플래시 메모리 - 1. 개요 및 기본 개념 (1.2 플래시 메모리의 개요)

1.2 플래시 메모리의 개요

1.2.1 플래시 메모리의 정의

플래시 메모리(Flash Memory)는 비휘발성(Non-Volatile) 저장장치로, 전원이 꺼져도 데이터를 유지할 수 있는 반도체 기반 메모리이다.
EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)의 한 종류로, 데이터를 전기적으로 지우고 다시 기록할 수 있다.

• 반도체 기반 저장장치: 자기 디스크(HDD)와 달리 반도체 소자로 구성되어 있어 기계적 움직임이 없음.
• 빠른 데이터 접근 속도: RAM보다는 느리지만 HDD보다 훨씬 빠르게 데이터를 읽고 쓸 수 있음.
• 저전력 소비: 전력 소모가 적어 모바일 기기와 임베디드 시스템에 적합.
• 다양한 용도: USB 드라이브, SSD(Solid-State Drive), SD 카드, 스마트폰 저장장치, 자동차 및 산업용 장치 등에서 널리 사용됨.

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1.2.2 플래시 메모리의 특징

① 비휘발성 (Non-Volatile)

• 전원이 꺼져도 데이터 유지 가능.
• 기존의 RAM과 다르게 데이터 저장용으로 적합.
• HDD와 달리 기계적 부품이 없어 내구성이 뛰어남.

② 고속 읽기/쓰기 (Fast Read/Write Speed)

• HDD보다 훨씬 빠른 속도로 데이터 읽기/쓰기가 가능.
• 특히 SSD에서 NAND 플래시 메모리를 사용하여 고속 데이터 처리 가능.
• DRAM보다 느리지만 저장장치로서의 속도는 매우 빠른 편.

③ 내구성 및 수명 (Durability & Lifespan)

• 기계적 부품이 없어 충격과 진동에 강함.
• 하지만 쓰기(Write)와 삭제(Erase) 횟수에 제한이 있음 (PE Cycle, Program/Erase Cycle).
  • 일반적으로 SLC(Single-Level Cell) > MLC(Multi-Level Cell) > TLC(Triple-Level Cell) 순으로 내구성이 강함.

④ 저전력 소비 (Low Power Consumption)

• HDD보다 훨씬 적은 전력을 소비.
• 스마트폰, 태블릿, 노트북 등 모바일 기기에 최적화.

⑤ 작은 크기 및 높은 집적도

• 반도체 칩 기반으로 제작되어 크기가 작고 가볍다.
• 3D NAND 기술을 활용해 고용량 구현이 가능.

⑥ 데이터 저장 방식 (Block-Based Storage)

• 플래시 메모리는 데이터를 페이지(Page) 단위로 쓰고, 블록(Block) 단위로 삭제하는 방식.
• 덮어쓰기가 불가능하며, 데이터를 갱신하려면 기존 데이터를 삭제 후 다시 기록해야 함.
• 이런 특성 때문에 SSD와 같은 장치는 웨어 레벨링(Wear Leveling) 및 가비지 컬렉션(Garbage Collection) 기법을 사용하여 수명을 연장함.

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1.2.3 플래시 메모리의 역사 및 발전 과정

① 1980년대: 플래시 메모리의 탄생

• 1980년: 일본 도시바(Toshiba)의 후지오 마스오카(Fujio Masuoka) 박사가 플래시 메모리를 개발.
• 1984년: 플래시 메모리 개념이 공식 발표됨.
• 초기에 NOR 플래시 구조가 개발되어 펌웨어 저장용으로 활용됨.

② 1990년대: NAND 플래시의 등장

• 1989년: 도시바가 NAND 플래시 메모리 개발, 데이터 저장장치로 발전.
• NOR 플래시는 빠른 실행 속도로 펌웨어 저장용으로 사용되었고, NAND 플래시는 높은 집적도를 활용하여 대용량 저장장치(USB, SD 카드 등)에 사용됨.
• 삼성, 인텔, 마이크론 등 여러 기업들이 NAND 플래시 개발 경쟁 시작.

③ 2000년대: 대중화 및 SSD의 등장

• USB 플래시 드라이브(USB 메모리) 및 SD 카드 대중화.
• 2008년: SSD(Solid-State Drive) 기술이 상용화되어 HDD를 대체하기 시작.
• 플래시 메모리가 고용량, 고속 성능을 갖추면서 데이터센터와 서버용 저장장치로 확장됨.

④ 2010년대: 3D NAND 플래시의 등장

• 기존 NAND 플래시는 평면(Planar) 구조였지만, 3D NAND 기술이 개발되면서 더 높은 용량과 내구성을 갖춘 제품 등장.
• 삼성, SK하이닉스, 인텔, 마이크론 등에서 3D NAND 기술 개발.
• NVMe SSD와 UFS(Universal Flash Storage) 등장, 기존 SATA SSD보다 성능 대폭 향상.

⑤ 2020년대 이후: 차세대 메모리 기술 연구

• QLC (Quad-Level Cell), PLC (Penta-Level Cell) 개발, 더 높은 용량과 경제성 확보.
• MRAM, ReRAM, 3D XPoint(Optane) 등 차세대 비휘발성 메모리 연구.
• PCIe 5.0 및 CXL 인터페이스를 활용한 초고속 SSD 개발.

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정리

• 플래시 메모리는 비휘발성 특성을 가지며, 빠른 읽기/쓰기 속도와 저전력 소비가 장점.
• NOR 플래시는 주로 펌웨어 저장용으로, NAND 플래시는 대용량 저장장치(USB, SSD)로 사용됨.
• 1980년대 후반 개발된 이후 1990년대부터 NAND 플래시가 대중화, 2000년대에는 SSD가 등장하며 본격적인 발전을 이루었음.
• 현재 3D NAND 기술과 차세대 비휘발성 메모리(MRAM, ReRAM 등)가 연구 중이며, 향후 더 빠르고 고용량의 플래시 메모리가 등장할 것으로 예상됨.