삼성, 고용량·신뢰성·저전력 잡은 AI 낸드로 1위 굳힌다

[이데일리 김응열 기자] 삼성전자(005930)가 초고용량 낸드플래시를 앞세워 인공지능(AI) 메모리 시장에서 역전 발판을 마련한다. 대용량 구현이 용이한 쿼드러플레벨셀(QLC)을 기반으로 업계 최초 1테라비트(Tb) 9세대 V낸드 양산에 성공했다. 고대역폭메모리(HBM) 시장에선 SK하이닉스에 밀렸으나, AI용 낸드로 존재감을 키우며 시장 1위 지위를 유지할 전망이다.

삼성전자가 양산한 QLC 1Tb 9세대 V낸드. (사진=삼성전자)

삼성전자는 1Tb QLC 9세대 V낸드를 양산했다고 12일 밝혔다. 지난 4월 TLC 기반의 업계 최고층 290단대 9세대 V낸드를 최초 양산했고 약 5개월 만에 QLC 제품까지 선보였다.

이번 신제품은 낸드 기술을 총 결집해 고용량과 신뢰성, 전력 효율 등 세 마리 토끼를 잡았다. 대용량 구현을 위해 셀(Cell)과 페리(Peripheral) 면적을 최소화했고, 이전 세대 QLC V낸드보다 비트 밀도(Bit Density)가 약 86% 증가했다. 이는 업계 최고 수준이다. 비트 밀도를 개선했다는 건 같은 낸드 층수로도 더 큰 용량을 구현할 수 있다는 의미다. AI 데이터센터에 필요한 고용량 낸드 제조에 용이하다는 뜻이다.

신뢰성을 높이기 위해서는 ‘디자인드 몰드(Designed Mold)’ 기술을 활용했다. 셀을 동작시키는 WL(Word Line·트랜지스터를 켜고 끄는 역할을 담당하는 배선) 간격을 조절해 적층하는 기술이다. 적층 단수가 높아질수록 층간, 층별 셀 특성을 균일하게 유지하는 게 중요한데 디자인드 몰드 기술로 이러한 과제를 해결했다. 이로써 데이터 보존 성능을 이전 제품보다 약 20% 높였다.

데이터 읽기·쓰기 소비 전력도 각각 약 30%, 50% 줄였다. 낸드 셀을 구동하는 전압을 낮추고 필요한 BL(Bit Line)만 센싱해 전력 소모를 최소화한 ‘저전력 설계 기술’을 적용했다. 전력 소모가 많은 데이터센터 특성을 고려하면 삼성전자 신제품의 저전력 특성은 고객사 수요를 이끌어낼 경쟁력을 갖췄다는 평가다.

업계 관계자는 “대용량 구현과 더불어 QLC의 약점으로 꼽히는 신뢰성 문제를 해결하고 수율도 확보한 것”이라며 “삼성전자의 기술적 자신감이 엿보인다”고 언급했다.

삼성전자는 이번 신제품을 앞세워 AI 메모리 시장에서 보폭을 키운다는 방침이다. 현재 가장 각광 받는 AI 메모리는 HBM이다. 이 시장에선 SK하이닉스가 1등을 차지하고 있다. 그러나 HBM 외에 고용량 솔리드스테이트드라이브(SSD)도 중요성이 커지고 있다. 언어 모델 데이터 학습을 위해서는 학습 재료가 되는 대규모 데이터를 담을 공간이 필요해서다. 데이터센터뿐 아니라 스마트폰, PC 등 온디바이스 AI 기기에서도 고용량 낸드가 요구된다.

글로벌 낸드플래시 시장 추이. (사진=트렌드포스)

특히 초고용량 특성 구현이 용이한 QLC 낸드의 성장세는 가파른 상승 곡선을 그릴 것으로 예상된다. 시장조사기관 트렌드포스는 올해 낸드 시장이 전년 대비 77% 증가한 674억달러를 기록하고 내년에는 869억달러로 성장할 것으로 예상했다. 그 중 올해 QLC는 낸드 출하량의 20%를 차지한다고 봤다. 내년에도 QLC 비중이 대폭 커질 것이란 게 트렌드포스 전망이다.

삼성전자는 커지는 시장에 대응하는 동시에 서버 외에 스마트폰, PC 등으로 QLC 응용처를 늘리며 글로벌 낸드 1위 지위를 강화한다. 올해 2분기 기준 삼성전자의 낸드 점유율은 36.9%로, 2위 SK하이닉스·솔리다임과 14.8%포인트 차이가 난다. HBM에선 삼성전자가 밀리고 있지만 AI용 낸드에서는 확실한 우위를 유지할 전망이다.

이규복 한국전자기술연구원(KETI) 연구부원장은 “데이터센터 외에 다양한 응용처로 QLC 낸드를 활용할 수 있다”며 “삼성전자의 낸드 장악력이 보다 강해질 것”이라고 분석했다.

글로벌 낸드플래시 시장 업체별 점유율. (사진=트렌드포스)