SK하이닉스, 세계 최초 CTF 기반 '96단 4D 낸드' 개발

업계 최고 적층 '96단 512Gbit TLC 4D' 낸드
72단 3D 낸드 대비 생산율 1.5배 증가
설계·공정 기술 혁신…"읽기·쓰기 성능 30% 향상"

SK하이닉스는 지난 10월 말 세계 최초로 4D 낸드 구조의 96단 512Gbit(기가비트) TLC(Triple Level Cell) 낸드플래시 개발에 성공해 연내 초도 양산에 진입한다고 4일 밝혔다. 신제품은 CTF(Charge Trap Flash)와 PUC(Peri Under Cell)를 결합한 방식으로 512Gbit 낸드 칩 하나로 64GByte(기가바이트)의 고용량 저장장치 구현이 가능한 고부가가치 제품이다.

4D 낸드는 기존 일부 업체가 플로팅 게이트(Floating Gate) 셀(Cell) 구조에 PUC를 결합한 방식과 다르다. 대부분 업체가 3D 낸드에 채용 중인 CTF 셀 구조와 PUC 기술을 결합했다. SK하이닉스는 특성이 우수한 CTF 기반에서는 최초로 PUC를 도입해 업계 최고 수준의 성능과 생산성을 동시에 구현한 차별성을 강조하기 위해 이 제품을 'CTF 기반 4D 낸드플래시'로 명명했다.

CTF 기술은 기존 2D 낸드에서 주로 채용했던 플로팅 게이트의 한계를 극복한 기술로 셀간 간섭을 최소화해 성능과 생산성을 혁신적으로 개선한 기술이다. 현재 국내 업체들을 포함한 대부분의 주요 낸드플래시 업체들이 채용 중이다.

PUC 기술은 데이터를 저장하는 셀 영역 하부에 셀 작동을 관장하는 주변부(Peri) 회로를 배치한다. 이는 아파트 옥외주차장을 지하주차장으로 구조 변경해 공간효율을 극대화 하는 것에 비유할 수 있다.

이 제품은 72단 512Gbit 3D 낸드보다 칩 사이즈는 30% 이상 줄었고, 웨이퍼당 비트 생산은 1.5배 증가했다. 한 칩 내부에 플레인을 4개 배치해 동시 처리 가능한 데이터를 업계 최고 수준인 64KByte(킬로바이트)로 2배 늘렸다.

기존 3D 낸드 대비 4D 낸드의 장점인 작은 칩 사이즈를 활용해 스마트폰용 모바일 패키지에 탑재 가능하도록 개발됐다. 이에 따라 96단 512Gbit 4D 낸드 1개로 기존 256Gbit 3D 낸드 2개를 완벽하게 대체할 수 있어 원가 측면에서도 유리하다. 신제품의 쓰기와 읽기 성능은 기존 72단 제품보다 각각 30%, 25% 향상됐다.

다중 게이트 절연막 구조와 새로운 설계 기술을 도입해 I/O(정보입출구)당 데이터 전송속도를 1200Mbps까지 높이고, 동작전압은 1.2V로 낮춰 전력 효율을 기존 72단 대비 150% 개선했다.

SK하이닉스는 96단 512Gbit 4D 낸드로 자체 개발 컨트롤러와 펌웨어를 탑재한 최대1TByte(테라바이트) 용량의 소비자용 SSD를 연내 선보일 계획이다. 휴렛팩커드·마이크로소프트 등 대형고객의 인증을 마치고 사업을 본격화하고 있는 72단 기반 기업용 SSD도 내년에 96단으로 전환해 기업용 SSD 사업 및 경쟁력을 한층 강화할 전망이다.

차세대 스마트폰에 채용 예정인 UFS(Universal Flash Storage) 3.0 제품도 자체 컨트롤러와 펌웨어를 탑재해 내년 상반기 출시하는 등 차세대 모바일 솔루션 시장 공략에도 나선다. 이 제품도 96단 512Gbit 4D 낸드로 구성되며 현재 모바일 시장의 주력인 256Gbit 낸드 기반 제품 대비 획기적으로 향상된 성능과 대폭 개선된 전력 효율로 향후 5G를 포함한 모바일 기기의 고용량화·고성능화에 기여할 것으로 기대된다. 96단 4D 낸드 기반의 1Tbit(테라비트) TLC와 1Tbit QLC(Quad Level Cell) 제품도 내년 중 출시 예정이다.

김정태 SK하이닉스 NAND마케팅 담당 상무는 "향후 개발 플랫폼이 될 CTF 기반 96단 4D 제품은 업계 최고 수준의 원가경쟁력과 성능을 동시에 갖춘 SK하이닉스 낸드플래시 사업의 이정표가 될 것"이라며 "연내 초도 양산을 시작하고, 향후 최근 준공한 M15에서도 본격 양산에 돌입해 고객 요구에 적극 대응하겠다"고 말했다.

윤진우 한경닷컴 기자 jiinwoo@hankyung.com
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