UFS, Universal Flash Storage

1. UFS란

 2011년 2월에 표준이 최초로 공개된 새 플래시 메모리 규격이다. 물리적으로는 MIPI의 M-PHY 인터페이스를 채택하여 레인당 5.8 Gbps 속도로 두 개의 레인을 사용하면 최대 11.6 Gbps 대역폭을 가지도록 정해졌고, 링크 계층은 MIPI의 UniPro를 채택하여 그 위에 UTP 전송 계층을 올리도록 만들어졌다. SW적으로는 SCSI 명령어 세트를 서브셋으로 차용했다. 즉, 이미 있는 표준인 M-PHY, UniPro, SCSI를 조합하여 시장에서 빨리 채택되도록 의도했으나, UFS 1.0 표준은 사장됐고, UFS 2.0 표준을 따르는 제품이 2015년에 나왔으니, 실제로는 4년 넘게 걸린 셈이다.

 

 디지털 카메라, 스마트폰, 태블릿 컴퓨터 등 임베디드 시스템을 위한 플래시 스토리지 규격이며, eMMC를 대체하기 위해 개발됐다. 주로 전자제품의 내부 회로기판에 납땜으로 고정된다. 2015년에 출시된 삼성전자의 갤럭시 S6에서 최초로 탑재됐으며, 이후 대부분의 삼성의 플래그십 스마트폰에 탑재됐고, 뒤를 이어 중국의 많은 스마트폰과 LG의 스마트폰에도 탑재됐다.

 

 애플은 컨트롤러는 SoC 내에 통합되어 있고, 저장소는 NAND만 있는 독자 규격 스토리지를 쓰다가, 아이폰 6s 이후로는 쭉 NVMe 규격을 사용하고 있다. NVMe는 UFS에 비해 대역폭과 랜덤 읽기/쓰기 성능에서 전반적으로 더 좋은 성능을 보이나, 높은 발열과 전력 소모량 때문에 스마트폰용 저전력 세팅에서의 실제 성능은 최신 규격 UFS와 별반 다르지 않다.

 

 마이크로 SD 카드처럼 휴대용/외장용 메모리로 보급하려는 시도가 있다. 2016년 3월에 UFS card 표준 1.0이 발표됐다. 하지만, 기존의 마이크로 SD 카드나 슬롯과는 전혀 호환성이 없어, 표준이 제정된 지 몇 년이 지나도록 거의 보급이 되지 않다가 사장되었다. 호환성이 없는 이유는 eMMC는 8비트 버스 인터페이스를 사용하는 반면 UFS는 MIPI 표준의 하나인 M-PHY라는 고속 직렬 통신 인터페이스를 사용하기 때문이다. 마이크로 SD 카드와는 달리 상어 지느러미 모양을 가지도록 하여 외관상 구분이 되도록 했고, 사용하는 핀의 위치가 다르도록 했기 때문에 콤보 소켓이 장착되면 소켓 하나로 마이크로 SD 카드와 UFS 카드를 모두 사용할 수 있게 된다.

 

출처: https://news.samsungsemiconductor.com/kr/%EB%A9%94%EB%AA%A8%EB%A6%AC%EC%B9%B4%EB%93%9C%EC%9D%98-%ED%95%9C%EA%B3%84%EB%A5%BC-%EB%9B%B0%EC%96%B4%EB%84%98%EB%8B%A4-%EC%82%BC%EC%84%B1%EC%A0%84%EC%9E%90-ufs-%ED%95%9C-%EB%88%88/

 

2. UFS의 한계점

 PC용 SSD의 모듈로는 채용된 사례가 없는데, 생산 단가도 단가지만 전력 제한 문제가 덜한 PC 환경(데스크톱, 노트북 컴퓨터, 태블릿 PC)에서는 NVMe 대비 느린 전송 속도 때문에 이미 널리 보급된 NVMe 규격을 내버려 두고 UFS를 새로 채용할 필요성이 없다시피 한 점이 크다.

 

 예시로, PCIe 4.0 NVMe 드라이브는 최대 64Gbps(8GB/s)의 전송 속도가 나오는데, 4세대 UFS 보다도 훨씬 바르다. 이외에도 x86 PC 진영에서는 아무래도 공간이나 전성비에 구애받는 것이 훨씬 덜하기 때문에 3D XPoint, RAID 0, PCI Express 버전업 등 어느 정도의 전력 소모량 증대를 감수하고 채택할 수 있는 선택지가 훨씬 많다.

 

 게다가 PCIe 5.0으로 버전이 올라가면서 NVMe SSD의 이론상 최대 전송 속도가 128Gbps(16GB/s)까지 확장되었고, 무엇보다 순차 읽기/쓰기 속도는 그런대로 비슷해 보이지만, 실제 사용 환경에서 훨씬 중요한 스펙인 랜덤 읽기/쓰기 속도가 UFS 대비 NVMe SSD가 압도적으로 빠르다. 예시로, UFS 3.1은 순차 읽기/쓰기 속도는 PCIe 3.0 x 4 NVMe SSD와 비슷한 수준이지만, 랜덤 읽기/쓰기에서는 NVMe에 처참하게 뒤떨어지며, SATA3 SSD와 유사한 수준이다. UFS 4.0에 와서는 랜덤 읽기/쓰기 성능도 많이 향상되었지만, 여전히 PCIe 3.0 x 4 NVMe SSD급 속도라 여전히 최신 세대 NVMe와 비교하면 많이 느리다.

 

 물론 차이가 이 정도로 좁혀졌으면 실 사용 시 차이를 느끼기 불가능한 수준이지만, 굳이 이미 보급된 NVMe 규격을 PC 환경에서 딱히 비교 우위가 없는 UFS로 교체할 필요성이 없기 때문에 보급되지 않는다고 보는게 타당하다. 또한, UFS는 DirectStorage를 지원하지 않기 때문에 x86 환경에 적용한다 해도 차후 DirectStorage가 적용된 게임에서는 성능이 많이 뒤떨어질 것이다.

 

 갤럭시 시리즈 중 오래된 기종에서는 펌웨어 문제로 오래 사용하는 경우, 특히 펌웨어 업데이트 지원이 끊긴 기종의 경우 IO 속도가 느려지는 경우가 생기는데, 메모리 Wipe 어플리케이션(iShredder 등)으로 빈 공간을 Wipe 해주면 제 속도가 돌아오는 경우가 많다.