NAND, 메모리 반도체의 한 종류

 

1. 메모리 반도체란?

 메모리 반도체란 정보(DATA)를 저장하는 용도로 사용되는 반도체를 뜻한다. 메모리 반도체는 RAM과 ROM으로 나누어지는데, RAM은 휘발성 메모리로, DRAM, SRAM으로 나누어지며, DRAM은 단기간에 메모리를 저장하고, 전원이 꺼지면 정보가 삭제되는 휘발성 메모리이다. SRAM은 주로 시스템 반도체에서 사용되며, 속도가 빠르기 때문에 CPU, GPU 등에 주로 사용된다. ROM은 비휘발성 메모리로, 주로 flash 메모리라고 불리며, 현재는 NAND를 사용하기 때문에 ROM=NAND라고 생각할 수 있다. NAND는 메모리에 정보를 저장하고, 전원이 꺼져도 지속적으로 정보를 유지하기 때문에 비휘발성 메모리이다.

 

2. NAND

 NAND의 저장 원리는, control gate에 강한 전압을 가하게 되면, source와 drain 사이에 흐르는 전자가 터널링 옥사이드(tox)라고 부르는 절연층을 전자가 터널링해서 floating gate에 쌓이게 된다. 그리고 이 전자는 정보를 저장하게 된다.

 

NAND는 저장되는 cell의 양에 따라서 SLC(Single Level Cell), MLC(Multi Level Cell), TLC(Triple Level Cell)로 나누어지게 된다.

 

 1개의 cell에 1bit만 저장하는 SLC는 매우 빠른 속도, 높은 정확성, 높은 수명을 가지고 있다.

 

 MLC, TLC는 여러 정보를 1개의 cell에 저장하는 방법이다. 이러한 기술을 통해 1개의 cell에 여러개의 정보를 저장하게 되면서 공정 기술 난이도가 상승하지만, 높은 속도가 구현 가능하고, 한장의 웨이퍼에 Net did(생산 가능 칩의 숫자)가 증가하여 원가 경쟁력을 높일 수 있는 방법이다. 1개의 cell에 여러 정보를 이용하기 때문에 신뢰성 문제, 비정확성 문제 등 다양한 문제가 발생하기도 한다. 그래서 SLC는 일반적으로 오류가 적고 속도가 빠르며, 장기간 높은 신뢰성을 요구하는 자동차, 항공기 스토리지 등에 주로 사용된다.

 

 

3. NAND 기술의 진화

 NAND 기술은 처음에는 MB 단위의 크기로 제공되는 USB 스토리지 드라이브에서만 발견되었다. 20년 정도 전에 이 기술이 적용되지 못한 이유는 당시 가격이 매우 높았기 때문이다. 하지만 20년 동안 NAND 기술은 많이 발전하였다.

 

 오늘날 우리가 사용하는 NAND 기술은 3D NAND이다. 훨씬 작은 패키지로 제공되지만, 동일한 폼 팩터에 엄청난 양의 데이터를 저장한다. 더 작은 flash 드라이브에는 MB가 아닌, 최대 TB의 스토리지가 제공될 수 있다. 이는 기술의 저장 밀도가 높고, 비용이 저렴하기 때문이다. 오늘날 NAND 기술은 나노미터 단위로 제공되며, 이는 기술의 3D 스테이킹 때문에 가능해졌다.

 

4. 3D NAND의 구조와 작동 원리

 3D NAND는 NAND의 플래시 메모리의 구조를 세로로 쌓아 올린 형태를 가지고 있다. 이는 기존의 2D NAND에서는 한계로 여겨졌던 cell 간 간격 문제를 해결하였다. Cell 간 간격이 넓어짐으로써 데이터의 신뢰성이 향상되었고, 이는 NAND 플래시 메모리의 성능 향상에 크게 기여하였다.

 

 3D NAND는 수직으로 쌓아 올린 cell들을 통해 더 많은 용량을 제공할 수 있다. 이는 데이터 센터나 고성능 컴퓨팅 등 대용량 저장이 필요한 분야에서 큰 장점으로 작용한다.

 

 이처럼 3D NAND와 TLC 메모리는 NAND 플래시 메모리의 발전을 이끌고 있다.

 

5. NAND 기술 적용

 NAND 기술은 고밀도 애플리케이션 요구를 충족하기 위해 여전히 개발 중이다. 스토리지 요구 사항, 개발 주기, 고급 성능 요구 사항을 충족하고 가장 중요한 것은 임베디드 솔루션과 통합하려면 고용량 장치에서 조금 더 개선되어야 한다.

 

 NAND 기술의 가장 큰 애플리케이션 중 하나는 데이터 집약적인 IoT 애플리케이션과 같은 AI 기반 애플리케이션을 포함한다. 이러한 장치에는 AI를 사용하여 데이터를 빠르게 저장, 해석 및 처리하려면 NAND 스토리지가 필요하다.