인텔과 마이크론이 D램과 낸드플래시 메모리를 하나로 합친 차세대 메모리를 내년부터 양산한다. 기존 D램·낸드보다 데이터 처리 속도와 내구성은 높이고 가격은 낮춘다는 전략이어서 기존 메모리 시장 구도에 어떤 변화를 이끌지 눈길을 끈다.
인텔과 마이크론은 전통적인 메모리 반도체 소자인 트랜지스터와 커패시터를 완전히 없앤 새로운 비휘발성 메모리 기술 ‘3D 크로스포인트(XPoint)’를 29일 발표했다. 하반기 샘플 공급을 거쳐 내년에 양산을 시작한다.
3D 크로스포인트 기술을 적용한 새로운 메모리는 낸드와 D램을 하나로 합친 전혀 새로운 제품군이다. 전통적 반도체 소자인 트랜지스터와 커패시터를 완전히 없앤 것이 가장 큰 특징이다. 기존 소자 특성상 데이터가 마이크로프로세서에 접근할 때 속도가 느려지는데 이를 새로운 소재로 대체함에 따라 데이터를 지웠다가 다시 쓰는 과정이 없어져 처리 속도가 빨라졌다.
3D 크로스포인트 기술은 낸드보다 데이터 처리속도가 1000배 빠르고 내구성은 1000배 높다. D램보다 용량 집적도는 10배 이상 커졌다. 데이터 접근 지연시간은 기존 마이크로초에서 나노초 단위로 측정할 정도로 빨라진다.
◇트랜지스터·커패시터 없앤 비결은 ‘소재’
3D 크로스포인트 기술은 전통적 반도체 소자인 트랜지스터와 커패시터를 없앤 것이 핵심이다. 트랜지스터는 전류를 증폭하거나 흐름을 조절하고 커패시터는 데이터를 가진 전하를 저장한다.
일반 낸드플래시는 플로팅게이트에서 전하를 전달받아 데이터를 저장한다. 전하를 얼마나 많이 가두는지에 따라 데이터 저장 용량이 달라지는데 3D 크로스포인트 기술은 전하를 가둬놓지 않으면서 데이터를 저장하는 게 특징이다.
3D 크로스포인트 기술은 메모리셀과 셀렉터를 하나의 기둥으로 세우고 금속 와이어로 상·하단을 연결하는 형태로 데이터를 저장한다. 3차원 바둑판 형태로 메모리셀·셀렉터, 와이어가 교차한다. 필요한 메모리셀이 있는 교차점에 선택적으로 전압을 각각 다르게 걸어서 데이터를 쓰고 읽는다. 기존 데이터를 지우고 다시 읽을 필요 없이 바로 다시 읽을 수 있어 속도가 기존 낸드 대비 1000배 빨라진 것이다. 기존 반도체 데이터 저장 메커니즘을 완전히 바꾼 구조다.
인텔과 마이크론은 트랜지스터와 커패시터를 없앤 3D 크로스포인트 구조를 실현하기 위해 새로운 소재를 별도 개발했다. 기존 공정장비를 그대로 사용하면서 소재만 바꾼 것이어서 수조원대 생산 설비 투자가 필요 없다.
찰스 브라운 인텔 스토리지솔루션아키텍트 설계 담당 박사는 “트랜지스터와 커패시터 없이 메모리셀 각각에 접근할 수 있게 된 것은 양사가 함께 개발한 혁신적 소재 덕분”이라며 “인텔과 마이크론은 특허 받은 이 소재 기술을 함께 보유하되 각각 제품군을 선보일 예정”이라고 밝혔다.
데이터 접근 속도가 빨라짐에 따라 데이터 입출력을 위한 통신 프로토콜에도 변화를 꾀했다. 인텔은 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)용 통신 프로토콜인 NVMe(Non-Volatile Memory Express)와 CPU와 하드웨어를 연결하는 PCI익스프레스 인터페이스를 적용한다. 3D 기술을 염두에 두고 관련 기업과 협력해 개발한 새로운 인터페이스다.
찰스 브라운 박사는 “관련 기업들과 함께 새로운 PCI익스프레스와 NVMe 인터페이스를 연구해왔다”며 “칩과 인터페이스에서 빠른 속도를 지원하므로 스토리지급 메모리를 충분히 구현하게 돼 기존 서버, 네트워크, PC 등 컴퓨팅 아키텍처에서 상당히 큰 변화가 불가피하다”고 설명했다.
인텔과 마이크론은 미국 유타주 리하이에 위치한 양사 공동 팹에서 제품을 양산할 계획이다. 기존 낸드플래시를 양산한 20나노 팹을 사용한다.
찰스 브라운 박사는 “기존 공정과 팹을 이용해 큰 변화 없이 매끄럽게 적층 단수를 높일 수 있다”며 “현재 2단으로 구성했지만 향후 미세공정 기술, 설계 구조 변경, 소재 개발 등에 따라 용량과 성능이 획기적으로 향상될 수 있어 무어의 법칙을 이어나갈 수 있다”고 내다봤다.
◇D램·낸드 구분 없는 무한 경쟁 예고
인텔과 마이크론은 3D 크로스포인트 기술이 D램과 낸드 장점만 결합한 제품인 만큼 향후 데이터센터는 물론이고 전혀 새로운 영역에서 변화를 일으킬 것으로 내다봤다. 양사는 이 기술을 활용한 제품을 각각 개발 중이다. 기존 D램, 낸드플래시와 경쟁하는 것은 물론이고 양사 간 제품 경쟁도 불가피하다.
찰스 브라운 박사는 “새 기술을 활용해 어떤 제품을 선보일 것인지 구체적으로 말하기 힘든 단계고 가격 역시 언급하기 이르다”며 “다만 상대적으로 비싼 D램 단점을 보완하고 저렴한 낸드플래시 장점을 반영한 경쟁력 있는 가격이 될 것”이라고 말했다.
인텔은 기존 메모리 시장 구조를 완전히 무너뜨릴 혁신 기술이 될 것으로 전망했다. 반면에 반도체 업계는 3D 크로스포인트 기술 제품이 시장에 어떤 영향을 미칠지 가늠하기 어렵다는 분위기다. 초기 가격대도 시장 보급에 중요한 영향을 끼칠 전망이다. 무엇보다 신기술 채택으로 나타날 수 있는 초기 불안정 우려를 불식시키는 게 중요하다.
찰스 브라운 박사는 “3D 크로스포인트 기술 제품이 D램을 완전히 대체할지는 알 수 없다”며 “시간이 흐르고 기술 수준이 높아질수록 시장에 미치는 영향력이 커질 것”으로 기대했다.
배옥진기자 withok@etnews.com
