삼성전자가 인공지능(AI) 연산에 필요한 대규모 데이터를 저장할 수 있는 ‘1Tb(테라비트) QLC 9세대 V낸드’를 업계 최초로 양산했다. 앞선 세대보다 쓰기 성능이 2배 향상된 제품이다. AI 시대 데이터 폭증에 따른 고용량 낸드플래시 수요 급증에 삼성전자가 선제적으로 대응하기 위한 전략으로 풀이된다.

삼성전자는 12일 업계 최초로 1Tb QLC 9세대 V낸드를 양산했다고 밝혔다. 지난 4월 세계 최초로 ‘1Tb TLC 9세대 V낸드’ 양산에 나선 지 5개월 만이다.

QLC(Quad Level Cell)는 하나의 셀에 4비트의 데이터를 저장한다. 3비트를 저장하는 TLC(Triple Level Cell)보다 더 많은 데이터를 저장할 수 있다. 같은 면적에서 더 많은 용량을 지원하는 셈이다.

QLC는 대규모 AI 모델 학습과 데이터 저장에 적합해 고용량 낸드플래시를 찾는 데이터센터 고객사에 최적의 솔루션으로 평가된다. 삼성전자는 TLC 9세대 낸드에 이어 이번 QLC 9세대 낸드 양산으로 고용량·고성능 낸드플래시 라인업을 완성했다.

이번 QLC 9세대 V낸드는 셀과 셀의 동작을 관장하는 각종 회로들로 구성된 페리(Peripheral)의 면적을 최소화했다. 그 결과 단위 면적당 저장되는 비트 수(비트 밀도)가 QLC 8세대 V낸드 대비 약 86% 증가해 업계 최고 수준에 도달했다.

V낸드는 이전까지 수평 구조로 만들던 2차원 셀을 3차원 수직 구조로 쌓아 올린 제품이다. 평면 구조보다 집적도를 획기적으로 높인 기술로 평가된다. 2002년부터 낸드 시장 1위 자리를 지키고 있는 삼성전자는 업계 최초로 V낸드 양산에 성공하면서 평면에서 수직으로의 기술 혁신을 주도해왔다.

적층 경쟁의 핵심은 최소한의 공정으로 단수를 쌓아 올리는 기술력이다. 삼성 9세대 V낸드는 채널 홀 에칭 기술을 활용한 더블 스택 구조로 업계 최고 단수를 구현했다.

채널 홀 에칭은 몰드층을 순차적으로 적층한 다음 한 번에 전자가 이동하는 홀(채널 홀)을 만드는 기술이다. 더블 스택은 셀을 연결하는 ‘채널 홀’을 두 번 뚫은 뒤 한 개의 칩으로 결합하는 방법이다. 채널 홀을 뚫는 횟수가 적을수록 비용을 줄일 수 있다.

높게 쌓아 올릴수록 층간, 층별 셀 특성을 균일하게 유지하는 것이 중요한데 삼성전자는 이를 위해 ‘디자인드 몰드’ 기술을 활용했다. 디자인드 몰드란 셀을 동작시키는 WL(트랜지스터의 온·오프를 담당하는 배선)의 간격을 조절해 적층하는 기술로, 이를 통해 데이터 보존 성능을 이전 제품보다 약 20% 높일 수 있었다.

삼성전자는 또한 셀의 상태 변화를 예측해 불필요한 동작을 최소화하는 ‘예측 프로그램 기술’을 혁신한 결과 이번 9세대 QLC의 쓰기 성능이 이전 세대보다 100%, 데이터 입출력 속도는 60% 개선됐다고 강조했다.

삼성전자는 QLC 9세대 V낸드 응용처를 브랜드 제품을 시작으로 향후 모바일 유니버설 플래시 스토리지(UFS), PC 및 서버 솔리브 스테이트 드라이브(SSD) 등으로 점차 확대할 계획이다. 김현일 기자