SK하이닉스, 세계 최초 CTF 기반 96단 4D 낸드 출시

SK하이닉스 96단 4D 낸드플래시 핵심 개발자들이 최근 준공한 청주 M15 공장에서 96단 512Gb TLC 4D 낸드플래시 웨이퍼와 단품, 솔루션 제품을 선보이고 있다. <SK하이닉스 제공>

SK하이닉스가 세계 최초로 양산할 96단 4D 낸드플래시에 적용한 PUC 기술 개념도. 기존 수평 구조를 수직으로 바꿔 생산과 공간 효율성을 한층 강화했다. <SK하이닉스 제공>

[디지털타임스 박정일 기자] SK하이닉스가 세계 최초의 96단 4D 낸드플래시를 연내 출시해 '반도체 고점논란'을 정면 돌파한다.

SK하이닉스는 지난 달 말 세계 최초로 CTF(Charge Trap Flash)와 PUC(Peri Under Cell)를 결합한 4D 낸드(이하 4D 낸드) 구조의 96단 512Gb TLC(Triple Level Cell) 낸드플래시 개발에 성공해 연내 초도 양산에 진입한다고 밝혔다. 512Gb 낸드는 칩 하나로 64GB의 고용량 저장장치 구현이 가능한 고부가가치 제품이다.

SK하이닉스 4D 낸드는 기존 일부 업체가 플로팅 게이트(Floating Gate) 셀 구조에 PUC를 결합한 방식과 달리, SK하이닉스를 포함한 대부분 업체가 3D 낸드에 채용 중인 CTF 셀 구조와 PUC 기술을 결합한 점이 특징이다.

SK하이닉스는 업계 최고 수준의 성능과 생산성을 동시에 구현한 차별성을 강조하기 위해 이 제품을 'CTF 기반 4D 낸드플래시'로 명명했다고 밝혔다. CTF 기술은 기존 2D 낸드에서 주로 채용했던 플로팅 게이트의 한계를 극복한 기술로, 셀간 간섭을 최소화해 성능과 생산성을 혁신적으로 개선한 기술이며, 현재 국내 업체들을 포함한 대부분의 주요 낸드플래시 업체들이 채용 중이다.

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

이 기술로 72단 512Gb 3D 낸드보다 칩 크기는 30% 이상 줄었고, 웨이퍼 당 비트 생산은 1.5배 증가했다. 또 한 칩 내부에 플레인(칩 동작을 개별적으로 수행하기 위해 설정한 셀과 주변부 회로들의 집합체)을 4개 배치, 기존 2개일 때와 비교해 '동시 처리 가능한 데이터'를 업계 최고 수준인 64로 2배 늘렸다.

뿐만 아니라 기존 3D 낸드보다 작은 특징을 활용해 스마트폰용 모바일 패키지에도 최적화 했다. 그 결과 96단 512Gb 4D 낸드 1개로 기존 256Gb 3D 낸드 2개를 완벽하게 대체할 수 있어 원가 측면에서도 유리하다. SK하이닉스는 이 제품의 쓰기와 읽기 성능이 기존 72단 제품보다 각각 30%, 25% 높아졌다고 설명했다.

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

이와 관련, SK하이닉스는 지난 8월 미국 산타클라라에서 열린 FMS(Flash Memory Summit) 기조연설을 하고 4D 낸드 기반의 차세대 낸드플래시 솔루션을 적기에 출시해 시장 대응력을 강화한다고 밝힌 적이 있다. FMS는 5000명 이상이 참가하는 낸드플래시 업계의 세계 최대 포럼이다.

이를 위해 우선 96단 512Gb 4D 낸드로 자체 개발 컨트롤러와 펌웨어를 탑재한 최대1TB 용량의 소비자용(Client) SSD를 연내 선보일 계획이다. 기존 FMS에서 발표한대로 휴렛팩커드(HP)·마이크로소프트(MS) 등 대형고객의 인증을 마치고 사업을 본격화하고 있는 72단 기반 기업용 SSD도 내년에 96단으로 전환해 기업용 SSD 사업 및 경쟁력을 한층 강화할 계획이다.

아울러 차세대 스마트폰에 채용 예정인 UFS(Universal Flash Storage) 3.0 제품도 자체 컨트롤러와 펌웨어를 탑재해 내년 상반기 출시하는 등 차세대 모바일 솔루션 시장을 공략한다. 이 제품도 96단 512Gb 4D 낸드로 구성한다.

SK하이닉스는 96단 4D 낸드 기반의 1Tb TLC와 1Tb QLC(Quad Level Cell) 제품도 내년 중 출시 예정이다. 아울러 차세대 128단 4D 낸드 제품도 개발 중이다.

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

한편 시장조사업체 트렌드포커스에 따르면 SK하이닉스 SSD 시장점유율(수량 기준)은 작년 2분기 5.6%에서 올해 2분기 9.9%로 증가했다.박정일기자 comja77@dt.co.kr