ROM

ROM은 전원이 꺼져도 저장된 데이터가 지워지지 않는 비휘발성 메모리이다. 주로 컴퓨터나 기기의 기본적인 작동을 제어하는 펌웨어나 부트로더와 같이 변경이 거의 필요 없는 소프트웨어를 저장하는 데 사용된다. 이는 전원이 공급되지 않을 때도 정보를 보존해야 하는 시스템의 핵심적인 요구 사항을 충족시킨다.

ROM의 주요 역할은 시스템의 시작과 기본적인 하드웨어 제어를 담당하는 프로그램을 안정적으로 보관하는 것이다. 예를 들어, 컴퓨터의 BIOS나 UEFI는 마더보드에 장착된 ROM 칩에 저장되어, 전원을 켤 때 가장 먼저 실행되어 하드웨어를 점검하고 운영체제를 불러오는 작업을 수행한다. 이처럼 ROM에 저장된 데이터는 일반적으로 사용자가 쉽게 변경할 수 없도록 설계되어 시스템의 무결성과 안정성을 보장한다.

ROM은 읽기 전용이라는 이름과 달리, 기술 발전에 따라 사용자가 한 번만 기록할 수 있는 PROM이나, 자외선으로 지울 수 있는 EPROM, 전기적으로 지우고 쓸 수 있는 EEPROM 및 플래시 메모리 등 다양한 형태로 진화했다. 그러나 이러한 변형들도 기본적으로는 비휘발성이라는 ROM의 근본적인 특성과 안정적인 데이터 저장이라는 핵심 역할을 공유한다.

ROM과 RAM은 모두 컴퓨터 시스템에서 중요한 메모리 역할을 하지만, 그 특성과 용도는 근본적으로 다르다. 가장 핵심적인 차이는 데이터의 휘발성 여부이다. ROM은 전원이 꺼져도 저장된 내용이 지워지지 않는 비휘발성 메모리인 반면, RAM은 전원 공급이 중단되면 저장된 모든 데이터가 사라지는 휘발성 메모리이다.

이러한 특성 차이는 각 메모리의 주요 용도를 결정한다. ROM은 변경이 거의 또는 전혀 필요 없는 고정된 프로그램이나 데이터, 예를 들어 컴퓨터를 켤 때 가장 먼저 실행되는 BIOS나 펌웨어, 임베디드 시스템의 기본 제어 코드 등을 저장하는 데 사용된다. 반면 RAM은 운영체제, 응용 프로그램, 현재 처리 중인 사용자 데이터 등 자주 변경되는 임시 작업 공간으로 활용된다.

데이터의 쓰기 가능성과 속도 측면에서도 차이가 존재한다. 대부분의 ROM은 제조 시 또는 특별한 장비를 통해서만 데이터를 한 번 기록(프로그래밍)할 수 있으며, 이후에는 읽기 전용으로 동작한다. 일부 EEPROM이나 플래시 메모리는 전기적으로 소거 및 재기록이 가능하지만, 그 속도와 횟수 제한에서 RAM에 비해 현저히 떨어진다. RAM은 프로세서가 직접 접근하여 데이터를 자유롭고 빠르게 읽고 쓸 수 있어, 시스템의 주기억 장치로서 성능에 직접적인 영향을 미친다.

아래 표는 두 메모리의 주요 차이점을 요약한 것이다.

마스크 ROM은 제조 공장에서 데이터가 영구적으로 기록되어 나오는 ROM의 가장 기본적이고 초기 형태이다. "마스크"라는 이름은 반도체 제조 과정에서 사용되는 포토마스크에서 유래한다. 이 마스크에는 저장할 데이터의 패턴이 새겨져 있으며, 이를 통해 웨이퍼에 한 번에 데이터가 물리적으로 형성된다.

데이터는 칩의 제조 과정 중, 배선(메탈 라이저) 층을 형성하는 단계에서 결정된다. 각 메모리 셀은 트랜지스터의 존재 유무 또는 배선의 연결 방식으로 '0' 또는 '1'의 값을 표현한다. 이 패턴은 마스크를 통해 포토리소그래피 공정으로 실리콘 웨이퍼에 전사되며, 한번 만들어진 후에는 절대 변경할 수 없다.

이러한 특성 때문에 마스크 ROM은 데이터가 완전히 고정되어 있고 대량으로 생산해야 할 경우에 매우 경제적이다. 그러나 제작된 후 오류를 수정하거나 펌웨어를 업데이트하는 것이 불가능하며, 마스크 제작 비용이 높아 소량 생산에는 적합하지 않다. 현대에는 보다 유연한 플래시 메모리가 주류를 이루지만, 아주 높은 수량이 필요한 특정 응용 분야에서는 여전히 사용된다.

PROM은 사용자가 단 한 번만 프로그램(기록)할 수 있는 ROM이다. 제조 공장에서 데이터가 기록되어 출하되는 마스크 ROM과 달리, 공장 출고 시에는 모든 메모리 셀이 동일한 논리 상태(보통 '1')로 비어 있는 상태이다. 사용자는 전용 장비인 PROM 프로그래머를 이용해 원하는 데이터를 전기적으로 기록한다.

PROM의 핵심 소자는 퓨즈나 안티퓨즈로 구성된다. 가장 일반적인 퓨즈형 PROM에서는 각 메모리 셀에 작은 퓨즈 링크가 내장되어 있다. 프로그래밍 과정에서 특정 셀에 높은 전압을 가하면 해당 퓨즈가 물리적으로 끊어지며, 이는 논리 '0'으로 기록되는 것을 의미한다. 퓨즈가 끊어지면 다시 연결할 수 없기 때문에, 한 번 기록된 데이터는 영구적이며 지울 수 없다.

PROM은 마스크 ROM의 제작에 필요한 고가의 마스크 제작 비용이 소량 생산에는 부적합한 점을 보완했다. 따라서 시제품 개발, 소량 생산, 또는 펌웨어가 최종적으로 확정되기 전의 테스트 단계에서 널리 사용되었다. 그러나 기록 후 수정이 불가능한 한계로 인해, 이후 소거와 재기록이 가능한 EPROM과 EEPROM으로 대부분 대체되었다.

EPROM은 사용자가 전기적으로 데이터를 기록하고, 자외선을 이용해 전체 내용을 지울 수 있는 ROM이다. "Erasable Programmable Read-Only Memory"의 약자로, 한 번 쓰고 지울 수 없는 PROM의 한계를 극복한 메모리이다.

EPROM의 가장 큰 특징은 석영 유리창이 장착된 패키지 상단에 있다. 이 창을 통해 강한 자외선 (일반적으로 253.7nm 파장)을 약 20~30분간 조사하면, 메모리 셀 내부에 갇혀 있던 전하가 광전효과로 방출되어 모든 데이터가 지워진다[1]. 데이터 삭제 후에는 새로운 데이터를 전기적으로 다시 기록할 수 있다. 그러나 자외선 삭제는 특수 장비가 필요하며, 칩을 시스템에서 분리해야 하고, 전체 칩을 한 번에 지우는 방식이기 때문에 특정 섹터만 선택적으로 지울 수 없다는 단점이 있다.

주요 기술적 특성과 응용 분야는 다음과 같다.

EPROM은 1970년대 초 인텔의 도브 프로먼이 발명했으며, 펌웨어의 개발과 디버깅 단계에서 프로그램을 반복적으로 수정하고 테스트해야 할 때 널리 사용되었다. 이후 특정 바이트만 전기적으로 지울 수 있는 EEPROM과 플래시 메모리의 등장으로 그 역할이 대체되었지만, 비휘발성 메모리 발전의 중요한 이정표가 되었다.

EEPROM은 전기적으로 내용을 지우고 다시 쓸 수 있는 PROM의 한 종류이다. EPROM과 달리 자외선 조사 없이 회로 내에서 전기 신호만으로 데이터를 삭제하고 재프로그래밍할 수 있다는 점이 가장 큰 특징이다. 이는 칩을 시스템 보드에서 분리하지 않고도 내용을 갱신할 수 있게 하여, 개발과 유지보수의 편의성을 크게 향상시켰다.

EEPROM의 기본 동작 원리는 각 메모리 셀에 있는 플로팅 게이트에 전자를 주입하거나 방출시켜 데이터를 기록하거나 지우는 것이다. 기록(프로그래밍) 시에는 높은 전압을 인가하여 전자가 터널 산화막을 통과해 플로팅 게이트로 주입되고, 이 상태가 논리 '0'을 나타낸다. 지우기(삭제) 시에는 반대 극성의 전압을 인가하여 전자를 플로팅 게이트에서 빼내어 논리 '1' 상태로 되돌린다. 데이터 읽기 시에는 일반적으로 낮은 전압이 인가되며, 플로팅 게이트의 전하 유무에 따라 트랜지스터의 문턱전압이 달라지는 것을 감지하여 판별한다.

EEPROM은 바이트 단위로 지우고 쓸 수 있는 기능을 제공하는 경우가 많다. 이는 블록이나 섹터 전체를 지워야 하는 다른 비휘발성 메모리에 비해 유연한 데이터 관리가 가능하다는 장점이다. 그러나 각 셀마다 선택 트랜지스터가 추가로 필요하기 때문에 집적도가 상대적으로 낮고, 제조 단가가 높은 편이다. 또한 쓰기/지우기 횟수에 제한이 있으며, 일반적으로 10만에서 100만 사이의 내구성을 가진다[2].

이러한 특성 때문에 EEPROM은 자주 갱신되지는 않지만 세밀한 수정이 필요하거나, 시스템에서 분리되지 않은 상태에서 설정값을 저장해야 하는 다양한 응용 분야에 사용된다. 대표적인 예로는 하드웨어의 설정 정보 저장, 자동차의 전자 제어 장치, 가전제품, 산업용 컨트롤러, 그리고 과거 BIOS 저장 매체 등이 있다. 이후 등장한 플래시 메모리는 EEPROM의 구조를 기반으로 하되, 블록 단위 삭제 방식을 채택하여 대용량화와 저비용화를 실현한 기술이다.

플래시 메모리는 전기적으로 데이터를 지우고 쓸 수 있는 비휘발성 메모리의 한 종류이다. EEPROM 기술을 기반으로 발전했으며, 블록 또는 섹터 단위로 한꺼번에 지우고 쓸 수 있는 특징을 가진다. 이는 개별 바이트 단위로 조작하는 전통적인 EEPROM에 비해 속도와 집적도 면에서 큰 이점을 제공한다. 내부 구조에 따라 NAND 플래시 메모리와 NOR 플래시 메모리로 구분된다.

주요 특징은 다음과 같다.

NAND 플래시 메모리는 높은 저장 밀도와 빠른 순차 데이터 전송 속도를 장점으로 하여, USB 드라이브, SD 카드, SSD, 스마트폰 및 태블릿의 내장 저장장치로 널리 사용된다. 반면 NOR 플래시 메모리는 임의 접근이 가능하고 신뢰성이 높아 주로 장치의 펌웨어나 부트 코드를 저장하는 데 활용된다.

플래시 메모리의 성능과 수명은 웨어 레벨링 기술과 오류 정정 코드(ECC)의 적용에 크게 의존한다. 또한, 3D NAND 기술의 등장으로 수평적 집적도의 한계를 극복하고 용량과 비용 효율성을 크게 향상시켰다. 이로 인해 플래시 메모리는 현대 ROM 기술의 중심으로 자리 잡았으며, 하드 디스크 드라이브를 대체하는 주요 저장 매체가 되었다.

ROM의 기본 구조는 데이터를 물리적으로 저장하고 특정 주소의 데이터에 접근할 수 있도록 설계된 회로로 구성된다. 핵심 구성 요소는 주소 디코더와 메모리 셀 어레이, 그리고 출력 버퍼이다.

주소 디코더는 CPU나 다른 컨트롤러가 제공하는 이진 주소 신호를 받아들인다. n개의 주소 라인은 2^n개의 고유한 주소를 지정할 수 있으며, 디코더는 이 신호를 해석하여 해당하는 하나의 워드 라인(또는 행 선택 라인)만을 활성화한다[3]. 이는 마치 거대한 표에서 정확한 행 하나만을 선택하는 과정과 유사하다.

메모리 셀 어레이는 실제 데이터 비트가 저장되는 공간이다. 각 셀은 하나의 비트(0 또는 1)를 나타내며, 활성화된 워드 라인과 연결된 열(비트 라인)들이 선택된다. 셀의 물리적 구현 방식은 ROM의 종류에 따라 다르다. 예를 들어, 마스크 ROM에서는 트랜지스터의 존재 유무 또는 연결 방식으로 데이터가 미리 결정되어 제조되며, 플래시 메모리에서는 플로팅 게이트에 전하를 저장하는 방식으로 데이터를 기록한다. 선택된 셀들의 상태(전류의 유무 또는 전압 레벨)는 비트 라인을 통해 감지 회로로 전달된다.

출력 버퍼는 감지된 신호를 정리하여 외부 장치가 읽을 수 있는 형태의 디지털 데이터(0 또는 1의 논리 레벨)로 변환하고 출력한다. 이 과정을 통해 특정 메모리 주소에 저장된 데이터를 안정적으로 읽어낼 수 있다. 아래 표는 주요 구성 요소와 그 기능을 요약한 것이다.

ROM의 데이터 읽기 과정은 주소 디코더와 메모리 셀 어레이의 상호작용을 통해 이루어진다. 먼저, CPU나 다른 컨트롤러가 읽고자 하는 데이터의 위치를 지정하는 주소 버스를 통해 주소 신호를 ROM에 제공한다. 이 주소 신호는 이진수로 구성되어 있다.

입력된 주소는 주소 디코더 회로로 전달된다. 주소 디코더는 이 이진 주소를 해석하여, 대응하는 특정 워드 라인 하나만을 활성화(전기적으로 높은 전압을 인가)한다. 활성화된 워드 라인은 수직 방향으로 배열된 모든 메모리 셀에 연결되어 있다.

활성화된 워드 라인에 연결된 각 메모리 셀은 미리 프로그래밍된 상태(예: 트랜지스터의 연결 유무)에 따라 반응한다. 셀의 상태는 수평 방향의 비트 라인에 전기 신호(전류의 유무)로 나타난다. 이 신호는 감지 증폭기를 통해 '1' 또는 '0'의 논리 레벨로 증폭되고, 최종적으로 데이터 버스를 통해 요청한 장치로 출력된다. 이 전체 과정은 매우 빠르게 순차적으로 일어나며, 전원이 공급되는 한 동일한 주소에는 항상 동일한 데이터가 읽힌다.

마스크 ROM 제조의 핵심은 포토마스크라 불리는 정교한 패턴이 새겨진 유리판을 사용하는 것이다. 이 마스크는 집적회로의 설계 데이터를 실리콘 웨이퍼에 정확히 전사하기 위한 주형 역할을 한다. 제조 공정은 일반적으로 반도체 팹에서 진행되며, 포토리소그래피 기술을 통해 미세한 회로 패턴을 형성한다.

구체적인 제작 과정은 다음과 같다. 먼저, 제조하려는 ROM의 데이터 내용을 바탕으로 포토마스크를 제작한다. 이 마스크에는 각 메모리 셀의 연결(논리 '1') 또는 비연결(논리 '0') 상태를 결정하는 패턴이 정의되어 있다. 그 후, 산화막이 형성된 실리콘 웨이퍼 위에 포토레지스트를 도포하고, 포토마스크를 통한 노광과 현상 과정을 거쳐 패턴을 형성한다. 이후 식각 공정을 통해 노출된 부분의 산화막을 제거하면, 아래의 실리콘 기판에 이온 주입을 할 수 있는 창이 열린다. 이온 주입을 통해 특정 위치의 트랜지스터를 도통시켜 데이터를 물리적으로 '기록'한다. 이 모든 과정은 한 번의 마스크 세트로 완료되며, 이후 개별적인 프로그래밍 과정 없이 칩 제조가 끝난다.

이 방식의 주요 특징은 다음과 같이 요약할 수 있다.

따라서 마스크 ROM은 동일한 데이터를 대량으로 생산해야 할 때 가장 경제적이다. 그러나 마스크 제작 비용이 높고, 일단 제조된 후에는 내용을 수정할 수 없기 때문에, 설계가 완전히 고정된 제품에 주로 사용된다[5].

ROM의 프로그래밍 방식은 그 종류에 따라 결정된다. 각 방식은 데이터를 기록(프로그래밍)하고, 필요에 따라 지우는(소거) 방법에서 근본적인 차이를 보인다.

PROM의 경우, 프로그래머라는 장치를 사용하여 고전압을 인가한다. 이때 메모리 셀 내부의 미세한 퓨즈가 끊어지거나 안티퓨즈가 연결되어 데이터가 '0' 또는 '1'로 영구적으로 기록된다. EPROM은 창이 있는 석영 유리를 통해 자외선을 약 15-20분간 조사하면 모든 메모리 셀이 초기 상태로 돌아가며, 이후 전기적 신호로 다시 프로그래밍할 수 있다. EEPROM과 플래시 메모리는 전기적 소거 및 프로그래밍이 가능하여 가장 유연하지만, 플래시 메모리는 일반적으로 블록 전체를 지우고 다시 쓰는 방식으로 동작한다는 점에서 세부적인 차이가 있다.

ROM은 펌웨어를 저장하는 데 가장 일반적으로 사용되는 매체이다. 펌웨어는 하드웨어 장치의 가장 기본적인 제어와 구동을 담당하는 소프트웨어로, 마이크로프로세서나 다른 전자 부품에 내장되어 있다. 이 소프트웨어는 장치의 전원이 켜지자마자 실행되어 하드웨어를 초기화하고, 운영 체제를 불러오는 역할을 한다. ROM의 비휘발성 특성은 전원이 꺼져도 이 중요한 코드가 유지되도록 보장한다.

가장 대표적인 펌웨어 저장의 예는 개인용 컴퓨터의 BIOS와 그 후속 규격인 UEFI이다. 이들은 마더보드의 ROM 칩에 저장되어, 컴퓨터가 켜질 때 가장 먼저 실행되는 프로그램이다. 그 주요 작업은 다음과 같다.

BIOS 시대에는 주로 EEPROM이나 플래시 메모리가 사용되었으며, 펌웨어 업데이트가 필요할 경우 특별한 프로그램을 통해 재기록(플래싱)이 가능했다. 현대의 UEFI도 동일한 유형의 메모리에 저장되어 있어, 보안 및 기능 향상을 위한 펌웨어 업데이트를 지원한다.

펌웨어 저장소로서의 ROM은 컴퓨터 외에도 수많은 전자 장치의 핵심이다. 라우터, 프린터, 자동차의 ECU, 가전제품, 스마트폰의 기기 제어 소프트웨어 등이 모두 ROM에 저장된 펌웨어에 의해 구동된다. 이는 장치가 항상 예측 가능하고 안정적인 방식으로 작동할 수 있는 기반을 제공한다.

임베디드 시스템은 특정 기능을 수행하기 위해 설계된 전자 제어 시스템으로, 가전제품, 자동차, 산업 장비, 의료 기기 등 다양한 기기에 내장되어 사용된다. 이러한 시스템의 핵심에는 마이크로컨트롤러나 마이크로프로세서가 있으며, 이들이 실행할 소프트웨어(펌웨어)와 고정 데이터는 주로 ROM에 저장된다. ROM은 전원이 꺼져도 데이터가 유지되는 비휘발성 메모리 특성 덕분에, 시스템이 켜질 때마다 항상 동일한 프로그램 코드를 신뢰성 있게 불러올 수 있는 기반을 제공한다.

임베디드 시스템에서 ROM은 다음과 같은 주요 역할을 담당한다.

• 시스템 펌웨어 저장: 장치의 기본적인 하드웨어 제어와 초기화를 담당하는 펌웨어를 저장한다.

• 부트 코드 저장: 시스템 전원이 인가되면 가장 먼저 실행되어 주요 하드웨어를 점검하고 운영체제나 주요 애플리케이션을 메인 메모리(RAM)로 로드하는 부트로더를 포함한다.

• 고정 데이터/테이블 저장: 변하지 않는 상수, 폰트 데이터, 음성 샘플, 장치의 설정 파라미터 등이 저장된다.

사용되는 ROM의 종류는 시스템의 요구사항과 비용에 따라 달라진다. 대량 생산되는 소비자 가전제품에는 비용이 저렴한 마스크 ROM이 흔히 사용된다. 반면, 개발 단계나 소량 생산, 또는 펌웨어 업데이트가 필요한 시스템에는 EEPROM이나 플래시 메모리가 활용된다. 특히 플래시 메모리는 스마트폰, 디지털 카메라, IoT 기기 등에서 운영체제와 애플리케이션을 저장하는 데 널리 쓰인다.

임베디드 시스템 설계에서 ROM의 선택은 성능, 신뢰성, 유연성(재프로그래밍 가능 여부), 그리고 단가에 직접적인 영향을 미치는 중요한 결정 사항이다.

ROM은 초기 가정용 및 휴대용 게임기의 주요 저장 매체로 널리 사용되었다. 게임 소프트웨어가 담긴 ROM 칩을 플라스틱 카트리지 케이스에 장착한 형태로, 콘솔에 꽂아서 실행하는 방식이다. NES, 슈퍼 패미컴, 게임보이, 세가 제네시스와 같은 1980~1990년대의 대표적인 게임기들이 이 방식을 채택했다. 이는 당시 대용량 데이터를 빠르게 읽어야 하는 게임 소프트웨어의 요구사항과, 디스크나 테이프에 비해 높은 내구성과 신뢰성을 제공하는 ROM의 특성이 잘 맞았기 때문이다.

게임 카트리지의 ROM은 일반적으로 마스크 ROM으로 제조되었다. 게임 개발사가 최종 데이터를 완성하면, 이를 바탕으로 포토마스크가 제작되어 반도체 공장에서 대량 생산되었다. 이 방식은 단위 용량당 생산 단가가 낮고 읽기 속도가 빠르다는 장점이 있었다. 일부 카트리지는 추가적인 배터리 백업이 장착된 SRAM을 포함하여 게임 진행 데이터를 저장하는 기능을 제공하기도 했다.

아래는 주요 게임기와 그 카트리지 ROM의 특징을 정리한 표이다.

1990년대 중후반부터 CD-ROM과 DVD가 등장하며 대용량 게임 데이터를 훨씬 저렴한 비용으로 제공할 수 있게 되었다. 이에 따라 플레이스테이션, 세가 새턴 등의 차세대 콘솔은 광학 디스크를 주요 매체로 전환했고, ROM 카트리지는 휴대용 게임기나 특정 목적의 콘솔 영역으로 그 사용이 축소되었다. 그러나 빠른 로딩 속도, 높은 내구성, 복사 방지 등의 장점으로 인해 일부 시장에서는 여전히 그 가치를 인정받고 있다.

부트로더는 컴퓨터 시스템이 켜질 때 운영체제를 메인 메모리(RAM)로 불러와 실행을 시작하도록 하는 필수적인 소프트웨어이다. 이 부트로더는 주로 ROM에 저장된 펌웨어의 일부로 존재하며, 시스템 전원이 공급되면 CPU는 ROM에 고정된 주소에서 부트로더 코드의 첫 번째 명령을 실행한다. 부트로더의 주요 임무는 저장 장치(HDD, SSD 등)에서 운영체제 커널을 찾아 읽어 들이고, 제어권을 해당 커널에 넘겨주는 것이다.

부트로더의 구체적인 동작 과정은 다음과 같다. 먼저, ROM에 저장된 초기 부트 코드는 시스템의 기본 하드웨어(메모리, 입출력 장치)를 검사하고 초기화하는 POST 과정을 수행한다. 그 후, 부트로더는 사전에 정의된 부트 장치 순서에 따라 부팅 가능한 저장 장치를 탐색한다. 저장 장치의 특정 섹터(예: MBR 또는 GPT)에 위치한 더욱 복잡한 2차 부트로더를 메모리로 로드하고 실행한다. 이 2차 부트로더는 최종적으로 운영체제 커널을 로드하게 된다.

ROM에 부트로더를 저장하는 것은 시스템의 신뢰성과 가용성을 보장하는 데 결정적이다. ROM의 비휘발성 특성 덕분에 전원이 꺼져도 부트로더 코드는 안전하게 유지된다. 이는 시스템이 항상 동일한 출발점에서 부팅 과정을 시작할 수 있게 하며, 저장 장치의 오류나 운영체제의 손상과 관계없이 최소한의 복구 환경을 제공하는 기반이 된다. 따라서 ROM은 시스템 부팅의 근간을 이루는 안정적인 저장 매체 역할을 한다.

ROM의 가장 큰 장점은 비휘발성 메모리라는 특성이다. 이는 전원 공급이 차단되어도 저장된 데이터가 지워지지 않고 유지된다는 것을 의미한다. 이러한 특성 덕분에 ROM은 컴퓨터나 기기의 전원이 꺼졌을 때도 반드시 보존되어야 하는 기본적인 명령어나 데이터를 저장하는 데 적합하다. 예를 들어, 컴퓨터를 켤 때 가장 먼저 실행되어 하드웨어를 검사하고 운영 체제를 불러오는 BIOS나 UEFI 펌웨어는 대부분 ROM에 저장된다.

안정성 측면에서 ROM은 RAM과 비교해 상대적으로 외부 간섭이나 전기적 충격에 강한 구조를 가진다. 데이터를 읽기 전용으로 저장하기 때문에, 악의적인 소프트웨어나 사용자의 실수로 인한 우발적인 데이터 변조나 삭제의 위험이 매우 낮다. 이는 시스템의 핵심 부팅 코드나 임베디드 장치의 고정된 제어 프로그램을 안전하게 유지하는 데 결정적인 역할을 한다. 또한, 일부 ROM 종류는 물리적으로 데이터를 변경할 수 없는 하드와이어드 방식으로 제작되어, 극한의 환경에서도 데이터 무결성을 보장한다.

그러나 이러한 높은 안정성과 비휘발성은 동시에 유연성의 제약으로 이어진다. 전통적인 마스크 ROM의 경우 데이터를 공장에서 한 번 기록하면 이후에 수정이 불가능하다. 이는 제품 출시 후 발견된 버그를 수정하거나 기능을 업데이트하기 어렵게 만든다. 이러한 단점을 보완하기 위해 전기적으로 데이터를 지우고 다시 쓸 수 있는 EEPROM이나 플래시 메모리 같은 발전된 형태의 ROM이 등장하게 되었다.

ROM의 읽기 속도는 일반적으로 RAM보다 느린 편이다. 이는 ROM이 전원이 꺼져도 데이터를 유지하는 비휘발성 메모리로 설계되었기 때문이다. 데이터를 쓰거나 지우는 과정이 복잡한 구조를 가지며, 이로 인해 순수 읽기 동작만 비교해도 접근 시간과 데이터 전송률에서 차이를 보인다. 특히 초기 형태인 마스크 ROM이나 PROM은 현대의 고속 DRAM이나 SRAM에 비해 현격히 느렸다.

가격 측면에서 ROM은 생산량에 따라 비용 구조가 크게 달라진다. 대량 생산되는 마스크 ROM은 단위 비용이 매우 저렴해지는 반면, 소량 생산이나 커스터마이징이 필요한 경우에는 초기 마스크 제작 비용이 높아 전체 비용이 증가한다. 사용자가 직접 데이터를 기록할 수 있는 PROM, EPROM, EEPROM은 마스크 ROM보다 단위 칩 가격이 비싸지만, 소량 또는 프로토타입 제작에는 유리한 경제성을 가진다.

다양한 ROM의 속도와 가격을 비교하면 다음과 같다.

이러한 속도와 가격의 제약으로 인해 ROM은 변경이 거의 필요 없는 고정 데이터나 프로그램을 저장하는 데 주로 활용된다. 시스템의 펌웨어나 부트 코드 저장처럼 쓰기보다는 읽기 동작이 압도적으로 빈번한 응용 분야에 적합하다. 반면, 고속으로 자주 변경되는 데이터는 RAM이나 다른 저장 장치가 담당하는 구조를 가진다.

ROM 기술의 발전은 주로 집적도의 향상과 함께 이루어졌다. 초기 ROM은 수 킬로비트(Kb) 수준의 용량을 가졌지만, 반도체 공정 기술의 미세화와 플래시 메모리 구조의 발전으로 기가비트(Gb) 이상의 대용량 제품이 상용화되었다. 이는 트랜지스터의 소형화와 다중 레벨 셀(MLC), 3차원 NAND[7]와 같은 고집적화 기술의 도입 덕분이다.

고집적화의 주요 동력은 스마트폰, SSD, USB 드라이브 등 휴대용 및 대용량 저장 장치의 수요 증가이다. 특히 3차원 NAND 기술은 메모리 셀을 수평이 아닌 수직으로 적층하여 단위 면적당 비트 수를 극적으로 증가시켰다. 이에 따라 단일 칩의 저장 용량은 지속적으로 확대되고, 비트당 가격은 하락하는 추세를 보인다.

이러한 고집적화는 ROM의 응용 범위를 기존의 펌웨어 저장에서 대용량 데이터 저장 영역으로까지 확장시켰다. 그러나 집적도가 높아질수록 셀 간 간섭과 내구성, 데이터 보존 신뢰성 등의 새로운 기술적 과제도 함께 대두되고 있다.

ROM 기술의 발전은 고집적화와 함께 새로운 물리적 원리를 기반으로 한 차세대 비휘발성 메모리의 연구로 이어지고 있다. 기존의 플래시 메모리는 소형화와 고용량화에 한계에 부딪히면서, 이를 대체할 수 있는 여러 기술이 활발히 연구되고 있다.

주요 차세대 비휘발성 메모리 기술은 다음과 같다.

이들 기술은 범용 메모리의 궁극적 목표인 SRAM의 속도, DRAM의 집적도, 플래시 메모리의 비휘발성을 하나로 통합하려는 시도이다. 특히 MRAM과 ReRAM은 현재 반도체 업계에서 가장 주목받는 후보 기술로, 이미 일부 임베디드 시스템과 고성능 컴퓨팅 분야에 적용되기 시작했다.

이러한 차세대 메모리는 단순한 저장 매체를 넘어 인메모리 컴퓨팅이나 뉴로모픽 컴퓨팅과 같은 새로운 컴퓨팅 패러다임의 핵심 요소로도 기대받고 있다. 데이터 저장과 처리의 경계를 흐리게 하여 에너지 효율과 처리 속도를 혁신적으로 높일 수 있기 때문이다. 기술적 난제와 대량 생산을 위한 원가 문제가 남아 있지만, 지속적인 연구 개발을 통해 기존 ROM과 RAM의 영역을 재정의할 가능성이 있다.