MLC, 플래시 메모리 셀 레벨(Multi)

1. MLC란

 플래시 메모리의 하나의 셀에 2비트 이상의 데이터를 저장하는 방식이다. 다만, 사실상 한 셀에 2비트의 데이터를 기록하는 방식이라고 통용되고 있다.

 

 SLC의 'Single'에 대응하여 사용된 MLC의 'Multi'란 단어에 대해 엄밀히 말하자면, 사실 3비트나 4비트 모두 MLC라고 부를 수 있다. 다만 MLC가 막 태동했을 시점에 MLC 중 3비트 저장 방식은 몹쓸 물건이었고, 사실상 2비트 저장 방식만이 유일한 MLC 저장 방식이었다. 한동안 이러한 상태가 지속되었고, MLC가 하나의 셀에 2비트의 데이터를 저장하는 방식으로 의미가 굳어지게 되었다. 이후 2비트 MLC와 3비트 MLC를 구별하기 위해 3비트는 TLC, 4비트는 QLC 등으로 별도 용어를 사용하기 시작했으며, 이 논리대로라면 2비트 하나만을 뜻하는 약자로 DLC(Dual Level Cell)를 사용해야 하나, 경로 의존성상 이를 고치기 힘들었고, 더 나아가 소프트웨어의 다운로드 방식 판매를 뜻하는 DLC와 용어가 겹쳐있는 관계로 굳이 잘 쓰고 있는 단어를 고쳐볼 시도조차 하지 못하였다.

 

 MLC 방식 USB 메모리는 2010년대 들어서 MLC의 자리를 급속히 잠식해 나간 TLC 방식보다 상대적으로 수명이 길고 읽기/쓰기 속도가 쾌적하다. 고용량으로 가면 약 64GB 기준으로 읽기는 100MB/s 안팎, 쓰기는 80MB/s 안팎으로 나온다면 MLC 메모리라고 할 수 있지만, 컨트롤러의 성능에 따라 TLC를 사용하고서도 언급한 수준의 속도를 내는 제품들이 있으므로 MCL와 TLC 사이에 절대적인 벽이 있는 것은 아니다.

 

 MLC는 SCL에 비해 데이터 밀도가 높으므로 더 큰 용량으로 생산할 수 있다. MLC는 가격, 성능, 그리고 내구성이 훌륭하게 조합되어 있다. 그러나 MLC는 10000P/E 사이클로 데이터 오류에 더 취약하므로, SLC에 비해 내구성이 낮다. MLC는 보통 내구성이 덜 중요한 소비자 제품에 사용된다.

 

 

2. MLC의 장단점

 MLC의 주요 장점은 높은 데이터 집적도로 인해 스토리지 유닛당 비용이 저렴하다는 점이다. MLC는 일반적으로 저렴하기 때문에 소비자 기반 전자 디바이스 제조업체에서 선호하는 솔리드 스테이트 스토리지 메모리이다.

 

 일반적으로 '레벨' 수가 증가할수록 성능(ex, 속도 및 안정성)이 저하된다. 더 많은 정보를 읽으려면 더 많은 처리 능력이 필요하고, 읽어야 할 정보가 많을수록 오차 범위가 작아져 정확도가 높아진다. 따라서 MLC는 일반적으로 SLC보다 비트 오류율이 더 높다.

 

 MLC의 다른 단점은 SLC에 비해 쓰기 속도가 느리고, P/E 사이클의 횟수가 적으며, 전력 소비가 높다는 점이다. 또한 오류 해결을 위해 두 번째 임계 전압에서 동일한 데이터를 읽어야 하므로 MLC 낸드의 읽기 속도는 SLC보다 낮다.

 

3. MLC의 동작 원리

 모든 메모리 셀에는 마이크로칩의 전하 트랩에 있는 전자의 존재 또는 부재에 해당하는 특정 수의 가능한 상태(state)가 존재한다. 모든 상태는 트랩의 전압 레벨에 따라 1과 0으로 표시된다. SLC에는 셀당 1비트를 저장할 수 있는 두 가지 전압 상태(0과 1)가 있다.

 

 MLC는 셀당 2비트를 저장하기 때문에, 네 가지 전압 상태에서 네 가지 0/1 조합(00, 01, 10, 11)이 가능하다. 각 셀에 3비트 정보를 저장하는 TLC는 8개의 서로 다른 전위 전자 레벨을 가진 전하 트랩을 통해 8개의 서로 다른 임계 전압을 생성한다. QLC는 16가지 상태를 사용해 4비트 데이터를 저장할 수 있다.

 

 

4. MLC의 안정성

 MLC는 일반적으로 SLC보다 낸드 플래시에 더 자주 기록돼 오류가 발생할 가능성이 더 높기 때문에 SLC보다 안정성이 떨어지는 것으로 간주된다. 그러나 실제로는 그렇지 않을 수도 있다. 토론토 대학교(University of Toronoto)와 Google이 6년에 걸쳐 실시한 한 연구에 따르면, MLC의 경우 쓰기 내구성이 현저히 낮은데도 불구하고 SLC와 MLC의 고장률은 거의 동일한 것으로 나타났다.