메모리카드 시장의 패러다임을 바꾸다! 삼성전자 ‘UFS’의 모든 것

최근 삼성전자가 세계 최초로 차세대 모바일기기용 ‘512GB eUFS(embedded Universal Flash Storage)’를 양산하며 UFS 시장의 성장을 주도해 나가고 있습니다. 소비자들에게 보다 더 스마트한 라이프를 선사하기 위한 삼성전자의 UFS 기술 발전 과정을 인포그래픽을 통해 소개합니다.

‘플래시 메모리’의 진화

전원이 꺼지면 기억된 정보를 모두 잃어버리는 D램, S램과 달리 플래시 메모리는 전원이 꺼져도 데이터를 보존하는 비휘발성 메모리입니다.

플래시 메모리의 용량이 크게 증가한 이래, △다양한 모바일기기에 사용되는 SD카드와 마이크로SD카드 △고속 컨트롤러와 낸드플래시를 통합한 패키지로서 모바일기기의 내장 메모리 eMMC(embedded Multi-Media Card) △eMMC 대비 3배 이상의 속도로 데이터를 저장할 수 있는 eUFS(embedded Universal Flash Storage) △HDD를 빠르게 대체하고 있는 차세대 대용량 보조기억장치 SSD(Solid State Drive)에 이르기까지 우리 생활의 모든 곳에서 사용되고 있는데요. 삼성전자는 2002년부터 플래시 메모리 시장을 주도하고 있습니다.

차세대 고속 플래시 메모리, UFS (Universal Flash Storage)

UFS는 국제 반도체 표준화 기구 ‘제덱(JEDEC)’의 최신 내장 메모리 규격인 ‘UFS 2.1’ 인터페이스를 적용한 차세대 초고속 플래시 메모리입니다..

스마트폰, 태블릿PC와 같은 모바일기기는 기존 eMMC(embedded Multi Media Card)라는 내장 메모리를 사용하여 정보를 저장해왔습니다. 삼성전자는 2015년 1월 세계 최초로 128GB eUFS를 양산하며 ‘UFS(Universal Flash Storage)’ 시장을 창출했고, 2017년 12월 512GB eUFS를 양산하기까지 사용자들에게 더욱 빠른 모바일 경험을 선도적으로 선사하고 있습니다.

eMMC 병렬 인터페이스는 한 번에 한 방향으로만 데이터를 전송할 수 있어 동시에 읽고 쓰는 것이 불가능했지만, UFS는 읽고 쓰는 별도의 전용 경로가 있는 LVDS(Low-Voltage Differential Signaling) 직렬 인터페이스가 있어 동시에 읽고 쓰는 쌍방향 소통이 가능합니다. 또한 UFS는 SSD에서 사용되는 속도 가속 기능인 ‘커맨드 큐(Command Queue)’를 적용해 기존 고성능 내장 메모리(eMMC 5.0)보다 3배 빠른 임의 읽기 속도로 동작하면서도 소비전력은 절반 수준으로 낮췄습니다.

삼성전자, 혁신적인 기술로 UFS 시장을 창출하다

삼성전자는 메모리 반도체 기술 분야에서 20년 넘게 선두주자로 자리매김하면서 UFS시장을 활짝 열었습니다.

2015년 1월 초고속 UFS 메모리 시대를 연 ‘128GB UFS’는 기존 외장 메모리카드보다 임의쓰기 속도가 28배나 빠른 14,000 IOPS를 구현했습니다. 사용자들이 모바일기기에서 UHD 콘텐츠를 보며 다른 작업을 동시에 하더라도 버퍼링 현상 없이 이용할 수 있도록 제공한 것인데요. 삼성전자는 이를 통해 글로벌 소비자에게 더욱 스마트한 모바일 라이브를 선사하는데 기여하게 됐습니다.

삼성전자는 ‘128GB eUFS’ 출시 후 1년이 지난 2016년 2월에는 업계 유일의 ‘256GB eUFS’를 양산하며 메모리 스토리지 시장 성장의 패러다임을 용량 중심에서 성능 중심으로 한 단계 레벨업 했는데요.

시스템 속도에 가장 큰 영향을 미치는 것은 임의 읽기/쓰기 속도인데요. 256GB eUFS는 기존 128GB eUFS 제품(19,000/14,000 IOPS) 대비 2배 이상 빠른 45,000/40,000 IOPS의 임의 읽기/쓰기 속도를 달성해 스마트폰의 성능을 크게 향상시켰습니다.

삼성전자는 eUFS 라인업을 차량용 메모리까지 확대하며 프리미엄 메모리 시장확대에 나섰습니다.

삼성전자의 자동차용 ‘128GB eUFS’는 고사양 자동차의 차세대 ADAS(Advanced Driver Assistance Systems, 첨단 운전자 지원 시스템) 및 인포테인먼트, 대시보드 시스템에 최적화된 메모리로 스마트기기와 연결되어 다양한 멀티미디어 기능을 수행합니다.

이 제품은 ‘JEDEC UFS 2.1’ 규격을 만족시켰을 뿐만 아니라, 2018년 1분기 표준 예정인 차세대 차별화/고성능 메모리 규격 ‘JEDEC UFS 3.0’에서 요구되는 ‘데이터 리프레쉬’ 기능과 ‘온도감지’ 기능까지 함께 구현해 자동차용 반도체의 가장 중요한 요소인 신뢰성과 안정성을 극대화 했습니다.

삼성전자는 ‘256GB eUFS’가 출시된 지 21개월 만인 2017년 12월, 용량을 2배로 늘린 ‘512GB eUFS’를 양산했는데요. 이는 삼성전자의 최첨단 64단 512Gb V낸드가 적용된 제품으로 용량은 2배 늘었지만 패키지 크기와 성능은 유지, 소비전력 증가를 최소화했습니다.

‘512GB eUFS’를 사용하면, 10분짜리 4K UHD(3840×2160) 동영상을 130편 연속 녹화할 수 있으며, 스마트폰에 저장된 5GB 풀 HD 영상을 기존 마이크로SD카드보다 8배 이상 빠른 6초대에 SSD로 전송할 수 있습니다. 그렇다면 최고의 성능과 용량을 자랑하는 ‘512GB eUFS’는 어떻게 만들어졌을까요?

모바일기기 사용자의 편의성을 향상시키다, ‘512GB eUFS’

2015년 1월 스마트폰용 ‘128GB eUFS’ 양산으로 UFS 시장을 창출한 삼성전자는 2016년 2월 ‘256GB eUFS’에 이어 2017년 12월 업계 유일하게 ‘512GB eUFS’ 라인업을 출시했습니다. 256GB UFS보다 용량은 2배 더 많아졌지만 손톱만 한 패키지*의 크기를 그대로 유지했습니다.
*256GB size = 11.5 X 13 X 1.2mm / 512GB size = 11.5 X 13 X 1.0mm

이는 64단 512Gb V낸드 칩을 8단으로 적층해 512GB의 용량을 구현*하고, 낸드 칩 하부에 컨트롤러를 배치하는 ‘고인돌(Dolmen) 구조’를 통해 작은 패키지 안에 대용량을 구현했는데요. 우리 선조들의 지혜가 담긴 고인돌이 매일 사용하는 모바일기기의 메모리에 적용되어 안정적인 칩 구조와 세계 최대 용량을 구현한다는 사실이 신기하죠?
*1Byte(대문자 B) = 8bit(소문자 b)로, 512Gb×8 = 512GB를 구현

또한 64단 512Gb V낸드는 256Gb V낸드 대비 주변 회로는 그대로 유지하면서 셀은 두 배 더 증가했는데요. 동일한 회로에 셀용량이 커지게 되면 속도가 저하되고, 소비전력이 증가하기 마련이지만, 삼성전자는 ‘초고속 맵핑기술’과 ‘초절전 기술’을 구현해 최고 수준의 성능을 유지하고, 소비전력의 증가를 최소화했습니다.

삼성전자는 주 양산 제품인 64단 512Gb V낸드의 양산 비중을 빠르게 늘릴 예정인데요. 이에 따라 모바일 메모리, SSD 시장의 수요 증가에 적극적으로 대응할 예정입니다. ‘고성능•고용량’ 기술에 한 발 앞서기 위해 지속 노력할 삼성전자의 눈부신 활약을 기대해주세요!