더블 스택 구조 '1Tb TLC 9세대 V낸드' 양산
'채널 홀 에칭' 기술로 공정 혁신…생산성 증대
하반기 QLC 9세대 V낸드까지…AI 시장 잡는다

삼성전자 9세대 V낸드 제품./사진=삼성전자 제공

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삼성전자가 '1Tb(테라비트) TLC(트리플레벨셀, 하나의 셀에 3비트 데이터를 기록할 수 있는 구조) 9세대 V낸드' 양산을 시작했다. V9의 적층 단수는 업계 최고인 290단 수준으로 추정된다. 삼성전자는 혁신 적층 기술을 통해 낸드 시장에서의 리더십을 확고히 한다는 전략이다.

290단 쌓아 '초격차' 실현

삼성전자는 업계 최초로 '9세대 V낸드' 양산을 시작했다고 23일 밝혔다. 이번 제품은 업계 최소 크기 셀(데이터 저장의 최소단위)에 최소 몰드(Mold) 두께를 구현해 비트 밀도(단위 면적당 저장되는 비트의 수)를 이전 세대 대비 약 1.5배 늘린 게 특징이다.

특히 삼성전자의 '9세대 V낸드'는 '더블 스택' 구조로 구현할 수 있는 최고 단수 제품이다. 낸드는 셀을 수직으로 쌓아 올려 데이터 용량을 늘리는 적층 기술이 경쟁력의 핵심이다. 셀을 더 높은 단수로 쌓으면 웨이퍼 한 장에서 생산할 수 있는 전체 용량이 그만큼 늘어나기 때문이다. 메모리 업계에서 초고층 낸드 적층 기술 경쟁이 치열한 이유다.

셀을 높이 쌓아 올리면 전자가 수직으로 쌓여있는 셀 사이를 오르내릴 수 있는 통로를 만들어야 한다. 이 통로를 '채널 홀'이라고 하는데, 곧게 뚫기 위해서는 셀을 나누어 채널 홀을 뚫은 뒤 합치는 방식을 사용한다. 이때 셀을 나누지 않고 한 번에 뚫는 기술을 싱글 스택, 두 번에 나눠 뚫고 합치면 더블 스택이라고 부른다.

9세대 V낸드는 더블 스택 구조로, 두 번에 걸쳐 채널 홀을 나눠 뚫은 뒤 한 개의 칩으로 결합하는 방식이다. 특히 여기에 '채널 홀 에칭(Channel Hole Etching)' 기술을 통해 한 번에 업계 최대 단수를 뚫는 공정 혁신으로 생산성을 향상시켰다는 게 삼성전자의 설명이다.

채널 홀 에칭이란 몰드층을 순차적으로 적층한 다음 한 번에 전자가 이동하는 채널 홀을 만드는 기술이다. 적층 단수가 높아져 한 번에 많이 뚫을수록 생산효율 또한 증가하기 때문에 정교화∙고도화가 요구된다.

또 Cell Array(셀 배열)에서 동작을 수행하지 않는 채널인 '더미 채널 홀(Dummy Channel Hole)'을 제거하는 기술도 도입했다. 이를 통해 셀의 평면적을 줄였고, 이 과정에서 발생하는 간섭 현상을 제어하기 위해 셀 간섭 회피 기술, 셀 수명 연장 기술 등도 적용해 품질을 높였다.

이번 9세대 V낸드는 차세대 낸드플래시 인터페이스인 'Toggle 5.1'을 적용, 최대 3.2Gbps의 데이터 입출력 속도를 구현했다. 'Toggle DDR 5.0'을 적용해 최대 2.4Gbps의 데이터 입출력 속도를 구현했던 8세대 V낸드보다 33% 향상된 수준이다. 저전력 설계 기술을 탑재해 이전 세대 제품 대비 소비 전력도 약 10% 개선됐다.

/그래픽=비즈워치

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낸드 한파, AI로 격파

삼성전자는 이번 9세대 V낸드를 시작으로 AI(인공지능) 시대에 적극 대응할 계획이다. 최근 세계적으로 불고 있는 인공지능(AI) 열풍은 고대역폭메모리(HBM) 등 D램 시장을 넘어 낸드 시장 활성화에도 긍정적인 영향을 미치고 있다. AI 활용을 위해서는 대용량의 데이터 저장장치가 필요해, 낸드 수요도 급격히 늘어나는 추세다.

실제 최근 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 1분기 낸드 평균판매단가(ASP)는 전 분기 대비 23∼28% 올랐다. 이어 2분기에는 13∼18% 오를 것이라는 게 트렌드포스의 관측이다. 또 올해 낸드플래시 시장 매출은 620억4000만 달러(약 85조4300억원)로 전년 대비 63.2% 성장할 것이라고 내다봤다.

낸드 수요 증가로 평균판매단가가 상승함에 따라 삼성전자 낸드 사업의 실적 개선도 기대된다. 업계에서는 올 1분기 삼성전자가 낸드 사업 부문에서 흑자를 기록했을 가능성이 높은 것으로 점치고 있다. 앞서 D램의 경우 작년 4분기 흑자를 기록했지만, 낸드 사업의 부진은 계속됐던 상황이었다. 흑자 전환에 성공하면 지난 2022년 4분기 이후 여섯 분기 만에 이익을 내게 된다.

지난 1월 실적 컨퍼런스 콜에서 삼성전자도 "서버용 SSD 제품 중심으로 주문이 쌓이고 있다"며 "상반기 중 재고 정상화가 기대된다"고 밝힌 바 있다.

삼성전자는 고용량∙고성능 낸드플래시 개발에 박차를 가해 낸드 실적 개선에 속도를 낼 방침이다. 먼저 PCIe 5.0 인터페이스를 지원하는 9세대 V낸드를 통해 고성능데이터저장장치(SSD) 시장을 적극 확대한다. 이어 올 하반기에는 하나의 셀에 4비트 데이터를 기록할 수 있는 'QLC(Quad Level Cell) 9세대 V낸드'도 양산할 예정이다.

허성회 삼성전자 메모리사업부 플래시(Flash)개발실장 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 선도할 것"이라고 말했다.

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