NAND Flash는 Floating Gate나 Charge Trap에 전하를 가둬 전원이 없어도 데이터를 유지한다. 셀의 문턱전압을 몇 단계로 나누느냐에 따라 한 셀에 담는 비트 수가 결정된다.
셀과 내구도
- SLC~QLC
- 셀당 1~4비트. 비트가 늘면 내구도와 원시 속도가 낮아진다
- 읽기·쓰기 단위
- 페이지 단위 기록, 블록 단위 삭제
- 열화
- P/E 누적에 따라 데이터 유지력과 오류율이 변한다
- 관리
- Wear Leveling, Bad Block, ECC, Refresh
- 3D NAND
- 적층 단수만으로 성능을 알 수 없다
SLC는 셀당 1비트, MLC는 2비트, TLC는 3비트, QLC는 4비트를 저장한다. 상태가 늘어날수록 같은 면적에 더 많은 데이터를 넣을 수 있어 용량당 가격이 내려간다. 대신 상태 사이의 여유가 좁아져 읽고 쓰기가 까다로워지고 오류 정정 부담이 커지며, 쓰기 내구도와 원시 속도는 대체로 떨어진다.
셀은 페이지 단위로 읽고 쓰지만 지울 때는 더 큰 블록 단위로 묶어서 지운다. Program/Erase가 반복되면 절연층이 닳아 데이터 유지력과 오류율이 변한다. 컨트롤러는 Wear Leveling, Bad Block 관리, ECC, Refresh로 이 열화를 늦추고 감춘다.
3D NAND는 셀을 수직으로 쌓아 같은 면적에 더 많은 용량을 올린다. 다만 적층 단수가 높다고 성능이 좋다고 단정할 수 없다. 다이 밀도와 채널·Plane 병렬성, 컨트롤러와 펌웨어가 함께 결과를 만든다.
셀 상태와 제품 수명 사이
셀당 비트 수가 n이면 구분해야 하는 전압 상태는 2의 n제곱 개다. SLC의 2개 상태와 달리 QLC는 16개 상태를 구분하므로 인접 상태 사이의 여유가 좁다. 온도, 쓰기·지우기 누적과 보관 시간이 달라지면 오류 정정에 필요한 부담도 달라진다.
그렇다고 TLC와 QLC라는 이름만으로 완제품 수명을 계산할 수는 없다. 여유 영역, 컨트롤러의 정정 능력, 쓰기 증폭과 워크로드가 함께 작용한다. 같은 종류의 NAND를 쓴 SSD도 보증 쓰기량과 지속 성능이 다를 수 있어 SSD 성능과 수명의 제품 단위 지표를 함께 읽는다.
SSD 적용: SSD 구조, SSD 성능과 수명