범용 플래시 스토리지 (Universal Flash Storage : UFS)

UFS는 특히 고성능 및 저전력 소모가 요구되는 모바일 애플리케이션 및 컴퓨팅 시스템에 맞게 설계되었습니다. 2016년 3월, JEDEC는 JESD220C UFS 2.1을 발표했습니다. 이 UFS 2.1은 버전 2.0 (2013년 발행)의 업데이트입니다. JESD220C Universal Flash Storage 버전 2.1은 이전 버전에 비해 향상된 핵심 기능을 제공하며 SoC와 UFS 저장 장치간에 인라인 암호화를 사용하여 데이터 보안을 제공합니다.

JEDEC은 또한 4가지 보완 표준을 발표했습니다.

● JESD223C UFS 호스트 컨트롤러 인터페이스 (UFSHCI) 버전 2.1

● JESD220-1A UFS 통합 메모리 확장 버전 1.1

● JESD223-1A Unified Memory Extension 버전 1.1을 지원하는 UFS 호스트 컨트롤러 인터페이스

● JESD224 UFS (테스트)

JESD223C는 시스템 설계자가 서로 다른 제조업체의 UFS 호스트 컨트롤러 하드웨어로 작동하는 공통 호스트 컨트롤러 소프트웨어 드라이버 계층을 생성할 수 있는 표준 호스트 컨트롤러 인터페이스를 정의하여 설계 프로세스를 간소화합니다.

JESD220-1A 및 JESD223-1A는 레지스터 정의, 프로토콜 확장 및 UFS 장치측에서 트랜잭션을 시작하는 기능과 같은 UME (Unified Memory Extension)를 지원하기 위해 UFS 장치 및 호스트 컨트롤러에 필요한 기능 향상을 정의합니다. UME의 목적은 시스템 메모리를 UFS 장치와 공유하는 것입니다. UFS 장치의 내부 작업 메모리 양을 최소화하여 시스템 비용을 절감할 수 있는 잠재력을 제공하면서 무작위 액세스 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다.

JESD224는 UFS 장치의 동작을 측정하고 이를 UFS 표준 요구 사항과 비교하기 위한 표준 테스트 사례 및 절차를 정의합니다.

UFS 카드 표준

JESD220-2 UFS (Universal Flash Storage) 카드 확장 표준은 2016년 3월에 출판되었습니다. 새로운 이동식 메모리 카드 표준은 UFS 버전 2.0, JESD220B와 일치하는 기능을 표준화합니다.

MIPI Alliance®와의 공동 작업

JEDEC UFS는 최고의 성능과 전력 효율이 가장 높은 데이터 전송을 구현하기 위해 MIPI Alliance의 업계 선도 사양과 연계하여 인터커넥트 레이어를 구성합니다. 이것은 M-PHY® 버전 3.0 사양과 UniProSM 버전 1.6 사양을 지원하는 UFS v2.1에서 계속됩니다.

UFS 역사

2011년 2월에 처음 게시된 UFS는 스마트폰 및 태블릿과 같은 모바일 장치의 임베디드 및 이동식 플래시 메모리 기반 스토리지를 위한 가장 진보된 표준으로 설계되었습니다. UFS는 낮은 활성 전력 레벨과 거의 0의 유휴 전력 레벨을 제공하며 관련 MIPI 사양의 절전 특성과 결합되어 장치 전력 소비를 크게 줄일 수 있습니다. UFS 표준은 명령 대기열 기능과 다중 명령을 지원하고 다중 스레드 프로그래밍 패러다임을 가능하게 하는 잘 알려진 SCSI 아키텍처 모델 및 명령 프로토콜을 채택합니다. 이는 한번에 하나의 명령을 처리하여 임의의 읽기/쓰기 액세스 성능을 제한하는 기존 플래시 기반 메모리 카드 및 내장형 플래시 솔루션과 다릅니다. UFS HCI 사양 및 SCSI 채택은 잘 알려진 소프트웨어 프로그래밍 모델을 제공하며 더 많은 시장 채택을 가능하게 합니다.

UFS에서의 작업은 JEDEC의 JC-64 임베디드 메모리 저장 및 이동식 메모리 카드위원회가 조정하며 주요 소비자 전자 및 휴대폰 OEM이 지원합니다. JEDEC 내에서 UFS 개발 작업 외에도 일부 주요 참가자는 UFS 장치 및 호스트 응용 프로그램을 위한 UFS 생태계 및 지원 환경을 개발하기 위해 UFSA (Universal Flash Storage Association)라는 조직을 설립했습니다.

eMMC란 무엇인가?

eMMC라는 용어는 "임베디드 멀티미디어 컨트롤러 (Embedded Multi-Media Controller)"의 약자로, 동일한 실리콘 다이에 플래시 메모리와 플래시 메모리 컨트롤러로 통합되어 구성된 패키지를 의미합니다.

eMMC 솔루션은 MMC (멀티미디어 카드) 인터페이스, 플래시 메모리 및 플래시 메모리 컨트롤러의 세 가지 구성 요소로 이루어져 있으며 산업 표준 BGA 패키지로 제공됩니다.

디지털 카메라, 스마트폰 및 태블릿과 같은 오늘날의 임베디드 응용 프로그램은 거의 항상 플래시 메모리에 내용을 저장합니다. 과거에는 응용 프로그램 CPU에 의해 구동되는 데이터 읽기 및 쓰기를 관리하는 전용 컨트롤러가 필요했습니다. 그러나 반도체 기술이 스토리지 밀도를 크게 높이기 위해 발전함에 따라 컨트롤러가 플래시 메모리 다이의 외부에서 이러한 기능을 관리하는 것은 비효율적이 되었습니다.

따라서 eMMC는 컨트롤러를 플래시 다이에 번들로 제공하는 표준화된 방법으로 개발되었습니다. eMMC가 향상됨에 따라 표준은 고성능 및 보안에 대한 요구를 충족하기 위해 안전한 지우기 및 우선 순위가 높은 인터럽트와 같은 기능을 제공합니다.

따라서 eMMC 표준은 고해상도 비디오를 저장하도록 설계된 고밀도 칩의 데이터 전송 속도와 처리량을 개선하기 위해 만들어졌지만 새로운 시대에는 더 많은 응용 프로그램을 위해 더 많은 작업을 수행하고 있으며 표준은 더 풍부한 목적을 위한 추가 새로운 기능이 포함되도록 발전될 것입니다.

eMMC에 대해 현재의 5.1로 삼성의 64GB eMMC 5.1의 속도는 읽기 11,000 IOPS(input/output operations per second), 쓰기 13,000 IOPS입니다. 이전 eMMC 5.0 표준에 기반한 64GB 드라이브의 대략적인 성능은 7,000 IOPS이었습니다. eMMC 5.1의 읽기 쓰기 속도는 일반적으로 모바일 기기 슬롯안에 들어가는 마이크로-SD 카드보다 각각 7~26배 정도 빠릅니다.

역설적인 사실 하나는 이번 표준이 이미 후계자를 보유하고 있다는 것인데, JEDEC이 개발해 발표한 UFS(Universal Flash Storage) 2.0 표준이 그것입니다. UFS 표준은 모바일 기기 내부의 고용량 플래시 드라이브 시장을 겨냥해 개발된 표준으로, 스토리지 수요 증가 트렌드로 인해 활용처가 늘어나는 추세로, 결국에는 모바일 기기에 더 큰 용량의 스토리지가 필요해지면서 UFS 2.0이 eMMC 5.1을 대체할 가능성이 유력합니다.