플래시 메모리(Flash Memory), 비휘발성 반도체 저장장치

1. 플래시 메모리(Flash Memory)란?

 플래시 메모리는 비휘발성 반도체 저장장치이다. 전기적으로 자유롭게 재기록이 가능하다. ROM의 일종인 EEPROM으로부터 발전하여 현재의 모습으로 정착했다. 예전에는 한 번만 기록이 가능했던 PROM(Programmable ROM)과 삭제가 가능했던 EPROM(Erasable PROM) 2가지의 메모리 방식들이 있다.

 

 PROM은 내용을 기록할 때, 하드웨어적으로 내부의 배선을 끊기 때문에 재기록이 불가능하다. EPROM은 삭제 방식에 따라 자외선을 쬐어야 하는 UV-EPROM과 전기적으로 가능한 EEPROM 등으로 나뉜다. EEPROM은 플래시 메모리로 발전했고, UV-EPROM은 매우 번거롭기 때문에 현재에는 거의 쓰이지 않는다. 과거에는 PROM과 EPROM이 각종 펌웨어를 저장하고 있었지만, 요즘은 거의 플래시 메모리로 대체되고 있으므로 펌웨어 업데이트가 과거에 비해 매우 자유롭다.

 

2. 플래시 메모리 저장방식

 플래시 메모리는 셀이라는 공간에 데이터를 저장한다. 먼저 SLC(Single Level Cell)는 하나의 셀에 1bit의 데이터인 0과 1, 2개만 쓸 수 있다. MLC(Multi Level Cell)은 하나의 셀에 3bit의 데이터인, 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111 총 8개를 쓸 수 있다.

 

 메모리 반도체는 이 셀에 전하를 채우고 비우고 하는 과정을 통해 데이터를 쓰고 지우기를 반복하게 된다. SLC 메모리의 경우 셀을 가득 쓰면 1, 전부 지우면 0이다. MLC 메모리는 가득 채우면 3, 하나를 지우면 2, 또 하나를 지우면 1, 모두 지우면 0이다. TLC 메모리는 가득 채우면 7, 하나씩 지워가면 6, 5, 4, 3, 2, 1, 그리고 모두 지우면 0이 된다.

 

 

 셀에 데이터를 쓰고 지우기를 반복하는 것이 바로 우리가 사진이나 문서 파일 등의 데이터를 저장하는 방법이다. 셀을 빈 방이라고 생각하면 이해가 쉽다. 빈 방의 크기에 따라 용량이 결정되고 빈방을 채우는 방식에 따라 각 방식의 차이가 나뉜다고 생각하면 된다.

 

 먼저, SLC는 방을 혼자 쓴다고 생각하면 된다. 혼자 사용하기 때문에 자유롭고 빠르게 출입이 가능하다. MLC는 빈 방을 2명이 같이 써서 비용을 2명이 나누어 내니 지출은 절반으로 줄지만, 혼자 방을 쓰는 SLC 보다 복잡하다고 생각하면 된다. TLC는 3명이 한 방을 쓰는 것이다. 당연히 MLC 보다 비용은 줄지만, 출입이 더욱 복잡하다. 따라서 TLC는 생산 단가가 저렴하고 고용량 생산이 쉽기 때문에 널리 사용된다. 하지만 자주 쓰고 지우다 보면 오류가 발생할 확률이 높으며, 공간을 여러 개로 분할하여 쓰고 지우는 방식이 더욱 복잡하다.

 

3. 각 메모리의 장단점

 SLC 메모리는 MLC 메모리와 TLC 메모리보다 빠른 속도(0 ~ 100K Endurance Cycle)로 데이터를 쓰고 지울 수 있다. MLC 메모리나 TLC 메모리는 셀 하나에 많은 데이터를 저장할 수 있는 반면, SLC 메모리는 오직 1bit만을 저장할 수 있어 오류가 발생할 확률이 적다. 하지만 용량 대비 가격이 매우 비싸다는 단점을 가지고 있다. 즉, 빠르지만 상대적으로 같은 용량의 MLC 메모리나 TLC 메모리에 비해 고가이기에 선뜻 구매하기 쉽지 않다.

 

 MLC 메모리는 SLC 메모리에 비해 느린 속도(5 ~ 10K Endurance Cycle)로 데이터를 쓰고 지우게 되어 SLC 메모리와 같은 셀이라면 2배의 용량을 저장할 수 있다는 장점이 있다. 빠르고 안정적이어야 하는 작업에는 SLC 메모리를 사용하지만, 시중의 SSD나 USB 메모리, 그리고 SD 카드에서는 가격대비 용량과 적당한 성능이 장점인 MLC 메모리가 주로 쓰인다.

 

 

 TLC 메모리는 SLC, MLC 메모리에 비해 느린 속도(1 ~ 3K Endurance Cycle)로 데이터를 쓰고 지우기 때문에 느리다는 단점을 가지지만, 하나의 셀에 3bit를 저장할 수 있어 고용량 설계가 쉽다는 장점이 있다. 고용량 설계가 쉬워 제조사들이 많이 선호하며, 단가가 저렴하기 때문에 고용량의 메모리를 합리적인 가격으로 구입할 수 있다는 것이 또 다른 장점이다. 그러나 많은 데이터를 하나의 셀에 쓰고 지우기 때문에 오류가 발생할 확률이 높고 메모리 수명이 짧다.