삼성전자, 업계 최초로 QLC 낸드 양산에 '시동'

낸드플레시의 데이터 저장 방식/그래픽=삼성반도체이야기 블로그

삼성전자 (77,600원 ▼2,000 -2.51%)가 이르면 내년 상반기 중 반도체 업계 최초로 셀당 4비트(bit)를 저장하는 낸드플래시를 선보일 것으로 전망된다. 국제 학회에 양산 가능성을 높일 수 있는 기술을 소개한 논문을 제출함으로써 이 같은 전망에 힘을 실었다.


15일 ISSCC(국제고체회로학회)에 따르면 삼성전자는 내년 2월 미국 샌프란시스코에서 열리는 'ISSCC 2018' 학회에서 이같은 내용이 담긴 논문을 공개한다. ISSCC는 반도체 집적회로 분야 학회 중 가장 권위있는 학회로 '국제 반도체 올림픽'이라고도 불린다.

이번 학회에서는 삼성전자의 논문 외에도 차세대 반도체 기술 등이 대거 소개됐다. 딥러닝 알고리즘을 지원하는 저전력 프로세서, 위치추적을 지원하는 고해상도의 캡슐 내시경, 모바일 환경에서 3D 손동작 인식을 위한 가속 프로세서 등의 논문들이 채택됐다.

삼성전자가 ISSCC 메모리분과(MEM)에 제출해 채택된 논문은 1Tb(테라비트) 저장용량을 갖춘 QLC(Quadruple Level Cell) 방식의 64단 V(3D 구조)낸드플래시를 다루고 있다. 데이터를 읽는 속도는 초당 12MB다. 해당 논문은 업계 최초로 상용화가 가능한 수준의 QLC 기술을 선보였다는 데 의미가 있다.

낸드는 기기 전원이 꺼져도 데이터를 기억하는 메모리 반도체다. 데이터 저장 방식에 따라 SLC(Single Level Cell), MLC(Multi Level Cell), TLC(Triple Level Cell)로 나뉜다.


디지털 데이터를 구분하는 최소 단위를 비트(bit)라고 하는데 데이터를 저장하는 공간인 하나의 셀(Cell)에 1bit의 정보가 저장되면 SLC이다. 2bit의 정보를 저장하면 MLC, 3bit의 정보를 저장하면 TLC다. 현재 TLC 수준까지 양산 중이다.

셀은 전자의 저장상태에 따라 0과 1로 구분하는데 SLC은 2가지 상태, MLC은 4가지 상태, TLC는 8가지로 저장 상태 구분이 가능하다. 즉 QLC는 16가지 상태 구분이 가능한데 그만큼 촘촘한 제어와 공정 미세화가 필요하다. 안정성을 확보하는 것도 그만큼 어려워진다.

업계 관계자는 "이론상 QLC에 대한 논의는 줄곧 있었지만 이를 구현하려면 공정 복잡성이 매우 커지기 때문에 실제 성능 발휘가 검증된 곳이 없었다"며 "이번 논문은 실제 양산 가능성을 높일 수 있도록 기술적 해법을 담고 있다는 점에 의의가 있다"고 평가했다.

QLC에 대한 구체적인 기술 해답을 담은 논문이 ISSCC 학회에서 채택된 것은 2007년 도시바가 2D 구조상에서 다룬 논문 이후 10년 만이라는 설명이다. 3D 구조의 발견으로 미세공정의 한계가 한 차례 극복되면서 답보상태에 있던 QLC에 대한 논의도 진일보된 것으로 풀이된다.

현재 많이 쓰이는 TLC 기반의 3D 낸드제품의 경우 용량은 256Gb(기가비트), 속도는 초당 약 50MB인 것으로 알려져 있다. 즉 논문에 제시된 제품의 경우 데이터를 읽는 속도 문제만 해결된다면 실제 QLC 양산이 좀더 빨라질 것으로 보인다.

공정이 어렵다고는 하지만 단일 면적당 저장 용량이 획기적으로 늘기 때문에 최근 모바일 기기, 기업용 SSD(솔리드스테이트드라이브) 등의 고사양화 추세에 맞춰 삼성전자뿐 아니라 SK하이닉스 등도 앞다퉈 QLC 제품 개발에 매진 중이다.

시장조사업체 IHS마킷은 QLC 방식을 기반으로 한 낸드 제품이 2018년 1분기에 첫선을 보인 후 연말 전체 시장 점유율은 5.1%에 달할 것으로 예상했다. 2021년에는 점유율이 30%에 육박해 TLC 방식과 함께 낸드시장을 양분할 것이란 분석이다.