오늘 소개할 것은 메모리가 단순히 "0"과 "1" 이상을 저장하는 방법을 배운 방법입니다.
이는 엔지니어들이 셀당 한 비트만으로는 더 이상 충분하지 않다는 것을 깨달으면서 시작되었습니다 — 너무 많은 공간, 너무 많은 비용, 너무 적은 혁신이었습니다.
그래서 그들은 두 개가 아닌 다른 전압 레벨을 사용하여 여러 비트를 같은 셀에 넣을 수 있는 방법을 찾았습니다.
간단해 보이지만 플래시 메모리의 작동 방식에 대한 모든 것이 바뀌었습니다.
다단계 셀, 오류 수정, 데이터 보존은 손톱보다 작은 공간에 사진, 동영상, 메모리를 저장하는 열쇠가 되었습니다.
이러한 기술은 최신 스토리지를 저렴하고 빠르며 신뢰할 수 있게 만들었지만, 트레이드오프도 함께 제공했습니다.
오늘은 그들이 어떻게 작동하는지, 무엇을 해결했는지, 그리고 여전히 어려움을 겪고 있는지 설명하고자 합니다.
멀티 레벨 셀(MLC)
멀티 레벨 셀 메모리는 "바이너리를 넘어선" 이야기가 진정으로 시작되는 곳입니다.
전통적인 단일 레벨 셀(SLC) 메모리에서는 각 셀이 "0" 또는 "1" 비트를 보유합니다.
MLC는 더 많은 전하 레벨을 도입하여 각 셀이 2비트 또는 그 이상을 표현할 수 있도록 함으로써 이를 변화시킵니다.
즉, 이제 하나의 셀이 플로팅 게이트에 얼마나 많은 전하가 갇혀 있는지에 따라 "00", "01", "10" 또는 "11"을 저장할 수 있습니다.
마치 흑백이 아닌 회색 음영을 가진 것과 같습니다.
트리플 레벨 셀(TLC)과 쿼드 레벨 셀(QLC)은 3~4비트를 한 곳에 맞추며 이를 더욱 발전시켰습니다.
저렴한 비용으로 더 많은 용량을 확보할 수 있다는 장점은 분명하지만, 어려움이 따릅니다.
전하 레벨이 많을수록 오류 발생 여지가 줄어듭니다.
작은 컵 사이에 물을 흘리지 않고 균형을 맞추는 것처럼 읽기와 쓰기가 더 느리고 신중해야 합니다.
하지만 MLC 기술은 현대적인 SSD를 가능하게 하여 복잡성이 때때로 진보의 대가가 될 수 있음을 증명했습니다.
오류 수정
저장 밀도가 증가함에 따라 실수의 위험도 커졌습니다.
전자는 누출될 수 있고, 전압은 이동할 수 있으며, 셀 간의 간섭은 비트를 뒤집을 수 있습니다.
바로 여기서 오류 수정이 이루어집니다.
오류 수정 코드(ECC)는 이러한 오류가 데이터에 도달하기 전에 이를 감지하고 수정하는 알고리즘입니다.
마치 오타를 알아차리기 전에 조용히 교정하는 교정자가 있는 것과 같습니다.
최신 플래시 컨트롤러는 BCH 및 LDPC와 같은 강력한 코드를 사용하여 하드웨어 수준에서 데이터를 복구합니다.
셀당 비트 수가 많을수록 이러한 코드는 더 강해져야 합니다.
때로는 보정 프로세스 자체가 데이터를 읽는 것보다 더 오래 걸리기도 합니다.
하지만 ECC가 없었다면 플래시 메모리는 일상적으로 사용하기에 충분히 신뢰할 수 없었을 것입니다.
이상한 일이지만 기술이 더 빨리 발전할수록 플래시 메모리를 보호하기 위해 더 많은 노력을 기울이게 됩니다.
저장된 모든 사진, 모든 텍스트 파일은 완벽함 때문이 아니라 백그라운드에서 조용히 작동하는 보정 계층 때문에 생존합니다.
데이터 보존
데이터 보존은 오늘날 저장하는 것이 내일도 여전히 존재할 것이라는 약속입니다.
플래시 메모리에서 전자는 정보의 일부를 나타내는 절연층 안에 갇혀 있습니다.
시간이 지남에 따라 전자는 특히 고온이나 반복적인 프로그램 및 지우기 사이클에서 서서히 새어 나갑니다.
이는 저장된 데이터를 약화시키고 오류 발생 가능성을 높입니다.
제조업체는 메모리 칩을 수개월, 심지어 수년 동안 스트레스를 받아 데이터가 얼마나 오래 지속될지 예측하여 보존 상태를 테스트합니다.
SLC의 경우 보존 상태가 수십 년에 달할 수 있지만 QLC의 경우 몇 년에 불과할 수 있습니다.
이것이 바로 장점입니다: 셀당 비트 수가 많을수록 내구성이 떨어집니다.
엔지니어들은 수명을 연장하기 위해 리프레시 알고리즘과 마모 레벨링 기술을 사용하여 데이터가 사라지기 전에 재분배합니다.
오래된 사진을 관리하는 것과 비슷한데, 노화를 막을 수는 없지만 주의를 기울이면 색이 바래는 것을 늦출 수 있습니다.
결론적으로 다단계 셀, 오류 수정, 데이터 보존은 디지털 스토리지의 미지의 영웅입니다.
이들은 함께 수조 개의 정보를 주머니에 넣을 수 있을 만큼 작은 것에 보관할 수 있게 해줍니다.
이 기술은 한계를 뛰어넘어 더 많이 저장하고 더 오래 지속하며 더 많은 실수로부터 회복합니다.
하지만 실리콘이든 인간이든 기억은 깨지기 쉽다는 사실도 상기시켜줍니다.
확인하고, 수정하고, 관리해야 합니다.
그렇기 때문에 데이터가 그대로 유지되는 모든 순간이 시간, 오류, 망각에 대한 조용한 승리라는 의미가 있을 수 있습니다.