삼성전자 종합기술원(SAIT) 연구진이 기존 낸드플래시의 전력 소모를 최대 96% 절감할 수 있는 메커니즘을 세계 최초로 규명해 AI 시대 전력난 해결에 기여할 것으로 기대된다.
삼성전자는 SAIT(구 삼성종합기술원)와 반도체연구소 소속 연구원 34명이 강유전체와 산화물 반도체를 결합한 낸드 구조를 통해 셀 스트링(Cell String) 동작에서 기존 대비 전력 소모를 최대 96% 절감할 수 있는 가능성을 확인했다고 27일 밝혔다. 연구진들이 참여한 '저전력 낸드플래시 메모리용 강유전체 트랜지스터' 논문은 세계적인 학술지 '네이처'에 게재됐다.
낸드는 전원이 꺼져도 대용량 데이터 저장이 가능한 메모리다. AI 데이터센터 확대에 따라 더 많은 데이터를 저장하고 처리해야 하는 상황에서, 고용량 고효율 제품이 주목을 받고 있다. 다만 기존 낸드 구조는 적층이 늘어날수록 전력 소모가 커지는 문제가 있었다. 여러 셀이 직렬로 연결돼 있어 데이터를 읽는 과정에서 신호가 순차적으로 전달되는 구조이기 때문이다.
SAIT 연구진은 이를 해결하기 위해 산화물 반도체의 고유 특성에 집중했다. 문턱 전압(트랜지스터가 켜지기 시작하는 전압) 제어의 한계로 고성능 소자에서는 약점으로 여겨졌던 특성이 강유전체 기반 낸드 구조에서는 오히려 전력 소모를 크게 줄일 수 있다는 것을 규명한 것이다.
이번 연구의 제1저자인 유시정 삼성전자 SAIT 연구원은 "초저전력 낸드의 구현 가능성을 확인하게 돼 뿌듯하다"며 "AI 생태계에서 스토리지의 역할이 더욱 커지고 있는데, 향후 제품 상용화를 목표로 후속 연구를 추진할 것"이라고 밝혔다.
이 같은 연구 결과는 삼성전자는 AI 스토리지 전략에 날개를 달아줄 전망이다. 향후 AI용 SSD에 대용량 특성뿐만이 아니라 높은 전력 효율도 요구될 것으로 예상되기 때문이다. 삼성전자는 V낸드 양산을 통해 초고단 적층 기술 기반을 확보하고, QLC 기반 고용량 SSD 라인업을 서버·PC·모바일 등 전 응용처에 최적화하는 등 낸드 시장에서 경쟁 우위를 강화하고 있다. 시장조사업체 옴디아에 따르면 글로벌 낸드 시장은 지난해 656억달러(약 96조2024억원)에서 오는 2029년 937억달러(약 137조4391억원) 규모로 성장할 것으로 추정된다.
특히 이번 결과는 삼성전자가 공들여 온 순수 사내 R&D 성과라는 점에서 의미가 크다. 삼성전자는 SAIT를 1987년부터 설립해 운영하며 '기술의 한계가 없는 탐색'을 철학으로 현재 반도체와 디스플레이, 배터리, 환경·에너지 분야에서 기초 연구를 집중 진행하고 있다. 특히 SAIT는 차세대 반도체 기술 뉴로모픽 반도체, '꿈의 배터리' 전고체 배터리 등과 관련한 시드(Seed) 기술 연구를 이어오며 세계적 학술지에서 성과를 입증하고 있다.
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