SK하이닉스, 세계 최초 96단 4차원 낸드플래시 개발

SK하이닉스가 개발한 96단 512Gbit TLC 4D 낸드플래시와 이를 기반으로 개발 중인 SSD. 사진=SK하이닉스

[이데일리 김겨레 기자] SK하이닉스(000660)가 세계 최초로 96단 4차원 낸드플래시를 개발, 올해 안에 양산한다.

SK하이닉스는 지난 달 말 세계 최초로 4차원 구조의 96단 512Gbit(기가비트) 낸드플래시 개발에 성공해 올해 안에 초도 양산하겠다고 4일 밝혔다. 512Gbit 낸드는 칩 하나로 64GByte(기가바이트)의 고용량 저장장치 구현이 가능하다.

이 제품은 72단 512Gbit 3D 낸드보다 칩사이즈는 30% 이상 줄었고, 웨이퍼 당 비트 생산은 1.5배 증가했다. 아울러 동시 처리 가능한 데이터를 업계 최고 수준인 64KByte(킬로바이트)로 2배 늘렸다. 또 기존 3D 낸드 대비 4D 낸드의 장점인 작은 칩 사이즈를 활용해 스마트폰용 모바일 패키지에 탑재 가능하도록 개발했다.

96단 512Gbit 4D 낸드 1개로 기존 256Gbit 3D 낸드 2개를 완벽하게 대체할 수 있어 원가 측면에서도 매우 유리하다는게 SK하이닉스의 설명이다. 쓰기와 읽기 성능은 기존 72단 제품보다 각각 30%, 25% 향상됐다.

아울러 다중 게이트 절연막 구조와 새로운 설계 기술을 도입해 I/O(정보입출구)당 데이터 전송속도를 1200Mbps까지 높이고, 동작전압은 1.2V(볼트)로 낮춰 전력 효율을 기존 72단 대비 150% 개선했다.

기존 일부 업체가 플로팅 게이트 셀 구조에 PUC를 결합한 방식과 달리 SK하이닉스 4D 낸드는 3D 낸드에 채용 중인 CTF 셀 구조와 PUC 기술을 결합한 점이 특징이다. SK하이닉스는 “특성이 우수한 CTF 기반에서는 최초로 PUC를 도입했다”며 제품 이름을 ‘CTF 기반 4D 낸드플래시’로 명명했다고 설명했다. SK하이닉스는 같은 기술을 적용한 128단 4D 낸드도 개발하고 있다.

CTF 기술은 기존 2D 낸드에서 주로 채용했던 플로팅 게이트의 한계를 극복한 기술이다. 셀간 간섭을 최소화해 성능과 생산성을 혁신적으로 개선했으며 국내 업체들을 포함한 대부분의 주요 낸드플래시 업체들이 채용 중이다. PUC 기술은 데이터를 저장하는 셀 영역 하부에 셀 작동을 관장하는 주변부(Peri) 회로를 배치하는 기술이다. 이는 아파트 옥외주차장을 지하주차장으로 구조 변경해 공간효율을 극대화 하는 것에 비유할 수 있다.

SK하이닉스는 지난 8월 미국 산타클라라에서 열린 ‘플래시 메모리 서밋’ 기조연설을 통해 4D 낸드 기반의 차세대 낸드플래시 솔루션을 적기에 출시하며 시장 대응력을 강화한다고 밝힌 바 있다.

SK하이닉스는 96단 512Gbit 4D 낸드로 자체 개발 컨트롤러와 펌웨어를 탑재한 최대1TB(테라바이트) 용량의 소비자용 SSD를 연내 선보일 계획이다.

기존 FMS에서 발표한대로 휴렛팩커드(HP)·마이크로소프트(MS) 등 대형고객의 인증을 마치고 사업을 본격화하고 있는 72단 기반 기업용(Enterprise) SSD도 내년에 96단으로 전환해 기업용 SSD 사업 및 경쟁력을 한층 강화할 전망이다.

차세대 스마트폰에 채용 예정인 UFS 3.0 제품도 자체 컨트롤러와 펌웨어를 탑재해 내년 상반기 출시한다. 이 제품도 96단 512Gbit 4D 낸드로 구성되며 현재 모바일 시장의 주력인 256Gbit 낸드 기반 제품 대비 획기적으로 전력 효율이 향상된다.

SK하이닉스는 96단 4D 낸드 기반의 1Tbit(테라비트) TLC와 1Tbit QLC 제품도 내년 중 출시 예정이다.

시장조사기관 트렌드포커스에 따르면 SK하이닉스 SSD 시장점유율(수량 기준)은 작년 2분기 5.6%에서 올해 2분기 9.9%로 증가했다. 특히, 기업용 SSD가 올해 3분기부터 본격 출시됨에 따라 SK하이닉스의 SSD 시장 점유율은 상스할 것으로 예상된다. 이번에 개발한 96단 4D 낸드로 향후 기업용 SSD를 포함한 솔루션 경쟁력을 한층 높여나갈 것으로 보인다.

김정태 SK하이닉스 NAND마케팅 담당 상무는 “향후 개발 플랫폼이 될 CTF 기반 96단 4D 제품은 업계 최고 수준의 원가경쟁력과 성능을 동시에 갖춘 SK하이닉스 낸드플래시 사업의 이정표가 될 것”이라며 “연내 초도 양산을 시작하고, 향후 최근 준공한 M15에서도 본격 양산에 돌입해 고객 요구에 적극 대응할 것이다”고 말했다.