인텔과 SK하이닉스가 플래시 메모리의 미래를 위한 두 가지 길을 제시하다

데이터 스토리지에 대한 수요가 폭발적으로 증가함에 따라 반도체 제조업체는 비트당 비용을 줄이면서 메모리 칩의 밀도를 높이기 위해 경쟁하고 있습니다. 인텔과 SK하이닉스는 지난 2월 말 샌프란시스코에서 열린 제70회 IEEE ISSCC(International Solid State Circuits Conference)에서 더 큰 용량을 갖춘 더 저렴한 솔리드 스테이트 메모리 드라이브를 암시하는 두 가지 중요한 발전을 제시했습니다.

인텔은 각 NAND 플래시 셀에 5비트의 데이터를 저장하는 최초의 3차원 NAND 플래시 메모리 칩을 선보였습니다. 이는 현재 시중에서 판매되는 셀당 4비트 드라이브보다 1비트 더 많은 수치입니다. 192층 칩은 평방밀리미터당 23기가비트로 역대 최고의 데이터 밀도를 자랑하며, 총 1.67테라비트의 데이터를 저장할 수 있습니다.

한편 한국의 SK하이닉스는 1Tb NAND 플래시 메모리 칩으로 300단의 문턱을 넘었습니다. 이 칩은 셀당 3비트를 저장하며(삼중 레이어 셀 또는 TLC라고 함) 초당 194MB로 보고된 쓰기 속도가 가장 높습니다. 삼성은 이전에 2021 ISSCC에서 발표한 셀당 3비트 NAND 플래시 메모리에 대해 184MB/s라는 최고의 쓰기 처리량을 기록했습니다.

SK하이닉스 NAND 설계부 이승필 부사장은 "TLC 제품 중 최고의 밀도와 쓰기 처리량을 제시했다고 생각한다"고 말했다.

NAND 플래시 메모리 제조업체는 기능 크기 감소의 제약을 극복하기 위해 지난 10년 동안 2D에서 3D로 전환했습니다. 그 이후로 그들은 칩의 플래시 셀 레이어 수를 늘리거나 각 셀에 저장되는 비트 수를 늘려 저장 밀도를 정기적으로 높여 왔습니다. 하이닉스와 인텔은 두 가지 대조되는 경로를 택했습니다. 하이닉스는 더 많은 레이어를 쌓고 인텔은 비트 밀도를 높였습니다.

TLC는 셀당 4비트 칩이 시장에 나와 있음에도 불구하고 오늘날 가장 널리 사용되는 플래시입니다. Lee는 하이닉스가 레이어 수와 셀당 비트 수를 모두 늘리는 방안을 모색하고 있다고 말했습니다. 레이어가 많을수록 TLC에서 더 높은 성능과 비트 밀도가 제공된다고 그는 말합니다. 반면, 셀당 비트 수를 늘리면 더 크고 저렴한 메모리를 제공할 수 있지만 읽기 및 쓰기 속도가 저하되어 성능에 영향을 미칩니다.

김기남 삼성전자 회장은 2021년 IEEE 국제전자소자회의에서 2030년까지 1,000단 플래시가 가능할 것이라고 전망했다. 이는 제조 측면에서 매우 어려운 일이다. 플래시 셀은 도체와 절연체의 교대 층을 통해 깊고 좁은 구멍을 에칭한 다음 구멍을 유전체 및 기타 재료로 채워서 만들어집니다. 점점 더 많은 레이어를 통해 충분히 깊은 구멍을 안정적이고 빠르게 에칭하고 채우는 것이 이 기술의 주요 한계입니다.

제조 문제 외에도 스택 레이어 수가 300개를 넘으면 NAND 메모리 성능을 향상시키는 것이 점점 더 어려워진다고 Lee는 말합니다. 스택의 각 레이어를 더 얇게 만들어야 하므로 저항이 증가하기 때문입니다. 이로 인해 오류가 발생하고 읽기 및 쓰기 속도가 느려집니다. 하이닉스는 이러한 문제를 극복하고 300개 레이어로 높은 쓰기 처리량을 달성하기 위해 다섯 가지 기술을 사용했습니다.

인텔은 자사가 선택한 플로팅 게이트 NAND 셀 기술 덕분에 새로운 고밀도 셀당 5비트 칩을 개발할 수 있었다고 밝혔습니다. 이 디자인은 전도성 레이어에 비트를 저장합니다. 대부분의 다른 제조업체들은 제조 비용을 절감하기 위해 전하를 유전층에 저장하는 다른 주요 플래시 셀 기술인 전하 트랩 플래시를 선택했습니다.

셀당 5비트로 이동하면 내구성과 속도가 낮아질 우려가 있습니다. 인텔은 이를 극복하기 위해 특별한 빠른 읽기 알고리즘을 구현했습니다. 또한 회사에서는 새 칩이 셀당 3비트 또는 셀당 4비트 모드에서도 작동할 수 있다고 밝혔습니다.

마이크론 테크놀로지는 지난해 최초로 200단을 돌파했으며 현재 경쟁사보다 두 배인 평방밀리미터당 14.6기가비트의 비트 저장 밀도를 갖춘 232단 NAND 플래시 메모리 기술에 대한 주문을 받고 있습니다. 시장. 뒤쳐지지 않기 위해 SK하이닉스는 올해 238단 TLC NAND 칩의 대량 생산을 시작할 것이라고 밝혔습니다.