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TB급 스마트폰 시대를 SK하이닉스가 열었다

스마트폰 용량이 2TB가 될 수 있다.

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SK하이닉스가 세계 최초로 128단 1Tbit(테라비트) TLC(Triple Level Cell) 4D 낸드플래시를 개발하고 양산에 나선다. 지난해 10월 96단 4D 낸드 개발 이후 8개월만의 성공이다.


SK하이닉스가 이번에 양산하는 128단 낸드는 업계 최고 적층으로, 한 개의 칩에 3bit(비트)를 저장하는 낸드 셀(Cell) 3천6백억개 이상이 집적된 1Tb 제품이다. SK하이닉스는 이를 위해 자체 개발한 4D 낸드 기술에 ▲ 초균일 수직 식각 기술 ▲ 고신뢰성 다층 박막 셀 형성 기술 ▲ 초고속 저전력 회로 설계 등 혁신적인 기술을 적용했다.

낸드플래시는 데이터 저장 방식에 따라 셀 하나에 1bit를 저장하는 SLC(Single Level Cell), 2bit를 저장하는 MLC(Multi Level Cell), 3bit를 저장하는 TLC(Triple Level Cell), 4bit를 저장하는 QLC(Quad Level Cell)로 나뉜다.


가령, 셀과 전하의 양을 각각 물컵과 물이라고 한다면 SLC는 컵에 물이 있는지(0) 또는 없는지(1)에 따라 데이터를 저장하게 되며 MLC는 컵에 있는 물의 양을 조절해 데이터를 저장한다. 즉, 물이 하나도 없는 상태(1, 1)와 물이 3분의 1정도 찬 상태(1, 0), 3분의 2 정도 찬 상태(0, 1), 가득 찬 상태(0, 0)로 세분화해 데이터를 구분한다. 따라서, TLC의 경우 전하가 가득 찬 상태(0, 0, 0)부터 하나도 없는 상태(1, 1, 1)까지, QLC의 경우 (0,0,0,0)부터 (1,1,1,1)까지로 더욱 세분화해 데이터를 저장할 수 있다.


결론적으로 동일한 셀을 가진 SLC 대비 TLC/QLC는 각각 3배/4배 더 많은 데이터를 저장할 수 있어 고용량을 구현하기 용이하고, 생산원가도 낮출 수 있다.

| 128단 1Tb TLC 낸드플래시

이번에 SK하이닉스가 선보인 제품은 TLC 낸드로는 업계 최고 용량인 1Tb를 구현했다. 기존에 SK하이닉스를 포함한 다수 업체가 96단 등으로 QLC(Quadruple Level Cell) 1Tb급 제품을 개발한 바 있으나, 낸드 시장의 85% 이상을 차지하고 있는 주력 제품인 TLC로는 업계 최초로 SK하이닉스가 상용화했다. SK하이닉스 4D 낸드 최대 장점인 작은 칩사이즈(Chip Size)의 특성을 활용해 초고용량 낸드를 구현했다.


4D 낸드는 지난해 10월 SK하이닉스가 세계 최초로 개발한 CTF(Charge Trap Flash)와 PUC(Peri Under Cell)를 결합했다. 즉, 아파트 옥외주차장을 지하주차장으로 구조 변경해 공간효율을 극대화한 것에 비유할 수 있다.


낸드 기술은 갈수록 복잡해지고 개발 난이도도 높아지고 있으며 생산 공정수도 증가하고 있다. 이번에 개발한 128단 1Tb 4D 낸드는 웨이퍼당 비트 생산성이 기존 96단 4D 낸드 대비 40% 향상됐다. 또한 같은 제품에 PUC를 적용하지 않은 경우와 비교해도 비트 생산성이 15% 이상 높다. SK하이닉스는 동일한 4D 플랫폼을 활용해 제품을 개발했고 공정 최적화를 통해 96단 대비 셀 32단을 추가 적층하면서도 전체 공정수를 5% 줄였다. 이를 통해 128단 낸드로의 전환 투자비용을 이전 세대에 비해 60% 절감할 수 있었다.


SK하이닉스는 이번에 양산을 시작한 128단 4D 낸드플래시를 하반기부터 판매하고 다양한 솔루션 제품도 연이어 출시할 계획이다.


내년 상반기에는 차세대 UFS 3.1 제품을 개발해 5G 스마트폰 플래그십 모델에 공급할 예정이다. 현재 스마트폰 업계 최대 용량인 1TB(테라바이트) 제품을 512Gb 낸드로 구현할 때 보다 낸드 개수가 반으로 줄어들어 소비전력은 20% 낮아지고, 패키지 두께도 1mm로 얇아진 모바일 솔루션을 고객들에게 제공할 수 있게 된다. 128단 1Tb 4D 낸드 16개를 하나의 반도체 패키지로 구성하면 업계 최고인 2TB 저장용량을 갖는 5G 스마트폰도 구현할 수 있다. 고성능 저전력 모바일 솔루션 및 기업용 SSD도 구현도 준비중이다.


SK하이닉스 GSM담당 오종훈 부사장은 “128단 4D 낸드로 SK하이닉스는 낸드 사업의 근원적 경쟁력을 확보하게 됐다”면서 “업계 최고 적층, 최고 용량을 구현한 이 제품으로 고객들이 원하는 다양한 솔루션을 적기에 제공할 것”이라고 말했다.



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