 분리까지도 가능한 특수막.

멤브레인은 반투과의 성질을 이용하여 어떤 물질에서 성질이 다른 물질을 분리 혹은 전달하는 특수한 막으로 분리마 또는 멤브레인이라 칭함.

단순하게 어떤 크기이상을 분리 혹은 전달하는것이외에도 전하늬 반발력, 용해도, 확산률 등의 성질을 이용하여 분리 혹은 전달을 강화시키기도 함.

[정보] 교수 vs. 연구교수 vs. 포닥에 대한 정리

요즘 연구교수에 대한 논란과 질문이 하도 많은 것 같아 글을 좀 남깁니다.  본 글을 job을 구하는 미국 박사학생들을 대상으로 했던 세미나 내용을 요약한 겁니다. 오해의 소지를 줄이기 위해 먼저 다음을 전제하고 이야기 하고자 합니다.

전제1. 인문사회계열을 기준으로 합니다.
(이공계열은 조금 다른 체계를 가지고 있어 본 내용을 일반화하기 어렵습니다)

전제2. 교수 (Standing faculty)를 궁극의 목표로 하는 분들에게만 적용되는 이야기입니다.
(절대 기업이나 연구소로 가시는 것을 비하할 의도 없음을 밝힙니다.)

전제3. 미국을 기준으로 합니다.
(당연히 일본이나 유럽에는 적용되지 않을 겁니다.))

많은 오해들이 언어에서 비롯하는 것 같아 먼저 “교수”라는 용어에 대해 정의해 봅니다.

미국에서 박사를 마치고 "교수"가 되고자 한다고 했을 때 그 "교수"라는 단어가 지칭하는 것은 Standing faculty (정교수단)입니다. Standing faculty란 보통 한국의 "정년트랙 전임교수"라 같은 개념입니다.

미국의 경우 Standing faculty는 세 개의 직위로 구성됩니다.:
Assistant professor, Associate professor, Professor
이 세 개의 직함을 제외한 나머지 professor는 모두 non-standing faculty입니다. 그리고 non-standing faculty의 대표적인 line이 바로 research faculty입니다.

Standing faculty와 마찬가지로research faculty도 세 개의 직위로 구성됩니다.:
Research assistant professor, Research associate professor, Research professor

먼저 standing faculty와 research faculty의 공통점입니다.
둘 다 적절한 승진 및 정년심사를 통해서 정년(tenure)을 보장받습니다.
따라서 미국에서tenure-tract faculty라 함은 standing faculty와 research faculty를 모두 포함 합니다.

다음으로 standing faculty와 research faculty의 차이점은 크게 세 가지입니다.
(1) Research faculty는 교수회의 참석/의결권이 없습니다.
다시 말해서 과내 어떤 영향력 (예컨대 신규교수 채용 등)도 해사할 수 없습니다.

(2) Research faculty는 학생을 지도할 수 없습니다.
특히 박사 과정생을 받을 수 없고 당연히 논문 committee chair를 맡을 수 없습니다.

(3) 원칙적으로 research faculty는 강의를 할 수 없습니다.

이 부분 읽고 “research faculty도 강의 하던데요”라고 말씀하시는 분 있을 줄 압니다. 그러나 중요한 점은 정확히 말해서 research faculty라는 title로 강의 하는 것이 아니라 박사를 취득한 개인 자격으로 강의하는 것입니다. 이게 왜 중요하나면 같은 시간 강의를 하더라도 unit당 임금이 다르기 때문입니다. 즉 개인 자격으로 강의할 경우 교수(faculty) 임금율이 아닌 강사(instructor) 임금율이 적용됩니다.

그렇다면 박사를 마친 후 어떤 진로를 선택할 것인가? 당연히 가장 좋은 경우는 박사 후 바로 assistant professor가 되는 것입니다. 이건 말이 필요 없이 모든 이들의 로망이지만 현실이 녹록치 못 한 경우가 많지요. Assistant professor가 되는데 현실적인 제약이 있을 때 (예컨대 논문이 부족하다거나, 강의경력이 전무하다거나 등등) 차선의 선택이 될 수 있는 것이 바로 research assistant professor입니다. 물론 포닥도 하나의 선택이 될 수 있습니다.

하지만 포닥에 비해 research assistant professor가 좋은 점은?
(1) 보편적으로 포닥보다 salary가 높습니다.
(2) 연구자율성이 좀 더 큽니다.
(3) 개인 연구실이 주어집니다. (물론 요즘 좋은 학교들은 포닥에게고 개인 연구실 줍니다만)
따라서 포닥보다는 research assistant professor 좀 더 나은 선택입니다.

마지막으로 research assistant professor에서 assistant professor로 jump-up하기입니다.

사실 research assistant professor와 assistant professor는 뽑는 절차와 기준 차제가 틀립니다. 따라서 assistant professor에 지원할 때 research assistant professor였다는 사실 자체는 큰 의미가 없습니다. (이 부분을 가지고 research assistant professor와 포닥은 거의 차이가 없다고들 하는데 뭐 일부 맞는 이야기입니다) 어떤 교수도 포닥이였냐 research assistant professor냐 따지지 않습니다.

Assistant professor를 뽑을 때 결정적인 항목은 당연히 논문과 강의경력 그리고 외부펀딩을 가져 올 수 있는 잠재력입니다. 그러므로 research assistant professor에서 있으며 열심히 위의 세 가지에서 경쟁력을 갖는다면 좋은 결과가 있을 것입니다.

뉴턴의 운동법칙 요약

물체에 작용하는 힘과 그 물체의 움직임 사이의 관계.

제 1 법칙 : 관성의 법칙
물체의 질량 중심은 외력이 작용하지 않는 한 정지하거나, 진행 방향을 따라 일정한 속도로 계속 움직이려는 성질이 있다.

(1) 버스가 급출발이나 정지시 사람이 앞으로 또는 뒤로 넘어지는 현상
(2) 식탁위 그릇은 그대로인채 식탁보만 수평으로 빼내는 기술
(3) 이불을 털때 먼지가 떨어지는 현상

제 2 법칙 :  가속도의 법칙
물체에 힘을 가하면 힘의 방향으로 가속도가 생긴다.

(1) 더 큰 힘으로 던진 물체의 속도가 더 빨리 증가하는 현상
(2) 같은 힘으로 부딕친 두 물체 중 가벼운 물체가 뒤로 밀리는 현상
(2) 더 놓은 곳에서 떨어진 물체가 바닥에서 더 산산조각 나는 현상

제 3 법칙 : 작용반작용의 법칙
물체 A에 의한, 물체 B에 대한 힘이 존재할 때, 물체 B에 의한, 물체 A의 역힘이 존재한다
(제 3법칙은 정지한 물체를 다루는 정력학(靜力學)에서 중요하다. 이는 복잡한 구조물이나 기계를 간단한 부분으로 쪼개어 모르는 힘의 수를 최소로 만들어 개별적으로 분석할 수 있기 때문이다. 각 부분을 연결할 때 한 부분에 주어진 힘은 다른 부분에 주어진 힘과 그 크기가 같고 방향은 반대이다.)

미분방정식의 고찰(1)

미분방정식의 개요

물리계의 운동을 지배하는 대다수의 법칙은 보통 미분방정식으로 기술된다.

시간에 따라 변하는 자연 현상은 도함수(derivative)를 포함하는 방정식, 즉 미분방정식(무식하게는 방정식에 미분이 껴 있는 것 ^0^; 좀 더 유식하게는 미지의 함수와 그 도함수간의 관계를 나타내는 방정식)으로 표현 할 수 있다.


미분방정식은 뉴톤이 미적분학을 창시하면서 외부의 힘과 그 힘을 받는 물체의 운동간의 관계를 설정한 제2법칙을 만들면서 시작되었다.(뉴턴의 운동법칙) 물리학, 공학, 전자기학에 광범위하게 미분방정식이 쓰인다.

미분방정식론은 미분방정식들을 일정한 유형으로 분류하는 것이 특히 중요하고, 그 형에 따른 해법들을 배운다. 그 중에서 2계 선형 상수계수 미방은 역학계와 전기회로에서 상용적으로 쓰이므로 그 해의 존재성과 유일성이 중요하다.

선형대수의 관점에서 접근하는 방법과 해석적 관점에서의 접근, 변환(라플라스 변환)의 관점에서 접근하는 방법, 행렬대수적 접근방법등 그 풀이방법도 다양하다.