차세대 모바일 메모리로 등장한 UFS

유니버셜 플래시 스토리지(Universal Flash Storage)의 약자인 UFS는 IT기기에 탑재되어 데이터를 저장하는 낸드플래시 솔루션 제품 중 하나입니다. JEDEC의 최신 내장 메모리 규격인 ‘UFS 2.0’ 인터페이스를 적용한 제품을 말합니다. UFS는 스마트폰 내장 메모리카드 규격의 표준으로 사용되는 eMMC에 비해 속도는 빠르고 전력소모는 적다는 강점이 있습니다. 오늘은 eMMC를 대체할 차세대 스토리지인 UFS 에 대해서 알아보고, 앞으로 어떻게 활용되며 발전해 나갈 지 알아보도록 할까요?

마이크로 SD카드보다 훨씬 빠른 UFS

다들 조그만 외장메모리카드, 즉 마이크로SD 카드 하나씩은 갖고 있을 겁니다. 과거엔 비쌌지만 시간이 흐르면서 싸져 최근엔 가볍게 선물로 주고받을 수 있을 정도로 부담이 없어졌습니다. 그래서 영화나 음악, 이미지 파일 등을 많이 담아 가지고 다니죠. 하지만 속도가 느린 게 단점입니다. 그동안 멀티미디어 파일은 점점 더 해상도가 높아지며 용량이 수십 배씩 커졌지만, 마이크로SD 카드는 용량만 늘었을 뿐 속도는 많이 빨라지지 않았습니다. 2009년 마이크로SD 카드의 표준인 UHS-Ⅰ규격이 제정된 뒤 별 변화가 없었기 때문입니다.

그래서 PC, 스마트폰 등에서 마이크로SD 카드로 파일을 옮길 때 답답해하는 사람들이 많았습니다. 고해상도 DSLR 카메라로 사진을 찍을 때 사진 찍는 속도보다 이미지파일을 마이크로SD카드에 저장하는 속도가 더 느려 카메라 성능을 제한하는 일까지 생기고 있습니다. 하지만 최근 구세주가 나타났습니다. 마이크로SD 카드보다 훨씬 빠른 유니버설 플래시 스토리지(UFS. Universal Flash Storage) 카드가 등장한 겁니다. UFS는 국제반도체표준화기구(JEDEC)에서 정한 새 표준인 UFS 규격에 따라 등장한 고성능 플래시 메모리입니다. JEDEC은 2013년 9월 내장 메모리 규격으로 'UFS 2.0' 인터페이스를 승인했고, 올 3월 이를 응용해 만든 외장 메모리카드 규격인 'UFS Card 1.0'를 제정했습니다.

뛰어난 속도와 전력소모량이 강점

UFS 카드는 얼마나 빠를까요? 현재 널리 사용되는 UHS-Ⅰ 규격의 보급형 마이크로 SD카드와 UFS 카드는 각각 하드디스크드라이브(HDD)와 솔리드스테이트드라이브(SSD)에 비교할 정도로 차이가 큽니다. UFS 카드는 풀HD급 영화 한편(5GB)을 읽을 때 마이크로 SD카드보다 5배 이상 빠른 10초대에 읽을 수 있습니다. 또 대용량 파일을 읽고 복사하는 ‘연속 읽기/쓰기 속도’에서 마이크로 SD카드보다 약 2배 빠른 170MB/s의 속도를 냅니다. 예를 들어 250GB 용량의 블루레이 원본 데이터를 복사할 때 마이크로SD 카드는 약 4분 30초가 걸리지만, UFS 카드는 그 절반이면 충분합니다.

사진 텍스트 등 자잘한 파일을 거듭해서 읽고 쓰는 ‘임의’ 읽기/쓰기 속도에선 UFS 카드가 보급형 마이크로SD 카드에 비해 350배 빠른 35,000 IOPS와 20배 빠른 40,000 IOPS를 냅니다. DSLR 카메라에서 24장(1120MB, JPEG 모드)의 연속 사진을 저장할 때 마이크로 SD카드는 32초(35MB/s 수준)가 필요하지만, UFS 카드는 6초 대에 저장할 수 있다는 얘기입니다.

소비전력량도 UFS 카드가 낫습니다. 마이크로SD 카드(내장 제품 기준)의 전력 소모량은 사용 환경에 따라 다르지만 최대 2.88W 수준입니다. 반면 UFS 카드는 데이터를 많이 전송하는 상황에서도 1.53W로 마이크로 SD카드의 절반 수준입니다. 기기를 사용하지 않을 때의 대기 전력도 1mW 이하로 모바일 기기에 안성맞춤입니다.

이런 뛰어난 속도와 소비전력량 덕분에 UFS 카드는 큰 인기를 끌 것으로 예상됩니다. 특히 요즘 영화는 풀 HD(1920×1080)를 넘어 초고해상도(4K UHD)로 진화하는 등 콘텐츠는 점점 더 커지고 있습니다. 4K 영화의 용량은 풀HD 같은 영화에 비해 네댓 배 많습니다. 음악 콘텐츠도 UHQ∙FLAC∙MQS 등 MP3보다 훨씬 큰 파일이 인기를 끕니다. 스마트폰 해상도가 높아지며 게임이나 애플리케이션의 용량도 불어나는 추세입니다. 이렇게 덩치 큰 콘텐츠를 병목 현상없이 전송하려면 저장 매체의 속도 역시 빨라질 필요가 있습니다.

기기의 편리성을 높이는 UFS가 선사할 미래

UFS 카드는 내장형, 즉 e(embedded)UFS으로도 쓰입니다. 현재 스마트폰 내장 메모리카드 규격의 표준인 eMMC에 비해 5배 가량 빠릅니다. 지난해 출시된 삼성전자 갤럭시 S6엔 내장형 UFS가 최초로 탑재됐습니다.

▲ SK하이닉스가 2016 IDF에서 선보인 UFS 2.1

SK하이닉스도 지난 달 미국 샌프란시스코에서 열린 'IDF 2016'에서 모바일용 UFS 2.1을 공개했는데요. SK하이닉스 낸드상품기획실장 최수환 상무는 “UFS 2.1을 탑재한 스마트폰 사용자는 8K 화질 및 360도 동영상의 원활한 재생, RAW 이미지 포맷의 연사 기능 사용 등 다양한 첨단 기능을 누릴 수 있다”며 “UFS는 2018년에 절반 이상의 스마트폰에서 사용될 것”이라고 설명했습니다.

UFS 카드는 차세대 디바이스인 드론 가상현실(VR)기기 등을 만나면 더욱 빛을 발할 수 있습니다. 드론, VR기기 등은 고용량, 고성능 메모리 사양을 요구하고 있기 때문입니다. 차세대 디바이스인 드론의 경우 카메라 성능이 향상되고 해상도가 4K, 8K 등으로 높아지면서 고성능 저장장치가 필수가 되고 있습니다. VR 역시 4K 수준에서는 픽셀 입자가 보이기 때문에 8K 이상의 초고해상도 콘텐츠가 필요합니다.

그동안 개발자들은 떨어지는 메모리 성능을 감안해 소프트웨어 성능을 낮추는 식으로 균형을 맞춰왔습니다. 하지만 UFS를 사용하면 개발자들이 성능을 낮출 필요가 없습니다. 즉 UFS가 모바일, VR용 콘텐츠와 애플리케이션 발전에 기여할 것이라고 예상할 수 있습니다. 반도체 업계도 사물인터넷(IoT) 시장 개화와 함께 확대되고 있는 고성능 메모리 수요를 UFS로 공략한다는 계획을 밝혔습니다.

※ 본 칼럼은 반도체/ICT에 관한 인사이트를 제공하는 외부 전문가 칼럼으로, SK하이닉스의 공식 입장과는 다를 수 있습니다.