‘990 EVO Plus’는 8세대 V낸드와 5나노 컨트롤러를 탑재해 업계 최고 수준의 성능과 전력 효율을 갖췄다.

이번 제품의 연속 읽기·쓰기 속도는 각각 최대 초당 7,250MB(메가바이트), 6,300MB로, 전작 ‘990 EVO’ 대비 각각 45%, 50% 향상돼 업계 최고 수준의 성능을 자랑한다.

^{* 연속 읽기 속도: 스토리지 메모리에 이미 저장된 데이터를 연속적으로 불러오는 속도
연속 쓰기 속도: 스토리지 메모리에 데이터를 연속적으로 저장하는 속도}

이를 통해 전력 효율이 70% 이상 개선돼 같은 전력으로 데이터를 더 빨리 전송할 수 있게 됐다.

이번 ‘990 EVO Plus’는 고용량 4TB(테라바이트) 제품이 추가돼 1TB, 2TB, 4TB 3가지 용량으로 출시된다.

▲ 삼성전자 소비자용 SSD 990 EVO Plus 제품 이미지

특히 4TB 제품의 임의 읽기·쓰기 속도는 각각 1,050K IOPS, 1,400K IOPS로, 제품 내부 D램 탑재 없이도 빠른 데이터 전송 속도를 구현했다.

^{* 임의 읽기 속도: 스토리지 메모리에 이미 저장된 여러 개의 작은 용량의 데이터를 읽는 속도(IOPS)임의 쓰기 속도: 스토리지 메모리에 여러 개의 작은 용량의 데이터를 저장하는 속도(IOPS)* IOPS(Input/Output Operations Per Second): 초당 입력, 출력 명령어 처리 수}

소비자는 이번 제품을 노트북∙PC의 메인보드에 장착해 성능과 용량 모두를 손쉽게 업그레이드 할 수 있고, 향상된 성능과 용량을 바탕으로 게임∙크리에이티브 등 고성능을 요구하는 작업에도 유용하다.

‘990 EVO Plus’는 인텔리전트 터보 라이트 2.0 기술을 적용해 데이터 전송 속도가 크게 향상됐고, 데이터 지연도 최소화했다.

^{* 인텔리전트 터보 라이트(Intelligent TurboWrite): SSD의 일부 영역을 SLC Cache로 활용해 데이터를 빠른 속도로 전송할 수 있는 기능}

또 니켈로 코팅된 컨트롤러와 열 분산 라벨을 통해 제품에서 발생하는 열을 효과적으로 방출시키는 등 제품 안정성을 높였다.

^{* 열 분산 라벨: 제품 동작 중 내부 부품에서 발생하는 열을 배출하기 위해 별도 부착된 금속 라벨}

이 외에도 ‘삼성 매지션(Samsung Magician) 8.2’ 소프트웨어를 통해 ▲데이터 마이그레이션 ▲펌웨어 업데이트 ▲드라이브 상태 모니터링 ▲데이터 보호 등도 가능해 제품의 관리 및 사용이 증대된 것이 특징이다.

<sup>* 데이터 마이그레이션(Data Migration): 사용자가 손쉽게 기존 디스크의 데이터를 신규 SSD로 복사할 수 있도록 매지션에서 지원하는 기능
* 삼성 매지션 8.2 소프트웨어는 9월 30일에 글로벌 배포 예정</sup>

삼성전자 메모리사업부 브랜드제품Biz팀 손한구 상무는 “고화질 이미지와 영상 등으로 인해 고용량 데이터를 저장할 수 있는 스토리지에 대한 소비자들의 니즈가 증가하고 있다”며 “‘990 EVO Plus’는 빠른 데이터 처리 속도와 큰 저장 용량을 제공해 일반 PC 사용자부터 전문가까지 다양한 사용자들을 만족시킬 것으로 기대된다”고 말했다.

▲ 삼성전자 소비자용 SSD 990 EVO Plus 제품 이미지

^{* 1Tb(Terabit) V낸드: 1조 비트의 셀을 단일 칩 안에서 구현한 제품* QLC(Quad Level Cell): 하나의 셀에 4bit 데이터를 기록할 수 있는 구조}

삼성전자는 지난 4월 ‘TLC 9세대 V낸드’를 최초 양산한데 이어 QLC 제품까지 선보이며 고용량∙고성능 낸드플래시 시장 리더십을 굳건히 했다.

^{* TLC(Triple Level Cell): 하나의 셀에 3bit 데이터를 기록할 수 있는 구조}

▲ 업계 최초 양산, 삼성전자 QLC 9세대 V낸드 제품

삼성 9세대 V낸드는 독보적인 ‘채널 홀 에칭(Channel Hole Etching)’ 기술을 활용해 더블 스택(Double Stack) 구조로 업계 최고 단수를 구현해냈다.

^{* 채널 홀 에칭(Channel Hole Etching): 몰드층을 순차적으로 적층한 다음 한번에 전자가 이동하는 홀(채널 홀)을 만드는 기술* 더블 스택(Double Stack): ‘채널 홀’ 공정을 두 번 진행해 만든 구조}

특히 이번 QLC 9세대 V낸드는 셀(Cell)과 페리(Peripheral)의 면적을 최소화해 이전 세대 QLC V낸드 대비 약 86% 증가한 업계 최고 수준의 비트 밀도(Bit Density)를 자랑한다.

^{* 페리(Peripheral): 셀의 동작을 관장하는 각종 회로들로 구성* 비트 밀도(Bit Density): 단위 면적당 저장되는 비트(Bit)의 수}

V낸드의 적층 단수가 높아질수록 층간, 층별 셀 특성을 균일하게 유지하는 것이 더욱 중요해졌으며, 삼성전자는 이를 위해 ‘디자인드 몰드(Designed Mold)’ 기술을 활용했다.

^{* 몰드(Mold): 셀을 동작시키는 WL(Word Line)의 층}

‘디자인드 몰드’란 셀 특성 균일화, 최적화를 위해 셀을 동작시키는 WL(Word Line)의 간격을 조절하여 적층하는 기술로, 데이터 보존 성능을 이전 제품보다 약 20% 높여 제품 신뢰성을 향상시켰다.

^{* WL(Word Line): 트랜지스터의 on/off를 담당하는 배선}

이번 9세대 QLC는 셀의 상태 변화를 예측하여 불필요한 동작을 최소화하는 ‘예측 프로그램(Predictive Program) 기술’ 혁신을 통해 이전 세대 QLC 제품 대비 쓰기 성능은 100%, 데이터 입출력 속도는 60% 개선했다.

또한 낸드 셀을 구동하는 전압을 낮추고 필요한 BL(Bit Line)만 센싱해 전력 소모를 최소화한 ‘저전력 설계 기술’을 통해 데이터 읽기, 쓰기 소비 전력도 각각 약 30%, 50% 감소했다.

^{* BL(Bit Line): 데이터 쓰기, 읽기 역할을 담당하는 배선. WL(Word Line)과 함께 Cell Array를 이룸}

삼성전자 메모리사업부 Flash개발실 허성회 부사장은 “9세대 TLC 양산 4개월 만에 9세대 QLC V낸드 또한 양산에 성공함으로써 AI용 고성능, 고용량 SSD 시장이 요구하는 최신 라인업을 모두 갖췄다”며, “최근 AI향으로 수요가 급증하고 있는 기업용 SSD 시장에서의 리더십이 더욱 부각될 것”이라고 밝혔다.

삼성전자는 브랜드 제품을 시작으로 향후 모바일 UFS, PC 및 서버SSD 등 QLC 9세대 V낸드 기반 제품 응용처를 점차 확대할 계획이다.

^{* UFS(Universal Flash Storage): 초소형 폼팩터의 고성능·저전력 메모리 솔루션}

▲ 업계 최초 양산, 삼성전자 QLC 9세대 V낸드 제품

^{* TLC(Triple Level Cell): 하나의 셀에 3bit 데이터를 기록할 수 있는 구조}

▲ 업계 최초 양산, 삼성전자 9세대 V낸드 제품

삼성전자는 ▲업계 최소 크기 셀(Cell) ▲최소 몰드(Mold) 두께를 구현해 ‘1Tb TLC 9세대 V낸드’의 비트 밀도(Bit Density)를 이전 세대 대비 약 1.5배 증가시켰다.

^{* 비트 밀도(Bit density): 단위 면적당 저장되는 비트(Bit)의 수}

더미 채널 홀(Dummy Channel Hole)제거 기술로 셀의 평면적을 줄였으며, 셀의 크기를 줄이면서 생기는 간섭 현상을 제어하기 위해 셀 간섭 회피 기술, 셀 수명 연장 기술을 적용해 제품 품질과 신뢰성을 높였다.

^{* 더미 채널 홀 (Dummy Channel hole): Cell Array에서 Plane을 구분하기 위해 만들어진 동작을 수행하지 않는 채널 홀}

삼성전자의 ‘9세대 V낸드’는 더블 스택(Double Stack) 구조로 구현할 수 있는 최고 단수 제품으로, ‘채널 홀 에칭(Channel Hole Etching)’ 기술을 통해 한번에 업계 최대 단수를 뚫는 공정 혁신을 이뤄 생산성 또한 향상됐다.

‘채널 홀 에칭’이란 몰드층을 순차적으로 적층한 다음 한번에 전자가 이동하는 홀(채널 홀)을 만드는 기술이다. 특히, 적층 단수가 높아져 한번에 많이 뚫을수록 생산효율 또한 증가하기 때문에 정교화∙고도화가 요구된다.

‘9세대 V낸드’는 차세대 낸드플래시 인터페이스인 ‘Toggle 5.1’이 적용돼 8세대 V낸드 대비 33% 향상된 최대 3.2Gbps의 데이터 입출력 속도를 구현했다. 삼성전자는 이를 기반으로 PCIe 5.0 인터페이스를 지원하고 고성능 SSD 시장을 확대해 낸드플래시 기술 리더십을 공고히 할 계획이다.

^{* Toggle DDR: 낸드플래시 인터페이스 규격으로, 1.0은 133Mbps, 2.0은 400Mbps, 3.0은 800Mbps, 4.0은 1.2Gbps, 5.0은 2.4Gbps, 5.1은 3.2Gbps의 입출력 속도를 지원* PCIe(Peripheral Component Interconnect Express): 기존 SATA 전송 속도의 성능 한계를 극복한 고속 인터페이스 규격* PCIe 5.0: 기존 PCIe 4.0 대비 대역폭이 2배로 커진 32GT/s를 지원하는 차세대 PCIe 통신규격}

또 ‘9세대 V낸드’는 저전력 설계 기술을 탑재하여 이전 세대 제품 대비 소비 전력이 약 10% 개선됐다. 환경 경영을 강화하면서 에너지 비용 절감에 집중하는 고객들에게 최적의 솔루션이 될 것으로 기대된다.

삼성전자 메모리사업부 Flash개발실장 허성회 부사장은 “낸드플래시 제품의 세대가 진화할수록 고용량∙고성능 제품에 대한 고객의 니즈가 높아지고 있어 극한의 기술 혁신을 통해 생산성과 제품 경쟁력을 높였다”며, “9세대 V낸드를 통해 AI 시대에 대응하는 초고속, 초고용량 SSD 시장을 선도해 나갈 것”이라고 밝혔다.

삼성전자는 ‘TLC 9세대 V낸드’에 이어 올 하반기 ‘QLC(Quad Level Cell) 9세대 V낸드’도 양산할 예정으로 AI시대에 요구되는 고용량∙고성능 낸드플래시 개발에 박차를 가할 계획이다.

^{* QLC(Quad Level Cell): 하나의 셀에 4bit 데이터를 기록할 수 있는 구조}

시간과 장소에 구애받지 않고, 그리웠던 순간들과 멀리 떨어져 있는 친구들의 현재를 언제 어디에서라도 꺼내어 볼 수 있는 건 바로 스마트폰이나 데이터센터에 들어가 있는 낸드플래시 메모리 반도체 덕분이다.

딱딱한 사전적 의미 이면에 낸드플래시는 어쩌면 우리에게 일상의 희로애락을 기록해 둔 삶의 일지이자, 추억 앨범일 수도 있다. 반도체 업계에서 낸드플래시 개발을 책임지는 기술인으로서, 우리들의 행복한 추억이 선명하고 오래 간직될 수 있도록 치열하게 고민하고 있는 우리의 노력과 앞으로의 포부를 소개하고자 한다.

▲ 삼성전자 V7 SSD 이미지컷

미지의 3차원 수직구조 시대를 개척한 삼성전자

우주의 역사를 1년으로 볼 때 인류의 역사는 고작 마지막 14초에 불과하며, 태양과 지구가 그 중심이 아니고 1,700억 개 이상의 은하계가 계속 확장되는 것으로 알려져 있다. 이와 같은 우주의 신비는 반도체에도 그대로 묻어나 있다.

손톱보다도 작은 반도체 칩을 전자현미경으로 들여다보면 그 안에 하나의 도시가 자리 잡고 있다. 1mm 두께 안에 100층 이상의 건물을 지어 올리기도 하고, 반대로 지하로 파고들어 수백만 개의 공간을 만들고 데이터를 저장하고 있는 것이다.

데이터를 저장하는 용도의 낸드플래시 메모리는 과거에는 평면상에서 칩을 작게 구현하는 2차원 구조였다. 그러나 한정된 공간에 수많은 데이터를 담아야 하기 때문에 기존의 2차원 구조는 한계에 부딪혔다.

이에 삼성전자는 고심 끝에 수직으로 쌓아 올린 3차원 공간에 구멍을 내어 각 층을 연결하는 제품, 이른바 ‘V(Vertical) 낸드’를 세계 최초로 개발하게 된 것이다.

2013년 첫선을 보였던 3차원 V낸드는 당시 수십 년 간 당연한 것처럼 여겨졌던 전통적인 2차원 방식에서 완전히 벗어난 새로운 패러다임이었다. 평평한 대지에 집을 짓고 살았던 사람들이 인구가 늘어나게 되자 아파트를 짓고 살게 된 것과 같은 이치다.

삼성전자만의 명품 V낸드

2013년 당시 혁신이었던 3차원 수직 구조의 V낸드는 이제 반도체 업계의 표준처럼 보편화된 기술이 됐다.

24단부터 시작된 V낸드의 단수는 현재 200단에 근접해 있다. 그동안 V낸드는 단수를 높여가며 진화해왔다. 하지만 무조건 쌓는 것만이 전부는 아니다. 예를 들어 아파트를 지을 때 층수가 높은 고층 아파트라고 해서 무조건 명품 아파트라고 할 수는 없는 것이다.

높지만 튼튼해야 하며, 높을수록 안전한 고속 엘리베이터를 이용해 출입도 쉽게 해야 한다. 층간소음도 고려해야 할 문제이고, 고도제한이란 게 있기 때문에 무한정 높게만 지을 수도 없을 것이다.

V낸드도 마찬가지다. 층수는 비슷하지만 안을 자세히 들여다보면 미세한 차이들이 있다. 반도체 세계에서는 미세한 차이가 어마어마한 결과를 낳는다.

업계 최소 셀 크기-압도적 싱글스택 에칭 기술력··· ‘단수는 높이고, 높이는 줄이고, 간섭은 최소화’

다시 시간을 돌려 2013년으로 돌아가 보자.

삼성전자는 2차원 평면 구조의 한계를 극복하기 위해 3차원으로 셀을 쌓아 올렸다. 당시에는 단수가 낮았기 때문에 높이에 대한 고민이 필요 없었다. 하지만 고집적, 고용량에 대한 요구로 단수가 높아지면서, 제약이 없을 것 같았던 높이도 물리적 한계를 고려해야 하는 상황이 도래했다.

우리는 한발 앞서 이러한 고민을 시작하고, 해결책을 모색해 왔다. 삼성전자의 7세대 176단 V낸드는 업계의 100단 초반대 6세대급 V낸드와 높이가 비슷하다. 이것이 가능한 이유는 삼성전자가 업계 최소의 셀 크기를 구현했기 때문이다.

3차원 스케일링(3D Scaling) 기술을 통해 셀의 평면적과 높이를 모두 감소시켜, 체적을 최대 35%까지 줄였다. 셀의 체적을 줄이면서 생길 수 있는 셀간 간섭현상도 제어했다.

즉 같은 단수를 보다 낮게 구현할 수 있어, 향후 높이의 물리적 한계를 극복할 수 있는 기반 기술을 확보했다.

또 업계에서 유일하게 한 번에 100단 이상을 쌓고 십억개가 넘는 구멍을 뚫을 수 있는 싱글스택 에칭 기술력을 갖췄다. 즉 작은 셀 크기와 압도적인 싱글스택 에칭 기술력을 기반으로, 향후 수백단 이상의 초고단 V낸드를 한발 앞서 구현할 수 있는 기술력을 확보하고 있다.

하반기 7세대 V낸드··· 200단 넘는 8세대 동작칩도 확보

업계 최소 셀 사이즈의 7세대 V낸드가 적용된 소비자용 솔리드 스테이트 드라이브(SSD) 제품이 올해 하반기에 첫 출시가 될 계획이다. 최대 2.0Gbps 입출력(I/O) 성능의 7세대 V낸드는 4세대 PCIe 인터페이스(PCIe Gen 4) 뿐만 아니라, 향후 5세대(PCIe Gen 5)까지 성능 요구를 만족시킬 것으로 기대된다. 또 6세대 대비 한층 강화된 성능으로 3D 모델링, 영상편집 등 대용량 워크로드의 작업을 동시에 처리하는, 멀티태스킹 환경에 최적의 솔루션을 제공할 계획이다.

뿐만 아니라 데이터센터용 SSD에도 7세대 V낸드를 빠르게 확대 적용하려고 한다. 또 저전력 솔루션을 기반으로 이전 세대 대비 전력효율을 16% 끌어올려, 데이터센터를 운영하는 기업들이 전력을 줄이는 동시에 지구환경에 기여할 수 있도록 한다는 방침이다.

또 이미 200단이 넘는 8세대 V낸드 동작 칩을 확보한 상황으로, 시장 상황과 고객들의 요구에 따라 적기에 제품을 선보일 수 있도록 만반의 준비를 하고 있다.

미세한 기술력의 우위가 결국 고객에게 차별화된 가치를 제공하고 시장은 이를 통해 역시 삼성전자임을 인정할 것으로 믿고 있다.

삼성전자 V낸드의 미래, 1000단 이상을 바라본다

반도체산업에서 우연은 없다. 미지의 기술을 세계 최초로 얻어내기 위해서는 시간은 물론, 엄청난 자본과 투자가 필요하다. 오늘의 삼성전자가 인고의 시간을 겪고 세계 1등이 된 것은, 어제보다 행복한 일상을 가능하게 하겠다는 열정과 혼, 사명감이 있었기 때문이다.

평면의 한계를 극복하기 위해 10년 이상의 오랜 연구 끝에 2013년 첫 V낸드를 선보였듯이 우리는 3차원 스케일링 기술을 통해 언젠가 마주하게 될 높이의 한계를 가장 먼저 극복할 것이다.

미래 1,000단 V낸드 시대에도 삼성전자의 V낸드는 혁신적인 기술력을 기반으로 업계 최고의 신뢰성을 갖는 제품으로 계속 진화해 나갈 것이다.

확장 현실의 새로운 패러다임, 반도체 역할 더욱 커질 것

세상은 기술의 발달로 ‘확장 현실(XR, eXtended Reality)’의 새로운 패러다임으로 가고 있는 가운데 코로나19로 인해 확장 현실이 일상이 될 시기는 점점 당겨지고 있다. 현실과 가상의 구분이 모호해지거나 겹쳐져, 생활방식 자체가 바뀌는 시대에 접어든 것이다. 앞으로 IT 기기와 기술은 지금까지와 전혀 다른 차원의 새로운 접근 방식을 필요로 할 것이다. 이를 위한 반도체의 역할은 그 어느 때보다 중요해진다는 이야기가 된다.

미래 반도체 경쟁에서 확실한 기술 우위를 바탕으로 혁신적인 제품을 시장에 선보임으로써, 행복한 사회를 구현하기 위해 부단히 노력할 것이다.

삼성전자가 세계 최고 성능과 높은 신뢰성을 구현한 ‘4세대(64단) 256기가비트(Gb) 3bit V낸드플래시’를 본격 양산하며 서버, PC, 모바일용 등 낸드 제품 전체로 4세대 V낸드 라인업을 확대한다.

삼성전자는 지난 1월 글로벌 B2B 고객들에게 공급을 시작한 4세대 256Gb V낸드 기반 SSD에 이어 모바일용 eUFS, 소비자용 SSD, 메모리카드 등에 4세대 V낸드를 확대하고 올해안에 월간 생산 비중을 50% 이상으로 늘려 글로벌 고객의 수요 증가에 대응해 나갈 계획이다.

4세대(64단) V낸드에는 ‘초고집적 셀 구조·공정’, ‘초고속 동작 회로 설계’와 ‘초고신뢰성 CTF 박막 형성’ 등 3가지 혁신 기술이 적용되어 3세대(48단) 제품 대비 속도와 생산성, 전력 효율 모두 30% 이상 향상됐다.

V낸드는 데이터를 저장하는 셀을 만들 때 수십 개의 단을 쌓아 올려 위에서부터 하단까지 수십억 개의 미세한 홀(Hole, 구멍)을 균일하게 뚫어 수직으로 셀을 적층하는 ‘3차원(원통형) CTF 셀 구조’로 되어 있다. ※ 셀(Cell) : 반도체(집적회로)에서 0 또는 1로 표시되는 정보를 저장하는 공간

그러나 단수가 높아질수록 형성한 구조가 틀어지거나 최상단과 최하단 셀의 특성 차이가 생기는 등 적층 기술은 물리적 한계가 있었다.

이에 삼성전자는 ‘9-Hole’이라는 ‘초고집적 셀 구조·공정’ 기술을 개발해 각 층마다 균일한 홀 패턴을 형성하고 전체 단의 하중을 분산해 한계를 극복했다.

이로써 삼성전자는 4세대 V낸드를 계기로 90단 이상의 수직 적층 한계를 극복해 반도체 칩 하나에 1조개 이상의 정보를 저장하는 ‘1테라(Tera) 비트 V낸드’ 시대를 여는 원천 기술도 확보했다.

또한 ‘초고속 동작 회로 설계’로 초당 1기가비트(Gb)의 데이터를 전송하며, 셀에 데이터를 기록하는 속도(tPROG)도 10나노급(Planar, 평면) 낸드 대비 약 4배, 3세대 V낸드보다 약 1.5배 빠른 500μs(마이크로 초, 100만분의 1초) 를 달성했다.

4세대(64단) V낸드는 빨라진 속도뿐 아니라 동작 전압을 3.3V에서 2.5V로 낮춰 총 소비전력 효율도 30% 이상 높였다.

특히 원자 단위로 제어할 수 있는 CTF(Charge Trap Flash) 박막을 형성해 셀 크기를 줄이면서도 쓰기·지우기 특성 수명을 높였고, 셀과 셀사이의 데이터 간섭 현상을 최소화하는 제어 기술(채널 박막화)도 구현해 3세대 대비 신뢰성도 20% 향상시켰다.

삼성전자 메모리사업부 플래시개발실 경계현 부사장은 “테라 V낸드 시대를 앞당기기 위해 임직원 모두 혁신적인 기술 개발에 전념했다”며, “향후에도 차세대 제품을 적기에 개발해 글로벌 IT 기업과 소비자의 사용 만족도를 높인 솔루션을 제공하겠다”라고 밝혔다.

삼성전자는 지난 15년간 ‘3차원 수직구조 V낸드플래시’를 연구하며 500건 이상의 핵심 특허를 개발해 미국, 일본을 비롯한 세계 각국에 출원을 완료하는 등 메모리 반도체 기술을 선도해 나가고 있다.

※ 참고 자료

□ V낸드란? (3차원 수직구조 낸드, 3D Vertical NAND)

전원이 꺼져도 저장된 데이터가 지워지지 않는 비(非)휘발성을 갖는 플래시 메모리의 일종으로, 삼성전자가 세계 최초로 기존에 단층으로 배열된 셀을 3차원 수직으로 CTF 셀을 적층해 만든 낸드플래시 메모리. 기존 평면 낸드플래시에 비해 메모리의 속도와 수명 및 전력 효율성이 크게 개선됨.

□ 3차원 CTF(3D Charge Trap Flash)

셀(Cell) 안에 전하를 저장하는 공간인 ‘플로팅게이트’를 부도체로 대체하고 구조를 3차원으로 개량해 수직 적층을 용이하게 하는 기술 http://www.samsungsemiconstory.com/434

□ tPROG(Program Time)

지정된 셀들에 데이터를 기록하는데 소요되는 시간. 낸드는 D램과 달리 데이터 쓰기 작업이 Program Confirm 후 실행되는데 셀 특성이 좋아질수록 tPROG 시간이 줄어든다. (Program Command → Address → Data → Program Confirm → tPROG → Read Status)

□ eUFS(embedded Universal Flash Storage)

국제 반도체표준화 기구 ‘제덱(JEDEC)’의 최신 스토리지 규격인 ‘UFS 2.1’ 인터페이스를 기반으로 만든 모바일기기의 내장 메모리 제품으로 기존 eMMC 5.1 및 외장형 마이크로 SD카드 대비 속도와 소비전력효율을 크게 높인 것이 특징이다

□ 3세대-4세대 V낸드 비교 구분

□ 삼성전자 V낸드 양산 연혁

• `13.7월 1세대(24단) 128Gb MLC 3D V낸드 양산

• `13.8월 1세대(24단) 128Gb MLC 3D V낸드 기반 960GB SSD 양산

• `14.8월 2세대(32단) 128Gb 3bit 3D V낸드 양산

• `14.9월 2세대(32단) V낸드 기반 SSD 양산

• `15.8월 3세대(48단) 256Gb 3bit 3D V낸드 양산

• `16.12월 4세대(64단) 256Gb 3bit 3D V낸드 양산

• `17.1월 4세대(64단) V낸드 기반 SSD 양산

 ▲삼성전자 ‘4세대(64단) 256Gb 3bit V낸드’(3차원 수직구조 낸드, 3D Vertical NAND) 칩

▲삼성전자 ‘4세대(64단) 256Gb 3bit V낸드’(3차원 수직구조 낸드, 3D Vertical NAND) 칩과 이를 기반으로 한 SSD 제품 

▲4세대 V낸드 설명 이미지

※SAS(Serial Attached SCSI): 서버와 스토리지에 사용되는 인터페이스로, PC에 주로 사용되는 'SATA(Serial ATA)' 인터페이스보다 2배 이상 빠른 SSD를 만들 수 있어 기업용 시장이 지속 확대되고 있다. 

15.36TB SSD는 HDD를 포함해 단일 폼팩터 저장장치 중 가장 큰 용량이다.

삼성전자는 '초대용량·초고속·고내구성·고신뢰성' 솔루션으로 투자 유지비가 많이 소요되는 SAS HDD 시장을 빠르게 전환해 나간다는 전략이다.

이번 SSD는 2.5인치 크기에 512개의 3세대 256기가비트(Gb) V낸드를 각각 16단으로 적층한 512기가바이트(GB) 패키지 32개와 16 기가바이트 D램 등 약 550개의 메모리를 PCB 2개 양면에 탑재해 최고 용량을 구현했다.

이는 고성능 노트북(2TB SSD, 8GB D램) 7대 분의 메모리(개수 기준)를 하나의 SSD에 탑재한 것으로, 스토리지 사상 최고 용량을 구현해 SSD 시장의 새로운 지평을 연 것이다.

이번 제품을 통해 엔터프라이즈 스토리지 시스템 구성시 2.5인치 SATA SSD를 탑재할 때보다 성능과 용량을 동시에 2배 이상 높일 수 있어 IT 투자 효율을 대폭 향상할 수 있다.

15.36TB SAS SSD(제품명: PM1633a)는 3세대(48단) 256Gb V낸드와 전용 컨트롤러 및 펌웨어 기술을 적용함으로써 기존 2세대(32단) 128Gb  V낸드 기반의 3.84TB SAS SSD(제품명: PM1633)에 비해 용량을 4배나 늘리면서도 동등 수준의 고성능을 구현했다.

SAS 12Gbps 규격을 지원하는 고성능 컨트롤러와 고용량을 지원하는 펌웨어 설계 기술 등을 통해 SAS HDD보다 약 1,000배 빠른 임의읽기 속도 200,000 IOPS, 임의쓰기 속도 32,000 IOPS를 구현했으며, 연속읽기/쓰기 속도도 SATA SSD보다 2배 이상 빠른 1.2GB/s를 달성했다.

※SAS 12Gbps: 데이터 전송 속도가 최대 12Gbps인 3세대 규격으로, 1세대는 3Gbps, 2세대는 6Gbps를 지원함

또한 기존 10나노급 128Gb 낸드를 탑재한 표준형 SATA SSD 제품들보다 내구성을 2배에서 10배 이상까지 높였다.

특히 개발 난이도가 높은 메타데이터 보존 기술과 함께 고신뢰성이 요구되는 순간정전 상태에서의 데이터 보관/복구기술 등 고객의 시스템 유지관리 편의성과 안정성을 향상시킨 소프트웨어 솔루션도 제공한다.

※메타데이터(Meta Data): 메모리에 저장된 문서, 음악파일, 사진 등과 같은 데이터들의 속성을 기술한 데이터

삼성전자는 내달부터 15.36TB 제품을 본격 양산하고, 7.68/3.84/1.92TB 및 960/480GB 등 총 6가지 제품도 순차적으로 공급해 나갈 계획이다.

삼성전자 메모리사업부 상품기획팀 이정배 전무는 "글로벌 서버 기업들의 초고용량 SAS SSD의 공급 확대 요구를 만족시키기 위해 최선을 다하고 있다"며, "향후에도 한발 앞선 3차원 메모리 기술 개발로 차세대 SSD를 선행 출시하여 글로벌 IT 시장 트렌드 및 프리미엄 메모리 시장의 성장세를 지속 견인해 나갈 것"이라고 강조했다.

삼성전자는 차세대 고용량 SATA SSD와 초고속 NVMe SSD 라인업 선행 출시로 PC, 데이터센터 시장의 성장세를 주도한 데 이어, 향후 글로벌 고객들과 기술 협력 확대를 통해 엔터프라이즈 스토리지 시장도 본격 공략해 나간다는 전략이다.

※ [참고]
– 삼성전자 SAS SSD 제품 개발/양산 연혁
• 2012.10월 프리미엄 800GB SAS SSD (6Gbps) 'SM1625' 양산
• 2014.08월 보급형 800GB SAS SSD (6Gbps) 'SM1623' 양산
• 2015.08월 초고속 3.84TB SAS SSD (12Gbps) 'PM1633' 양산
• 2016.01월 초고속 15.36TB SAS SSD (12Gbps) 'PM1633a' 개발

-삼성 그린메모리 홈페이지: www.samsung.com/GreenMemory

이번 256기가비트 V낸드는 데이터를 저장하는 ‘3차원 셀(Cell)’을 기존(32단)보다 1.5배 더 쌓아올리는 삼성전자의 ‘3세대(48단) V낸드 기술’이 적용된 업계 최고 용량의 메모리칩이다. 

256기가비트 V낸드는 칩 하나만으로 스마트폰에 탑재하는 32기가바이트(GB) 용량의 메모리카드를 만들 수 있다.  

또한 기존 128기가비트 낸드가 적용된 SSD와 동일 크기를 유지하면서 용량을 2배 높일 수 있어 ‘테라 SSD 대중화’를 위한 최적의 솔루션을 제공한다. 

삼성전자는 현재까지 업계에서 유일하게 V낸드를 양산하고 있으며 지난해 8월, 2세대(32단) 3비트 V낸드를 생산한 지 1년 만에 3세대 3비트 V낸드를 본격 양산함으로써 3차원 메모리 기술 리더십을 더욱 확고히 했다.

이번에 양산을 시작한 3세대 V낸드는 셀이 형성될 단층을 48단으로 쌓은 후 약 18억 개의 원형 홀을 수직으로 뚫은 다음, 총 853억 개 이상의 셀을 고속 동작시키며 각 셀마다 3개의 데이터(3비트)를 저장할 수 있어 총 2560억 개의 데이터를 읽고 쓴다.   

이번 256기가비트 V낸드는 쓰기 성능과 절전 효과를 동시에 높여 글로벌 고객들이 효율적인 차세대 대규모 스토리지 시스템 구축에 크게 기여할 것으로 기대된다. 

특히 △3차원 원통형 CTF(3D Charge Trap Flash) 셀 구조 △48단 수직 적층 공정 △3비트 저장 기술을 적용해 2세대 V낸드보다 데이터를 더욱 빠르게 저장하고 소비 전력량을 30% 이상 줄였다. 또한 기존 32단 양산 설비를 최대한 활용함으로써 제품 생산성을 약 40%나 높여 원가 경쟁력도 대폭 강화했다. 

삼성전자는 지난달 2테라바이트(TB) SSD 제품 출시를 계기로 본격 추진하고 있는 '테라 SSD 대중화'를 더욱 앞당기기 위해 3세대 V낸드 생산을 위한 투자를 계획대로 추진해 나갈 예정이다.    

전영현 삼성전자 메모리사업부 사장은 “3세대 V낸드 양산으로 글로벌 기업과 소비자에게 더욱 편리한 대용량 고효율 스토리지 솔루션을 제공할 수 있게 됐다”며 “향후 V낸드 기술의 우수성을 최대로 발휘할 수 있는 초고속 프리미엄 SSD 시장에서 사업 영역을 지속 확대하며 독보적인 사업 위상을 유지해 나갈 것”이라고 밝혔다. 

한편 삼성전자는 엔터프라이즈와 데이터센터 시장을 더욱 빠르게 확대하기 위해 기존 2세대 32단 3비트 V낸드 기반의 대용량 SSD 모델을 글로벌 IT 고객에게 공급한데 이어 세계 각국의 현지 로컬 기업까지 공급을 확대하는 등 용량과 성능을 높인 차세대 SSD 라인업을 지속적으로 출시할 예정이다. 또한 2테라바이트 이상의 소비자용 대용량 SSD도 새롭게 출시해 SSD 시장 점유율을 지속적으로 높여나갈 계획이다. 

▲삼성전자 3세대 256기가비트(Gb) V낸드

▲SAMSUNG SSD 850 PRO 2TB

▲SAMSUNG SSD 850 EVO 2TB

지난해 7월 세계 최초로 V낸드 기반 소비자용 SSD를 출시한 삼성전자는 전문가뿐만 아니라 일반 소비자도 4K UHD 영상 편집 등 고사양의 작업을 더욱 편리하게 즐길 수 있게 했는데요. 이번 2테라바이트 모델은 △2세대(32단) V낸드플래시 △독자 개발한 고성능 전용 컨트롤러 △ 초절전 2기가바이트(GB) LPDDR3 D램을 탑재해 최고 수준의 성능과 낮은 소비전력을 동시에 구현합니다. 특히 850 PRO 모델은 연속 쓰기와 읽기 속도가 각각 520MB/s와 550MB/s로 SATA인터페이스 최고 속도를 달성했는데요. 터보라이트(TurboWrite) 모드에선 시스템 성능에 가장 큰 영향을 주는 임의 쓰기 속도가 9만 IOPS(Input Output Per Second)에 이릅니다.

또한, '매일 80기가바이트, 10년'의 사용 조건과 기간을 보증하고 최고 수준의 보안 솔루션을 제공하는데요. V낸드 128개를 탑재했음에도 기존과 같은 7㎜ 두께의 2.5형 알루미늄 케이스로 디자인해 높은 호환성까지 유지합니다. 향후 삼성전자는 고용량 제품의 판매 비중이 높은 'mSATA' ‘M.2’ 라인업에서도 대용량 모델을 출시해 고용량 V낸드 SSD의 수요를 더욱 확대시킬 예정인데요. 이로써 소비자에게 최고의 컴퓨팅 경험을 제공하고 글로벌 SSD 시장점유율을 지속적으로 높여나갈 계획입니다.  

"지난해  삼성전자의 V낸드 기반 소비자용 SSD 출시로 500기가바이트(GB) 이상 대용량 SSD 시장의 성장세가 더욱 빨라졌습니다. 이번 2테라바이트 모델 출시로 테라급 SSD가 시장의 주요 제품으로 자리잡도록 노력하겠습니다." 

-김언수 삼성전자 메모리사업부 브랜드제품마케팅팀 전무

NVMe는 SSD를 탑재한 서버·PC의 성능 향상과 설계 유연성을 높일 수 있도록 만든 PCIe(PCI express: PC 내부의 고속 데이터 교환을 위해 개발된 인터페이스) 기반의 인터페이스인데요. 기존 SATA 인터페이스보다 6배 이상 빠른 것이 특징입니다.

2013년 2.5형 NVMe 서버 시장을 창출한 삼성전자는 이달부터 글로벌 IT 업체에 PC용 ‘M.2 NVMe SSD(모델명 SM951-NVMe)’를 본격적으로 공급하며 차세대 PC 시장 선점에 나섰습니다.

M.2 NVMe SSD는 두께가 최대 3.73mm(양면 기준)밖에 되지 않는데요. 무게도 7g 미만으로 기존 2.5형 규격의 SSD의 1/10 수준입니다. 특히 512GB 모델은 삼성전자가 독자 개발한 컨트롤러를 탑재, 같은 M.2 규격의 기존 소비자용 SATA SSD보다도 4배 빠른 2260MB/s의 연속읽기 속도와 3배 빠른 1600MB/s의 연속쓰기 속도를 자랑하는데요. 이는 업계 최고 성능입니다.

또한, 임의읽기 속도는 300000 IOPS(Input Output Per Second)로 기존의 SATA SSD(97000 IOPS)보다 3배 이상 빨라졌는데요. 소비전력 측면에서도 최신 초절전 회로규격(L1.2 규격)을 적용해 대기모드에서 2mW 이하의 소비전력을 구현하는 등 ‘고성능·초절전·안정성·보안성’을 갖춰 노트북을 위한 최적의 솔루션을 제공합니다.

올해 삼성전자는 초고성능 워크스테이션부터 울트라슬림PC 시장까지 NVMe SSD로 빠르게 전환될 것으로 전망, 울트라슬림PC용 초고속 SSD 양산을 통해 이러한 트렌드를 더욱 가속시킬 예정인데요. 삼성전자의 M.2 NVMe SSD는 512GB와 256GB, 128GB 등 3개 모델로 공급됩니다.

앞으로 삼성전자는 차세대 3비트 V낸드 기반의 고용량 NVMe SSD 라인업을 출시, 글로벌 고객들의 고용량 SSD 수요 확대에 차질 없이 대응하고 프리미엄 PC 시장에 이어 메인스트림 PC시장까지 적용 분야를 확대해 나갈 예정인데요. SSD 시장의 높은 성장세를 지속적으로 주도해 나갈 것입니다.

“NVMe SSD는 울트라슬림PC를 더 빠르게, 얇은 배터리로도 오랫동안 사용할 수 있게 한 제품입니다. 다양한 차세대 SSD 라인업을 한발 앞서 출시해 초고속·초소형 SSD의 대중화를 주도하고 모든 소비자들이 SSD의 사용 편리성을 경험할 수 있게 하겠습니다.”

-백지호 삼성전자 메모리사업부 전략마케팅팀 전무

삼성전자는 지난해 웨어러블 기기용으로 이팝을 양산, 크기가 작은 웨어러블 기기에 맞도록 D램과 낸드플래시, 컨트롤러를 하나로 묶어 모바일 애플리케이션 프로세서(이하 ‘모바일 AP’) 위에 쌓았는데요. 사실 이팝이 양산되기 전까지 열에 약한 낸드플래시는 높은 온도로 작동하는 모바일 AP와 함께 쌓을 수 없다는 게 업계 통념이었습니다. 하지만 삼성전자는 내열의 한계를 높여 웨어러블 메모리 이팝을 양산, 스마트폰용 메모리의 통념을 바꿨는데요.

이번에 선보인 이팝은 스마트폰에 탑재되는 제품으로 모바일 AP와 하나의 패키지로 만들어 실장 면적을 40%나 줄일 수 있습니다. 이는 스마트폰 제조 시 더욱 슬림한 디자인을 구현하고 대용량 배터리를 탑재할 수 있다는 말인데요.

특히 스마트폰용 이팝은 3기가바이트 LPDDR3 모바일 D램과 32기가바이트 내장스토리지(eMMC)를 하나의 패키지로 만들어 더 뛰어난 초고속·초절전·초슬림 솔루션을 제공합니다.

또한 이팝에 탑재된 20나노급 3기가바이트 모바일 D램은 PC D램과 같은 초당 1866메가비트의 빠른 속도로 작동하는데요. 6기가비트 D램 2개를 묶은(1.5GB) 2쌍의 메모리가 모바일 프로세서와 64비트로 데이터를 처리, 최고의 성능을 보여줍니다.

한편, 삼성전자는 고사양 모바일 콘텐츠의 증가로 빠르게 확대되는 모바일 메모리 시장에서 20나노 D램을 활용해 다양한 용량의 라인업을 구축할 예정인데요. 글로벌 모바일 기업들과 협력을 더욱 강화해 모바일 메모리 시장 리더십을 강화해나간다는 계획입니다.

“대용량 이팝이 최신 플래그십 스마트폰에 탑재되면서 슬림한 디자인은 물론, 다양한 멀티태스킹을 더 빠르고 오래 즐길 수 있게 됐습니다. 향후 성능이 크게 향상된 차세대 이팝을 선보여 프리미엄 모바일 시장의 성장세를 계속 높여가겠습니다.”

-백지호 삼성전자 메모리사업부 마케팅팀 전무