모바일 기기용 낸드플래시 메모리의 진화, eMMC부터 UFS까지

8GB부터 16GB, 32GB, 64GB 그리고 128GB까지! 모바일 기기에 탑재되는 낸드플래시 메모리의 진화는 계속되고 있습니다.

많은 사람들이 스마트폰과 같은 모바일 기기를 통해 인터넷 서핑부터 셀피(selfie), 고화질 동영상 저장/감상까지 다양한 작업을 하면서 더욱 높은 성능의 모바일 기기가 요구되고 있는데요. 그만큼 모바일 기기를 구성하는 반도체 부품, 그 중에서도 메모리 반도체의 성능이 더욱 중요해졌습니다.

스마트폰, 태블릿PC와 같은 모바일 기기는 일반적으로 eMMC(embedded Multi-Media Card)라는 내장 메모리를 이용해 정보를 저장해왔는데요. 삼성전자는 지난 2월 세계 최초로 차세대 스마트폰에 탑재되는 업계 최대 용량의 128GB UFS(Universal Flash Storage) 내장 메모리를 양산하기 시작했습니다.

eMMC, 더 작고 슬림한 기기를 위한 메모리

eMMC는 데이터 고속처리를 위해 모바일 기기에 내장하는 메모리 반도체입니다. 모바일 기기의 보조 데이터 저장공간으로 사용되는 탈착형 외장 메모리 카드와 달리, eMMC는 컨트롤러와 낸드플래시 메모리가 패키지로 통합돼 제품에 내장됩니다.

모바일 기기 업체들은 빠른 성능 구현은 물론, 배터리 수명을 최대화(化)하기 위해 고성능·저전력 특성에 크기까지 작은 반도체 솔루션을 요구하고 있는데요. 삼성전자는 고사양 모바일 기기에 적합한 eMMC 솔루션을 제공해 많은 모바일 기기 업체들이 차세대 시스템을 적기에 출시할 수 있도록 지원하고 있습니다.

특히 삼성전자는 이번 기존 eMMC 카드의 속도 한계를 뛰어넘는 프리미엄 UFS 라인업을 양산함과 동시에 기존 eMMC 내장 메모리 규격인 ‘eMMC 5.0’보다 임의 읽기 속도를 1.5배 높인 고성능 'eMMC 5.1’ 라인업도 양산에 돌입했습니다.

UFS가 선사할 보다 빠른 모바일 경험

UFS는 차세대 초고속 플래시 메모리입니다. UFS는 국제 반도체 표준화 기구 ‘제덱(JEDEC)’의 최신 내장 메모리 규격인 ‘UFS 2.0’ 인터페이스를 적용한 제품인데요.

시스템 성능에 큰 영향을 미치는 임의 읽기 속도가 외장형 고속 메모리 카드보다 12배 이상 빠릅니다. 특히 UFS 메모리는 SSD에서 사용 중인 속도 가속 기능 ‘커맨드 큐(Command Queue)’가 적용됐는데요.

커맨드 큐는 내장 메모리 카드의 성능 극대화를 위해 여러 입·출력 데이터를 한 번에 처리하는 기술입니다. 이를 적용하면 기존 고성능 내장 메모리(‘eMMC 5.0’)보다 2.7배 빠른 임의 읽기 속도로 동작하는 동시에 소비전력은 절반 수준으로 낮출 수 있죠.

또한 임의 쓰기 속도는 외장 메모리 카드보다 28배 빠른 14000 IOPS를 구현해 스마트폰에서 초고해상도(UHD)의 콘텐츠를 보면서, 다른 여러 작업을 동시에 하더라도(멀티태스킹) 버퍼링 현상이 없어 더욱 스마트한 모바일 사용자 경험을 제공한답니다.

이는 사용자가 버퍼링 없이 고화질 동영상을 감상하고, 고사양 게임 또는 기타 작업을 즐길 수 있다는 건데요. 여러 개의 애플리케이션을 동시에 구동하면서 버퍼링 없이 파일을 업로드/다운로드할 수 있음을 의미합니다.

eMMC와 UFS, 어떻게 다른가?

UFS의 성능을 크게 향상시키는 데 기여했던 두 개의 요소가 있습니다.

먼저, UFS엔 읽고 쓰는 별도의 전용 경로가 있는 LVDS(Low-Voltage Differential Signaling) 직렬 인터페이스가 있습니다. 이를 통해 UFS는 동시에 읽고 쓰는 쌍방향 소통이 가능하죠. 반면 eMMC 병렬 인터페이스는 한 번에 한 방향으로만 데이터를 전송할 수 있어 동시에 읽고 쓰는 것이 불가능합니다.

둘째, UFS는 실행해야 하는 명령어를 처리하는 커맨드 큐를 적용했습니다. 커맨드 큐는 여러 개의 명령어를 동시에 처리할 수 있고 그에 따라 작업 순서도 변경되는데요. 그러나 커맨드 큐***가 없는 eMMC는 한 가지 프로세스가 마무리된 후에야 다음 단계로 넘어갈 수 있습니다.

***eMMC 5.1은 eMMC 5.0에 커맨드 큐를 적용, 성능이 향상된 점이 특징입니다

삼성전자의 뛰어난 공학 기술력으로 이 두 가지 요소가 결합, 완성된 UFS 2.0은 eMMC 5.0 대비 △연속 읽기 속도 1.40배 △연속 쓰기 속도 1.66배 △임의 읽기 속도 2.71배 △임의 쓰기 속도 1.07배를 향상시켰습니다.

플래시 메모리의 진화

1984년 처음 등장한 이후, 플래시 메모리는 지금도 많이 사용되고 있는 USB부터 △디지털 영상처리와 모바일 경험을 좌우하는 SD 카드와 마이크로SD 카드 △빠른 속도로 HDD를 대체하고 있는 차세대 저장장치 SSD △스마트 기기와 태블릿 기기의 저장 용량을 실질적으로 규정짓고 있는 eMMC에 이르기까지 많은 발전을 거듭했습니다. 삼성전자는 업계의 틀을 세우고 2002년부터 낸드플래시 메모리 시장을 주도하면서 업계 ‘최초’ 제품을 생산해왔는데요.

삼성전자는 반도체 기술 분야에서 20년 넘게 선두주자로 자리매김하면서 UFS 양산 체계를 갖춘 최초 업체이자 유일한 기업이 됐습니다. 이러한 UFS 솔루션은 업계에 거센 변화의 바람을 몰고 올 것으로 기대되고 있습니다.

앞으로도 소비자들의 편리하고 스마트한 모바일 라이프에 기여하기 위한 삼성전자의 노력은 계속될 예정인데요. 가까운 미래엔 또 어떤 혁신적인 기술들이 우리 눈앞에 펼쳐질까요?

※본 콘텐츠는 영문 기고글을 번역한 것이며 원문은 아래 링크에서 확인하실 수 있습니다
eMMC to UFS: How NAND Memory for Mobile Products Is Evolving