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[손병문의 궁금해소] '72단 3D 낸드'가 뭐에요?

손병문 기자 (moon@ebn.co.kr)

등록 : 2017-04-20 06:00

SK하이닉스가 반도체업계 최초로 72단 256Gb(기가비트) TLC(Triple Level Cell) 3D(3차원) 낸드플래시(NAND Flash) 개발에 성공해 올 하반기부터 생산한다고 최근 발표했다.

▲ SK하이닉스가 72단 3D 낸드 칩을 적용해 개발 중인 1TB(테라바이트) SSD [사진제공=SK하이닉스]
'72, 256, TLC, 3D, NAND'가 어떤 의미인지 알아보자.

'72단'은 데이터를 저장하는 방(cell)을 72층으로 쌓아올리고, 쌓은 셀 덩어리 40억개를 10원짜리 동전 면적에 구현한 것에 비유된다.

현재 양산중인 48단 3D 낸드보다 데이터를 저장하는 셀(Cell)을 1.5배 더 쌓는다. 적층(積層·쌓아올림)수 증가에 따른 공정 난이도를 극복한 것. 칩 내부에 고속 회로를 적용해 내부 동작 속도를 2배 높이고 읽기와 쓰기 성능을 20~30% 끌어올렸다.

데이터 저장 단위로는 '비트(bit)'와 '바이트(byte)'가 있는데 '8비트=1바이트'에 해당한다. 256기가비트는 32기가바이트에 해당한다. 따라서 256Gb 낸드는 칩(Chip) 하나만으로 32GB(기가바이트) 용량의 저장장치를 만들 수 있다. 이 칩 하나에 저장할 수 있는 용량은 고화질 영화 20편에 달한다.

반도체 업계는 2D에서 3D 낸드로 빠르게 전환하는 추세다. 데이터 저장 셀을 평면으로 배치하는 2D에 비해 3D는 수직으로 쌓기 때문에 같은 설계 공간에서 확보하는 저장 용량이 늘어난다.

D램은 'Random Access Memory' 일종으로 전원을 끄면 저장된 데이터도 사라지는 휘발성 메모리다. 반면 '플래시 메모리'는 대표적인 비(非)휘발성 메모리로 전원을 꺼도 저장된 데이터가 지워지지 않는다. 주로 D램은 주기억장치, 플래시 메모리는 보조기억장치로 사용된다.

플래시 메모리는 데이터 저장방식에 따라 노어(NOR)와 낸드(NAND)로 나뉘는데 일반적인 보조저장장치는 낸드플래시로 보면 된다.

낸드플래시는 데이터 저장 방식에 따라 셀 하나에 1비트를 저장하는 SLC(Single Level Cell), 2비트를 저장하는 MLC(Multi Level Cell), 3비트를 저장하는 TLC(Triple Level Cell)로 나뉜다.

셀과 전하의 양을 물컵과 물로 가정하면 SLC는 컵에 물이 있는지(0) 또는 없는지(1)에 따라 데이터를 저장하며, MLC는 컵에 있는 물의 양을 조절해 데이터를 저장한다. 즉 물이 하나도 없는 상태(1,1)와 물이 3분의 1정도 찬 상태(1,0), 3분의 2 정도 찬 상태(0,1), 가득 찬 상태(0,0)로 세분화해 데이터를 구분한다.

TLC의 경우 전하가 가득 찬 상태(0,0,0)부터 하나도 없는 상태(1,1,1)까지 더욱 세분화해 데이터를 저장한다. 따라서 동일한 셀을 가진 SLC 대비 TLC는 3배 더 많은 데이터를 저장할 수 있다. 고용량을 구현하기 용이하고, 생산원가 효율성도 높다.