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[Tech Day 2022] 낸드플래시 기술로 스토리지 솔루션을 확장하다

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2013년에 최초로 V-NAND 개발 및 제조를 시작했으며 그 과정에서 메모리 산업을 변화시킨 삼성전자는 매우 효과적인 TLC SSD를 개발한다는 명성을 얻으며 시장의 리더로 빠르게 자리 잡았다. V-NAND의 세계에 첫발을 내디딘 지 10년이 흐른 지금, 삼성전자는 V-NAND 8세대(V8)를 출시한다. 그동안 낸드플래시는 삼성 V-NAND 제품을 규정하는 4가지 핵심 가치 덕분에 엄청난 성장을 거둘 수 있었다. 그 첫 번째인 비트 성장은 더 높은 생산성을 필요로 하는 AI, 자율주행, 5G 및 클라우드 서비스에 필수적이다. 두 번째로, 성능은 우리가 일상생활에서 기기를 더 많이 사용할수록 더 빠른 성능을 요구하기 때문에 중요하다. 세 번째 가치인 소비 전력과 네 번째 가치인 품질은 제품의 품질이 뛰어날수록 품질 보증에 드는 시간과 노력을 더 많이 절약할 수 있기 때문에 특히 중요하다. 이러한 가치는 TCO(총 소유 비용)와 직결되며 낸드플래시 성장에 곧바로 영향을 미친다. 오늘날 V-NAND 스택은 삼성전자가 처음 시장에 진입했을 때보다 10배 더 높은 24단에서 236단으로 껑충 뛰어 올랐고, 비트 용량은 15배 더 커졌다. V-NAND 속도는 최근 몇 년 동안 V2 TLC를 시작으로 거의 2배가 되었으며, I/O 속도는 세 배 더 빨라졌다. 그리고 증가하는 시장의 수요를 충족하기 위해 1Tb와 512Gb V8 V-NAND 옵션이 출시되었다. 이제 삼성전자는 업계 최고 용량인 1Tb TLC 양산을 준비하고 있으며, 연말까지 소비자에게 선보일 예정이다.
삼성전자 V-NAND의 연도별 비트 용량 증가와 성능 개선 추이 그래프
삼성전자 V-NAND의 연도별 비트 용량 증가와 성능 개선 추이 그래프
TLC를 통한 가치와 성능의 결합 업계는 고용량 제품 개발에서 매우 중요한 순간인 COP(Cell Over Peripheral) 시대에 공식적으로 진입했다. 전체 주변부 어레이는 셀 어레이 아래에 맞아야 하는데, 512셀 어레이는 주변부 어레이보다 더 빠르게 수축하기 때문에 맞추기가 매우 어렵다. 삼성전자에서는 업계 최고 비트 용량 512 TLC 솔루션을 개발하여 이러한 문제를 해결하고 비트 용량을 42% 향상했다. 삼성전자의 목표는 업계 최고의 비트 용량을 달성하는 것뿐만 아니라 최고 수준의 성능을 갖춘 제품을 제공하는 것이다. 삼성전자는 이미 V7보다 20% 향상된 최고 수준의 V8 I/O 속도인 2.4Gbps를 달성했다. 데이터 센터가 AI와 머신러닝과 같은 기술에 더욱 의존하게 되면서 이러한 고속 인터페이스가 그 어느 때보다도 중요해지고 있다.
모든 차세대 NAND는 필연적으로 에너지 소비를 증가시킨다. 업계 내에서 에너지 효율성이 점점 더 중요해짐에 따라 삼성전자는 V8을 기술적으로 개선하여 이 문제를 해결하고 있다. 삼성은 읽기 및 쓰기 소비 전력을 약 14% 감축하는 데 성공했으며 계속해서 저전력 제품 분야에서 업계를 선도하기 위해 결의를 다지고 있다. V9 V-NAND의 경우, 비트 용량을 대대적으로 개선하고 전력 수요를 감소하며 더욱 향상된 멀티홀 설계로 I/O 속도를 유지한다. QLC로 새로운 시장을 주도하다 삼성전자는 TLC의 성장률이 둔화됨에 따라 QLC(쿼드 레벨 셀) 전환을 준비하는 데 심혈을 기울였다. 그 노력은 QLC 성능의 한계를 새롭게 정의하고 있다. V7 QLC 읽기 속도는 V5 대비 2.1배 빨라졌으며, 삼성전자에서 공개한 TLC 버퍼링 기술은 TLC 쓰기를 10% 감소시켰다. 삼성전자는 이러한 놀라운 발전을 V9 QLC 개발에 적용하여 비트 용량을 80% 이상 높일 수 있는 문을 열었다. V9 QLC는 2.4Gbps 범위에서 I/O 속도를 획기적으로 개선한 진정한 고속 인터페이스가 될 것이다. 이는 또한 TLC에 필적하는 성능으로 새로운 시장의 문을 열고 NAND의 전반적인 성장을 확장하도록 도울 것이다.
삼성전자 V-NAND QLC 비트 밀도, 읽기 처리량, IO 속도 성능별 개선 추이 그래프
삼성전자 V-NAND QLC 비트 밀도, 읽기 처리량, IO 속도 성능별 개선 추이 그래프
삼성전자는 2024년까지 V9 QLC 양산을 시작할 계획이며, QLC와 TLC 시장 모두의 수요를 충족하는 제품을 계속해서 제공할 예정이다. 이러한 제품은 고객이 직면할 수 있는 모든 문제에 대한 솔루션을 확보하는 데 도움이 될 것이다. 1,000스택 그 너머의 미래를 열다 V-NAND를 개발한 이래로 비트 용량은 지속적으로 늘어났다. 업계에서 1,000단 이상의 스택을 만드는 방법을 찾지 않는 한 이러한 성장은 계속되지 않을 것이다. 삼성전자는 업계를 선도하는 전문성을 바탕으로 2030년까지 1,000단 스택 기술을 개발한다는 목표를 세웠다. 이미 업계에서 가장 진보된 최첨단 식각 기술을 보유하고 있으며, 스택 문제를 해결하기 위해 파트너사와 긴밀하게 협력하며 이 기술을 계속해서 향상시킬 것이다. 또한 삼성전자에서는 스택을 최적화하고 셀 성능을 향상시키기 위한 조치를 취했다. 여기에는 두께가 증가함에 따라 발생하는 몰드 기울기 관련 문제를 해결하기 위해 스택 높이를 낮추는 노력이 포함된다. 그리고 셀 전류가 감소하는 것을 방지하고 유닛 몰드 크기가 작아지면서 발생하는 셀 간섭 문제를 해결하기 위한 신기술도 개발하고 있다. 뿐만 아니라, 삼성전자는 1,000단 기술을 바탕으로 PCIe의 I/O 속도 로드맵을 준비하는 데 심혈을 기울이고 있으며, 세대별로 소비 전력을 10% 감소시키면서 전력 최적화 비율을 향상시키는 새로운 방법을 탐색하고 있다.
Performance Roadmap
IO Speed
삼성전자 V-NAND input-output 속도 로드맵
삼성전자 V-NAND input-output 속도 로드맵
Write power
삼성전자 V-NAND 세대별 쓰기 능력 개선 추이 그래프
삼성전자 V-NAND 세대별 쓰기 능력 개선 추이 그래프
제품 무결성의 극대화 품질 관리는 언제나 성공을 위해 필수적이다. 과거에는 셀 어레이 관리에 주로 집중했다면, V-NAND 시대에는 HARC 프로세스를 활용하여 업계 최고 품질의 셀 어레이를 만드는 것을 목표로 했다. 이제 COP 시대에 접어들면서, 주변부 어레이에 대한 품질 관리가 그만큼 중요해졌다. 바로 파운드리, 로직, DRAM 및 NAND를 결합한 유일한 기업인 삼성전자가 확실한 우위를 점하고 있는 분야이다. 파운드리와 로직 모두에서 기술 전문성을 갖춘 삼성전자는 계속해서 주변부 어레이 관리를 새로운 차원으로 끌어올릴 것이다. 삼성전자는 데이터 센터, 엔터프라이즈 SSD, 모바일, 자동차 및 기타 애플리케이션에서 방대한 양의 데이터를 수집했으며, 이 데이터를 활용하여 품질 관리부터 딥 러닝 기반 이상 탐지 및 특성 최적화에 이르기까지 모든 것을 포괄하는 특출난 데이터 과학 검사 기술을 구축하고 있다. 이러한 기술은 삼성전자에서 다양한 제품의 불량률을 80%까지 개선하는 데 도움이 되었다. 또한 삼성전자는 데이터에 대한 즉각적인 제어를 통해 NAND 솔루션의 품질을 지속적으로 개선하고, 궁극적으로 업계 최고 수준의 품질을 달성할 수 있었다. 삼성전자는 고객의 의견에 귀를 기울이고, 니즈를 이해하며, 고객의 성공을 지원하는 솔루션을 제공하여 NAND 혁신의 새로운 시대를 열 준비가 되어 있다. 이를 통해 고객은 비즈니스 성장과 기술 발전에 힘을 얻을 뿐 아니라 앞으로 다가올 미래에 언제나 대비할 수 있을 것이다.
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