멀티 레벨 셀

Multi-level cell
SLC, MLC, TLC, QLC, PLC shown with all possible bit combinations per cell type
비교한 메모리 셀의 차이점

전자제품에서 멀티레벨셀(MLC)은 메모리셀당 1비트만 저장할 수 있는 싱글레벨셀(SLC)에 비해 1비트 이상의 정보를 저장할 수 있는 메모리셀이다.메모리 셀은 일반적으로 단일 플로팅 게이트 MOSFET(금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터)로 구성되므로 멀티 레벨 셀은 단일 레벨 셀과 동일한 양의 데이터를 저장하는 데 필요한 MOSFET의 수를 줄입니다.

트리플 레벨 셀(TLC)과 쿼드 레벨 셀(QLC)은 MLC 메모리의 버전으로, 각 셀에 3비트와 4비트를 저장할 수 있습니다."다단계 셀"이라는 이름은 "2단계 셀"을 지칭하기 위해 특별히 사용됩니다.전체적으로 메모리의 이름은 다음과 같습니다.

  1. 싱글 레벨 셀 또는 SLC(1셀당 1비트)
  2. 멀티 레벨 셀 또는 MLC(1셀당2비트), 또는 더블 레벨 셀 또는 DLC
  3. 트리플 레벨 셀 또는 TLC(셀당 3비트) 또는 3비트 MLC
  4. 쿼드 레벨 셀 또는 QLC(1셀당 4비트)
  5. 펜타 레벨 셀 또는 PLC(셀당 5비트)– 현재 개발[citation needed] 중

실제로 "n-level cell"은 2레벨의 전하를 사용하여n n비트를 저장하기 때문에 이 명명법은 오해를 일으킬 수 있습니다(아래 참조).

통상, 「레벨」카운트가 증가하면, 퍼포먼스(속도와 신뢰성)와 소비자 코스트는 저하합니다.다만, 이 상관관계는 제조원에 의해서 다릅니다.

MLC 메모리의 예로는 MLC NAND 플래시, MLC PCM(상변화 메모리) 등이 있습니다.예를 들어 SLC NAND 플래시 기술에서는 각 셀이 두 상태 중 하나로 존재하며 셀당 1비트의 정보를 저장할 수 있습니다.대부분의 MLC NAND 플래시 메모리는 셀당 4개의 가능한 상태를 가지므로 셀당 2비트의 정보를 저장할 수 있습니다.이로 인해 상태를 분리하는 마진의 양이 줄어들어 오류가 발생할 가능성이 높아집니다.낮은 에러율을 실현하도록 설계된 멀티 레벨셀은 Enterprise MLC(eMLC; 엔터프라이즈 MLC)라고도 불립니다.

다단계 셀 및 3D 플래시와 같은 신기술과 생산량 증가로 인해 가격이 계속 [1]낮아질 것입니다.

싱글 레벨 셀

플래시 메모리는 부동 게이트 MOSFET 트랜지스터로 구성된 개별 메모리 셀에 데이터를 저장합니다.종래 각 셀에는 2개의 가능한 상태(각각 1개의 전압레벨)가 있어 각 상태는 1 또는 0 중 하나를 나타냈습니다.따라서 1비트의 데이터는 이른바 싱글레벨 셀(SLC 플래시 메모리)에 저장되어 있었습니다.SLC 메모리는 쓰기 속도, 전력 소비량 및 셀 내구성이 높다는 장점이 있습니다.그러나 SLC 메모리는 MLC 메모리보다 셀당 데이터 저장량이 적기 때문에 제조 비용이 메가바이트당 더 많이 듭니다.전송 속도가 빨라지고 수명이 길어지기 때문에 고성능 메모리 카드에 SLC 플래시 기술이 사용됩니다.2016년 2월에는 SLC와 [2]MLC의 신뢰성에 대한 실무적 차이가 거의 없다는 연구 결과가 발표되었습니다.

Single-Level Cell(SLC; 싱글레벨 셀) 플래시 메모리의 라이프 타임은 약 50,000 ~100,000의 프로그램/[3]삭제 사이클입니다

싱글 레벨 셀은 거의 비어 있는 경우 1을 나타내고 거의 가득 찬 경우 0을 나타냅니다.셀에 저장된 데이터를 정확하게 [4]읽을 수 없는 두 가지 가능한 상태 사이에는 불확실성 영역(읽기 여유)이 있습니다.

멀티 레벨 셀

MLC 플래시 메모리의 주요 장점은 높은 데이터 밀도로 인해 스토리지 단위당 비용이 낮다는 것입니다. 메모리 읽기 소프트웨어는 더 큰 비트 오류율을 [5]보완할 수 있습니다.오류율이 높으면 여러 비트 오류를 수정할 수 있는 ECC(Error Correcting Code)가 필요합니다. 예를 들어 SandForce SF-2500 플래시 컨트롤러는 [6]512바이트 섹터당 최대 55비트를 수정할 수 있으며 읽기당 섹터당 1개17 미만의 복구 불가능한 읽기 오류율을 가질 수 있습니다.가장 일반적으로 사용되는 알고리즘은 Bose-Chaudhuri-Hocquenghem(BCH 코드)[7]입니다.MLC NAND의 다른 단점은 SLC 플래시 메모리에 비해 쓰기 속도가 느리고 프로그램/삭제 사이클 수가 적으며 전력 소비량이 높다는 것입니다.

또한 오류 해결을 위해 두 번째 임계값 전압에서 동일한 데이터를 읽어야 하므로 MLC NAND의 읽기 속도는 SLC보다 낮을 수 있습니다.TLC 디바이스와 QLC 디바이스는 [8]ECC에 의해 수정 가능한 값을 얻기 위해 각각 최대 4회 및 최대 8회까지 동일한 데이터를 읽어야 할 수 있습니다.

MLC 플래시의 수명은 약 1,000 ~10,000의 프로그램/삭제 사이클입니다.이를 위해서는 일반적으로 플래시 장치의 유효 수명을 연장하기 위해 마모 레벨링을 사용하는 등 플래시 메모리의 한계를 고려하여 설계된 플래시 파일 시스템을 사용해야 합니다.

인텔 8087은 2비트/셀 기술을 [9]사용했으며 1980년에는 멀티 레벨 ROM [10][11]셀을 사용한 최초의 장치 중 하나였습니다.인텔은 이후 1997년에 [12]2비트 멀티 레벨 셀(MLC) NOR 플래시를 시연했습니다.NEC는 1996년에 64 Mbit 플래시 메모리 칩이 셀당 2비트를 저장하는 쿼드 레벨 셀을 시연했습니다.1997년 NEC는 4기가비트 용량의 쿼드 레벨 셀을 갖춘 다이내믹 랜덤 액세스 메모리(DRAM) 칩을 시연했습니다.STMicroelectronics는 또한 64 Mbit NOR 플래시 메모리 [13]칩을 탑재한 쿼드 레벨 셀을 2000년에 시연했습니다.

MLC는 4개의 충전 값 또는 레벨을 사용하여 셀당 2비트를 저장하는 셀을 참조하기 위해 사용됩니다.2비트 MLC에는 다음과 같이1과 0의 가능한 모든 조합에1개의 충전레벨이 할당되어 있습니다25%에 가까우면 셀은 2진수 값 11, 50%에 가까우면 01, 75%에 가까우면 00, 100%에 가까우면 10을 나타냅니다.다시 한 번, 셀에 저장된 데이터를 [14][4]정확하게 읽을 수 없는 값 사이에 불확실성 영역(읽기 여유)이 있습니다.

2013년 현재 일부 솔리드 스테이트 드라이브는 MLC NAND 다이의 일부를 단일 비트 SLC NAND인 것처럼 사용하여 쓰기 속도를 [15][16][17]높이고 있습니다.

2018년 현재, 거의 모든 상용 MLC는 평면 기반(즉, 셀이 실리콘 표면에 구축됨)이기 때문에 스케일링 제한이 있습니다.이러한 잠재적인 문제를 해결하기 위해 업계에서는 이미 오늘날의 한계를 뛰어넘는 스토리지 밀도 증가를 보장할 수 있는 기술을 모색하고 있습니다.가장 유망한 것 중 하나는 셀이 수직으로 쌓이는 3D 플래시입니다. 따라서 평면 [18]확장의 한계를 피할 수 있습니다.

과거에는 몇 개의 메모리 디바이스가 반대 방향으로 이동하여 비트당 2개의 셀을 사용하여 비트 오류율을 [19]더 낮췄습니다.

엔터프라이즈 MLC(eMLC)는 상업용으로 최적화된 보다 고가의 MLC 변형입니다.기존 SLC 드라이브에 비해 비용을 절감하면서 일반 MLC보다 더 오래 지속되고 신뢰성이 높다고 주장합니다.많은 SSD 제조업체들이 기업용 MLC 드라이브를 생산했지만, 마이크론만이 이 [20]명칭으로 원시 낸드 플래시 칩을 판매합니다.

트리플 레벨 셀

Image of a 2TB-3D-NAND-SSD
트리플 레벨 셀 스토리지

트리플 레벨 셀(TLC)은 NAND 플래시 메모리의 일종으로 셀당 3비트의 정보를 저장합니다.도시바는 2009년 [21]트리플 레벨 셀을 탑재한 메모리를 선보였다.

삼성은 셀당 3비트의 정보를 저장하는 낸드 플래시를 발표했으며, 총 8개의 전압 상태(값 또는 레벨)로 "트리플 레벨 셀"(TLC)이라는 용어를 만들었다.삼성전자는 2010년 [22]양산을 시작해 삼성 840시리즈 SSD에 [23]처음 등장했다.MLC의 부정적인 측면은 TLC를 통해 증폭되지만, TLC는 여전히 높은 스토리지 밀도와 낮은 [24]비용에서 이점을 얻을 수 있습니다.

삼성은 2013년 128기가비트([25]기가비트) 메모리 용량을 갖춘 트리플급 셀을 탑재한 V-낸드(Vertical NAND, 일명 3D NAND)를 선보였다.2015년에는 [22]TLC V-낸드 기술을 256기가비트 메모리로,[26] 2017년에는 512기가비트 메모리로 확장했습니다.

쿼드 레벨 셀

A grey SSD with the text Samsung Solid State Drive"
삼성 870 QVO: 8TB 스토리지를 갖춘 QLC SSD

셀당 4비트를 저장하는 메모리는 일반적으로 TLC에 의해 설정된 규칙에 따라 Quad-Level Cell(QLC; 쿼드레벨 셀)이라고 불립니다.발명 전 QLC는 16개의 전압 상태를 가질 수 있는 셀, 즉 셀당 4비트를 저장할 수 있는 셀을 참조했습니다.

도시바와 샌디스크는 2009년 쿼드레벨 셀을 탑재한 낸드플래시 메모리 칩을 출시해 셀당 4비트를 저장, 64기가비트 [21][27]용량을 갖췄다.

2009년에 도입된 SanDisk X4 플래시 메모리 카드는 NAND 메모리를 기반으로 한 최초의 제품 중 하나로, 일반적으로 쿼드 레벨 셀(QLC)이라고 불리며 각 개별 트랜지스터에 16개의 개별 충전 레벨(상태)을 사용하여 셀당 4비트를 저장합니다.이들 메모리 카드에 사용된 QLC 칩은 도시바, 샌디스크,[28][29] SK하이닉스가 제조했다.

도시바는 2017년 최대 저장용량 768기가비트(Gb)[30]의 쿼드급 셀을 탑재한 V낸드 메모리 칩을 선보였다.2018년에는 ADATA, 인텔, 마이크론, 삼성 등이 QLC 낸드 [31][32][33][34]메모리를 탑재한 SSD 제품을 출시했다.

삼성은 2020년 고객을 위해 최대 8TB의 저장 공간을 갖춘 QLC SSD를 출시했습니다.2020년 [35][36]현재 최종 고객용 스토리지 용량이 가장 큰 SATA SSD입니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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  2. ^ Bianca Schroeder and Arif Merchant (February 22, 2016). "Flash Reliability in Production: The Expected and the Unexpected". Conference on File and Storage Technologies. Usenix. ISBN 9781931971287. Retrieved November 3, 2016.
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외부 링크