NAND 기술의 미래, 차세대 기술로 미래 돌파

 디지털 데이터의 양은 경이로울 정도로 빠르게 증가하고 있으며, 모바일 기기는 그 어느 때보다도 우리의 삶에 친숙하게 녹아들고 있고, 동시에 디지털 솔루션은 계속해서 기존 시스템을 대체하고 있다. 5G 기술의 부상으로 글로벌 데이터 수요의 기하급수적 증가는 멈출 기미가 보이지 않는다. 전문가들의 예측에 따르면 2025년에는 전 세계 데이터의 양이 61% 증가하여 175ZB에 이를 것이라고 한다.

 

1. 평면 NAND 기술의 한계

 낸드플래시 드라이브의 용량은 칩에 있는 몇 가지 셀에 따라 달라진다. 최근까지 제조 업체에서는 평면 NAND 구조에 작은 크기의 셀을 끼워 넣는 데 집중했다. 이 방법을 사용하면 메모리 셀이 하나의 다이 레이어 내에 나란히 배치되어 메모리 용량을 높여준다. 단 15년 만에 셀 크기가 120 나노에서 19 나노로 줄었고 용량은 100배가 늘었다.

 

 그러나 셀 크기를 줄이는 데는 기술적인 과제가 몇 가지 따른다. 먼저, 현재 회로를 만드는 데 사용되는 프로세스인 사진 석판술은 결국 한계에 달할 것이며, 그렇게 되면 셀이 줄어드는 것도 한계에 봉착하게 될 것이다. 두 번째로, 메모리 셀의 크기가 20 나노 미만이 되면 하나의 셀에서 다른 셀로 누출되는 전하의 양이 매우 많아진다. 이런 셀 사이의 간섭은 데이터 손상을 일으킬 수 있기 때문에 플래시 메모리의 신뢰성을 크게 떨어뜨린다.

 

2. V-NAND: 차세대 메모리 솔루션

 V-NAND의 독특한 구조는 채널 홀 기술로 구현되었다. 채널 홀은 원통형 채널을 통해 셀을 연결하고 100개의 레이어가 넘는 셀을 쌓을 수 있다. 그 결과, 셀 용량이 훨씬 많아진다. 평면 NAND 설계의 최대 컴포넌트 용량은 128GB인 반면, V-NAND 구조는 그 한계를 1TB(테라비트)까지 늘려준다.

 

 이러한 혁신적인 구조에 더해 V-NAND는 CTF(Charge Trap Flash) 기술을 사용하여 셀 간섭을 제거한다. 셀에 비전도성 질화규소 레이어를 사용하는 CTF 기술은 V-NAND 기술에서 전하 누출과 데이터 손상이 일어나지 않게 해 준다.

 

 V-NAND는 전하 누출로 인한 데이터 손상을 방지해야 할 필요가 없으므로 플래시 메모리는 더 효율적인 프로그램 알고리즘을 실행할 수 있다. 그리고 이 간소화된 알고리즘으로 인해 플래시 메모리는 평면 낸드플래시 메모리에 비해 두 배나 빠르게 데이터를 쓸 수 있으며, 동시에 소비 전력을 크게 낮출 수 있다. 전장이 축소되고 전압 분포가 뛰어난 V-NAND의 고유한 구조 덕분에 내구성이 더 높고 오류 발생률은 더 낮다는 장점도 있다.

 

 향후 V-NAND의 경우에도 D램과 마찬가지로 하이브리드 본딩 기술이 적용 및 확대될 것으로 예상된다. 주요 낸드 기업들은 현재 하이브리드 본딩 공정 기술을 평가하고 있는 상황이며, 업체별로 하이브리드 본딩 공정을 적용해 Gen2(Xtracking 1.0, 64단) 이후부터 현재의 Gen4 232단 Xtracking 3.0까지 양산하거나, 218단부터 하이브리드 본딩 공정을 적용한 3D낸드 CBA 구조를 출시한다는 계획이다.

 

 V-NAND의 단수는 현재의 200 ~ 300단 수준에서 수년 내에 500 ~ 600단의 제품이 개발될 것으로 보이며, 이 경우, TLC 칩 기준으로 2Tb 다이(Die)가 주요 제품군이 될 것으로 예상된다.

 

3. 낸드 시장의 전망

 AI(인공지능) 기술의 발전은 낸드 플래시 메모리 시장의 성장에 중요한 동력으로 작용하고 있다. AI 시스템은 대량의 데이터를 학습하고 처리해야 하며, 이는 고성능 데이터 저장 장치를 필요로 한다. AI 모델의 학습과 추론 과정에서 대량의 데이터를 빠르게 읽고 쓸 수 있는 능력이 중요하기 때문에, 낸드 플래시 메모리는 이러한 요구를 충족시키는 데 필수적인 역할을 한다. 특히, AI 기술이 발전하면서 데이터 센터와 클라우드 컴퓨팅 서비스의 수요도 급증하고 있다. 데이터 센터는 대량의 데이터를 효율적으로 저장하고 관리해야 하며, 이를 위해 고용량, 고속 성능, 높은 내구성을 갖춘 낸드 플래시 메모리가 필요하다. 이러한 환경에서 낸드 플래시 메모리는 고성능 컴퓨팅과 데이터 분석을 지원하는 중요한 기술로 자리 잡고 있다.

 

 또한, 사물인터넷(IoT), 자율주행차, 5G 네트워크 등 신기술의 도입으로 인해 데이터 생성과 저장 요구가 폭발적으로 증가하고 있다. 이로 인해 낸드 플래시 메모리의 수요는 더욱 증가할 것으로 예상된다. 이러한 기술 발전과 데이터 저장 수요 증가는 낸드 플래시 메모리 시장의 지속적인 성장을 뒷받침하는 중요한 요소이다.

 

출처: https://www.etnews.com/20230719000045