넘버스
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지난 주 공개된 두 가지 메모리 덕분에 우리는 곧 수백 기가바이트 혹은 심지어 테라바이트 용량의 초고속 비휘발성 메모리가 탑재된 스마트폰, 태블릿, 랩톱을 사용할 수 있을 것이다.
삼성은 3차원 수직적층 낸드(Vertical NAND) 칩의 대량 생산을 발표했으며, 신생 업체인 크로스바(Crossbar)는 RRAM(resistive random access memory) 칩의 시제품을 발표했다.
3차원 낸드는 평면적으로 구축되는 오늘날의 플래시를 수직적으로 바꾸는 것으로, 미세한 고층빌딩처럼, 차례차례 세워서 배치시켜 훨씬 밀집도가 높은 칩을 만들 수 있다. 이로 인해 오늘날의 2D 혹은 평면 낸드보다 쓰기 성능은 2배, 안정성은 10배가량 상승을 이끌어 낸다.
2D 혹은 평면 낸드 플래시와 3D 수직적층 낸드 플래시의 차이점을 보여주는 그림(자료: 어플라이드 매터리얼(Applied materials))
평면 낸드상에 데이터를 저장하기 위한 실리콘 플래시 메모리를 제작에 있어서 가장 집약도가 높은 공정은 10nm와 19nm 사이다. 나노미터(nm)는 10억 분의 1미터로, 오늘날의 25nm 공정 기술로 만들어지는 낸드 플래시보다 인간의 머리카락이 3,000배나 두껍다.
낸드 플래시는 트랜지스터 혹은 CTF(Charge Trap Flash)를 사용해 실리콘 셀에 데이터 비트를 저장하는 반면, RRAM은 미세한 전도 필라멘트(conductive filaments)를 사용해 0 또는 1의 데이터 비트를 나타내는 실리콘 레이어를 연결한다.
RRAM에서 실리콘 나이트레이트의 최상단층은 전도성 전극(conductive electrode)을 생성하고, 그 아래 층에는 비전도성 실리콘 산화물(silicon oxide)이 있다.
두 전극 사이에 전압 프로그래밍이 적용되면, 최상단 전극의 나노입자들이 스위칭 물질 속에 산란되어 필라멘트를 형성하고, 메모리 셀은 필라멘트가 하단 전극과 닿으면 전도성을 가지게 된다. 역 전압이 두 전극 사이에 가해지면, 필라멘트는 뒤로 밀려나 사라지고, 메모리 셀은 비전도성으로 바뀐다.
과연 어떤 메모리 기술이 승리할까?
3D 수직적층 낸드 플래시가 현재 낸드 플래시 기술의 수명을 얼마나 연장시킬 지에 대한 전문가들의 의견이 엇갈리기 때문에, 앞서 소개한 기술 가운데 어떤 메모리 기술이 5년 안에 비휘발성 메모리 시장에서 승리를 거둘지는 불확실하다.
어떤 이들은 3D 낸드가 삼성의 현재 24계층을 넘어서는 100계층까지 성장할 것이라고 말하는 반면, 다른 이들은 3D 낸드가 64층에서 한계에 부딪힐 것으로 예상하며 2,3세대를 넘지 못할 것으로 본다.
이와 반대로, RRAM은 이점을 안고 시작한다. RRAM은 낸드보다 집약도가 높고, 성능과 내구성도 뛰어난데, RRAM은 현재 낸드 플래시 제작업체들이 사용하는 실리콘 웨이퍼의 절반만 사용해도 된다는 장점을 갖고 있다.
RRAM은 8GB칩의 경우 현재 25nm 낸드 플래시가 필요로하는 실리콘 웨이퍼만 사용한다
미나시언은 "공장에 이 기술을 도입하는데 200만 달러 정도 소요될 것이다. 그 정도가 우리 계획"이라며, "이는 새로운 65에서 45nm 노드로 가는 것처럼, 새로운 낸드 플래시 노드를 도입하는 비용도 동일한 수준"이라고 말했다.
크로스바측은 그들의 RRAM 기술의 지연시간이 30나노초 수준이라고 주장한다. 삼성의 최고급 플래시인 840 프로 SSD의 경우 0.057밀리초의 지연시간이 발생한다. 밀리초는 1,000분의 1초이고, 나노초는 10억 분의 1초로, 백만 배 더 빠르다.
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