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노어메모리

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노어메모리(NOR flash memory)
낸드, 노어 메모리

노어메모리(NOR flash memory)는 반도체의 셀이 병렬로 배열되어 있는 플래시 메모리의 한 종류이다.

플래시 메모리는 반도체 칩 내부의 전자회로 형태에 따라 직렬로 연결된 낸드 메모리와 병렬로 연결된 노어 메모리로 구분된다. 낸드 메모리는는 용량을 늘리기 쉽고 쓰기 속도가 빠른 반면 노어 플래시는 읽기 속도가 빠른 장점을 갖고 있다.

노어 플래시는 저장단위인 셀을 병렬로 배열하는 구조이기 때문에 데이터를 빨리 찾을 수 있어 낸드 플래시보다 읽기속도가 빠르고, 데이터의 안전성이 우수하다. 하지만 각 셀의 주소를 기억해야 하기 때문에 회로가 복잡하고, 이로 인해 데이터를 저장할 수 있는 공간이 좁아 대용량화가 어렵다. 또한 셀의 주소를 찾아 써야하기 때문에 낸드 플래시보다 쓰기속도가 느리다.

주로 읽기 성능이 중요시되는 시스템에서 널리 사용되며, 내장형 시스템, 펌웨어 저장 장치, 모바일 장치, 디지털 카메라, 컴퓨터의 부트롬(boot ROM) 등에 적용된다.

개요

미국의 인텔에서 개발한 플래시메모리 장치이다. 읽기 속도가 100ns로 빠르고, 1바이트 단위의 읽고 쓰기(RW)가 가능하여 휴대용 기기의 프로그램 기억장치로 널리 쓰인다. 처리 속도는 빠르나 저장용량이 적고 소비전력이 많이 든다는 단점도 있다.

신뢰성이 높고 랜덤액세스가 빠르기 때문에 휴대기기용 프로그램의 기억장치로 널리 쓰인다. 주로 데이터 보존과 운반에 쓰이는 낸드플래시메모리와 달리 읽기 속도가 100ns에 달해 고속 랜덤액세스가 가능하다. 또 낸드플래시메모리가 지원하지 않는 1바이트 단위의 읽고 쓰기(RW)가 가능하다. 따라서 하드디스크를 장착하기 어려운 휴대전화기나 PDA 같은 환경에서 프로그램을 보존하는 데 쓰인다.

다만, 고집적화가 어렵고 데이터를 읽고 쓰는 데 많은 전류가 필요하다는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완한 것이 일본 미쓰비시전기의 DiNOR플래시메모리(Divided bit line NOR)인데, 이것은 NOR플래시메모리와 동등한 액세스 속도에 고집적화와 낮은 소비전력을 실현한 것으로 알려졌다.

역사와 개발

노어 플래시 메모리는 1988년 인텔(Intel)에 의해 처음 개발되었다. 당시 기존의 EPROM(전기적으로 지워질 수 있는 프로그래머블 읽기 전용 메모리)과 EEPROM(전기적으로 지우고 다시 쓸 수 있는 읽기 전용 메모리)의 단점을 극복하기 위한 메모리 솔루션으로 설계되었다. EPROM은 지우기 위해서 자외선 노출이 필요했고, EEPROM은 속도와 비용 면에서 제한이 있었다. 노어 플래시는 이러한 단점을 해결하며 전기적으로 프로그래밍 및 삭제가 가능하면서도 빠른 읽기 성능을 제공하는 메모리로 주목받았다.

구조와 동작 원리

노어 플래시 메모리의 기본 구조는 트랜지스터가 셀 단위로 배열된 셀 어레이로 이루어져 있으며, 각 셀은 하나의 비트 데이터를 저장할 수 있다. 이 셀은 소스, 드레인, 플로팅 게이트(floating gate), 컨트롤 게이트(control gate)로 구성된다.

  • 플로팅 게이트는 트랜지스터 내부에 전자를 저장하는 역할을 하며, 이 전자들이 저장된 상태에 따라 비트값이 결정된다.
  • 컨트롤 게이트는 셀을 읽거나 쓸 때 전압을 가하는 역할을 한다.

노어 플래시 메모리는 데이터를 읽을 때 병렬로 접근할 수 있는 방식이므로, 매우 빠른 읽기 속도를 자랑한다. 셀 어레이가 메모리 매트릭스 형태로 구성되어 있어 원하는 데이터에 빠르게 접근할 수 있으며, 이로 인해 부팅 과정에서 펌웨어나 운영체제 파일을 불러오는 데 최적화되어 있다.

데이터를 삭제하거나 쓰는 과정에서는 셀에 전압을 인가하여 플로팅 게이트에 저장된 전자들을 제거하거나 추가하는 방식으로 이루어진다. 그러나 삭제 및 쓰기 작업은 읽기 작업에 비해 상대적으로 느리다.

낸드메모리와의 차이점

노어 플래시 메모리는 NAND 플래시와 비교될 때 주로 다음과 같은 차이점을 보인다.

  • 읽기 속도: 노어 플래시는 병렬 액세스 방식을 사용하므로 NAND 플래시보다 읽기 속도가 빠르다. 반면 NAND 플래시는 직렬로 데이터를 읽기 때문에 읽기 속도가 다소 느리다.
  • 쓰기 및 삭제 속도: 노어 플래시는 빠른 읽기 속도를 제공하지만, 쓰기 및 삭제 속도는 NAND에 비해 느리다.
  • 비용 및 용량: NAND 플래시는 단위 면적당 저장 용량이 더 크고 비용 효율성이 높아 대용량 저장 장치에 주로 사용된다. 반면, 노어 플래시는 낮은 저장 밀도를 가지고 있어 상대적으로 고비용이다.
  • 응용 분야: 노어 플래시는 주로 읽기 위주의 작업에 적합한 시스템에 사용되며, 펌웨어 저장소나 코드 실행에 많이 쓰인다. 반면, NAND는 대용량 데이터 저장소가 필요한 SSD, USB 드라이브, 메모리 카드 등에 많이 사용된다.

장점과 단점

장점

  • 빠른 읽기 속도: 노어 플래시는 병렬 읽기 방식을 사용하기 때문에 NAND에 비해 읽기 속도가 빠르며, 특히 실행 코드가 저장된 메모리로 자주 활용된다.
  • 직접 코드 실행: 노어 플래시 메모리는 디바이스가 부팅할 때 펌웨어나 운영체제 코드를 직접 실행할 수 있어, 부트롬으로 많이 사용된다. 이는 시스템에서 소프트웨어가 외부 메모리에 로드될 필요 없이 즉시 실행될 수 있다는 장점을 제공한다.
  • 데이터 유지: 전원이 꺼져도 데이터가 유지되며, 펌웨어와 같은 읽기 전용 데이터 저장에 적합하다.

단점

  • 느린 쓰기 및 삭제 속도: 읽기 속도는 빠르지만, 쓰기와 삭제 속도는 NAND 플래시 메모리보다 느리다. 이로 인해 자주 데이터를 갱신해야 하는 애플리케이션에는 적합하지 않다.
  • 비용: 단위 면적당 저장 용량이 NAND에 비해 적기 때문에 비용이 더 높다.
  • 수명 제한: 플래시 메모리는 쓰기 및 삭제 주기에 따른 제한이 있다. 노어 플래시도 예외는 아니며, 일정 횟수 이상 쓰기와 삭제 작업이 반복되면 수명이 다할 수 있다.

주요 응용 분야

노어 플래시 메모리는 빠른 읽기 속도가 요구되는 환경에서 널리 사용된다. 대표적인 예로는 다음과 같다.

  • 임베디드 시스템: 내장형 시스템에서 운영체제나 펌웨어를 저장하고 부팅할 때 노어 플래시 메모리를 활용한다.
  • 부트롬(Boot ROM): 컴퓨터나 모바일 장치가 부팅할 때 사용하는 초기화 코드(부트로더)가 저장되는 메모리로 자주 사용된다.
  • 펌웨어: 디지털 장치의 영구적인 소프트웨어를 저장하는 데 적합하다.
  • 자동차 산업: 자동차의 다양한 전자 장치에서 코드나 데이터를 저장하기 위한 메모리로 노어 플래시가 채택된다.

미래 전망

노어 플래시 메모리는 비용 면에서 NAND 플래시에 비해 열세이지만, 특정한 응용 분야에서는 여전히 중요한 역할을 하고 있다. 특히, 읽기 속도가 중요한 디바이스와 시스템에서는 대체 불가능한 솔루션으로 남아 있다. 그러나 NAND 플래시 기술의 발전과 함께 용량, 비용, 속도 면에서 NAND와의 경쟁이 계속될 전망이다.

따라서 노어 플래시 메모리는 향후 고속 읽기, 코드 실행용 메모리에서 주로 사용되며, 더 나은 읽기 성능과 내구성 개선을 목표로 한 연구가 계속될 것이다.

참고자료

같이 보기


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