키옥시아-샌디스크, 세계 최고 밀도 332단 3D 낸드 샘플링 시작

키옥시아와 샌디스크가 최신 3D 낸드 메모리인 10세대 BiCS(BiCS10)의 샘플링을 시작했다고 지난주 공식 발표했습니다. 이 신형 낸드는 332개의 활성 레이어를 특징으로 하며, 업계 최고 수준의 면적 밀도와 뛰어난 성능을 결합한 것이 특징입니다. 특히, BiCS10은 삼성전자의 최신 V10급 3D 낸드를 저장 밀도 면에서 능가할 것으로 기대를 모으고 있습니다.

이번 10세대 BiCS 3D TLC 낸드는 이전 세대와 달리 데이터센터 애플리케이션에 명확히 초점을 맞추고 있습니다. 데이터센터 환경에서는 비트 밀도와 성능이 비용보다 더 중요한 요소로 작용하기 때문입니다. BiCS10은 332개의 활성 레이어 아키텍처를 기반으로 29Gb/mm² 이상의 면적 밀도를 달성했으며, 4,800MT/s의 데이터 전송 속도를 제공합니다.

이러한 고성능은 PCIe 5.0 및 6.0 인터페이스를 사용하는 데이터센터 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)에 극대화된 성능을 제공할 수 있게 합니다. 키옥시아와 샌디스크는 클라이언트(소비자) 애플리케이션용으로는 BiCS9 낸드를 별도로 제공할 계획입니다. 이는 BiCS10이 고밀도, 고성능을 요구하는 엔터프라이즈 시장에 집중하겠다는 전략을 명확히 보여줍니다.

BiCS10의 332단 3D 낸드는 비트 밀도를 59% 향상시켜 29Gb/mm² 이상으로 끌어올렸을 뿐만 아니라, 엔터프라이즈 애플리케이션을 위한 의미 있는 성능 및 효율성 향상도 약속합니다. 키옥시아는 읽기 지연 시간이 약 4마이크로초(약 10%) 감소하고, 읽기 에너지 소비량은 약 100mJ/GB에서 약 75mJ/GB로 25% 줄어든다고 주장했습니다.

이러한 개선은 재설계된 읽기 방식에서 비롯된다고 키옥시아는 설명했습니다. 특히 연속적인 읽기 작업 시 선택되지 않은 워드 라인의 동작 방식이 변경되었습니다. 332단 낸드 스택에서는 긴 워드 라인을 접지(VSS)에서 읽기 전압(VREAD)으로 반복적으로 충전하는 과정에서 상당한 읽기 지연 시간과 전력 소비가 발생합니다.

일반적으로 낸드 메모리는 매 읽기 작업 후 워드 라인을 접지(VSS)로 방전시킵니다. 이는 다음 작업이 무엇이든 관계없이 작동하는 일반적인 접근 방식입니다. 그러나 BiCS10의 경우, 연속적인 읽기 작업 중에는 워드 라인이 완전히 방전되지 않습니다. 대신 중간 전압으로 낮아졌다가 다음 읽기를 위해 다시 VREAD로 상승합니다. 이는 읽기 작업이 많은 클라우드 애플리케이션에 매우 효율적인 방식입니다.

초기 읽기 후 회로는 워드 라인 전압을 VSS로 완전히 방전시키는 대신 중간 수준으로만 낮춥니다. 다음 액세스 전에 전압은 접지에서가 아니라 해당 중간 수준에서 VREAD로 복원됩니다. 전압 변동 폭이 상당히 작아지므로 워드 라인은 더 빠르게 재충전되고 더 적은 전류를 필요로 하여 읽기 지연 시간과 에너지 효율성을 모두 향상시킵니다. 이 접근 방식은 긴 워드 라인이 지속적인 순차 읽기 작업 중 충전 지연 및 전력 손실을 증폭시키는 매우 높은 3D 낸드 스택에 특히 유용합니다.

흥미롭게도 키옥시아와 샌디스크는 BiCS9와 BiCS10 3D 낸드 제품을 서로 다른 생산 시설에서 제조할 계획입니다. 최신 설비를 갖춘 이와테현 키타카미의 Fab 2 공장은 플래그십 332단 BiCS10 메모리 생산을 담당할 예정입니다. 반면, 미에현 욧카이치에 위치한 기존의 대규모 복합 단지는 218단 BiCS9 세대 생산을 계속할 것입니다.

이러한 생산 분리는 매우 합리적인 전략으로 평가됩니다. Fab 2는 키옥시아의 가장 진보된 생산 도구를 갖추고 있어, 키옥시아와 샌디스크의 최고 밀도 낸드를 제조하는 데 더 적합합니다. 한편, 감가상각이 대부분 완료된 욧카이치 공장은 클라이언트 지향적인 BiCS9 생산에 적합하여, 회사가 주류 낸드를 더 낮은 비용으로 제조하고 키타카미의 최신 생산 능력을 최첨단 제품에 할당할 수 있게 합니다.

BiCS10의 등장은 데이터센터 스토리지 시장에 상당한 변화를 가져올 것으로 예상됩니다. 고밀도와 고성능을 동시에 제공함으로써 클라우드 컴퓨팅, 인공지능, 빅데이터 분석 등 데이터 집약적인 워크로드의 효율성을 크게 향상시킬 수 있기 때문입니다. 다만, BiCS10이 일반 소비자용 고성능 SSD에 적용될지는 현재 시장의 공급과 수요 상황에 따라 달라질 것이라는 전망도 제기됩니다.