2D 낸드 SSD란?
평면형 낸드라고도 하는 2D 낸드는 플래시 메모리 셀이 트랜지스터 다이에 나란히 배치된 플래시 메모리의 한 유형입니다. 1987년 상업적으로 처음 출시된 2D 낸드는 초기 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)에 하드디스크 드라이브(HDD)보다 뛰어난 성능, 읽기/쓰기 속도, 기계적 견고성을 제공했지만 용량당 비용은 더 높았습니다. 한 평면에 나란히 넣을 수 있는 셀의 수에 따라 용량이 근본적으로 제한되자, 3D 낸드 개발이 시작되었습니다. 이 글에서는 2D 낸드가 무엇이며 어떻게 작동하는지, 얼마나 안정적인지 살펴보겠습니다.
2D 낸드는 어떻게 작동하나요?
2D 낸드는 전기 회로 내에서 메모리 비트를 전압 상태로 저장하는 방식으로 작동합니다. 2D 낸드의 작동 원리를 이해하려면 먼저 낸드 셀에 대한 몇 가지 개념을 이해하는 것이 중요합니다.
2D 낸드에서 낸드는 무엇을 의미할까요?
낸드(NAND)는 "NOT AND"의 약자로, 낸드 셀의 내부 회로에 사용되는 논리 게이트 또는 부울(Boolean) 연산자를 나타냅니다. 낸드 게이트는 두 입력이 모두 TRUE인 경우에만 FALSE 값을 생성합니다.
낸드 셀이란?
낸드 셀은 상단의 제어 게이트와 두 개의 절연 레이어 사이에 위치한 플로팅 게이트, 하단의 소스 및 드레인 연결 채널로 구성된 트랜지스터입니다.
제어 게이트에 전압을 인가하면 채널의 전자를 끌어당겨 첫 번째 절연 층을 통과해 플로팅 게이트로 터널링 되도록 합니다. 플로팅 게이트가 이러한 충전된 상태에 있으면 데이터가 저장되고 셀의 이진 값이 0으로 설정됩니다. 또한 플로팅 게이트는 전기적으로 절연돼 있기 때문에 전원이 제거되더라도 메모리를 저장하여 메모리 셀을 비휘발성으로 만듭니다.
소스 및 드레인에 충분히 높은 전압을 인가하면 제어 게이트에서 음의 전압이 유도됩니다. 이렇게 하면 플로팅 게이트 전자가 채널로 다시 방전되어 메모리 셀이 효과적으로 지워집니다. 셀의 이진 값은 1로 설정됩니다.
2D 낸드에 몇 비트를 저장할 수 있나요?
2D 낸드 셀당 1비트 이상을 저장할 수 없다는 것은 일반적인 오해입니다. 2D 낸드의 평면적 특성 때문에 MLC, TLC, QLC 셀을 사용할 수 없다는 의미는 아닙니다. 셀을 쌓을 수 없다는 의미일 뿐입니다.
다음은 낸드 셀의 발전에 대한 개요입니다:
- SLC(싱글 레벨 셀) 플래시: 셀당 1비트, 2가지의 전압 상태
- MLC(멀티 레벨 셀) 플래시: 셀당 2비트, 4가지의 전압상태
- TLC(트리플 레벨 셀) 플래시: 셀당 3비트, 8가지의 전압 상태
- QLC(쿼드 레벨 셀) 플래시: 셀당 4비트, 16가지의 전압 상태
보시다시피 셀당 저장할 수 있는 전압 상태가 많을수록 더 많은 비트의 정보를 저장할 수 있습니다. 더 많은 전압 상태를 저장하려고 하면 일반적으로 안정성과 용량에서 트레이드오프가 발생합니다.
2D 낸드와 3D 낸드는 얼마나 안정적일까요?
2D 낸드와 3D 낸드의 차이점은 2D 낸드는 평면형인 반면, 3D 낸드는 수직 적층 방식이라는 점입니다. 2D 낸드의 주요 제한 요소는 칩의 단일 평면에 넣을 수 있는 셀의 수였습니다. 셀이 작을수록 단일 트랜지스터 평면에 더 많은 셀을 넣을 수 있습니다. 반대로 셀 크기가 작을수록 전자 누출 가능성이 높아져 안정성이 떨어집니다.
엔지니어들은 셀을 수직으로 쌓아 낸드 칩의 용량을 향상시키기 위해 3D 낸드를 개발했습니다. 셀을 축소할수록 신뢰성이 떨어지기 때문에 수직 적층 방식은 더 큰 셀을 사용하여 안정성을 향상시킬 수 있는 여유 공간을 제공합니다. 그 결과 낸드 칩의 용량과 안정성이 모두 향상되었습니다.
어떤 SSD가 2D 낸드 플래시를 사용하나요?
현재 시중에 나와 있는 대부분의 SSD는 낸드 플래시를 사용합니다. 2D 낸드는 현재 단계적으로 퇴출되고 있는 오래된 기술이기 때문에 공급업체는 더 이상 자사 제품에 이 기술을 사용한다고 이야기 하지 않습니다. 3D 낸드라고 광고하지 않는 SLC 칩을 사용하는 구형 SATA SSD는 더 저렴한 2D 낸드 플래시를 사용하고 있을 가능성이 높습니다. 하지만 이 기술은 여전히 틈새 시장에서 활용되고 있습니다. 레거시 구현에는 여전히 구형 2D 낸드 플래시가 필요하며, 메모리가 많이 필요하지 않은 마이크로 디바이스는 단일 트랜지스터 평면에서 SLC 셀의 성능과 안정성을 선택할 수 있습니다.
결론
이 글에서는 2D 낸드가 무엇이며 3D 낸드와 어떻게 다른지 살펴보았습니다. 2D 낸드는 오래된 기술이지만, 여전히 레거시 하드웨어에서 플래시 메모리의 저렴한 버전으로 활용되고 있습니다.
