플래시 메모리 - 3. 플래시 메모리의 종류 (3.1 셀 저장 방식에 따른 분류)

3.1 셀 저장 방식에 따른 분류

플래시 메모리는 셀(Cell)당 저장하는 비트 수에 따라 여러 가지 유형으로 구분된다.
셀에 저장되는 비트 수가 많아질수록 저장 용량은 증가하지만, 속도와 내구성(수명)은 감소하는 경향이 있다.
현재 사용되는 방식은 SLC, MLC, TLC, QLC, 그리고 연구 중인 PLC까지 포함된다.

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3.1.1 SLC (Single-Level Cell) – 1비트 저장

① 개요

• 셀당 1비트(bit) 저장.
• 2가지 전압 상태(0, 1)만 사용 → 빠른 속도, 낮은 오류율.
• NAND 플래시 중 가장 내구성이 뛰어나고 수명이 김.

② 장점

✅ 속도가 가장 빠름 (쓰기/읽기 모두 빠름).
✅ 내구성이 가장 높음 (P/E 사이클 100,000회 이상).
✅ 데이터 오류 발생 가능성이 낮음.
✅ 저전력 소비.

③ 단점

❌ 저장 용량이 작음 (같은 크기 칩에서 저장 가능한 데이터가 적음).
❌ 비용이 가장 비쌈 → 일반 소비자용 저장장치에서는 거의 사용되지 않음.

④ 사용처

• 산업용 SSD, 엔터프라이즈 SSD.
• 서버 및 데이터센터의 고성능 저장장치.
• 항공 및 군사용 임베디드 시스템.
• 내구성이 중요한 임베디드 시스템(자동차, 의료 장비 등).

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3.1.2 MLC (Multi-Level Cell) – 2비트 저장

① 개요

• 셀당 2비트(bit) 저장.
• 4가지 전압 상태(00, 01, 10, 11) 사용.
• SLC보다 저장 용량이 2배 많지만, 속도와 내구성은 조금 낮아짐.

② 장점

✅ SLC보다 저장 용량이 2배 증가.
✅ 가격과 성능의 균형이 좋음.
✅ 일반적인 소비자용 SSD, USB 메모리에 널리 사용됨.
✅ 속도와 수명이 적절한 수준으로 유지됨.

③ 단점

❌ SLC보다 속도가 느림 (쓰기 지연 증가).
❌ P/E 사이클이 낮음 (3,000~10,000회).
❌ 내구성이 SLC보다 낮아 데이터 안정성이 약간 떨어짐.

④ 사용처

• 소비자용 SSD.
• 고급형 USB 드라이브 및 SD 카드.
• 게이밍 및 고성능 작업용 저장장치.

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3.1.3 TLC (Triple-Level Cell) – 3비트 저장

① 개요

• 셀당 3비트(bit) 저장.
• 8가지 전압 상태(000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111) 사용.
• 용량이 증가하지만, 속도와 수명은 더욱 감소.

② 장점

✅ 저장 용량이 MLC의 1.5배.
✅ 저렴한 가격 → 일반 소비자용 SSD 및 저장장치에 널리 사용됨.
✅ SLC 및 MLC 대비 저비용 대용량 구현 가능.

③ 단점

❌ 속도가 MLC보다 느림 (쓰기 속도 저하).
❌ 내구성이 MLC보다 낮음 (P/E 사이클 약 500~3,000회).
❌ 데이터 오류율이 증가하여 ECC(오류 정정 코드)가 필수적.

④ 사용처

• 일반 소비자용 SSD (SATA 및 NVMe SSD).
• 일반 USB 메모리 및 SD 카드.
• 스마트폰, 태블릿 등의 내부 저장장치.

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3.1.4 QLC (Quad-Level Cell) – 4비트 저장

① 개요

• 셀당 4비트(bit) 저장.
• 16가지 전압 상태 사용.
• 저장 용량이 크게 증가하지만, 속도와 수명은 더욱 낮아짐.

② 장점

✅ TLC보다 저장 용량이 33% 증가.
✅ 저렴한 가격으로 대용량 구현 가능.
✅ 대용량 데이터 저장이 필요한 환경에 적합.

③ 단점

❌ 속도가 TLC보다 느림 (쓰기 성능 저하).
❌ 내구성이 낮음 (P/E 사이클 약 100~1,000회).
❌ 데이터 오류율이 높아 오류 정정 기능(ECC)이 필수.

④ 사용처

• 가성비 SSD (저렴한 NVMe 및 SATA SSD).
• 대용량 USB 메모리 및 SD 카드.
• 클라우드 스토리지 및 데이터 백업용 SSD.

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3.1.5 PLC (Penta-Level Cell) – 5비트 저장 (현재 연구 중)

① 개요

• 셀당 5비트(bit) 저장.
• 32가지 전압 상태 사용.
• 현재 연구 중이며, 대용량 구현을 목표로 함.

② 예상 장점

✅ QLC보다 25% 더 많은 데이터 저장 가능.
✅ 저렴한 가격에 더 높은 용량 제공 가능.

③ 예상 단점

❌ 속도가 더욱 느려질 가능성.
❌ 내구성이 QLC보다 더 낮아질 가능성.
❌ 데이터 오류율이 증가하여 강력한 오류 정정 기술이 필요.

④ 예상 사용처

• 초고용량 SSD (데이터센터, 클라우드 스토리지).
• 비디오 스트리밍 서비스, AI 및 머신러닝 데이터 저장.

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3.1.6 셀 저장 방식 비교

셀 유형	저장 비트 수	전압 상태 수	속도	내구성 (P/E 사이클)	용량	가격
SLC	1비트/셀	2가지	⭐⭐⭐⭐⭐	100,000회 이상	낮음	비쌈
MLC	2비트/셀	4가지	⭐⭐⭐⭐	3,000~10,000회	보통	중간
TLC	3비트/셀	8가지	⭐⭐⭐	500~3,000회	높음	저렴
QLC	4비트/셀	16가지	⭐⭐	100~1,000회	매우 높음	매우 저렴
PLC	5비트/셀	32가지	⭐	연구 중	초대용량	연구 중

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정리

• SLC: 속도 빠르고 내구성 높지만 비쌈 (산업용, 고급 SSD).
• MLC: 속도와 가격의 균형이 좋음 (고성능 SSD, 고급 USB).
• TLC: 가격 대비 용량이 높아 소비자용 SSD에서 가장 많이 사용됨.
• QLC: 대용량 구현 가능하지만 내구성이 낮아 주로 데이터 저장용으로 사용.
• PLC: 초고용량 구현 가능성이 있지만 연구 단계.