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유니버설 플래시 스토리지

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1. 개요

유니버설 플래시 스토리지는 삼성전자, 마이크론, 노키아 등이 표준화에 합의하여 개발된 낸드 플래시 기반의 저장 장치이다. 2010년 유니버설 플래시 스토리지 협회가 설립되었고, JEDEC에서 UFS 2.0, 3.0, 3.1, 4.0 등의 표준을 발표하며 성능을 개선해왔다. UFS는 eMMC보다 빠른 속도를 제공하며, 2015년 삼성전자가 세계 최초로 UFS를 양산했다. UFS는 스마트폰, 모바일 AP 등에 탑재되며, UFS 카드의 형태로도 출시된다.

유니버설 플래시 스토리지
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목차

2. 역사

UFS는 2007년 삼성전자, 마이크론, 노키아 등이 표준화에 합의하면서 개발이 시작되었다. 2010년에는 UFS 표준을 홍보하기 위한 개방형 무역 협회인 유니버설 플래시 스토리지 협회(UFSA)가 설립되었다.

2013년 9월, JEDEC 반도체 기술 협회는 UFS 2.0 표준(JESD220B)을 발표했다. 이는 UFS v1.1보다 향상된 성능, 보안 기능, 전력 절약 기능을 제공했다. UFS 2.0은 다중 레인 직렬 버스를 사용하여 초당 최대 12Gbps의 성능을 제공하는데, 이는 SATA 3.0 표준보다 빠른 속도였다.

2015년 1월, 삼성전자는 세계 최초로 128GB UFS 양산을 시작했다. 2016년 2월에는 JEDEC의 최신 UFS 2.0 인터페이스를 적용한 256GB UFS를 세계 최초로 양산했다. 이는 고성능 마이크로SD 카드보다 9배 빠르고, 노트북 PC용 보급형 SSD보다도 2배 가까이 빠른 속도였다.

2018년 1월 30일, UFS 3.0 표준이 발표되어 레인당 11.6Gbit/s (1450MB/s)의 더 높은 데이터 속도를 지원하게 되었다. 2019년 2월, 삼성전자는 eUFS 3.0을 세계 최초로 양산하며, 기존 eUFS 2.1보다 2배 이상 빠른 속도를 구현했다.

2020년 1월 30일, UFS 3.1 표준이 발표되었다. UFS 3.1은 쓰기 부스터(Write Booster), 딥 슬립(Deep Sleep), 성능 스로틀링 알림(Performance Throttling Notification), 호스트 성능 부스터(Host Performance Booster) 등의 기능이 도입되었다.

2022년, 삼성전자는 UFS 4.0을 발표하여 데이터 속도를 23.2Gbit/s로 두 배 향상시켰다.

2.1. UFS 카드

2016년 3월 30일, JEDEC는 UFS 카드 확장 표준 버전 1.0을 발표했다. 2016년 7월 7일 삼성전자는 32, 64, 128, 256 GB 용량의 UFS 카드를 최초로 선보였다. 이 카드들은 UFS 1.0 카드 확장 표준에 기반을 두었다. 256 GB 버전은 순차 읽기 속도가 초당 최대 530 MB, 순차 쓰기 속도는 초당 최대 170 MB이며, 임의 읽기 속도는 40,000 IOPS, 임의 쓰기 속도는 35,000 IOPS를 제공한다.

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UFS 카드출시레인당 대역폭최대 레인 수최대 총 대역폭M-PHY 버전UniPro 버전
1.02016-03-30600 MB/s1600 MB/s3.01.6
1.12018-01-30
3.02020-12-081200 MB/s1200 MB/s4.11.8


2018년 1월 30일에는 UFS 카드 확장 표준 버전 1.1이 발표되었다. 2020년 12월 8일에는 UFS 카드 확장 표준 버전 3.0이 발표되었다.

UFS 카드는 외형은 MicroSD 카드와 유사하지만, 호환성은 없다.

3. 기술적 특징

UFS는 낸드 플래시를 사용하며, 통합 컨트롤러와 함께 여러 개로 적층된 3D TLC 낸드 플래시 다이 (집적 회로)를 사용할 수 있다.

UFS의 전기적 인터페이스는 MIPI 얼라이언스가 개발한 M-PHY를 사용하며, 레인당 2.9Gbit/s를 목표로 하고, 레인당 5.8Gbit/s로 확장 가능하다. eMMC의 8레인 병렬 및 반이중 인터페이스보다 더 나은 확장성을 제공하는 전이중 직렬 LVDS 인터페이스를 구현한다. UFS는 SCSI 아키텍처 모델을 기반으로 하며, SCSI 태그 명령 대기열을 지원한다.

UFS는 대기 상태에서 낮은 전력 사용을 통해 배터리 수명을 늘린다.

3.1. 버전별 비교

UFS와 UFS 카드의 버전별 주요 사양은 다음과 같다.

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UFS1.01.12.02.12.23.03.14.0
| 2011-02-24 || 2012-06-25 || 2013-09-18 || 2016-04-04 || 2020-08 || 2018-01-30 || 2020-01-30 || 2022-08-17
| colspan="2" | 300 MB/s || colspan="3" | 600 MB/s || colspan="2" | 1450 MB/s || 2900 MB/s
| colspan="2" | 1 || colspan="6" | 2
| colspan="2" | 300 MB/s || colspan="3" | 1200 MB/s || colspan="2" | 2900 MB/s || 5800 MB/s
| || || colspan="2" | 3.0 || || colspan="2" | 4.1 || 5.0
| || || colspan="2" | 1.6 || || colspan="2" | 1.8 || 2.0


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UFS 카드1.01.13.0
| 2016-03-30 || 2018-01-30 || 2020-12-08
| colspan="2" | 600 MB/s || 1200 MB/s
| colspan="3" | 1
| colspan="2" | 600 MB/s || 1200 MB/s
| colspan="2" | 3.0 || 4.1
| colspan="2" | 1.6 || 1.8

3.1.1. UFS

UFS는 낸드 플래시를 사용한다. 통합 컨트롤러와 함께 여러 개의 적층된 3D TLC 낸드 플래시 다이 (집적 회로)를 사용할 수 있다.

제안된 플래시 메모리 사양은 노키아, 소니 에릭슨, 텍사스 인스트루먼트, ST마이크로일렉트로닉스, 삼성, 마이크론, SK 하이닉스와 같은 소비자 가전 회사에서 지원한다. UFS는 SD 카드를 대체할 것으로 예상된다. UFS의 전기적 인터페이스는 MIPI 얼라이언스가 개발한 M-PHY를 사용하며, 레인당 2.9Gbit/s를 목표로 하고, 레인당 5.8Gbit/s로 확장 가능하다. UFS는 전이중 직렬 LVDS 인터페이스를 구현하여 8레인 병렬 및 반이중 인터페이스보다 더 나은 확장성을 제공한다. eMMC와 달리 유니버설 플래시 스토리지는 SCSI 아키텍처 모델을 기반으로 하며, SCSI 태그 명령 대기열을 지원한다. 이 표준은 JEDEC 고체 기술 협회에서 개발하여 제공한다.

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UFS1.01.12.02.13.03.14.0
출시일2011-02-242012-06-252013-09-182016-04-042018-01-302020-01-312022-08-17
1 레인당 대역폭300MB/s600MB/s1450MB/s2900MB/s
최대 레인 수12
최대 총 대역폭300MB/s1200MB/s2900MB/s5800MB/s
M-PHY 버전3.04.15.0
UniPro 버전1.61.82.0

3.1.2. UFS 카드

2016년 3월 30일, JEDEC는 UFS 카드 확장 표준 버전 1.0을 발표했다. 2016년 7월 7일, 삼성전자는 32, 64, 128, 256 GB 용량의 UFS 카드를 최초로 선보였다. 이 카드들은 UFS 1.0 카드 확장 표준에 기반을 두었다. 256 GB 버전은 연속 읽기 성능이 초당 최대 530 MB, 연속 쓰기 성능은 초당 최대 170 MB였으며, 랜덤 읽기 40,000 IOPS, 랜덤 쓰기 35,000 IOPS의 성능을 보였다.

UFS 카드는 외형은 MicroSD 카드와 유사하지만 호환성은 전혀 없다. 또한, 전송 방식을 크게 변경했기 때문에 동일 스펙의 SD 카드와 비교하여 소비 전력이 낮은 것이 특징이다. 한국에서는 2018년 12월에 출시되었으며, 일본에서의 출시 시기는 미정이다.

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UFS 카드1.01.13.0
출시일2016-03-302018-01-302020-12-08
1레인당 대역폭600MB/s1200MB/s
최대 레인 수1
최대 총 대역폭600MB/s1200MB/s
M-PHY 버전3.04.1
UniPro 버전1.61.8

4. 지원 기기

삼성전자의 갤럭시 S6 제품군은 UFS 2.0을 탑재한 최초의 휴대폰이었다. 이후 갤럭시 S 시리즈, 갤럭시 노트 시리즈 등 삼성전자의 플래그십 스마트폰에 UFS가 탑재되고 있다. 갤럭시 S10은 UFS 2.1을, 갤럭시 노트 10은 UFS 3.0을 지원한다.

원플러스 7 및 원플러스 7 Pro는 UFS 3.0을 내장한 최초의 휴대폰이었다. 2022년 12월 8일, IQOO는 UFS 4.0 스토리지를 탑재한 최초의 휴대폰인 IQOO 11을 발표했다.

퀄컴 스냅드래곤, 삼성전자 엑시노스, 기린 등 모바일 AP (애플리케이션 프로세서)에도 UFS가 구현되고 있다.

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버전구현된 모바일 AP
UFS 2.0스냅드래곤 820 및 821, 기린 950 및 955, 엑시노스 7420, NVIDIA Jetson AGX Xavier SOM
UFS 2.1스냅드래곤 712 (710 & 720G), 730G, 732G, 835, 845 및 855, 기린 960, 970 및 980, 엑시노스 9609, 9610, 9611, 9810 및 980
UFS 3.0스냅드래곤 855, 855+, 860, 865, 엑시노스 9820–9825, 및 기린 990
UFS 3.1스냅드래곤 855+/860, 스냅드래곤 865, 스냅드래곤 870, 스냅드래곤 888, 엑시노스 2100 및 엑시노스 2200
UFS 4.0미디어텍 디멘시티 9200, 미디어텍 디멘시티 8300 및 스냅드래곤 8 Gen 2

5. 재기록 수명 주기

UFS 드라이브의 재기록 수명 주기는 수명에 영향을 미친다. 플래시 메모리의 특성상 쓰기/지우기 횟수에 제한이 있으며, 각 쓰기/지우기 사이클은 플래시 메모리 셀의 산화막을 손상시킨다. 드라이브의 신뢰성은 드라이브의 수명, 시간에 따른 총 테라바이트 쓰기 및 하루 드라이브 쓰기 횟수라는 세 가지 요소를 기반으로 한다.