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메모리 반도체는 삼성전자와 SK하이닉스의 주종목이라서 많은 사람들에게 익숙한 단어입니다. 그리고 이름부터 "메모리"니까 정보를 기억하는 기능을 하겠다는 것도 예측이 가능하죠. 하지만 반도체 관련 뉴스를 이해하려면 이것보다는 조금 더 깊은 지식이 필요합니다. 오늘은 메모리 반도체의 두 형제, D램과 낸드플래시 메모리에 대해 가볍게 짚어보겠습니다.

▶️ 메모리 반도체부터 알려주세요!

메모리 반도체는 정보(Data)를 저장하는 용도로 사용되는 반도체입니다. 메모리 반도체와 달리 정보를 연산하고 처리하는 기능을 가진 반도체는 시스템 반도체(비메모리 반도체)라고 합니다. 이제 학창시절 배웠던 내용을 잠시 떠올려볼까요? 메모리 반도체는 크게 정보를 기록하고, 기록해둔 정보를 읽고 수정할 수 있는 휘발성 메모리인 RAM과 기록된 정보를 읽을 수만 있는 비휘발성 메모리 ROM이 있습니다. 여기서 RAM에 해당하는 반도체가 D램, ROM에 해당하는 반도체가 낸드플래시 반도체입니다.

메모리 반도체는 정보를 저장하는 기능을 수행합니다. 그럼 좋은 메모리 반도체는 어떤 능력을 가지고 있어야 할까요? 당연히 데이터를 한번에 많이 저장하는 반도체가 좋고, 더 빠르게 처리할 수 있는 반도체가 좋은 반도체입니다. 하지만 이 두 목표를 한번에 달성한 반도체는 존재하지 않습니다. 둘은 서로 상쇄되는 관계이기 때문입니다. 더 빠르게, 더 많이 그러나 동시에 둘 다는 안 된다는 걸 기억하고, D램과 낸드플래시를 알아보겠습니다.

▶️ RAM 계열 대표주자 D램

D램은 아주 잠깐만 데이터가 저장되는 휘발성이 특징입니다. 정확히는 1/1000초 동안만 데이터를 저장할 수 있습니다. 그리고 컴퓨터의 전원이 꺼지면 저장된 데이터가 전부 날아갑니다. D램의 구조를 살펴보면, 정말 쉽게 게이트가 1개라고 이해하시면 됩니다. 이 특성 때문에 D램은 데이터를 오래 가지고 있을 수 없고, 저장 용량도 크지 않습니다. 하지만 D램은 동작하는 속도가 굉장히 빠릅니다. 즉, D램은 빠르지만 용량은 작고 휘발성 메모리라고 요약할 수 있겠습니다.

최근 SK하이닉스가 세계 최초로 DDR5 D램을 개발했습니다. 기존 DDR4보다 2배 빠른 DDR5는 빅데이터와 머신러닝에 최적화된 빠른 메모리 반도체로 1초 안에 초고화질 영화 9편을 전송할 수 있는 속도를 낼 수 있습니다. 또한 소비 전력도 많이 줄였습니다. 아직 DDR5를 장착할 수 있는 CPU가 개발이 안 되었기 때문에 당장 상용화는 어렵고, 2022년 쯤 사용할 수 있을 것으로 예상됩니다. 삼성전자도 내년 하반기까지는 DDR5 D램을 양산할 계획을 하고 있는 것으로 전해집니다.

▶️ ROM 계열 대표주자 낸드플래시

낸드플래시는 읽기만 하고 지울 수 없는 ROM을 개선해 데이터를 삭제할 수 있는 플래시 메모리의 일종입니다. 낸드플래시는 D램의 구조에 플로팅 게이트라는 게이트가 1개 더 들어가 있다고 생각하면 됩니다.낸드플래시의 특징으로 비휘발성과 큰 저장용량이 있는데, 물리적으로는 낸드플래시 반도체는 평균 10년 동안 데이터를 저장할 수 있습니다. 그리고 저장 기능을 수행하는 캐패시터와 트랜지스터가 분리된 D램과 달리 낸드플래시에서는 트랜지스터 안에 플로팅 게이트를 넣을 수 있어 집적도에서 큰 이득을 보게 됩니다. 집적도가 큰 만큼 더욱 좁은 공간으로도 큰 용량을 가질 수 있습니다. 하지만 플로팅 게이트는 낸드플래시 메모리의 동작 속도를 느리게 하는 원인이 되기도 합니다. 요약하자면, 낸드플래시는 저장용량도 크고 오래 저장할 수 있지만 느린 메모리 반도체입니다.

낸드플래시의 핵심은 집적도입니다. 삼성전자가 2013년 최초로 3D 낸드플래시를 생산하며 낸드플래시 메모리의 전성기가 시작되었죠. 평면 상에서 최대한 셀을 꾸겨넣던 구조에서 벗어나 3차원으로 셀을 쌓을 수 있게 되면서 낸드플래시 메모리의 비약적 발전이 찾아왔습니다.

최근 낸드플래시는 얼마 전 SK하이닉스가 인텔의 낸드플래시 사업부를 10조에 인수하면서 다시 한번 이슈가 되었는데요. 인텔은 메모리 반도체 사업부를 정리하고 주력인 시스템 반도체에 집중하고, SK하이닉스는 낸드플래시 제2의 전성기를 불러오겠다는 계산이 깔려있는 M&A였습니다. 며칠 전에는 미국의 메모리 반도체 회사 마이크론이 세계 최초로 176층 낸드플래시를 개발했다는 소식도 들려왔습니다. 더 높이 셀을 쌓을수록 저장 용량이 늘어나기 때문에 현재까지는 가장 용량이 큰 낸드플래시 반도체가 개발된 것인데요. SK하이닉스는 내년 4D 낸드플래시 개발을 예고했고, 삼성전자 역시 신제품을 개발하겠다는 계획을 발표하며 치열한 경쟁을 예고했습니다.