SK하이닉스가 온디바이스(On-Device) AI*용 모바일 낸드 솔루션 제품인 ‘ZUFS*(Zoned UFS) 4.0’을 개발하는 데 성공했다고 9일 밝혔다.

* 온디바이스(On-Device) AI: 물리적으로 떨어진 서버의 연산을 거치지 않고 기기 자체에서 AI 기능을 구현하는 기술. 스마트폰 기기가 자체적으로 정보를 수집하고 연산하기 때문에 AI 기능의 반응 속도가 빨라지고 사용자 맞춤형 AI 서비스 기능도 강화되는 장점이 있음
* ZUFS(Zoned Universal Flash Storage): 디지털카메라, 휴대전화 등 전자제품에 사용되는 플래시 메모리 제품인 UFS의 데이터 관리 효율이 향상된 제품. 이 제품은 유사한 특성의 데이터를 동일한 구역(Zone)에 저장하고 관리해 운용 시스템과 저장 장치 간의 데이터 전송을 최적화함

SK하이닉스는 “ZUFS 4.0은 스마트폰 등 모바일 기기에서 온디바이스 AI를 구현하는 데 최적화된 메모리로, 업계 최고 성능이 구현됐다”며, “이 제품을 통해 당사는 HBM으로 대표되는 초고성능 D램에 이어 낸드에서도 AI 메모리 시장을 이끌어 갈 것”이라고 강조했다.

ZUFS는 스마트폰 앱에서 생성되는 데이터를 데이터별 특성에 따라 관리하는 역할을 한다. 데이터를 공간 구분 없이 동시에 저장했던 기존 UFS와 달리 ZUFS는 여러 데이터를 용도와 사용 빈도 등 기준에 따라 각각 다른 공간(Zone)에 저장해 스마트폰 OS의 작동 속도와 저장 장치의 관리 효율성을 높여준다.

이를 통해 ZUFS는 장시간 사용 환경에서 스마트폰 앱 실행 시간을 기존 UFS 대비 약 45% 향상시켰다. 또 저장 장치의 읽기 및 쓰기 성능이 저하되는 정도가 UFS 대비 4배 이상 개선됨에 따라 제품 수명도 약 40% 늘어났다.

회사는 AI 붐이 도래하기 전인 지난 2019년부터 고성능 낸드 솔루션에 대한 시장 수요가 발생할 것으로 내다보고 글로벌 플랫폼 기업과 협업해 ZUFS 개발을 시작했다.

SK하이닉스는 초기 단계 ZUFS 시제품을 만들어 고객에 제공했고, 해당 시제품을 바탕으로 고객과 협업해 ‘제덱(JEDEC*)’ 규격에 적합한 4.0 제품을 개발해 냈다. 회사는 오는 3분기부터 ZUFS 4.0 제품 양산에 들어갈 계획이며, 양산 제품은 향후 글로벌 기업들이 내놓을 온디바이스 AI 스마트폰들에 탑재될 예정이다.

* JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council): 반도체 기기의 규격을 규정하는 반도체 분야 표준화 기구인 국제반도체표준협의기구

SK하이닉스 안현 부사장(N-S Committee 담당)은 “빅테크 기업들이 자체 개발한 생성형 AI를 탑재한 온디바이스 개발에 집중하면서 여기에 필요한 메모리에 대한 요구 수준이 높아지고 있다”며 “당사는 고객 요구에 부응하는 고성능 낸드 솔루션을 적시 공급하는 한편, 세계 유수 기업들과의 파트너십을 강화해 ‘글로벌 1등 AI 메모리 프로바이더(Provider)’의 위상을 공고히 해나갈 것”이라고 말했다.

“모든 구성원이 ‘원팀(One Team)’ 마인드로 고군분투하며 낸드 모바일 저장장치(Storage)를 개발하고 있습니다. 힘겨운 과정이란 것을 잘 알기에 이 상의 무게가 남다르게 다가옵니다. 상이 주는 의미를 더 깊이 간직하고, 더 책임감 있게 일하겠습니다.”

SK하이닉스 Solution개발 조경구 팀장이 지난 6일 열린 산업통상자원부 주관 2023년 대한민국 산업기술 R&D 대전에서 ‘산업기술진흥 유공 대통령 표창’을 받았다.

산업기술진흥 유공은 신기술 실용화로 국가 산업 발전에 기여한 공이 큰 기술인을 대상으로 포상하는 제도로, 산업기술의 중요성에 대해 국민적 공감대를 형성하고 우리 기술의 우수성을 알리고자 마련된 국내 최고 권위 기술상 중 하나로 꼽힌다. 이날 조 팀장은 대통령 표창을 받으며, 기술 혁신은 물론 수출 확대에 기여한 공로를 인정받았다.

조 팀장의 공적은 ▲세계 최초로 4D 낸드(NAND Flash) 기반 초고속 UFS* 4.0(이하 UFS 4.0)을 개발하고 ▲국내외 모바일 저장장치의 세대교체를 이끈 것이다. 특히 조 팀장은 중화고객* 품질평가 3년 연속 1위를 달성할 만큼 높은 품질의 UFS를 개발해, 중국 모바일 제조사들의 차세대 저장장치 도입을 앞당겼다고 평가받는다.

이를 통해 국가 수출 실적 향상에도 기여했다. 지난 6년간(2017~2022년) SK하이닉스가 고성능·저전력 모바일 저장장치로 거둬들인 수출 수익은 2조 3,000억 원에 달한다.

* UFS(Universal Flash Storage): 모바일 저장장치 규격 중 하나로, 기존 eMMC(embedded MultiMediaCard)와 달리 동시 읽기·쓰기가 가능하다. PC 저장장치(SSD)의 빠른 속도와 모바일 저장장치(eMMC)의 저전력 특징을 모두 갖춘 규격으로, 4.0 버전까지 개발됐다.
* 중화고객: Xiaomi, OPPO, ViVO 중국 모바일 제조사

국제반도체표준화기구(JEDEC)에 제안해 모바일 저장장치 기술 표준화를 주도한 점 또한 조 팀장의 핵심 공적이다. 지난 수 년간 조 팀장과 팀원들은 UFS 관련 기술 총 22건을 표준화했다. 국내 기술로 표준화를 선점하며 기술 우위를 확보, 국가 위상을 크게 높였다는 평가다.

▲ 12월 6일 열린 산업통상자원부 주관 2023년 대한민국 산업기술 R&D 대전에서 조경구 팀장이 산업기술진흥 유공 대통령 표창을 받았다(왼쪽에서 세 번째).

조경구 팀장은 “산업기술진흥 유공은 개인적 성과이기보다 구성원 모두가 함께 이뤄낸 성과이기에 동료들에게 감사하다”며 “수상의 기쁨을 같이 고생했던 구성원들과 나누고 싶고, 우리가 한 일에 대한 자긍심을 함께 느꼈으면 좋겠다”고 소감을 밝혔다. 또, 그는 “Solution개발 조직의 제품이 지속해서 세계 최고의 지위를 이어갈 수 있도록 더 노력하겠다”고 밝혔다.

뉴스룸은 조경구 팀장을 만나 그가 이룬 공적을 돌아봤다. 아울러 모바일 저장장치의 미래 비전까지 자세히 들어봤다.

모바일 저장장치 솔루션 전문가, UFS 시장을 열다

조경구 팀장은 지난 10년간 SK하이닉스의 모바일 저장장치 개발을 주도한 핵심 인력이다. 회사의 UFS 사업은 물론 전 세계 UFS 시장의 판도를 바꾸었다 해도 과언이 아닐 만큼 그가 남긴 족적은 크고 깊다.

UFS 시장은 2016년 무렵부터 eMMC를 대체하며 몸집을 키웠다. 같은 시기 SK하이닉스는 본격적으로 제품을 양산하며 세대교체를 주도했다. UFS 1세대부터 개발에 참여했던 조경구 팀장은 2016년 상용화 버전인 2.0 제품을 내놓으며 시장 생태계를 확장하는 데 앞장섰다.

▲ 조경구 팀장이 UFS로 모바일 저장장치의 세대교체를 이뤘던 순간을 이야기하고 있다.

“당시 모바일 저장장치를 새로운 규격으로 교체하는 건 매우 큰 도전이었습니다. 배터리 효율과 성능 등에 대한 이점이 없다면 모바일 제품을 만드는 제조 업체들은 기존에 사용하던 저장장치 기술을 바꾸려고 하지 않습니다. 저를 비롯한 개발진은 심기일전해 안정성과 호환성을 확보하면서 2배 이상의 성능을 가진 UFS를 선보였는데요. 이것을 시작으로 UFS 시장의 새로운 생태계가 열렸다고 생각합니다.”

절치부심 8년… 독자 기술 더하며 4D 낸드 기반 UFS 4.0을 내놓다

이후 8년 동안 회사도 제품도 많은 변화를 겪었다. 2017~2022년 모바일 저장장치 수출액은 2조 3,000억 원을 기록하며 실적도 크게 뛰었다. 중화고객 대상 ‘품질 1위’라는 성과도 달성했다.

그 사이 UFS는 4.0 버전으로 탈바꿈했다. 조경구 팀장은 ‘쓰기 가속’, ‘데이터 분리 저장’, ‘맞춤형 디스크 정리’ 등 기존 UFS에서 선보였던 혁신 기술까지 접목해 초고속에 안정성까지 갖춘 제품을 내놓았다.

▲ 조경구 팀장이 SK하이닉스 4D 낸드 기반 UFS 4.0 제품의 특장점을 설명하고 있다.

“이번 제품의 연속읽기 속도는 4,200MB/s, 연속쓰기 속도는 3,600MB/s 수준입니다. 4D 낸드의 뛰어난 성능 덕분에 eMMC 대비 20배, UFS 3.1 대비 2배 빨라졌습니다. 여기에 쓰기 가속으로 속도를 5.5배 높였고, 속성별로 데이터를 분리 저장하는 기술로, 데이터 신뢰성을 11.7% 높였습니다. 또, 성능 저하가 발생하기 전 맞춤형 디스크 정리를 수행해 안정적인 성능을 유지하는 기술도 더했습니다.”

이렇게 탄생한 UFS 4.0은 또 다른 세대교체를 예고하고 있다. 회사는 이번 제품이 기존 UFS 3.1을 대체하며, 시장의 고성능 요구를 만족할 것으로 기대하고 있다.

10년의 땀방울로 대한민국 기술 경쟁력과 위상을 높이다

조경구 팀장과 팀원들은 UFS 고도화 과정에서 JEDEC 기술 제안을 꾸준히 진행하며, 기술 표준화 또한 주도했다. UFS 기술 표준만 22건을 달성했고 관련 특허는 50개가 넘는다.

기술 표준을 준수하여 제품화시키고 이를 특허와 연계하는 것은 SK하이닉스의 기술 우위를 증명하는 것이다. 최근 조 팀장은 UFS 4.0에 적용한 고속 처리 보안 규격(Advanced-RPMB*)을 선행 개발 및 표준화하는 데 성공해 회사의 기술 우위를 다시 한번 입증했다.

* Advanced-RPMB: RPMB(Replay Protected Memory Block, 재생 보호 메모리 블록)은 특정 명령에 의해 읽기·쓰기를 할 수 있도록 해 보안 기능의 역할을 담당한다. Advanced-RPMB는 이 보안 기능을 더 빠르게 처리하도록 업그레이드 한 기술이다.

▲ 조경구 팀장은 UFS 4.0을 개발하고, 모바일 저장장치 세대교체 및 JEDEC 기술 표준화를 주도한 공로를 인정받아 산업기술진흥 유공 대통령 표창을 받았다.

“UFS 1세대 개발을 시작으로 10년간 쌓은 성과 덕분에 산업기술진흥 유공이라는 큰 상을 받을 수 있었습니다. 상도 중요하지만, 이 같은 기술적 성과는 더 큰 의미를 갖습니다. SK하이닉스, 더 나아가 대한민국의 위상을 높였다는 것입니다. 우리 회사는 이제 세계 유수의 기업과 당당히 어깨를 나란히 하고 있습니다. UFS 기술을 고도화하며 동료들과 함께 흘린 땀방울이 회사와 국가의 기술 경쟁력과 위상을 높이는 데 기여했을 것이라 생각합니다.”

UFS 4.0을 넘어 AI 시대를 향하다

조경구 팀장은 이러한 성과의 비결로 고객의 ‘페인 포인트(Pain Point)’를 미리 알고 대응한 점을 꼽았다. 스마트폰 개발 경험이 풍부한 조 팀장과 팀원들은 이 경험을 토대로 고객 제품을 꾸준히 모니터링했다. 팀은 지난 10년 동안 고객의 요구를 꾸준히 확인하며 기술을 고도화했고 혁신 제품이 탄생할 기반을 다졌다.

“낸드의 경우 쓰기 속도가 읽기 속도보다 느립니다. 10년간 제품을 개발하며 많은 고객이 쓰기 속도를 더 향상하길 바란다는 걸 알고 있었죠. 이를 해결하고자 쓰기 가속 등의 신기술을 개발했고, 고객 니즈에 최적화된 UFS 4.0 제품 개발에 성공할 수 있었습니다.”

이 과정에서 고객과 기술 협약을 맺고 선행 개발에 나서는 등 SK하이닉스만의 개발 문화는 큰 힘이 되었다. 특히 조 팀장은 원팀 문화가 빛을 발했다고 힘주어 말했다. 모두가 나의 업무처럼 프로젝트에 임한 덕분에 이슈 없이 개발을 마칠 수 있었다는 것이다. 조 팀장이 강조하는 또 다른 성공 비결이다.

▲ 조경구 팀장이 산업기술진흥 유공 대통령 표창장 옆에서 포즈를 취하고 있다.

“펌웨어개발, SoC개발, 검증테스트 등 관련된 모든 조직이 하나의 몸처럼 움직였는데요. 원팀 문화와 함께 과감하게 도전할 수 있는 환경을 조성해 준 Solution개발 임원들의 리더십도 많은 도움이 되었습니다.”

수많은 협력과 노하우로 빚어낸 UFS 4.0은 플래그십 모바일 제품에 채용되는 것을 시작으로, 스마트폰 기술 가속화를 이끌 것으로 보인다. 특히 고성능 카메라를 탑재하면서, 작은 전력으로 고용량·고화질 데이터를 빠르게 읽고 쓰는 성능이 더욱 중요해진 스마트폰 트렌드를 완벽하게 맞출 것으로 예상된다.

조경구 팀장은 여기서 만족하지 않고 미래를 향해 한 발 더 나아간다. ‘인공지능(AI)’이라는 커다란 산이 남아 있기 때문이다. 생성형 AI 시대에 발을 맞추기 위해 모바일 저장장치가 도전할 과제는 산적해 있다.

“내년부터는 온디바이스(On-Device) AI* 스마트폰이 속속 등장할 것입니다. 여기에는 대용량 데이터를 학습하고, 추론하는 거대언어모델(Large Language Model, LLM)이 탑재되죠. LLM의 데이터를 다루기 위해선 UFS의 연속읽기·쓰기 성능이 더욱 빨라져야 하는데요. 이에 Solution개발은 AI용 제품을 개발하는 데 온 힘을 쏟고 있습니다. 지난날 UFS 시대의 포문을 열고 세대교체를 이뤘듯이 우리는 AI 시대의 중심에서 UFS 시장을 주도할 수 있도록 최선을 다하겠습니다.”

* 온디바이스(On-Device) AI: 인터넷 접속 없이 스마트폰과 같은 단말기 내에서 바로 AI 연산과 추론을 처리하여 효율을 높이는 개념

64GB, 128GB, 256GB… 스마트폰을 구매할 때 살펴보게 되는 이 용량은 바로 플래시 메모리의 용량을 뜻한다. 우리가 자그마한 스마트폰에 고화질 영상을 저장하고 빠르게 재생할 수 있는 것은 모두 플래시 메모리 덕이다.

UFS(Universal Flash Storage)는 플래시 메모리의 최신 국제 규격으로, 데이터 읽기/쓰기 속도를 획기적으로 발전시킨 인터페이스다. 인터페이스를 어떻게 바꿨길래 우리가 스마트폰에서 고해상도의 영상을 빠르게 볼 수 있게 된 걸까? 알고 보면 원리는 매우 간단하다.

UFS의 작동 원리부터 SK하이닉스의 초박형 4D낸드 이야기까지, 지금 바로 아래 영상에서 확인해보자.

스마트폰의 내장 메모리 용량은 모델에 따라서 8GB부터 256GB까지 다양하게 출시되고 있습니다. 그리고 스마트폰 제품을 구매할 때 보통 내장 메모리 용량이 높으면 높을수록 좋다고 말합니다. 그 이유는 사용하는 과정에서 새로 생성 및 활용되는 파일 크기가 증가하고 있기 때문인데요. 예를 들어 스마트폰으로 촬영한 사진 한 장의 크기는 약 10~20MB이며, 4K 동영상 녹화 파일의 크기는 약 700MB 정도입니다. 사진 및 동영상을 조금 촬영하다 보면 16GB 이하의 용량은 턱없이 부족하죠. 그러니 자연스럽게 대용량의 내장 메모리를 탑재한 모델에 관심을 갖게 되는 것입니다. 그렇다면 단지 대용량의 스마트폰이 좋은 것일까요?

스마트폰 구입 시 우리가 놓쳤던 것

스마트폰 시장은 빠르게 변화하고 있고, 내장 메모리 역시 이런 변화에 맞춰 큰 용량과 함께 높은 성능에 초점을 맞추고 있습니다. 그런데 여기서 우리가 눈여겨봐야 할 점은 스마트폰에 탑재된 내장 메모리의 용량이 같아도 성능은 다를 수 있다는 것입니다. 지금까지 우리가 스마트폰 스펙 표에서 ‘저장공간(Storage)’라는 항목에서 확인했던 내장 메모리의 크기 외에도 eMMC와 UFS라고 하는 내장 메모리 규격(표준)도 확인해야 한다는 것이죠.

스마트폰 저장공간을 담당하는 eMMC와 UFS

스마트폰 선택 시 필수로 확인해야 하는 ‘내장 메모리(저장공간)’의 스펙은 크기(용량)와 (표준)규격으로 나뉩니다. 내장 메모리의 크기는 8GB, 16GB 등을 말하며, 보다 큰 용량이 사용 시 더 많은 앱과 데이터를 보관 사용할 수 있습니다. 그리고 내장 메모리의 (표준)규격은 크게 eMMC와 UFS로 구분됩니다.

▲ SK하이닉스가 출시한 eMMC 5.1 (1)와 UFS 2.1 (2)

eMMC는 embedded Multi-Media Card의 줄임말로 데이터 고속 처리를 위해 스마트폰에 내장한 대표적인 메모리 반도체입니다. 불과 1~2년 전 대부분 스마트폰에서 채택한 규격이며, 현재도 중저가 보급형 스마트폰 모델과 일부 플래그십 모델에도 사용되고 있죠.

eMMC는 eMMC 4.5, eMMC 5.0, eMMC 5.1로 꾸준히 업그레이드하여 성능(읽기/쓰기 속도 등)개선을 보여주었는데요. 이에 따라 eMMC라고 해도 버전에 따라서 성능의 차이는 분명히 존재합니다.

UFS는 Universal Flash Storage의 줄임말로 ‘차세대 초고속 플래시 메모리’라 불립니다. 참고로 앞에 embedded를 붙여 eUFS로도 얘기합니다. UFS는 국제 반도체 표준화 기구(JEDEC)에서 정한 새로운 표준인데요.

국제 반도체 표준화 기구 ‘제덱(JEDEC)’은 2013년 9월 내장 메모리 규격으로 ‘UFS 2.0’ 인터페이스를 승인했습니다. 이로써 스마트폰의 내장 메모리가 eMMC와 다른 UFS 규격까지 늘어나게 된 것이죠. UFS(eUFS) 역시 UFS 2.0과 UFS 2.1 버전으로 구분하며, 버전에 따라서 성능의 차이를 보여줍니다. 그렇다면 스마트폰에 eMMC와 UFS가 탑재되었을 때 어떤 차이점이 있을까요?

eMMC & UFS 같은 용량 다른 성능

우선 eMMC는 병렬 인터페이스(Parallel x8), UFS는 직렬 인터페이스(Serial)로 인터페이스 방식이 다릅니다. 이런 인터페이스의 방식에 따라서 eMMC 병렬 인터페이스는 한 번에 한 방향으로만 데이터를 전송할 수 있습니다. 즉, 동시에 데이터를 읽고 쓰는 것이 불가능한 방식이죠.

그에 비해 UFS는 직렬 인터페이스를 사용해 동시에 읽고 쓰기가 가능한데요. UFS는 SSD에서 사용 중인 속도 가속 기능인 커맨드 큐(Command Que)를 기본 적용해 여러 개의 입출력 데이터(명령어)를 동시에 처리할 수 있습니다. 이로 인해서 기존 고성능 메모리 eMMC 5.0보다 약 2배 이상 빠른 임의 읽기 속도로 동작하고, 소비 전력은 절반 수준으로 낮췄습니다.

eMMC는 가장 최근 모델인 5.1 버전에만 커맨드 큐를 적용해 eMMC 5.0 이하 버전 대비 성능 향상을 보여주고 있죠. 이런 기능적인 향상은 스마트폰 배터리 성능을 높여주고 데이터 처리 방식에 따라 한 번에 여러 가지 작업을 할 수 있게 해주는 멀티 태스킹 성능에 영향을 줄 수 있습니다.

참고로, UFS는 microSD(마이크로SD) 카드로도 출시되었는데요. microSD 카드의 경우, 현재 널리 사용되는 UHS-I 규격의 보급형 제품과 USF 제품은 커다란 성능 차이가 있습니다. 예를 들어 UFS 방식의 microSD 카드는 FHD 영화 한 편(5GB)을 읽을 때 보급형 제품보다 약 5배 이상 빠른 처리 속도(성능)를 보여주는데요. 소비 전력량도 UFS 카드가 절반 수준으로 낮습니다. 대기 전력 역시 1mW 이하로 microSD카드를 지원하는 스마트폰을 사용하는 분이라면 UFS 카드를 구입하는 것이 좋습니다.

이렇듯 같은 용량의 내장 메모리를 탑재한 스마트폰이라 해도 eMMC과 UFS에 따라서 데이터 처리 방식과 성능이 다르며, 같은 방식이라도 ‘버전(구분)’에 따라서 또 다른 성능을 보여줍니다.

eMMC & UFS를 확인하는 방법

하지만 스마트폰 구입 시 eMMC와 UFS 방식에 대한 정보는 확인하는 경우가 그리 흔하지 않습니다. 그렇다면 스마트폰 구입 시 eMMC와 UFS 방식은 어떻게 확인할 수 있을까요?

현재 스마트폰의 경우, eMMC와 UFS가 모델(라인업)별로 혼용되어 사용되고 있는 만큼 UFS라고 표시되지 않은 제품은 eMMC라 생각할 수 있습니다. 그리고 UFS가 탑재된 경우는 ‘64GB UFS’와 같이 표시되어 있는데요. 이런 표기는 스마트폰 패키지에 간략하게 정리되어 있습니다. 하지만 패키지 디자인을 위해 스펙 정보를 삭제하는 경우도 있으니 구입 전(또는 구입 후) 스마트폰 제조사 홈페이지 등을 통해 관련 내용을 확인해 보는 것이 좋습니다.

스마트폰 제조 시 내장 메모리를 다양한 용량으로 탑재해 소비자의 선택에 도움을 줄 수는 있습니다. 하지만 소비자 입맛대로 내장 메모리 방식(규격)을 모델별로 나눠서 출시하는 것은 현실적으로 힘든데요. 그래서 같은 용량이지만 더 나은 성능을 가진 스마트폰을 구입하길 원한다면 내장 메모리가 eMMC인지 UFS인지 꼭 확인해보시기 바랍니다.

오늘은 스마트폰 내장 메모리가 같은 용량이라도 eMMC냐 UFS냐에 따라 처리 속도 및 전력에 다른 성능을 보여준다는 점을 확인해봤는데요. 매년 새로운 스마트폰이 출시되는 요즘. 남들보다 똑똑하게 스마트폰을 구매하고 싶은 분들이라면 내장 메모리 규격을 꼭 확인해보시길 바랍니다.

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

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.