[디지털데일리 배태용기자] AI 확산으로 스토리지의 용량과 전력 효율이 핵심 경쟁력으로 떠오른 가운데 삼성전자가 기존 낸드플래시 구조의 전력 한계를 뛰어넘을 기술적 가능성을 제시했다. 강유전체와 산화물 반도체를 결합한 새로운 낸드 구조를 통해 셀 스트링(Cell String) 구간 전력 소모를 최대 96%까지 줄일 수 있는 메커니즘을 규명한 것이다.

삼성전자 SAIT(삼성종합기술원)는 이 연구 결과를 세계적 학술지 '네이처(Nature)'에 'Ferroelectric transistors for low-power NAND flash memory'라는 제목으로 게재했다고 27일 밝혔다. 이번 성과는 SAIT와 반도체연구소 소속 연구자 34명이 공동 저자로 참여한 순수 사내 연구개발(R&D) 결과다.

기존 낸드플래시는 셀 적층을 높여 용량을 늘리는 방식으로 발전해왔다. 하지만 셀이 직렬로 연결된 구조적 특성 때문에 적층이 늘수록 읽기·쓰기 과정에서 필요한 전력도 증가한다. 낸드의 전력 효율은 AI·데이터센터 시대의 큰 과제로 꼽혀 왔다.

연구팀은 이 문제의 해결책을 '산화물 반도체'에서 찾았다. 그동안 산화물 반도체는 문턱전압 제어가 어렵다는 이유로 고성능 소자에서 약점으로 여겨졌지만 강유전체 기반 구조와 결합될 경우 오히려 전력 소모를 획기적으로 줄일 수 있다는 메커니즘을 세계 최초로 규명했다.

이를 통해 연구진은 현존 최고 수준인 셀당 5비트(bit) 저장 구조를 유지하면서도 기존 대비 전력 소모를 최대 96% 절감할 수 있는 가능성을 확인했다. 용량 증대와 전력 효율 저하의 상충관계를 동시에 해결할 수 있는 새로운 접근법이 제시된 셈이다.

해당 기술이 상용화되면 대규모 AI 데이터센터부터 모바일·엣지 AI 기기까지 폭넓은 영역에서 전력 효율 개선 효과가 기대된다.

데이터센터에서는 운영 비용 절감 효과가 모바일 기기에서는 배터리 사용 시간 연장과 같은 체감형 이점도 가능하다.

SAIT 유시정 연구원(제1저자)은 "초저전력 낸드플래시의 구현 가능성을 실제로 확인하게 돼 의미가 크다"라며 "AI 생태계에서 스토리지 역할이 더 커지고 있는 만큼, 향후 상용화를 목표로 후속 연구를 이어갈 것"이라고 말했다.

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