Flash Memory (플래시메모리)란 무엇일까?

 

 

 플래시 메모리는 플래시 메모리를 발명하는 과정에서 메모리 내용이 지워지는 과정을 봤을 때 카메라 플래시를 떠올리면서 플래시 메모리라는 이름을 붙였다고 알려져 있습니다.

 

 

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Flash Memory (플래시메모리)란?

 플래시 메모리란 무엇일까요? 플래시 메모리는 도시바에서 근무하던 마스오카 후지오 박사가 1984년도에 발명했고, 캘리포니아 새너제이에서 열렸던 IEEE 1984 International Electron Devices Meeting (IEDM)에서 발표하였습니다.

 

 발표내용을 보고 인텔에서 플래시 메모리의 잠재력을 보았으며, 1988년도에 상업용 NOR 타입의 최초의 플래시 메모리를 소개하게 되었습니다.

 

 플래시 메모리(flash memory)라는 것은 전기적인 방법으로 데이터를 기록하고, 지우고 또다시 기록할 수 있는 비휘발성 기억장치입니다

 

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Flash Memory (플래시 메모리)의 활용

 플래시 메모리(flash memory)는 일반적으로 애플이나 갤럭시 휴대전화의 저장장치나 PC에서 사용하는 SSD, Micro SD카드에 많이 사용되고 있습니다.

 

 또한 데이터를 저장하고 데이터를 옮기는 용도로 USB 드라이브를 사용하는데, 이 USB 드라이브에도 플래시 메모리가 사용되고 있습니다.

 

 

 플래시 메모리로 만든 SSD는 하드디스크 대비해서 읽는 속도가 빠르며 충격에도 강해 시간이 갈수록 하드디스크 대비 사용하는 비율이 높아지며 하드디스크를 대체하고 있습니다. 또한 플래시 메모리의 또 다른 장점은 끓는 물에도 견딜 만큼, 물리적인 힘으로는 거의 파괴되지 않는다는 점으로 혹한의 상황에서도 Data를 저장하는 역할을 수행하고 있습니다.

 플래시 메모리는 플로팅 게이트 트랜지스터(floating gate transistors) 안에 정보를 저장하는 방식으로 동작하고 있습니다. 

 

 기존에는 하나의 셀로 0과 1만 구분하는 SLC로 개발되고 생산되었으나, 최근에는 하나의 셀에 존재하고 있는 플로팅 게이트에 두 단계보다 높은 전하를 저장하면서 셀 하나에 1비트 이상을 저장하는 MLC(Multi Level Cell) 장치나 TLC, QLC 등으로 하나의 셀에 여러 비트를 저장하여 동일한 사이즈의 Chip에 더 많은 Data를 저장하고 있습니다.

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Flash Memory의 Data 구분 방법

 0과 1을 구분하여 만드는 방식은 Floating Gate에 있는 전자의 수에 따라 문턱 전압이 다르기 때문에 전류가 흐르거나 흐르지 않는데, 이러한 전류의 흐름과 차단이 판독되고 이러한 전류의 흐름이나 차단이 1과 0으로 해석이 되면서 데이터가 저장되어 만들어지게 됩니다.

 

 한 셀에 1비트 이상의 정보가 저장되는 MLC(Multi-level cell) 장치나 TLC, QLC에서는 Floating Gate에 저장된 전자의 수를 측정하기 위해 단순하게 전류의 흐름을 판단하기보다는 그 양을 판독하고 있습니다.

 

시장에 플래시 메모리를 판매할 때 모든 셀의 상태는 1로 되어 있습니다. 1로 되어 있는 정보를 0으로 변경하는 것을 프로그램이라고 합니다.

 

 

 동작 방식은 셀의 소스에서 드레인으로 전류가 흐르는 때, Control Gate에 큰 전압을 가하면 Floating Gate에 전자를 끌어들일 정도로 강한 전기장이 생성되면서 결국 전류가 흐르지 않는 상태가 되게 됩니다.

 

 그러면서 셀의 상태는 결국 0이 되는 것입니다. Data를 지우기 위해 Control Gate와 소스 사이에 강한 전압 차를 주면 FN-Tunneling을 통해 Floating Gage에 있던 전자를 잃게 되면서 모든 셀이 1로 다시 설정되는데 그럼 다시 프로그램할 준비를 하게 되는 것입니다.

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플래시 메모리 구분

 일반적으로 플래시 메모리는 NOR 기반 플래시와 NAND 기반 플래시를 사용하는데, 각각의 장단점을 살펴보면 NOR 기반 플래시는 지우기와 쓰기 시간이 길다는 단점이 있지만 어떤 위치에도 임의로 접근할 수 있도록 주소와 자료 인터페이스를 제공한다는 장점이 있습니다.

 

 반면 NAND 플래시는 1989년에 도시바가 ISSCC에서 발표했는데, NAND 플래시는 지우기와 쓰기 시간이 NOR 플래시보다 좀 더 빠르고 집적도가 높으면서 제작비도 낮고 내구성도 더 좋은 장점을 가지고 있습니다.

 

 그러나 자료에 대한 순차 접근만을 지원한다는 단점이 있습니다.

 

 

 최근 많은 플래시 메모리 반도체 생산 업체들은 V-NAND(Vertical NAND) 메모리를 개발하고 생산하고 있는데, V-NAND는 기존의 방식과 다르게 메모리 셀들을 수직으로 쌓아 올리며 기존에 사용하던 Floating Gate에 Data를 저장하지 않고, 차지 트랩 플래시 아키텍처를 사용하고 있습니다.

 

이렇게 수직 층으로 만들게 되면서 개개의 작은 셀들의 필요 없이도 더 큰 면적의 비트 밀도를 가능하게 해 주었습니다.

 

 마지막으로 플래시 메모리의 한계를 살펴보면 블록 내에서 특정 단위로 읽고 쓸 수는 있지만, 지울 때는 블록 단위로 지워야 한다는 것입니다. 덮어쓸 수 없기 때문에 모든 블록을 지우기 전 해당 자료를 변경할 수 없습니다.

 SSD가 도입되며 하드디스크를 대체하고 있는데, 하드 디스크와 비교해 보았을 때의 단점으로는 지우기 횟수가 제한되어 있다는 점입니다.

 

상업적인 플래시 메모리 제품의 경우 SLC는 십만 번, MLC는 삼천 번~일만 번, TLC는 일천 번까지 보증하고 있습니다.

 

 또한 플래시 메모리 개발 초기 단계에서는 바이트 당 비용이 하드 디스크 드라이브보다 상당히 높고 지우기 횟수가 제한되었기 때문에 일반적으로 데스크톱 개인용 컴퓨터와 노트북에서 하드 디스크 대신 쓰지 못하고 있었습니다.

 

 그러나 현재는 제조 기술의 발달로 인하여 플래시 메모리 가격이 하락하였고 컨트롤러 개선, 적층 NAND 기술의 도입 및 용량 증가로 기존에 가지고 있던 한계가 극복되면서 현재는 개인용 컴퓨터에서도 널리 사용되고 있습니다.

 

지금까지 Flash Memory에 대해 알아봤습니다. DRAM (디램)에 대해서도 같이 알아보시기를 추천드립니다.

 

 

디램(DRAM) 이란 무엇일까?