장기 사용에 적합한 산업용 플래시카드는?

모든 엔지니어는 microSD 카드를 필요할 때마다 사용할 수 있도록 체계적으로 보관합니다. 제 카드는 책상 위 여기저기 손 닿는 곳에 흩어져 있습니다. 휴대폰, 태블릿 또는 단일 기판 컴퓨터(SBC)에 microSD 카드가 필요할 때면 배트맨이라도 되는 듯이 어디선가 하나가 나타나곤 했습니다. 이렇게 잘 지내던 중 '2019년도의 대대적인 책상 진공청소기 사건'으로 인해 실험 중이던 Linux 배포판이 담긴 16GB microSD가 갑자기 사라졌습니다. 진공청소기 먼지 봉투에도 없었으므로 분명 어딘가에 교체 불가능한 나사나 전기 테이프 롤이 사라지는 숨겨진 시공간 차원 같은 곳에 있다고 추정하고 있습니다.

당연히 이 사건 이후 저는 모든 microSD 카드를 한곳에 보관하게 되었고 엔지니어의 직업 정신에 따라 플래시카드를 종류별로 분류해야만 했습니다. 처음에는 메모리의 크기를 기준으로 분류하려 했지만, 그동안 모아둔 카드가 너무나도 복잡하고 많았기에 다른 전략을 사용하기로 했습니다.

그래서 크기 대신 효과적으로 사용했던 microSD 카드와 데이터 손상으로 사용할 수 없었던 카드로 분류했습니다. 저는 여러 카드를 조사하기 시작했고 플래시카드 평점을 보면서 온라인에 잘못된 정보가 너무 많다는 사실을 발견했습니다. 제가 데이터 손상을 경험했던 microSD 카드들은 온라인에서 '객관적인' 리뷰어에게 속도가 가장 빠르다며 가장 높은 평점을 받고 있었습니다. 그래서 성실한 엔지니어인 제가 직접 조사한 결과, microSD 플래시카드를 실제로 사용하는 것은 사람들이 이야기하는 것보다 언급되지 않은 요소들이 더 중요하다는 사실을 알게 되었습니다.

플래시 메모리 유형의 기본

플래시 메모리를 이해하기 위해서는 메모리 셀의 반도체 구조를 살펴보아야 합니다. 단일 레벨 셀(SLC) 플래시는 셀당 1비트입니다(그림 1). 다중 레벨 셀(MLC) 플래시는 셀당 다중 비트로, 실제로는 셀당 2비트입니다. 저는 이 다중 레벨 셀이야말로 뒤에서 다시 설명드릴 결과를 초래한 마케팅 실패의 표본이라고 생각합니다. 3중 레벨 셀(TLC)은 셀당 3비트이고 4중 레벨 셀(QLC) 플래시는 셀당 4비트입니다.

그림 1: 플래시 메모리 유형은 셀당 비트 수를 기준으로 구분되며, 각 비트 수에 따라 SLC부터 QLC로 표시됩니다. (이미지 출처: Micron Technology)

플래시 어레이의 한 셀에 포함된 비트 수가 많을수록 플래시 어레이가 작고 메모리 장치의 가격이 저렴합니다. 하지만 이렇게 크기를 축소하려면 반드시 대가가 필요한 법이죠. 메모리 비트 스토리지가 작을수록 플래시 셀이 수용할 수 있는 프로그래밍/삭제 주기(P/E)의 수가 줄어들어 오류가 발생할 가능성이 커집니다. 하나의 셀에 여러 비트를 넣고 캐싱한 플래시 메모리 컨트롤러로 처리하면 속도는 매우 빨라지겠으나 메모리 어레이가 읽고 쓰는 데에 더 많은 전류를 소모하게 됩니다. 제가 모든 SLC microSD 카드와 진정한 MLC microSD 카드를 사용하는 동안 한 번도 문제가 발생한 적이 없었다는 사실은 이 문제를 더욱 중요하게 만들어 주었습니다.

'진정한' MLC라는 용어를 사용하는 이유는 셀당 2비트를 나타내는 이 말이 바로 다중 비트를 의미하기 때문입니다. 이름이 덜 알려진 플래시 메모리 제조업체 중 일부는 검증된 전자 부품 유통업체를 통해 판매하는 것이 아니라 TLC 및 QLC 제품에 MLC라는 이름을 붙여 브랜딩합니다. M이 다중 비트를 의미한다는 이유에서입니다.

microSD 플래시카드에 관해 사람들이 일반적으로 언급하지 않는 것은 전력 소비량입니다. 소비자용 플래시카드 제조업체들은 장치의 전력 소비량을 공개하지 않는 경우가 많습니다. 그러므로 중요한 작업에 플래시카드를 사용할 예정이라면 이 파라미터를 확인하세요. 이번 조사를 진행하며 데이터 손상이 발생했던 microSD 카드는 전부 전력 소비량이 가장 큰 축에 속했으며, 여기에는 속도가 가장 빠른 카드도 일부 포함되었다는 사실을 알게 되었습니다.

그러므로 Raspberry Pi 3 Model A+(그림 2)와 같은 단일 기판 컴퓨터(SBC)에서 플래시카드를 사용하는 경우 기판이 원격 위치에서 무인으로 작동한다면 원하는 속성 목록에서 낮은 전력 소비량을 우선시하는 것이 좋습니다. 정기적인 유지 관리 검사로는 플래시카드 동작을 점검하지 못할 수 있습니다. 속도가 빠르고 밀도가 높은 카드라고 해서 오랜 기간 마냥 신뢰할 수만은 없기 때문입니다.

그림 2: Raspberry Pi 3 Model A+ 같은 SBC용 microSD 카드를 선택할 때는 신뢰성이 높으면서도 전력 소비량 또한 낮은지를 확인해야 합니다. (이미지 출처: Raspberry Pi)

신뢰도가 높은 산업용 플래시카드의 예로는 Delkin Devices의 S304TLNJM-U1000-3 4GB microSD 카드가 있습니다(그림 3). 작동 온도 범위가 -40°C ~ +85°C에 달하는 광범위한 SLC 플래시카드로, 열악한 산업 환경에 적합합니다. microSD 카드의 데이터 보존 사양은 3년에서 5년에 이르는 경우가 많지만, 이 4GB SLC 플래시카드는 데이터 보존이 기간이 10년이나 되기 때문에 microSD 카드로서는 매우 높은 사양입니다.

그림 3: S304TLNJM-U1000-3은 is 4GB SLC 산업용 microSD 플래시카드로, 전력 소비량이 매우 낮고 데이터 보존 기간이 10년에 이릅니다. (이미지 출처: Delkin Devices)

S304TLNJM-U1000-3 카드의 전력 소비량은 매우 낮습니다. 읽기 작업에 소모되는 전류는 50mA 미만(통상)으로, 일반적인 소비자용 카드의 읽기 전류보다 훨씬 낮습니다. 쓰기 전류는 100mA(통상) 미만으로, 소비자용 카드의 읽기 전류보다 훨씬 낮습니다. 쓰기 전류는 플래시 메모리 내부 시스템을 업그레이드해야 할 수도 있는 배터리 구동 사물 인터넷(IoT) 노드에 중요합니다. 유휴 전류는 0.500mA(통상) 미만으로 배터리 구동 IoT 노드에 매우 중요합니다. 일부 응용 제품에서 microSD 카드는 사용 모드보다 유휴 모드에 있는 시간이 더 많을 수 있기 때문입니다.

이 모든 요소로 인해 내구성 등급이 60,000 P/E 주기로 매우 높아집니다. 많은 제조업체가 대중에게 이러한 수치를 공개하지 않으며, 공개한다고 하더라도 조건을 주의 깊게 살펴보아야 하므로 이러한 수치를 동급인 다른 플래시카드와 비교하기는 힘듭니다. 예를 들어 어떤 카드의 데이터 보존 기간이 50년이라고 했을 때는 괜찮아 보였는데, 알고 보니 보존 기간 동안 다시는 쓰기 작업을 할 수 없는 제품일 수도 있다는 것입니다. Delkin Devices는 매우 구체적으로 알려주는 편인데, 표시된 60,000 P/E 주기의 10%를 사용하면 S304TLNJM-U1000-3의 데이터 보존 기간이 10년임을 명시하고 있습니다.

결론

microSD 카드마다 천차만별이기 때문에 메모리 보존 기간 동안 유지보수 점검을 자주 하지 않아도 수년간 자동 운영되는 내장형 시스템을 고를 계획이라면 특별히 주의를 기울여 선택해야 합니다. SLC 메모리에는 특히 이러한 응용 분야에 맞는 다양한 장점이 있습니다.

제품의 사양을 보면 "행동하거나 말하지 않는 것이 실제로 행동하거나 말하는 것보다 중요하다."라는 작업자의 딜레마가 떠오릅니다.