콘솔에 저장된 게임을 불러오거나(Loading) 디지털 뮤직 플레이어(Digital Music Player) 또는 스마트폰을 써본 경험이 있다면, 플래시 스토리지(Flash Storage)1)를 사용했다는 의미이다. 이처럼 우리 주변을 둘러싼 수많은 전자기기의 중심에는 모두 신뢰성 있는 메모리 기술이 존재한다.

이름에서 알 수 있듯, 플래시 스토리지는 매우 빠른 실행 속도를 자랑한다. 기기의 전원이 꺼져도 저장된 정보를 유지하며, 재작성(Rewrite)이 용이하다. 이에 우리가 사용하는 기기가 더 스마트해지고 더 많은 양의 데이터를 생성할수록 빠르고 유연한 메모리 솔루션에 대한 수요가 커지고 있다. 차세대 스토리지의 ‘대세’가 되기 위해, 끊임없이 진화하는 첨단 반도체 메모리 솔루션에 대해 자세히 살펴보자.

1) 플래시 스토리지(Flash Storage): 전원이 끊겨도 저장된 정보가 지워지지 않은 비휘발성 저장장치인 플래시 메모리(Flash Memory)로 구성된 컴퓨팅 데이터 저장소를 의미한다. 플래시 메모리는 반도체 칩 내부의 전자회로 형태에 따라 NAND(Not AND)와 NOR(Not OR)로 구분되는데, 이에 따라 플래시 스토리지의 특성도 결정된다. 낸드플래시(NAND Flash)는 셀을 직렬로 연결하고 수직으로 배열해 대용량화에 유리하고 쓰기 속도가 빠른 반면, 노어플래시(NOR Flash)는 셀을 병렬로 연결하고 수평으로 배열해 읽기 속도가 빠르다.

작을수록 더 값진 패키지

한때는 고가로 여겨지던 플래시 스토리지는 우리의 생활 방식뿐 아니라 기기 작동 방식에도 혁신을 가져왔다. 플래시 메모리는 방대한 양의 데이터를 작은 칩에 저장할 수 있도록 집적도(Density)를 높이는 방향으로 발전해왔으며, 이로써 기존 스토리지 구성요소의 크기 제한을 줄일 수 있었다. 이것이 바로 플래시 메모리로부터 촉진된 기술혁신이었다.

SK하이닉스는 일찍이 이 분야의 가능성을 내다보고, 세계 최초의 낸드플래시(NAND Flash) 솔루션을 연이어 선보이며 기술적인 리더십을 공고히 해왔다. 또한 더 작고, 더 빠르고, 전력을 덜 소모하는 혁신적인 메모리를 통해 시장에서도 최상위 기업으로서 굳건한 입지를 다져왔다. 최근에는 나날이 높아지는 고객의 기술적인 요구를 충족하면서도 환경적 영향까지 고려한 의미 있는 솔루션을 제공하고 있다.

176단 4D 낸드플래시▲SK하이닉스가 세계 최초로 개발한 176단 4D 낸드플래시는 이전 세대 대비 35% 향상된 비트 생산성을 보유하고 있다.

낸드플래시는 세대를 거듭하며 측면 스케일링(Lateral Scaling)으로 더 작은 액티브(Active) 및 게이트(Gate)를 형성해 저장 용량을 확장해가고 있다. 현재 SK하이닉스는 기존 3D 낸드플래시의 CTF(Charge Trap Flash)2) 구조에 PUC(Peripheral Under Cell)3) 기술을 결합한 4D 낸드플래시를 개발 및 공급하고 있다. 셀(Cell) 작동을 관장하는 주변부(Peri.) 회로를 셀 아래로 옮겨 면적을 줄이는 방식으로 칩의 저장 용량을 최대화하고 원가경쟁력을 높인 것. 최근 SK하이닉스가 세계 최초로 선보인 176단 4D 낸드플래시는 업계 최고의 수준의 웨이퍼당 생산 칩 수(Net Die)를 확보한 3세대 낸드플래시 제품이다.

2) CTF(Charge Trap Flash): 전하를 도체에 저장하는 플로팅 게이트(Floating Gate)와 달리 전하를 부도체에 저장해 셀 간 간섭 문제를 해결한 기술로, 플로팅게이트 기술보다 단위당 셀 면적을 줄이면서도 읽기, 쓰기 성능을 높일 수 있는 것이 특징. 대부분의 3D낸드 업체는 CTF를 채용 중임.

3) PUC(Peripheral Under Cell): 주변부(Peri.) 회로를 셀 회로 하단부에 배치해 생산효율을 극대화하는 기술.

이처럼 SK하이닉스는 적층 기술을 지속적으로 혁신하며 테라바이트(Terabyte)급 스마트폰과 같은 고용량 모바일 기기나 뛰어난 저장 성능을 요구하는 노트북, 컴퓨터 등과 같은 기기의 개발을 뒷받침하고 있다.

반짝 성공이 아닌 장기적 혁신

전 세계의 데이터 및 정보 소비량

코로나19가 야기한 팬데믹으로 재택근무, 원격 작업 등 지속적인 연결을 위해 디지털 수단에 대한 의존도가 높아졌고, 이에 따라 역사상 전례를 찾아보기 힘들 정도로 막대한 양의 데이터를 관리해야 하는 상황이 됐다. 이 같은 상황에서 오늘날 사회가 요구하는 기술적 요구를 충족하기 위해서는 기기의 저장 용량 증가는 필수적이고, 늘어난 데이터를 효과적으로 저장 및 처리할 수 있는 스마트 디지털 솔루션(Smart Digital Solution)이 매우 절실해졌다.

데이터 센터 및 클라우드 기반 서버 솔루션에 대한 수요 증가는 낸드플래시 솔루션에 대한 수요로 이어졌다. 수요가 늘어나면서 낸드플래시의 응용 분야도 모바일 기기뿐 아니라 기업용 SSD, 차량용 반도체 등으로 다양해지고 있다.

미래 지향적 플래시

데이터 센터의 HDD를 SSD로 교체하면

낸드플래시의 잠재력을 최대한으로 발휘하기 위해서는, 플래시 메모리 기술 진화의 다음 단계를 예측하며 재료와 설계 구조를 개선해 나가야 한다. 이를 위해 SK하이닉스는 업계가 요구하는 집적도를 실현할 수 있는 에칭(Etching) 기술을 확보하는 데 주력하고 있다. 이를 통해 데이터센터의 HDD를 SSD로 교체하는 등의 새로운 기회를 포착할 수 있을 것이다. SK하이닉스는 향후 600단 이상의 낸드를 적층할 수 있을 것으로 예상해, 플래시 메모리의 응용 분야는 무궁무진해질 전망이다.

이와 더불어 SK하이닉스는 사회적 가치(Social Value)라는 렌즈를 통해 기술을 최적화함으로써, 더 청정한 미래를 만들어가기 위한 혁신을 지속하고 있다.

이제 기업들은 기술적인 요구를 충족하기 위한 도전뿐만 아니라 자원 및 에너지 소비와 관련한 환경 문제에 대응해야 한다는 새로운 과제에 직면했다. 이에 SK하이닉스는 기술적인 노력을 통해 업계의 탄소 발자국을 줄이는 한편 친환경 기술에 활용할 수 있도록 지속가능한 제품을 만들고 있다.

SK하이닉스가 추구하는 파이낸셜 스토리(Financial Story)4)를 실현하기 위해서는 저장장치(Storage)와 처리장치(Logic)를 융합해 성능 한계를 극복해야 한다. 하나의 디바이스에서 자체적으로 초고속 연산 및 저장이 가능하게 함으로써 데이터를 저장장치에서 처리장치로 옮기는 과정에 사용되는 전력 소모를 절감할 수 있어야 하고, 이를 위해서는 반도체 메모리 솔루션이 지금보다 한 단계 더 진화해야 한다.

4) 파이낸셜 스토리(Financial Story): 고객, 투자자, 시장 등 다양한 이해관계자에게 SK 각 회사의 성장 전략과 미래 비전을 제시하고 신뢰와 공감을 이끌어 내며 기업가치를 포함한 총체적 가치(Total Value)를 높여 나가자는 SK그룹의 새로운 경영전략.

SK하이닉스는 전략적으로 메모리 반도체 산업을 지속적으로 혁신하고 발전시켜 새로운 기술적 요구에 부응하기 위해 최선을 다하고 있다. 더 좋은 품질로, 더 스마트하게, 더 친환경적으로 만들어진 첨단 반도체 메모리 솔루션은 글로벌 커뮤니티(Global Community)의 요구사항을 빠르게(Flash) 충족할 수 있을 것이다.

 

11. NAND 산업 총 웨이퍼 생산 물량

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