삼성의 여정이 시작되다

이제 세계는 4차 산업혁명 시대를 맞이하고 있습니다. 5G, 빅데이터와 같은 기술이 우리가 일하고 살아가는 방식과 방대한 데이터의 처리 방법을 변화시키며, 플래시 메모리는 더욱 중요한 역할을 하게 되었습니다.

2002년 삼성은 최초로 1GB(기가바이트) 낸드플래시를 대량 생산하면서 공식적으로 플래시 메모리 부문 1위 자리에 올랐으며, 계속해서 앞을 향해 달려 왔습니다. 18년이 지난 지금, 계속되는 눈부신 혁신을 통해 세계 최초로 3차원 V낸드 기술을 완성하고 대량 생산에 돌입한 삼성은 최고 수준의 성능과 품질을 자랑하는 제품과 솔루션으로 시장에서 선도적인 역할을 계속 이어가고 있습니다.

한계를 기회로 바꾸다: 3D 메모리 칩 시대를 열다 플래시 메모리 시장에서 삼성이 이룬 쾌거는 수년간 DRAM 부분을 앞장서 이끌어온 덕분에 거둔 성공입니다. 1999년 최초로 1GB 낸드플래시를 개발한 이후 삼성은 메모리 기술 역량을 확대하면서 2002년 2GB NAND, 2003년 4GB, 2004년 8GB, 2005년 16GB, 2006년 32GB 그리고 2007년 64GB 제품을 차례로 선보였습니다.

(왼쪽부터) 삼성 1GB, 2GB 낸드플래시

삼성은 동시에 정밀 공정 분야에서 점진적으로 리더십을 강화해 왔습니다. 2002년 삼성은 90나노 공정 기술 설계를 성공적으로 개발했으며, 이어 2003년 70나노, 2005년 50나노, 2006년 40나노 개발에 성공했습니다. 삼성은 2007년 공정 기술을 30나노 수준으로 끌어올렸는데, 이는 삼성이 새로운 시대를 열기 시작한 역사적 사건으로 평가받고 있습니다.

2006년 삼성은 최초로 40나노 32GB 낸드플래시 메모리를 상업화하는 데 성공했는데, 이는 한때 유행했던 ‘floating gate’ 아키텍처의 한계를 극복한 매우 획기적인 CTF(charge trap flash)* 아키텍처의 등장이었습니다.

메모리 용량을 키우고 정밀 공정을 강화하려는 노력이 진화하면서 CTF 방법의 기술적 한계도 드러나게 됩니다. 10나노급 공정 기술을 이용하는 128GB 낸드플래시를 개발한 이후, 셀이 작아지고 인접 셀과의 거리가 줄어들면서 셀 간 간섭이 발견된 것입니다.

floating gate, CTF (charge trap flash), 3차원 V낸드 기술의 발전 단계

반도체 미세화의 한계를 극복하려는 노력의 일환으로 삼성은 2013년 8월 3차원 V낸드플래시 메모리 기술을 개발했습니다. 한계를 극복하려는 그 동안의 노력이 큰 성과를 거두지 못하던 차에, 삼성이 이룬 기술 상용화는 메모리 칩 업계에서 매우 기념비적인 순간으로 기록됩니다.

V-NAND라는 획기적 기술 개발은 삼성 특유의 혁신이 있었기에 가능한 일로, 특히 삼성의 원통형 3D CTF 및 vertical stacking 기술이 큰 역할을 했습니다. 이런 기술의 발전은 기존의 평면 NAND에 비해, 이른바 더 빠른 속도, 더 적은 전력 소모, 셀 내구성 향상이라는 세 가지 장점이 있습니다. 결과적으로 칩 밀도 한계를 극복한 안전한 고용량 NAND 플래시 기술을 선보이며, ‘테라의 시대’라 불리는 새로운 세상을 열어나갈 것입니다.

세계 플래시 메모리 시장 1위를 향해 가다 오늘날 삼성은 글로벌 플래시 메모리 시장을 선도해온 역사에 긍지를 느낍니다. 이 모든 것은 어디서 시작되었을까요?

1984년 7월, 삼성은 16KB EEPROM을 개발하면서 플래시 메모리 분야의 선구자로 발돋움을 시작합니다. 하지만, 많은 비용과 대규모 제품 개발의 한계로 인해 삼성은 수익성이 좋은 포터블 Mask ROM (MROM)으로 관심을 돌리기로 합니다. Mask ROM은 전자 사전 또는 한 때 유행했던 게임보이나 다마고치 같은 게임기 등, 문자를 저장하는 기기에 적용되던 기술입니다. 일부 일본 기업들만이 칩을 생산하고 있었기 때문에 칩 공급은 항상 부족했습니다.

삼성은 자체 Mask ROM 기술을 개발하기로 결정했고 1989년 마침내 기술 개발에 성공했습니다. 그리고는 이에 힘입어 4억 달러에 달하는 매출을 달성합니다. 하지만 오래가지 않아 삼성은 난관에 봉착합니다. 당시에는 다양한 애플리케이션을 지원하는 기술이 부족해, MROM 수요가 특정 시장에 국한되어 있었습니다. 따라서 삼성은 이런 기술에 투자할 가치가 있는지 의문이 들기 시작했습니다. 그럼에도 삼성 임직원들은 플래시 메모리의 시대가 올 것이라는 믿음 하나로 버티며 연구에 계속 매진해 나갑니다.

2001년 어느 더운 여름날 삼성 임원 몇 명이 동경에 있는 자쿠로라는 식당에 모였습니다. 당시 플래시 메모리 산업을 이끌고 있던 한 회사로부터 공동 개발을 제안받았기 때문인데, 이 제안을 수락해야 할지 아니면 독자 개발을 계속해야 할지 고민에 빠졌습니다.

한참 논의 끝에, 플래시 메모리가 시장을 지배할 것으로 예상하고 독자적인 개발 노력을 기울여 왔던 삼성은 결국 이 제안을 거절하고 계속 독자 개발의 길을 걷기로 결정했습니다. 일명 ‘자쿠로 회의’라고 불리는 이 일은 삼성의 플래시 메모리 사업에 새로운 장을 여는 계기가 되었고, 결국 성장의 원동력이 되었습니다.

성공으로 가는 첫 걸음은 쉽지만은 않았습니다. 삼성은 제품을 판매할 시장을 확보하지 못한 상태였고, 낸드플래시 시장은 조만간 35% 정도 축소될 것이라는 예측도 있었습니다. 쉽게 말해, 삼성이 살아남는 길은 공격적인 경영을 하는 것뿐이었습니다.

삼성은 이런 문제를 해결하기 위해 이 기술을 적용할 새로운 애플리케이션으로 눈을 돌렸습니다. 그중 하나가 1억대 이상으로 계속 성장 중인 PC 시장을 활용하는 것이었습니다. 물론 포터블 플래시 메모리를 의미하는 것입니다. 오늘날 핑키 사이즈의 USB 메모리 스틱은 세계 어느 곳에서나 볼 수 있는 제품이 되었고, 삼성이 모든 난제를 극복하고 2002년 플래시 메모리 제조 부문 선두 자리를 차지하는 데 큰 몫을 했습니다.

2005년, 시장에 낸드플래시 공급 과잉 현상이 벌어질 것이란 예상이 나왔습니다. 그러자 삼성은 ‘시장이 없으면 시장을 만들자’는 각오로 새로운 시장을 개척하기 시작합니다. 삼성은 그 어떤 스토리지 매체보다도 삼성의 플래시 메모리가 우수하다는 점을 홍보하며 고객사를 설득했습니다. 그 결과 당시 아날로그 음원 시장에서 플래시 메모리가 눈부신 성장을 기록합니다. MP3 시장에서 플래시 메모리가 표준으로 자리 잡으면서 큰 성공을 거두자 삼성은 다시 한번 플래시 메모리 시장의 선두로 우뚝 서게 되었습니다.

2000년대 중반에 이르러 삼성은 세계 최초로 SSD 상업화에 성공하면서 결국 HDD 대체라는 대규모 시장을 만들어 냅니다. 끊임없는 혁신을 통해 삼성은 플래시 메모리 시장에서 오늘도 1위 자리를 지키고 있습니다. 삼성 임직원들은 플래시 메모리 기술을 더욱 발전시키고, 대중에게 혁신적인 제품을 선보이고자 지금도 열심히 노력하고 있습니다.

삼성 플래시 메모리의 역사