삼성전자가 6일 세계 최초로 3차원 수직 구조의 낸드플래시(3D V-낸드)를 양산하면서 기가바이트(GB)를 넘어 테라바이트(TB) 시대를 앞서 열 수 있게 됐다. 삼성전자 측은 “집적화의 한계에 직면한 기존 기술의 벽을 뛰어넘었다는 점에서 메모리 사업 30년 역사 중 가장 큰 획을 긋는 신기술”이라고 말했다. 삼성전자와 특허 공유 계약을 맺은 SK하이닉스 역시 다른 경쟁사보다 수월하게 관련 기술을 활용할 수 있을 것으로 보이는 만큼 한국이 메모리반도체 분야를 계속 선도할 전기라는 평가가 나오고 있다. 또 메모리 대용량화가 빠르게 진행되는 모바일 기기에서도 주도권을 잡는 계기가 될 수 있다.
삼성전자는 현재 128기가비트(Gb)인 3D V-낸드 저장 용량을 5년 내 1테라비트(Tb)급으로 늘리는 것을 목표로 삼고 있다. 삼성전자 관계자는 “1Tb 낸드가 나오면 이 제품을 8개 패키징해 바로 1TB급 스마트폰을 만들 수 있다”고 설명했다. 1TB는 8Tb로 고화질 영화 700~800편을 저장할 수 있는 용량이다. 3D V-낸드 개발로 PC 속도도 개선된다. 기존 하드디스크드라이브(HDD)를 대체하고 있는 솔리드스테이트드라이브(SSD)에도 낸드가 쓰이기 때문이다.
삼성전자는 우선 3D V-낸드를 경기 화성 사업장에서 생산한 뒤 올해 말 완공하는 중국 시안 공장에서 대량 생산할 계획이다. 최정혁 삼성전자 메모리사업부 플래시개발실장(전무)은 “높은 신뢰성을 요구하는 서버용 메모리에 3D 낸드를 우선 적용한 뒤 PC나 스마트폰용으로 확대할 것”이라고 말했다.
삼성전자가 3D V-낸드를 양산함에 따라 다른 메모리 업체들도 제품 개발을 서두를 전망이다. 지난달 삼성전자와 반도체 분야에서 특허를 공유하기로 한 SK하이닉스가 대표적이다. 삼성전자는 지난 10년간 3D V-낸드를 연구하며 300여건의 관련 특허를 한국과 미국 일본 등 세계 각국에 출원했다.
그동안 삼성전자와 SK하이닉스 등은 낸드플래시를 안전한 수평 구조로 만들었다. 데이터를 저장하는 최소 단위인 셀(cell)을 한개 층에 배열해 다량의 정보를 모으는 방식이다. 데이터를 잠시 저장해두는 D램과 달리 낸드는 반영구적으로 데이터를 저장하는 비휘발성 메모리여서 속도보다 안정성이 더 중요하기 때문이다.
문제는 좁은 공간에 많은 셀을 배열하다 보니 밀도가 너무 높아졌다는 데 있다. 더 많은 정보를 저장하기 위해 셀 간격을 줄였더니 서로 데이터 저장을 방해하는 간섭현상이 발생했다. 머리카락 굵기 1만2000분의 1 정도에 불과한 10나노대 공정으로 단층집을 세밀하게 지었는데 결국 미세 공정의 한계에 부닥친 것이다.
삼성전자는 오밀조밀 붙어 있는 단층 집들을 수직 구조의 원통형 아파트 형태로 바꾸는 발상의 전환을 통해 문제를 풀었다. 평면형 수평 구조인 기존 낸드와 구별하기 위해 3D V-낸드라는 이름을 붙였다.
앞서 2011년 5월 인텔이 삼성보다 먼저 3차원 구조의 반도체를 개발했다. 하지만 메모리반도체가 아닌 정보 처리와 연산을 담당하는 시스템반도체에 해당하는 기술이었다. 최 전무는 “인텔은 시스템반도체의 트랜지스터를 만든 것으로 낸드의 셀을 만든 우리와 비교하기에 적절하지 않다”고 말했다. 또 D램은 저장 속도가 중요해 낸드에 사용한 수직 적층 기술을 적용하기 어려울 것으로 삼성전자는 내다보고 있다.
정인설 기자 surisuri@hankyung.com
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