SSD 의 이해 - 낸드 플래시 메모리의 구조와 SLC, MLC, TLC 방식의 차이
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낸드 플래시 메모리의 세 가지 방식 SLC, MLC, TLC 의 차이와 특성
1. SLC, MLC, TLC 의 차이
SSD 나 USB 플래시 메모리와 같이 낸드 플래시 메모리를 사용한 저장 매체를 보면 SLC, MLC, TLC 와 같은 단어를 접할 수 있습니다. 이는 플래시 메모리에서 데이터를 저장하는 최소 단위인 셀(Cell)에 데이터를 저장하는 방식에 따라 그 종류를 나눈 것입니다.
| SLC [Single Level Cell] |
하나의 셀에 1bit(2) 의 정보를 저장 |
0, 1 |
| MLC [Multi Level Cell] |
하나의 셀에 2bit(4) 의 정보를 저장 |
00, 01, 10, 11 |
| TLC [Triple Level Cell] |
하나의 셀에 3bit(8) 의 정보를 저장 |
000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111 |
이러한 SLC, MLC, TLC 의 특징은 간단하게 아래와 같습니다.
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SLC |
MLC |
TLC |
| bpc (bit/cell) |
1 |
2 |
3 |
| 재기록 가능 횟수 (P/E Cycles) |
100,000 |
10,000 ~ 3,000 |
1,000 |
| 읽기 성능 (Read Time) |
25㎲ |
50㎲ |
~75㎲ |
| 쓰기 성능 (Write Time) |
200㎲~300㎲ |
600㎲~900㎲ |
~900㎲~1350㎲ |
| 지우기 성능 (Erase Time) |
1.5ms~2ms |
3ms |
~4.5ms |
참고로 미리 말하자면 플래시 메모리의 셀은 일정한 횟수만 재기록이 가능하며, 이후부터는 재기록이 불가능해지는 특성이 있습니다. 즉, 재기록 가능 횟수가 10,000 번이라면 해당 플래시 메모리 셀은 만 번의 재기록(Erase -> Write)이 가능하며, 이후부터는 더이상 재기록이 불가능하고 단순히 읽기만 가능하다는 의미입니다. 고로 플래시 메모리 셀의 수명은 영구적이지 않습니다. 사실 데이터 저장 용도로는 정말 처참한 수준이라고 할 수 있죠. [그래서 처음 플래시 메모리가 나왔을 때 그딴 쓰레기를 어디에 쓰냐는 말이 나왔다고 합니다. 근데 지금은...]
아무튼, 성능과 수명은 SLC 가 가장 좋고, 그 다음으로 MLC 와 TLC 순으로 점차 성능과 수명이 떨어지게 됩니다. 특히나 수명(재기록 가능 횟수)의 경우 TLC 는 SLC 의 1/100 수준에 불과합니다. 성능이 좀 떨어지는 것은 그렇다고 이해할 수 있을지라도 수명에 있어서 만큼은 TLC 는 SLC 에 비교하면 거의 쓰레기에 가까운 수준이죠.
그렇다면 왜 SLC 보다 성능이나 수명이 한참이나 떨어지는 MLC 나 TLC 가 사용될까요? 사실 별거 없습니다. 가격 때문에 그렇습니다. 먼저 알아두셔야 할 것이 SLC 와 MLC, TLC 를 구성하는 셀 자체에는 차이가 없다는 겁니다. 즉, 낸드 플래시 메모리를 구성하는 셀 자체는 셋 모두 같은 녀석이라는 거죠. 단지 그 셀을 어떻게 운용하느냐만 다릅니다. 아무튼, SLC 에는 1bit 의 정보만 저장이 가능하며, MLC 에는 2bit, TLC 에는 3bit 의 정보를 저장할 수 있습니다.
그래서 SLC, MLC, TLC 낸드 플래시 메모리가 서로 동일한 크기일 때, 이론적으로 SLC 에 비해 MLC 는 2 배의 용량을, TLC 는 3 배의 용량을 가집니다. 즉, 이는 같은 크기의 다이에서 셀의 방식에 따라 최대 3 배 더 큰 용량을 가지는 낸드 플래시 메모리의 제조가 가능하다는 이야기입니다. [반도체의 가격은 원자재인 반도체 다이의 크기에서 결정되죠.]
동일 크기일 때 SLC, MLC, TLC 방식에 따른 용량의 차이
이러한 차이로 용량당 가격은 TLC 가 가장 싸며, 그 다음으로 MLC, 마지막으로 SLC 가 가장 비쌀 수 밖에 없습니다. 가격 경쟁력에서 SLC 는 MLC 나 TLC 를 이길 수가 없습니다. 이게 요즘 SLC 보다 MLC 가 주로 사용되며, 저가형 저장 매체에서는 TLC 가 주로 사용되는 이유입니다. [페라리의 성능이 좋은 것은 모두가 알지만 우리는 주로 아방이를 타죠. 전 나이키를...]
그런데 사실 언뜻 잘 이해가 되지 않는 부분이 있습니다. SLC 나 MLC 나 TLC 나 낸드 플래시 메모리를 구성하는 셀 자체는 동일하다고 하였습니다. 즉, SLC 는 금가루 뿌린 고급 제품을 사용하고, TLC 는 쇳가루 뿌린 저급 제품을 사용해서 성능이나 수명에 차이가 나는 게 아니라, SLC 나 MLC 나 TLC 나 모두 다 똑같은 녀석인데 성능과 수명에서 차이가 난다는 겁니다. 아니 셋 모두 같은 녀석인데? 그럼 도대체 왜 SLC 와 MLC 와 TLC 의 성능이 특히나 수명이 그리도 심하게 차이가 나는 걸까요?
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