SLC/MLC

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최근에 삼성에서 Apple에 싼 가격에 MLC를 제공했다고 해서 언론에 조명을 받았습니다. 그때 MLC가 SLC에 비해서 성능이 떨어지기 때문에 싸다고 했는데, 오늘 그 내용을 알려드릴께요.

SLC : Single Level Cell

MLC : Multi Level Cell

기본적으로 메모리는 저장공간(여기서 제가 알기 쉽게 '컵'이라고 표현하겠습니다)에 전자가 있느냐 없느냐에 따라 아래와 같이 0 혹은 1로 표현됩니다. 아래 그림이 기본적인 SLC의 원리입니다.

(그런데 전자가 있다고 꼭 1 이 아닙니다. 메모리 설계에서 정하기 나름입니다. 즉 전자가 있을때 0으로도 할수 있습니다.)

SLC

MLC는 아래와 같습니다. 즉 컵에 전자를 몇개를 저장하느냐에 따라서 여러가지 상태를 나타낼수 있습니다. 아래의 그림과 같이 전자가 없으면 00, 전자가 4개 있으면 01, 8개 10, 12개 11로 표현할수 있습니다.

즉 한개의 컵으로 총 4가지(00, 01, 10, 11)를 표현할 수 있습니다. 위의 SLC에 비해서 2배의 용량을 가지는 거죠. 아래 그림은 4 Level을 가지는 Cell을 표현했지만, 8Level Cell, 16 Level Cell도 이론적으로 가능하지만 아직까지 양산에 성공한 적은 없습니다.

MLC

*참고 : 전자들을 저장할수 있는 컵은 DRAM의 경우 Capacitor로 되어 있습니다. 많이들 아시겠지만 Capacitor는 전자를 저장할 경우 1초도 안되어 방전되고 맙니다. 그래서 DRAM은 Data를 보존하기 위해서 계속 전기가 공급되어야 하죠.

반면 Flash의 경우 전자를 저장할수 있는 컵이 옥사이드로 구성되어 있습니다. 이곳에 저장되면 10년이상 동안 보존되죠.

그렇다면 MP3 혹은 Memory Card에 사용되는 NAND Flash의 기본적인 구조를 보세요. 아래와 같습니다.

Cell 과 Logic으로 구성됩니다.

Cell에는 순수하게 Data가 저장되는 공간입니다. 최근 삼성에서 16Gbit의 NAND Flash를 개발했죠. 이건 Cell들이 총 16기가개(2^34 맞나요??)가 있다는 얘기 입니다.

Logic에는 Cell을 찾아가기 위한 회로, 각종 레지스터등으로 이루어져 있습니다.

가령 MP3 파일을 NAND Flash에 저장한다고 가정합니다. 이 MP3 파일은 Binary로 바꿀경우 01001110 총 8bit으로 이루어 졌다고 가정합니다.

그렇다면 SLC에 이 MP3 파일을 저장하기 위해서는 8개의 컵(Cell)이 필요하지만

MLC에 저장하면 4개의 컵(Cell)으로 표현할수 있죠.

그렇다면 같은 컵의 개수를 가지고도 MLC를 만들면 2배의 용량을 가지는 Flash를 만들수 있습니다.

즉 아래의 같은 웨이퍼로 4Gbit SLC 칩을 100개를 만들수 있다면 같은 용량의 4Gbit MLC는 170개 이상을 만들수 있습니다. 여기서 딱 두배인 200개가 안나오는 이유는 위에서 설명했지만 Flash는 Cell 뿐만 아니라 각종 Logic으로 이루어졌기 때문에 그부분은 줄어들지 않습니다.

그렇다면 MLC는 왜 성능이 떨어지는가?

SLC의 경우 컵에 전자들을 한꺼번에 옮길수 있습니다. 즉 컵에 물을 한꺼번에 담기 때문에 빠른시간에 저장할수 있습니다.

그렇지만 MLC는 정확한 개수를 저장해야 하기 때문에 스포이드로 일정량을 옮기듯이 천천히 저장해야 합니다. 그래서 시간이 많이 걸리죠.

간단히  MLC와 SLC의 차이와 방식에 대해서 설명드렸습니다.

현재 MLC는 NAND Flash와 NOR Flash에서 사용되고 있습니다.

*참고2: NOR와 NAND

흔히 Flash는 NOR 타입과 NAND  타입으로 나뉩니다. Cell 방식은 비슷하지만 칩을 구성하는 방식에서 차이가 납니다. 특히 NOR Flash는 CPU의 구조와 비슷하여 CPU를 잘만드는 AMD와 INTEL에서 세계시장을 대부분을 차지하고 있습니다. NAND의 경우는 삼성과 도시바가 대부분을 차지하죠.

NOR는 Read가 빠르고 안정적이고, NAND는 Write가 빠르고 대용량하기 쉽습니다. 그래서 NOR의 경우 핸드폰등의 OS(Firmware등)을 저장하는곳에 많이 쓰이고, NAND의 경우 메모리카드, MP3등에 많이 사용됩니다.

예전에 누군가가 그러더군요. 반도체는 외국 장비를 수입해서 찍어내기만 하면 되는게 아니냐고.

아닙니다. 설계에서 양산까지 수년이 걸리고, 천문학적인 개발비가 들어갑니다.