메모리 시스템 및 그것의 마모도 관리 방법 document_id A220623056585

반도체 메모리 장치는 데이터를 저장하도록 구성된다. 반도체 메모리 장치는 크게 휘발성(volatile) 메모리 장치와 불휘발성(nonvolatile) 메모리 장치로 나뉜다. 불휘발성 메모리 장치에 저장된 데이터는 전원 공급이 중단되더라도 소멸되지 않는다. 불휘발성 메모리 장치는 저 전력으로도 데이터를 유지할 수 있기 때문에, 휴대용 기기의 저장 매체로서 각광받고 있다. 불휘발성 메모리 장치의 일종으로서 플래시 메모리(Flash memory), PRAM(Phase change RAM), FeRAM(Ferroelectric RAM), 그리고 MRAM(Magnetic RAM) 등이 있다. 플래시 메모리 장치는 복수의 블록(block)을 포함한다. 각각의 블록은 복수의 페이지(page)를 포함한다. 플래시 메모리 장치의 동작은 프로그램(program), 읽기(read) 및 소거(erase) 동작으로 구분된다. 프로그램 및 읽기 동작은 페이지 단위로 수행되고, 소거 동작은 블록 단위로 수행된다. 플래시 메모리 장치는 디스크(disk) 장치와는 달리 프로그램 동작 전에 소거 동작이 선행되어야 한다(erase before program). 플래시 메모리 장치는 겹쳐쓰기(overwrite)를 지원하지 않기 때문이다. 예를 들어, 플래시 메모리 장치의 데이터는 소거 동작에 의해 '1'로 초기화되고, 프로그램 동작에 의해 '0'으로 변환된다. 즉, 일부 페이지에 저장된 데이터만이 '0'에서 '1'로 초기화될 수 없다. 데이터를 '0'에서 '1'로 초기화시키기 위해서는 블록 전체에 대한 소거 동작이 수행되어야 한다. 플래시 메모리 장치 내의 각 메모리 블록은 소거될 수 있는 한계 횟수를 가진다. 그런데, 사용자 패턴 또는 데이터 패턴에 따라 플래시 메모리 장치의 특정 블록에 프로그램 동작 및 소거 동작이 집중될 수 있다. 프로그램 동작 및 소거 동작은 플래시 메모리 장치를 마모시킨다. 마모도가 증가하면, 데이터가 프로그램 및 소거되는데 더 긴 시간이 걸리고 오류가 발생할 확률이 증가한다. 마모가 심해지면 단위 셀의 데이터 저장 능력이 완전히 상실될 수 있다. 따라서, 각 블록에 대한 소거 횟수를 평준화할 것이 요구된다. 플래시 메모리 장치를 관리하는 플래시 소프트웨어는 블록들의 마모도가 균등하게 유지되도록 조정한다. 이를 마모도 관리(wear leveling)라 한다. 플래시 메모리 장치의 수명을 증가시키기 위해서는 프로그램 동작 및 소거 동작이 플래시 메모리 장치 전체에 대하여 고르게 수행되어야 한다. 플래시 메모리 장치의 특정 부분에 대하여 프로그램 및 소거 동작이 수행될 경우, 플래시 메모리 장치의 수명이 급속하게 감소한다. 반면에, 프로그램 및 소거 동작이 플래시 메모리 장치 내의 유닛들에 대해 균등하게 수행될 경우, 플래시 메모리 장치의 수명이 증가한다. 그러나, PRAM, FeRAM, MRAM 등과 같은 가변 저항 메모리에서는 쓰기 전 소거 동작이 요구되지 않는다. 즉, 가변 저항 메모리는 겹쳐쓰기(overwrite)를 지원한다. 여기서, 가변 저항 메모리에 있어서, 메모리 셀 저항의 크기에 의해 저장된 데이터가 구별된다. 겹쳐쓰기라 함은 이미 데이터가 존재하는 곳에 새로운 데이터를 기록하는 것을 의미한다. 겹쳐쓰기에 의해 '0' 데이터는 '1' 데이터로 변경되거나, '1' 데이터는 '0' 데이터로 변경된다. PRAM과 같은 가변 저항 메모리에서는 워드(word) 단위로 기입 동작이 수행되기 때문에 가변 저항 메모리는 워드 단위로 마모된다. 결국, 가변 저항 메모리의 워드 단위 마모 특성을 고려한 마모도 관리 방법이 요구된다.