넘버스
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새로운 비휘발성 RAM이 시제품 단계에서 제조 설비 단계로 전환할 준비가 됐다는 소식이다. 향후 제조 설비에서는 우표 크기의 1TB 칩을 생산 및 검사하게 된다.
실리콘 밸리의 신생 업체인 크로스바는 자체 개발한 3D 저항성 RAM(3D RRAM) 제품 일부가 2016년에 웨어러블 기기에 먼저 탑재되고, 그로부터 18개월 내에 SSD와 같은 고집적 스토리지 기기에도 탑재될 것으로 기대하고 있다.
RRAM은 집적도에서 한계에 이르고 있는 NAND 플래시보다 우수한 메모리를 목적으로 개발 중인 기술이다. RRAM은 기본적으로 NAND보다 집적도와 성능이 높다. 크로스바의 마케팅 및 비즈니스 개발 담당 부사장인 실베인 두보이스에 따르면, 크로스바의 3D RRAM은 기본 내구성도 우수해서 10만의 쓰기 주기를 견딜 수 있다.
크로스바(Crossbar)의 RRAM 메모리를 형상화한 그림. 작은 전도성 필라멘트가 교차하면서 실리콘 층을 연결해 데이터 비트를 표현한다.
현미경으로 관찰한 저항성 RAM의 측면. 작은 전도성 필라멘트가 교차하면서 실리콘 층을 연결해 데이터 비트를 표현한다.
RRAM은 높은 집적도 덕분에 현재 NAND 플래시 제조업체들이 사용하는 실리콘 웨이퍼에 비해 절반 크기의 웨이퍼를 사용할 수 있다. 칩 하나를 기준으로 NAND 플래시에 비해 10배 가까운 용량을 탑재하며, 데이터 비트를 저장하는 데 소비하는 전력은 20분의 1에 불과하다. 또한 크로스바에 따르면 지연도 NAND 플래시에 비해 100분의 1 수준이고 따라서 훨씬 더 높은 성능을 제공한다.
RRAM은 NAND 제조에 이미 사용되는 표준 제조 공정과 완벽하게 호환되므로 기존 제조 설비를 변경 없이 그대로 사용할 수 있다. 하지만 크로스바는 이 기술을 공장 생산 단계로 발전시키기 위해 중대한 기술적 장애물인 셀 사이의 전자 누설 문제를 먼저 해결해야 했다.
전자 누설은 비휘발성 메모리에서 일반적인 문제다. 현재의 NAND 플래시 SSD 역시 마찬가지다. 트랜지스터의 크기가 20나노미터 미만까지 작아지면서 칩 집적도가 증가하고 작은 셀에 저장되는 비트가 인접 셀로 누출되어 데이터 오류가 발생하는 현상이다.
누설, 즉 RRAM 칩 인접 셀 사이의 “스니크(sneak) 경로” 전류를 보여주는 도해.
삼성, 인텔, 마이크론 및 여타 SSD 제조업체들은 이 문제를 해결하기 위해 기기에 더 많은 오류 보정 코드를 넣는다. 또한 여러 업체가 집적도를 높이기 위해 셀을 32층으로 쌓는 3D NAND로 전환했다. 이 방식으로 셀 크기를 더 줄이지 않고도 용량 증가의 여지를 확보할 수 있다.
평면(2D) NAND에 데이터를 저장하기 위한 실리콘 플래시 메모리 셀을 만드는 가장 고집적 공정은 10~19나노 공정이다. 얼마나 작은지 설명하자면, 1나노미터는 10억분의 1미터이며 사람의 머리카락은 25nm 공정 기술로 만들어진 NAND 플래시보다 3,000배 더 두껍다. 1인치는 2,500만 나노미터에 해당한다.
크로스바의 3D RRAM은 20nm 공정 기술부터 시작된다. NAND 플래시는 트랜지스터 또는 전하를 사용해 실리콘 셀에 데이터 비트를 잡아 저장한다(그래서 차지 트랩 플래시라고도 함). RRAM은 서로 교차하며 실리콘 층을 연결하는 작은 전도성 필라멘트를 사용해 데이터 비트를 표현한다.
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