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삼성전자 KLMEG8UCTA-B041[1]

1. 개요2. 역사 (MMC ~ eMMC)3. 입지 및 비교4. 성능(속도 및 대역폭, IOPS)5. 생산6. 읽기 및 개조

[clearfix]

1. 개요

Embedded Multi Media Card

임베디드 기기를 위해 나온 MMC 규격. MMC의 구성 요소인 플래시 메모리에 컨트롤러를 통합한 BGA IC 칩이다.

대표적인 내장 저장소 규격이다. 저전력이며, 두께를 얇게, 무게를 가볍게 (그리고 싸게) 만들 수 있다는 것이 장점이다. MP3 플레이어, 스마트폰, 태블릿 컴퓨터, 미니 PC 등에 많이 쓰이며, 더 나은 규격의 제품이 출시된 후에도 저가형 기기에 여전히 채택되고 있다. 심지어 저가형 노트북, 일체형 PC에 SSD/ HDD 대신 eMMC가 장착되기도 했는데, 윈도우 등을 돌리기엔 I/O 성능이 부족하여 원성을 들었고, (하드웨어/소프트웨어) 업그레이드가 난감했던 일이 있었다.

2. 역사 (MMC ~ eMMC)

1997년, 샌디스크가 도시바 낸드 플래시 메모리에 기반하여 오픈표준으로 메모리 카드 MMC(멀티 미디어 카드)를 공개하였다. 24 mm x 32 mm x 1.4 mm 로 당대의 메모리 카드( 스마트미디어, CompactFlash)보다 작은 것이 특징이었다.

1999년, MMC 규격을 기반으로 마쓰시타, 샌디스크, 도시바에 의해 Secure Digital 규격이 개발되었고, MMC는 몰락의 길을 걷게 되었다.

SD카드와 외관상 차이점을 보자면, MMC의 두께는1.4 mm로 2.1 mm인 SD카드보다 얇고, MMC는 전체적으로 평평한 반면 SD카드는 표면과 접점 사이에 단차가 있어 접점 금속이 보호된다. 접점 Pin 개수는 다르지만 Pin 배열은 호환된다. #

2000년, 국내에서 유니텍 JULI UP-303 MP3 플레이어가 MMC를 채택했었다. # 이 시기가 MMC가 채택되고 각종 메모리카드 표준 경합이 이뤄졌던 시기였다.

2004년, 기존 MMC카드의 절반 크기의 RS-MMC (Reduced-Size MultiMediaCard)가 도입되었다.

2004년 12월, 삼성전자는 휴대폰용 'MMC 마이크로’를 개발하였다. # 당시 Sandisk의 TransFlash( micro SD)와 초소형 메모리카드 폼팩터를 경쟁하던 시기였다. 그러나 이 규격이 널리 사용되는 일은 없었다.

2006년 3월, 삼성전자는 모비낸드(낸드플래시+MMC 컨트롤러=패키지)를 선보였다. # 모비낸드는 JEDEC과 MMCA의 제품 표준안(eMMC)으로 등록된 플랫폼이며, 내장형 메모리 카드 내지는 간단히 장착할 수 있는 내장 저장소라고 할 수 있겠다.[2]

2007년 3월, 삼성전자는 8GB moviNAND를 개발하였다. # 이듬해 CES 2008에 16GB eMMC(moviNAND)[3]를 선보인다. 그리고 몇년 후 eMMC의 시대가 펼쳐진다.

OneNAND(1GB)[4][5] 탑재 제품 - 갤럭시 A(2010)
eMMC(8~16GB) 탑재 제품 - 갤럭시 S, 갤럭시 K, 갤럭시 U(2010)[6], 옵티머스 EX(2011), 베가 레이서(2011)

3. 입지 및 비교

일반인들에게는 생소해 보일지 모르나 eMMC는 가장 많이 쓰이는 저장소 중 하나이다. 대부분 안드로이드 스마트폰과 태블릿 컴퓨터의 내장 메모리로 장착되기 때문이다. 본래 규격인 MMC가 SD 카드에게 밀려서 사장된 것과는 달리 소형 저전력 기기의 내장 저장소로는 거의 독점 수준으로 장악하고 있었다. 한 손으로 들고 다니는 전자기기라면 다 쓴다고 봐도 될 정도다. 일부 크롬북에서도 기기 가격대를 낮추기 위해 절찬 사용중이며 스마트패드 형태의 폼펙터가 아닌 노트북 형태의 폼펙터에서도 사용된다.[7][8]

장점으로는 전력 소모가 낮고, UFS에 비하여 저렴하다. 이에 따라서 고급 스마트폰에는 UFS가, 보급형 스마트폰에는 eMMC가 탑재되고 있다. 또한 64GB 환경에서는 Windows 11을 무료 제공하기 때문에 가성비가 매우 뛰어나다.

단점으로는 정말 느리다. 무전기와 유사하게 읽기/쓰기를 동시에 할 수 없는 반이중통신 방식이기 때문에 하술하듯 데이터 대역폭이 사실상 반토막이 된다. 쓰기(저널링 등)를 하면 읽기를 중단하고 기다려야 하기 때문에 기다린 만큼 속도가 뚝 떨어진다.[9] 듣도보도 못한 중소기업에서 만든 속도 안나오는 싸구려 SSD를 써도 eMMC와 비교해보면 선녀 그 자체다! i7 프로세서에 eMMC를 달고 셀러론에 SSD를 달고 시험해보면 샐러론이 더 체감적으로 빠를 것이라는 믿지못할(...) 농담도 있다. 심지어 읽기가 빠르다는 플래시 메모리임에도 불구하고 특정한 환경에서는 하드디스크보다 느려질 수도 있다!

UFS는 eMMC의 후계 규격으로 2010년대에 등장했다. 더 낮은 전력 소모와 10배 가량의 성능 차이로 언젠가는 eMMC를 대체하리라 예상된다. UFS에 대한 설명 삼성전자는 2015년 갤럭시 S6부터 최신작 갤럭시 S24까지 UFS를 널리 사용하고 있다.[10] 저전력 노트북에서도 사용되는데 사실 보급 측면에서는 더딘편이다. x86은 삼성 노트북 Pen S에서 한 번 시험삼아 넣어보고 그만뒀고[11], UFS 컨트롤을 잘 하는 ARM기종은 갤럭시 북 S와 갤럭시 북 Go 등 소수의 제품만 시험삼아 출시된 상태이다.

애플은 아이폰 1세대부터 eMMC를 사용한 적이 단 한번도 없고 SoC에 통합된 자체 컨트롤러가 NAND와 직결된 구조이다. [12][13] 아이폰 6s부터는 컨트롤러를 NVMe 프로토콜로 사용하고 있다.

태블릿 PC(주로 Microsoft Windows용 태블릿 컴퓨터) 중 2015년 중국제 태블릿 컴퓨터 범람 당시에는 eMMC가 달린 제품이 많았다. 저전력에 대한 정책이기도 했지만, 인텔의 급나누기 스펙이기도 했다. emmc 4.5의 느린속도가 강제되었기 때문에 수많은 얼리어답터들에게 eMMC는 몹쓸 물건이다라는 선입견을 심어주었다.[14] 최근에 출시되는 태블릿 제품들은 M.2 NVMe나 mSATA 인터페이스의 SSD를 쓴다. 전성비가 떨어지지만 절대적 성능은 eMMC나 UFS보다 훨씬 좋기 때문이다. M.2나 mSATA는 간단하게 갈아 끼울 수 있지만 eMMC는 일반 사용자 입장에서 교체가 불가능한 탓도 있다. 일부 고급 제품이나 배터리를 넉넉하게 넣을 수 있는 무거운 제품에 장착된다.

4. 성능(속도 및 대역폭, IOPS)

||<tablebordercolor=#fff,#1f2023><rowbgcolor=#fff,#1f2023> Product || Sequential Read || Sequential Write || Random Read || Random Write ||
내부 IO로는 아이러니하게도 SDIO를 사용한다. 그 덕에 eMMC가 탑재된 윈도우 10 기기에서 작업관리자-성능탭의 eMMC 를 보면 SD[15]로 인식되는것을 볼 수 있다. 통신 방식도 하프 듀플렉스(반 이중통신)라서 일반적인 풀 듀플렉스(전 이중통신)통신 방식의 인터페이스 보다 대략 반토막난 대역폭이 특징이다. 아래 나오는 읽기/쓰기 속도의 반이라고 생각하면된다.[16]

읽기 속도는 중저가 스마트폰에 흔히 쓰였던 eMMC 4.4의 기준으로 최대 104MB/s. 대략 ATA/100 인터페이스에 물린 하드디스크 정도다.

eMMC 4.5에서는 읽기 140MB/s, 쓰기 50MB/s를 지원한다. 인텔 아톰 시리즈에서 제한을 걸어놓은 버전이다. 시간이 지나며 eMMC가 버전업이 되고 성능이 점차 향상되었다 하더라도 아톰에는 급나누기에 의해 고성능의 eMMC를 탑재가 불가능했으므로, 베이트레일, 체리트레일 태블릿은 울며 겨자먹기로 이 버전의 eMMC를 탑재, 데이터 처리에 강력한 병목현상을 걸어 처참한 성능을 선사하였다. # 하지만 그 처참한 성능에 대한 비판은 인지도가 낮은 eMMC 대신 인지도가 높은 아톰에게 향했다 카더라(...)

eMMC 5.0에서는 400MB/s까지 지원한다. #

eMMC 5.1은 SATA의 NCQ처럼 명령어 큐를 추가하여 랜덤 I/O의 속도를 높였지만 대역폭은 5.0과 같은 400MB/s이다. 이는 SATA 3 규격 SSD와 근접하거나 약간 떨어지는 수준[17]이다. 자세한 eMMC 사양은 여기로.

eMMC 5.1 이상이 되면서 성능이 향상되었으므로, 일반 저가 (윈도우) 노트북에도 eMMC를 한번쯤 넣어볼까 시도하는 제조사들이 생겨났다. eMMC 5.1부터는 SATA 3 SSD와 거의 맞먹지만 32~64GB 용량같은 저용량 eMMC들은 이미 윈도우와 기본 어플만으로도 용량이 거의 차있어 윈도우 업데이트를 하면 썼다 지웠다를 반복하기 때문에 쓰기 속도가 절대적으로 느려진다. 때문에 윈도우 업데이트라도 하는 날에는 하드디스크보다 느린 몇 시간[18]동안 꼼짝없이 아무것도 못한다는 이야기를 한다. 그래서 하술하듯 256~512GB의 eMMC로 개조하면 꽤 쓸만해지긴 한다.

5. 생산

SK하이닉스를 포함한 대부분의 메모리 반도체 업계에서는 eMMC 5.1 규격에서 최대 128GB 용량까지 칩을 생산 중인데, 삼성전자는 eMMC 5.1 규격 256GB 칩인 KLMEG8UCTA-B041, KLMEG8UERM-C041까지 공급하고 있다. 이후 샌디스크에서도 SDINBDA4-256G, SDINBDD4-256G, SDINBDA6-256G-ZA를 출시하며 256GB 용량에서 경쟁하고 있다. 닌텐도 스위치 용량 증설용으로는 샌디스크 SDINBDD4-256G이 선호되고 있으며, 알리익스프레스 등지에서 구하기도 쉬운 편이다.

실리콘모션에서는 3D TLC 낸드를 적용한 최대 512GB 용량의 eMMC 5.1 규격 제품인 Ferri-eMMC SM662 BE 시리즈를 출시했다. 100핀/153핀 FBGA로 출시되었는데, 호환성을 고려하면 169핀 FBGA와도 호환이 용이한 153핀 FBGA를 선택하는 것이 나은 편. 512GB 용량 기준 153핀 FBGA 모델은 파트넘버가 SM662P로, 100핀 FBGA 모델은 파트넘버가 SM662G로 시작한다. 153핀 FBGA 모델로는 일반 소비자용 커머셜 모델인 SM662PXF와 산업용 모델 SM662PEF, 차량용 모델인 SM662PAF와 SM662PBF 등 여러 모델이 있는데 각 모델은 작동 온도에 차이가 있으며, 커머셜 모델에서 산업용, 차량용 모델로 갈수록 저온 및 고온에 강하다.

실리콘모션에 이어 싱가포르의 Flexxon에서도 최대 512GB 용량의 eMMC 5.1 규격 라인업인 FLEXXON AXO 시리즈를 내놓았다. 3D TLC가 적용되었으며, 범용성이 좋은 153핀 FBGA 타입과 100핀 FBGA 타입으로 출시되었는데, 읽기 300MHB/s, 쓰기 200MB/s의 스펙으로 eMMC 5.1 표준 규격보다 작동 속도가 좀 더 향상되어 있다. FLEXXON AXO 시리즈에는 총 4가지 모델이 있는데, 같은 용량에서 각 모델간 발생하는 약간의 가격 차이는 실리콘모션과 동일하게 작동 온도의 차이이다. 가장 저렴한 Industrial Gold 모델은 영하 25도에서 영상 85도까지, 가장 가격이 높은 Automotive grade 2 모델은 영하 40도에서 영상 105도까지의 범위에서 작동을 보장한다.

6. 읽기 및 개조

eMMC 리더

소형 임베디드, 모바일 기기에 BGA로 주로 쓰이다 보니 일반인이 리더기를 접할 일이 거의 없다. 주로 개발, 제품 수리, 데이터 복구, 데이터 포렌식 및 테스트 용이고 이것도 패키지 별 호환성이 다르다. 대부분 호환되긴 한다.

eMMC와 SoC간 이어지는 내부 버스로 SDIO를 이용한다. 이를 이용해 개발용 보드 같은 곳에서 SD 카드 대신 컨버터를 통해 eMMC 모듈을 SD 메모리로 사용 가능하다. 게다가 SD 카드보다 빠르다.

손재주만 좋다면 이런 식으로 USB가 달린 eMMC용 PCB에 장착해 사용할 수 있다. 메모리는 멀쩡하나 나머지 부분이 부서지거나 고장난 전자기기의 데이터 복구를 할 때 유용하며, 복구한 뒤 남은 eMMC는 일반적인 USB 메모리보다 빠르기 때문에 그냥 사용해도 좋다. #

이렇게 손재주가 좋고 관련 장비도 있는 사람들은 간혹 64GB 이하의 eMMC 탑재된 기기에서 상기 256GB 또는 512GB eMMC 5.1 칩셋으로 업그레이드를 시도하는 사람들도 있는데, 이는 eMMC가 가격도 저렴하고 핀 배열이 복잡하지 않은 편이라 교체 난이도가 비교적 낮은데다 eMMC 버전 간 호환성 또한 좋기 때문이다. 히팅건과 지그, 스텐실만 있다면 자가 교체도 가능하고, 대부분의 디바이스에서는 교체 작업만 제대로 된다면 별다른 호환 문제 없이 곧바로 증설된 용량을 확인할 수 있다. 증설된 용량이 확인되면, 펌웨어를 새로 설치하거나 파티션을 재설정하여 사용하면 되는데, 인터넷에서 해당 기기의 펌웨어 파일을 다운로드 받아서 설치하거나 디스크 파티션을 재설정 하도록 하자.[19]

일반적으로 eMMC의 패키징은 위 사진처럼 정사각형 형태로 핀이 배치된 153/169핀 FBGA가 자주 사용된다. 저 핀 중에서 실제로 사용되는 건 반도 안되기 때문에 다른 패키징과도 핀만 맞춰 준다면 호환이 되며, 153핀과 169핀은 실제로 데이터가 전송되는 핀이 있는 중앙 사각형 부분 핀 배열이 완전히 일치한다.

주의해야 할 점은 단순히 손재주가 그냥 좋아서는 안 된다. 납땜을 직업으로 삼고 있는 사람도 BG A타입의 칩을 전기 인두기만으로 작업할 수는 없다. 히팅 건, 지그, 스텐실 등의 리볼링 도구가 없다면 시도하지 않는 것을 추천한다. 한 번 실패하면 리볼링하지 않는 이상 BGA 패키징 IC는 버려야 한다. 한마디로 손재주와 장비, 그리고 경험까지 삼박자가 모두 맞아야 추천할 만한 DIY다.

[1] 256 GB 용량의 eMMC 5.1 규격으로 FBGA 153 패키징된 메모리 칩이다. [2] MLC를 적용하면서 NAND 플래시 메모리 컨트롤이 복잡해지는 바람에, NAND와 컨트롤러를 통합시키는 이점이 있다 카더라한다. [3] 함께 선보인 NAND 플래시 메모리(모듈)는 64GB. [4] eMMC 직전 내장 메모리 솔루션. NOR 플래시인척 하는 NAND 컨트롤러가 탑재되어 고성능을 내었다. OS 전용으로 코딱지만한 공간을 제공하게 된 주범이기도 하다. [5] OneNAND 이전의 솔루션은 공개되지 않았고 단순히 내장메모리( ROM/EEPROM 또는 초기형 NOR/NAND 플래시 메모리)로 표기된다. 용량은 12KB SCH-X400 시리즈(2001), 2MB 애니콜 IMT-2000(2002), 1MB 애니콜 M-커머스(2003), 4MB 애니콜 벤츠폰(2004), 100MB 권상우폰(2004), 2MB+1.3GB 애니콜 하드디스크(2004), 64MB 애니콜 가로본능2(2005) 수준이었다. PDA는 데이터(DB/파일)를 RAM에 저장해서 사용하는 것이 당연했었고( 플래시 메모리는 당시 매우 느린 장치였기 때문), 배터리 방전시에도 삭제되지 말아야 할 파일은 메모리 카드에 저장하였다. 그러다 2004년 3월에 와서야 Windows Mobile은 플래시 메모리를 내장메모리로 도입하였고, 이 전후로 내장메모리에 관심이 높아졌음을 추측해 볼 수 있다. [6] 작은 OneNAND 운영체제 공간과 큰 eMMC 사용자 공간 동시 탑재. [7] 일부 제품은 Intel Core i5 이상 급 프로세서를 탑재한 기기에서도 사용된다. 그런데 가격은 SSD를 탑재한 비슷한 사양의 Windows 노트북보다 비싸다!!! [8] 단 심리스 업데이트 방식을 채택한 ChromeOS 특성상 업데이트시 Windows처럼 반나절이 걸리니 하는 문제는 없다. [9] 반면 전화기 같은 전이중통신 방식인 UFS나 SSD는 읽기와 쓰기를 동시에 할 수 있어 기대하는 대로 속도가 나온다. [10] 이와 더불어 삼성전자는 외장형 UFS 메모리 카드를 제작했지만, 자사 제품에도 소극적으로 탑재했고, microSD의 가성비에 밀려 좀체 보급되지 못한 채 단종되었다. [11] 노트북 내 공간이 부족한 경우 UFS의 이점이 부각된다. 노트북 내 공간이 부족할 리가 없으며, 태블릿 두께를 얇게 하기 위해서라면 UFS를 넣게 될 여지가 크다. 윈도우 태블릿이 많이 팔리는 물건이 아니라는 문제가 있긴 하다. [12] 이런 구조의 이점은 SoC에서 NAND에 Low Level 접근이 가능해져 기존 eMMC나 UFS에서 불가능한 작업들을 수행시킬수 있다는 이점이 있다. [13] 그래서 아이폰 분해 이미지를 보면 컨트롤러와 낸드플래시가 통합된 eMMC가 아닌 NAND만 달랑 붙어 있는 것을 볼 수 있다. 컨트롤러는 SoC자체에 통합되어 있기 때문이다. 덕분에 중국의 선전시 등지에서는 핀맵이 일치하는 고용량의 다른 낸드로 교체해서 용량을 늘려버리는 개조가 성행중이다(...) [14] 윈도우 업데이트가 시작되면 그날 하루(빠르면 한나절)는 업데이트를 하느라 태블릿을 쓰지 못한다. 성능에 대한 자세한 이야기는 후술. [15] 흔히 우리가 스마트폰이나 카메라 꼽는 SD카드할 때 그 'SD'가 맞다.(...) [16] 실제로 eMMC 5.1의 제원상 400MB/s가 나와야하지만 용량 512GB eMMC 기준으로 성능을 테스트 해보면 대략 반인 250MB/s 정도가 나온다. [17] 상술하듯 통신방식의 차이로 실질적으로는 SATA 2 규격 SSD 수준인 250MB/s이다. 다만 NAND 기반 저장메체인 만큼 랜덤 I/O 속도도 높아서 하드디스크는 확실히 압도한다. [18] 심하면 24시간이 넘을 수도 있다(...) [19] 아이폰의 경우 컴퓨터에서 iTunes의 iOS 복구 기능을 이용해 손쉽게 iOS를 설치할 수 있다.