SK하이닉스(대표: 박성욱)가 업계 최초 72단 256Gb(기가비트) TLC(Triple Level Cell) 3D(3차원) 낸드플래시 개발에 성공했다.

▲ SK하이닉스 72단 3D 낸드 칩 및 이를 적용해 개발 중인 1TB(테라바이트) SSD

이 제품은 SK하이닉스 고유 기술을 적용해 개발했으며, 적층수 증가에 따른 공정 난이도 극복을 통해 현재 양산 중인 48단 3D 낸드보다 데이터를 저장하는 셀(Cell)을 1.5배 더 쌓는다. 256Gb 낸드는 칩(Chip) 하나만으로도 32GB(기가바이트) 용량의 저장장치를 만들 수 있다.
 
SK하이닉스는 2016년 2분기부터 36단128Gb 3D 낸드 공급을 시작하고, 2016년 11월부터 48단 256Gb 3D 낸드를 양산한 데 이어 이번에 72단 256Gb 3D 낸드 개발까지 신속하게 완료해 3D 낸드 시장에서 업계 최고 수준 제품 경쟁력을 확보하게 됐다.
 
이 72단 256Gb 3D 낸드플래시는 72층 빌딩 약 40억개를 10원짜리 동전 면적에 구현하는 것에 비유할 수 있는 수준의 기술이다.

특히, 기존 대비 적층수를 1.5배 높이고, 기존 양산 설비를 최대한 활용해 현재 양산 중인 48단 제품보다 생산성을 30% 향상했다.

또한, 칩 내부에 고속 회로 설계를 적용해 칩 내부 동작 속도를 2배 높이고 읽기와 쓰기 성능을 20% 가량 끌어올렸다.

▲ SK하이닉스 72단 256Gb 3D 낸드 개발 주역들이 웨이퍼, 칩, 개발 중인 1TB(테라바이트) SSD를 들고 있다

SK하이닉스는 기존보다 생산성 30%, 성능을 20% 개선한 이 제품을 SSD(Solid State Drive)와 스마트폰 등의 모바일 기기용 낸드플래시 솔루션 제품에 적용하기 위한 개발을 진행 중이다. 고성능, 고신뢰성, 저전력 구현이 가능해 3D 낸드 기반 솔루션 사업 경쟁력을 한층 강화할 수 있을 것으로 기대된다.
 
SK하이닉스 김종호 마케팅본부장은 “현존 최고의 생산성을 갖춘 3D 낸드 제품 개발을 완료하고 올해 하반기부터 본격 양산함으로써 전세계 고객에 최적의 스토리지(Storage) 솔루션을 제공할 수 있게 됐다”며, “SSD와 스마트폰 등 모바일 시장으로 솔루션 제품 전개를 확대해 D램에 편중된 사업 구조 개선을 적극 추진할 것”이라고 밝혔다.
 
3D 낸드는 인공지능, 빅데이터, 클라우드 등이 주도하는 4차 산업혁명 시대에 그 수요가 폭발적으로 증가할 전망이다. 시장조사기관 가트너(Gartner)에 따르면, 올해 전체 낸드플래시 시장 규모는 465억 달러에 달하며, 2021년에는 크게 성장해 565억 달러에 이를 것으로 예상하고 있다.

[추가 참고자료]
 ■ 72단 256Gb(기가비트) TLC 3D 제품 구현의 의미
- Gb(기가비트)는 10.7억bit (1Kb=1,024b, 1Mb=10242b, 1Gb=10243b)
- 256Gb는 2748.7억bit (256*10243)
- 이 제품은 TLC(Triple-Level Cell)로 한 셀에 3bit 저장이 가능하므로,
916억개(2748.7억÷3)의 셀이 필요
- 칩 한 개에 72층으로 쌓아 올린 셀을 12.7억개(916억÷72단) 구현
- 10원 동전 하나=3개의 칩 면적, 셀 대략 40억(12.7억*3)개 수준
 
■ 3D 낸드플래시 개념
업계는 2D에서 3D 낸드로 빠르게 전환하고 있는데, 데이터를 저장하는 셀을 평면으로
배치하는 2D에 비해 3D는 수직으로 쌓기 때문에 같은 설계 공간에서 얻을 수 있는 저장 용량이 크게 늘어날 수 있다.
 
■ TLC(Triple Level Cell)의 이해
 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. 가령, 셀과 전하의 양을 각각 물컵과 물이라고 한다면 SLC는 컵에 물이 있는지(0) 또는 없는지(1)에 따라 데이터를 저장하게 되며 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. 따라서, TLC의 경우 전하가 가득 찬 상태(0, 0, 0)부터 하나도 없는 상태(1, 1, 1)까지 더욱 세분화해 데이터를 저장할 수 있다. 결론적으로 동일한 셀을 가진 SLC 대비 TLC는 3배 더 많은 데이터를 저장할 수 있어 고용량을 구현하기 용이하고, 생산원가 효율성도 높다.