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플래시 메모리

last modified: 2015-03-26 09:29:08 Contributors

Contents

1. 개요
2. 특징
3. 종류
4. 사용처
5. 관련 항목

1. 개요

flash memory.

플래시 메모리는 비휘발성 반도체 저장장치다. 전기적으로 자유롭게 재기록이 가능하다. ROM의 일종인 EEPROM으로부터 발전하여 현재의 모습으로 정착했다. 예전에는 PROM[1]이니, EPROM[2]이니 하는 것들이 있었고, 이들이 각종 펌웨어를 저장하고 있었지만, 요즘은 죄다 플래시 메모리로 대체되었다.

2. 특징

플래시 메모리는 비휘발성, 즉 전원을 꺼도 데이터가 남기 때문에, 데이터 저장이 필요한 온갖 전자제품에 다 들어간다. 작고 가벼우면서도, 자기 매체나 광학 매체에 비해 기계적인 충격에도 강하고, 직사광선, 고온, 습기에도 강하다.

같은 반도체지만, 휘발성인 램과 속도 면에서 비교했을 때, 쓰기 속도가 매우 느린 편. 게다가 한 셀에 여러 단계의 값을 지정하는 MLC 타입은 한 셀에 한 단계의 값만 저장하는 SLC에 비해 더 더욱 쓰기가 느리다. 읽기 속도 역시 DRAM 과 비교할수 없이 느리고, SRAM 과는 넘사벽. 하드디스크 같은 기계적 매체보다도 속도가 많이 뒤쳐지고, DVD-RW 같은 광학매체보다도 많이 빠른 것은 아니다.

그렇다면 SSD는 하드디스크에 비해 왜 그렇게 빠르냐는 의문이 생길 수 있는데, 방법은 간단하다. 내용을 여러 플래시 메모리에 나눠서 읽고 쓰는 것. 메모리 속도에 곱하기가 되기 때문에 전체적으로는 매우 빠르게 이용할 수 있다. RAID 0와도 비슷하다. 게다가 플래시 메모리는 시크 타임이 매우 짧다.

참고로 디지털 캠코더는 아주 예전에는 테이프가 쓰였다가 DVD-RW 로 바뀌더니, 하드디스크 장착이 유행했다. 이젠 플래시 메모리로 대체 중.

플래시 메모리는 이렇듯 장점이 많고, 기술 발전도 빠른 매체지만, 역시 단점도 있다.

  • 기록 횟수에 제한이 있다.
    매체의 소재 자체의 한계로 인해 기록 가능 횟수에 한계가 있다. 이 횟수를 넘어가면 내용의 삭제 및 기록이 되지 않는다. 이 상태에 와도 읽기가 바로 안 되지는 않지만 일반적으로 읽기와 쓰기 모두를 해야 하기 때문에 더 이상 이용이 어려워진다.

    일반적인 이용 환경에서는 모든 데이터 영역에 균일하게 쓰기보다는 특정 데이터 영역을 더 많이 이용하는 경우가 많으므로 수명 연장을 위해 특정 셀만 재기록 되지 않도록 특수한 알고리즘을 적용시켜야 한다. 데이터가 있는 셀을 이리 저리 옮긴다든가 해서 특정 셀만 집중적으로 재기록 당하지 않고, 모든 셀이 평균적으로 비슷한 횟수로 재기록되도록 컨트롤러를 제조해야 오래도록 쓸 수 있다. 이를 웨어 레벨링(wear leveling)이라 한다.

  • 블럭 단위로만 재기록 할 수 있다.
    필요한 데이터가 위치한 셀만 지우고 새로운 값을 쓰면 좋겠지만 인접 위치에 있는 것까지 다 지우고 새로 써야 한다. NOR의 경우 NAND에 비해서 약간 나은데, 지우기(1을 쓰기)는 블럭 단위로 해야 하지만, 기록하기(0을 쓰기)는 셀 단위로 가능하다. 다만, 양쪽 다 읽는 것은 한 바이트 단위로 할 수 있다.

3. 종류

플래시 메모리는 크게 나누어 NAND 타입과 NOR 타입 두종류가 있다.

구분 NAND 타입 NOR 타입
용도 USB 메모리, SSD 등 저장 매체 RAM 처럼 실행 가능한 코드의 격납용
읽기 랜덤액세스이나 한 블럭이 모두 동작함. 비교적 느림 셀단위 랜덤 액세스. 빠름
쓰기 한 번에 한 블럭을 통째로 기록하여 빠름 한 셀씩 기록하여 느림
밀도 고밀도 저밀도
가격(용량대비) 저가 고가

외계인 고문으로 유명한 인텔이 NOR플래시 메모리의 최강자이며, NAND타입은 D램과 마찬가지로삼성 하이닉스..도시바등등에서 생산하고 있다.

한 셀에 몇 단계의 데이터를 담는가에 따라 SLC와 MLC로 나누기도 한다. 그리고 MLC의 하위분류(?)로 TLC와 QLC가 있다.

구분 SLC(Single Level Cell) MLC(Multi Level Cell) TLC(Triple Level Cell) QLC(Quad Level Cell)
용도 저장속도와 내구성위주 적절한 용량과 속도, 내구성 위주 대용량 위주 일회용 보급 및 판촉용
읽기 NOR에 비해 느림 SLC보다 느림 MLC보다 느림 TLC보다 느림
쓰기 단일비트 저장으로 빠름 2비트 동시기입으로 느림 3비트 동시기입으로 매우 느림 4비트 동시기입으로 미친듯이 느림
수명 약 최대 10만회 약 최대 1만회 약 최대 1천회 약 최대 100회
가격(용량대비) 고가 보통 저가[3] 최저가

SLC는 셀당 1비트를 담는 것이고, MLC는 한 셀에 2비트를 담는 것이다. 당연히 용량대비 가격은 MLC가 싸지만, 쓰기 속도가 매우 느리다. 다행이라면 읽는 속도는 별 차이 없다는 것이다. 싼 가격 때문에 대부분의 소비자용 제품이 MLC다. SLC 제품은 보통 전문가용이라고 광고를 하고 있는데 가격이 바로 몇 배로 올라간다. MLC의 또 하나의 단점은 기록 허용 횟수가 SLC에 비해 작다는 것이다.


TLC라고 새로운 마케팅 용어가 등장하면서 MLC의 뜻이 바뀌고 있다. 원래 의미는 2비트 이상만 담으면 MLC인데, 3비트 짜리는 TLC라고 부르기 시작하면서 MLC는 2비트 전용으로 잘못 굳어지는 추세. 엄밀히 말하면 그냥 2비트에 한정된 의미로는 DLC(Dual Level Cell)이게 아니다.라고 불러야 한다. 하지만 대부분의 제조사가 2비트 기록을 MLC로 부르기 때문에 그냥 MLC라고 부르자. DLC라고 하면 못 알아듣는 경우도 있다(...)

수명이 많이 차이가 나는데, SLC는 50,000~100,000회의 쓰기가 가능하고, MLC는 3,000~10,000회, TLC는 500~1,000회의 쓰기가 가능하다. 이 수명은 공정에 따라서도 차이가 나는데, 제작 공정이 작을수록 수명은 줄어든다. MLC의 경우 50나노 공정일 경우는 쓰기 10000회, 32나노 공정일 경우 쓰기 5000회, 25나노 공정일 경우 쓰기 3000회로 줄어든다.

2012년부터는 QLC (quad level cell) 라는 괴악한 물건도 등장한 듯하다. 말로만 듣던 QLC
SLC, MLC, TLC로 이어지는 쓰기 횟수의 감소를 감안하면 QLC의 괴악함을 상상할수 있다.말 그대로 빛(qlc)의 속도

사실 단위 cell 당 bit 수를 늘릴수록 대용량을 쉽게 구현할 수 있어 가격경쟁력이 올라가지만, 문제는 용량만 증가하고 퍼포먼스가 크게 저하된다는 사실이다. 오류가 많아지고 데이터 신뢰도와 재기록 횟수가 눈에 띄게 떨어지는 것이다. USB 메모리의 주력인 TLC 마저도 재기록 횟수가 고작 수백회 정도에 불과한데 QLC의 수명은 과연 어떨지(...). 사실상 QLC까지 가면 몇번 사용한 후엔 쓰기가 더 이상 안되므로 내다 버리는 소모품이 돼버린다. QLC가 50~100회의 쓰기가 가능한 수명이면 PLC가 나오면 5~10회의 쓰기가 가능하겠군. HLC(Hextuple Level Cell)은 그럼 0~1회? 복불복? 딱 1회 기록을 보장하는 품질을 달성할 수만 있다면 CD-R대용으로 쓰기엔 좋겠군. USB-R

그리고 QLC같은 물건이 등장하면서 SLC같이 신뢰성이 높고 수명이 긴 물건은 아예 생산되지 않거나 특수목적용으로 눈알이 튀어나올 가격에만 판매되는 부작용이 생겼다. 사실 2013년의 기준에서 본다면 시중에서 SLC 방식의 플래시 메모리를 구입하기는 매우 어렵고, 고급형이라고 선전하는 값비싼 플래시 메모리는 MLC 방식이며, 보급형 플래시 메모리는 TLC 방식을 사용하고, 판촉용이나 저가형은 QLC 방식이 장악한 상태다. 덕분에 장기간의 데이터 저장용으로 플래시 메모리를 사용하는 것은 부적당해졌고, 다수의 플래시 메모리를 구입한 후, 백업 형식으로 2개 이상의 동일한 복제본을 미리 만들어놓은 다음, 사용하던 플래시 메모리가 수명을 다하면 교체하는 방식으로 사용하는 등의 귀찮은 과정이 필요하다.

특히 2014년 현재 시점에선 MLC 낸드를 사용하는 USB 메모리는 점점 천연기념물화 되어가고 있는데(...) 이마저도 트랜센드 JetFlash 고급형 시리즈를 제외하고는 MLC, TLC 여부조차도 표기하지 않고 있어 복불복 게임 안정성 문제로 SLC, MLC를 찾는 애호가들(?)의 속을 태우고 있다(...). 일반인들은 용량 많고 값도 싸다는 이유로 TLC 방식의 USB 메모리를 많이 찾고 있지만, MLC 메모리를 찾는 매니아들은 속도나 쓰기 횟수 문제는 둘째치더라도 TLC 메모리가 안정성에서 문제가 있다고 생각하는 부류이기 때문에 TLC 메모리가 넘쳐나는 지금의 현 상황에 대해 시선이 결코 곱지 못할 것이다. 하지만 2014년 요즘 USB 메모리에 쓰인 MLC 낸드의 품질이 영 아니라서 차라리 좋은 품질의 TLC 낸드를 사용한 USB 메모리를 쓰는 게 더 나을 수도 있다는 의견도 있긴 하다(...).

4. 사용처

기계 내부에 장착된 형태가 아닌 사용자에게 직접 팔리는 형태는 대부분 USB 메모리 아니면 메모리 카드다. USB 메모리는 USB 단자에 삽입해서 외장 디스크처럼 데이터를 저장하는 것이고, 메모리 카드는 전자기기에 삽입하는 형태로 만들어진 저장 매체. 컴팩트 플래시(CF), 표준/미니/마이크로 SD카드, 멸종한 MMC, 역시 멸종한 SMC 등 종류가 많다. 인지도 부족이지만 꾸준히 쓰이고 있는 소니메모리스틱후지필름/올림푸스xD 픽처카드도 있다. 그 외에 요즘은 플래시 메모리로 만든 '디스크' 인 SSD 도 점차 활성화 되고 있다.

SSD 나 USB 메모리의 득세로 인해 플래시 메모리 특성에 최적화된 파일 시스템도 활성화되고 있다.

5. 관련 항목

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  • [1] Programmable ROM. 한 번만 기록 가능한 롬으로, 내용을 기록할 때 하드웨어적으로 내부의 배선을 끊기 때문에 재기록이 불가능하다.
  • [2] Erasable PROM. 삭제가 가능하다. 삭제 방식에 따라 자외선을 쬐어야 하는 UV-EPROM과 전기적으로 가능한 EEPROM 등으로 나뉜다. 후자는 전술했듯 플래시 메모리로 발전했다는 것이고, 전자는 매우 번거롭기 때문에 현재는 거의 안 쓰인다.
  • [3] 그런데 삼성 840는 TLC에서 MLC로 전환되었음에도 가격이 전작과 똑같았다. 이 어이없는 상황을 두고 포풍까임상당히 말이 많았는데 pro라인업은 MLC로 나오고 가격대가 안정화 되었다.