▲ FMS 2024 SK하이닉스 부스 전경

SK하이닉스가 6일부터 8일까지(미국시간) 3일간 캘리포니아주 산타클라라(Santa Clara)에서 진행된 FMS(Future of Memory and Storage) 2024에 참가해 첨단 낸드플래시(NAND Flash, 이하 낸드) 솔루션과 D램(DRAM) 메모리를 총망라해 소개했다.

FMS는 Flash Memory Summit(플래시 메모리 서밋)이란 이름으로 지난 18년간 이어져 온 낸드 전문 포럼이다. 올해부터 주최 측은 Future Memory and Storage(미래 메모리 및 저장장치)로 행사명을 새로 정의하고, 포럼 범위를 D램을 포함한 메모리와 스토리지 전 영역으로 확장했다.

SK하이닉스는 ‘MEMORY, THE POWER OF AI’란 슬로건을 내걸고, 낸드와 D램을 아우르는 제품과 솔루션을 대거 공개했다. 특히 회사는 기조연설, 발표 세션과 전시를 연계한 구성으로 눈길을 끌었다. 또한, 고객사 시스템에 주력 제품을 적용한 협업 사례를 공개하며, 글로벌 파트너사와의 공고한 파트너십도 강조했다.

AI 시대를 위한 낸드·D램 총망라… 꽉 찬 구성으로 독보적인 전시 경험 선사해

이번 행사에서 SK하이닉스는 낸드 솔루션과 D램 메모리를 통해 AI 시대의 페인 포인트(Pain Point)를 해결하고 지속적인 AI 발전을 도모한다는 내용으로 전시관을 꾸렸다. ▲AI Memory & Storage ▲NAND Tech, Mobile & Automotive ▲AI PC & CMS 2.0 ▲OCS, Niagara & CXLxSSD 4개 섹션으로 부스를 구성하고 39종 이상의 제품을 선보였다.

▲ AI Memory & Storage 섹션에 전시된 낸드 솔루션과 D램 제품

AI Memory & Storage 섹션에서는 PCIe* Gen5 인터페이스를 지원하는 ‘PS1010 E3.S(이하 PS1010)’를 2U 서버 시스템과 함께 선보였다. PS1010은 초고성능 기업용 SSD(Enterprise SSD, eSSD)로, 176단 4D 낸드를 다수 결합한 패키지 제품이다. PE8110 PCIe Gen4 대비, 읽기/쓰기 속도가 최대 150% 이상 향상됐고, 100% 이상 개선된 전성비를 갖췄다. 이 제품은 서버 운영에 최적화돼 머신러닝 성능 향상은 물론 운영비 및 탄소 배출량 감소에도 도움을 줄 것으로 기대를 모은다.

이 섹션에서 회사는 동일 인터페이스에 238단 4D 낸드를 적용하여 폼팩터를 확장한 라인업 ‘PEB110 E1.S’와 솔리다임의 ‘QLC* 고용량(60TB) eSSD’도 주력 낸드 제품으로 내세웠다.

* PCIe(Peripheral Component Interconnect Express): 디지털 기기의 메인보드에서 사용되는 직렬 구조의 고속 입출력 인터페이스
* QLC(Quadruple Level Cell): 낸드플래시는 데이터 저장 방식에 따라 ▲셀 하나에 1비트를 저장하는 SLC(Single Level Cell) ▲2비트를 저장하는 MLC(Multi Level Cell) ▲3비트를 저장하는 TLC(Triple Level Cell) ▲4비트를 저장하는 QLC로 구분됨. 동일한 셀을 가진 SLC 대비 QLC는 4배 더 많은 데이터를 저장할 수 있어 고용량을 구현하기 용이하고, 생산원가 효율성도 높음

▲ AI Memory & Storage 섹션에 전시된 D램 제품

D램으로는 AI 최적화 8U 서버인 HGX부터 최신 GPU까지 다양한 고객사의 시스템을 전시하고, 인증된 자사의 DDR5 DIMM과 HBM3E를 소개했다. 아울러 초당 최대 1.2TB(테라바이트) 데이터를 처리하는 현존 최고 성능의 AI 메모리 ‘HBM3E 12단’부터 저장과 연산을 동시에 수행하는 ‘GDDR6-AiM’*, 초당 9.6Gb(기가비트) 동작 속도를 내는 모바일 D램 ‘LPDDR5T’, 고성능 서버용 모듈 ‘MCRDIMM’*, DDR5와 장착해 기존 시스템 대비 최대 50%의 대역폭, 최대 100%의 용량 확장 효과를 내는 ‘CMM(CXL*® Memory Module)-DDR5’ 등을 한데 모아 섹션을 장식했다.

* AiM(Accelerator-in-Memory): SK하이닉스의 PIM* 반도체 제품명, GDDR6-AiM이 이에 포함됨
* PIM(Processing-In-Memory): 메모리 반도체에 연산 기능을 더해 인공지능(AI)과 빅데이터 처리 분야에서 데이터 이동 정체 문제를 풀 수 있는 차세대 기술
* MCRDIMM(Multiplexer Combined Ranks Dual In-line Memory Module): 여러 개의 D램이 기판에 결합된 모듈 제품으로, 모듈의 기본 정보처리 동작 단위인 랭크(Rank) 2개가 동시 작동되어 속도가 향상된 제품
* CXL(Compute Express Link): 고성능 컴퓨팅 시스템을 효율적으로 구축하기 위한 PCIe 기반 차세대 인터커넥트 프로토콜. 기존 D램 제품과 함께 서버 시스템의 메모리 대역폭을 늘려 성능을 향상하고, 쉽게 메모리 용량을 확대할 수 있는 차세대 메모리 솔루션

▲ NAND Tech, Mobile & Automotive 섹션에 전시된 321단 웨이퍼와 4D 낸드(앞장), ZUFS 4.0(가운데)과 Automotive용 메모리 제품(뒷장)

NAND Tech, Mobile & Automotive 섹션에서는 세계 최고층 ‘321단 웨이퍼’와 ‘321단 TLC 및 QLC 4D 낸드 패키지’ 샘플을 전시했고, 모바일향 ‘UFS 4.1’과 ‘ZUFS’* 4.0 샘플 또한 공식적으로 처음 선보였다[관련기사]. 업계 최고 성능의 ZUFS 4.0은 스마트폰 등 모바일 기기에서 온디바이스 AI를 구현하는 데 최적화된 메모리로 평가받고 있다.

* ZUFS(Zoned Universal Flash Storage): 디지털카메라, 휴대전화 등 전자제품에 사용되는 플래시 메모리 제품인 UFS의 데이터 관리 효율이 향상된 제품. 이 제품은 유사한 특성의 데이터를 동일한 구역(Zone)에 저장하고 관리해 운용 시스템과 저장 장치 간의 데이터 전송을 최적화함

▲ AI PC & CMS 2.0 섹션에 전시된 PCB01(앞장)과 CMS 2.0(뒷장)

AI PC & CMS 2.0 섹션에서는 PCIe Gen5 소비자용 SSD(Client SSD, cSSD)인 ‘PCB01’을 공개했다[관련기사]. 이 제품은 초당 14GB의 연속 읽기, 초당 12GB의 연속 쓰기 속도를 자랑하며, 이전 세대 대비 30% 개선된 전력 효율을 보여준다. 압도적인 성능을 갖춘 PCB01은 온디바이스 AI PC에 장착돼 대규모 AI 연산 작업을 효율적으로 해낼 것으로 기대를 모으고 있다.

이 섹션에서 SK하이닉스는 CXL 메모리에 연산 기능을 더한 차세대 메모리 솔루션 ‘CMS(Computational Memory Solution) 2.0’도 전시했다[관련기사]. 특히 CPU와 동등한 데이터 처리 성능을 보여준 실증·평가를 공개하며 관람객의 눈길을 사로잡았다.

▲ OCS, Niagara & CMMxSSD 섹션에 전시된 낸드 솔루션

OCS, Niagara & CMMxSSD 섹션에서는 미국 로스앨러모스 국립 연구소(Los Alamos National Laboratory, LANL)와 공동 개발한 ‘객체 기반 컴퓨팅 스토리지(Object Based Computational Storage, OCS)’를 소개했다. OCS는 컴퓨팅 노드의 도움 없이 스토리지 자체적으로 데이터 분석을 수행해 결과 값만 서버에 전송하는 솔루션이다. 이를 활용하면 방대한 양의 데이터를 이동시켜 분석하는 기존 시스템 대비 데이터 분석 성능을 크게 향상할 수 있다.

이외에도 회사는 여러 호스트(CPU, GPU 등)가 용량을 나눠 쓰도록 설계한 CXL 풀드 메모리(Pooled Memory) 솔루션 ‘나이아가라(Niagara) 2.0’을 공개했다. 이 솔루션은 유휴 메모리를 없애고 전력 소모를 줄여, 향후 AI 및 HPC(고성능 컴퓨팅) 시스템에 쓰일 것으로 전망되는 호스트들의 성능을 향상시켜 줄 것으로 기대된다.

이와 함께 CMM-DDR5를 지원하는 소프트웨어로, 자체 개발한 ‘HMSDK’도 소개했다. 시스템 대역폭과 용량을 확장해 주는 이 솔루션은 일반 D램 모듈과 CMM-DDR5 간의 효율적인 인터리빙을 통해 대역폭을 넓히고, 데이터 사용 빈도에 따라 적합한 메모리 장치로 데이터를 재배치해 시스템 성능을 개선해 준다. 최근에는 리눅스 커널을 포함한 여러 오픈소스 프로젝트에 성공적으로 반영돼, 전 세계 데이터 센터에서 CMM-DDR5가 효율적으로 사용될 수 있는 기반을 만들었다고 회사는 강조했다.

SK하이닉스는 이 섹션에서 선보인 OCS, 나이아가라 2.0의 성능 실증을 발표 세션에서 공개하고, CXL AI Memory & Storage 섹션에서 소개한 제품을 기조연설과 연계하여 설명하는 등 보다 입체적인 전시 경험을 제공하며 많은 호응을 이끌었다.

기조연설·발표 주도한 SK하이닉스… AI 메모리 리더로서 인사이트 제공해

SK하이닉스는 이번 행사에서 주요 연사로 참여하며 AI 메모리 리더로서의 면모를 보여주기도 했다.

▲ FMS 2024에 참석해 기조연설을 진행한 SK하이닉스 권언오 부사장(앞장)과 김천성 부사장(뒷장)

첫날 기조연설에는 권언오 부사장(HBM PI 담당)과 김천성 부사장(WW SSD PMO)이 무대에 올랐다. 두 임원은 ‘AI 시대, 메모리와 스토리지 솔루션 리더십과 비전(AI Memory & Storage Solution Leadership and Vision for AI Era)’을 주제로, 낸드와 D램 전 분야에서 두각을 드러내고 있는 SK하이닉스의 기술력과 비전을 공유했다.

이튿날까지 이어진 발표에도 구성원들이 주요 강연자로 참석해 반도체 공정 기술, OCS 개발 방향, 나이아가라 2.0의 특장점, HyperScale Data Center 메모리 기술 혁신을 발표했고, SOLAB 김호식 담당은 AI, HPC 및 인 메모리 데이터베이스 애플리케이션 대응하는 CXL 메모리에 대한 패널 토크에 참여했다.

특히 OCS, Niagara & CMMxSSD 섹션에서 전시한 솔루션들의 실증 발표가 많은 관심을 받았다. 관련해 정우석 팀장(Memory Systems Research)은 “고성능 컴퓨팅(HPC)의 데이터 분석 가속을 위한 객체 기반 컴퓨팅 스토리지(OCS) 표준화”를 주제로, OCS가 실제 빅데이터 응용에서 어떻게 데이터 분석 성능을 향상시킬 수 있는지에 관해 LANL과 공동 발표를 진행했다.

최정민 TL(Memory Systems Research)은 CXL을 활용해 분리된 메모리 자원을 여러 호스트가 효율적으로 공유할 수 있는 솔루션인 나이아가라 2.0에 대해 발표했다. 그는 이 솔루션을 통해 현재 데이터센터가 직면한 문제를 해결하고, 동시에 시스템의 성능까지 개선할 수 있다고 설명했다.

▲ FMS 슈퍼우먼 컨퍼런스에 참석해 기조연설을 펼친 오해순 부사장

한편, 회사는 ‘FMS 슈퍼우먼 컨퍼런스’에 공동 후원자로 나서며 ESG 활동에도 힘썼다. 이 컨퍼런스는 여성 기술 리더의 공적을 치하하고, 다양성을 지원하고자 마련한 프로그램이다. 회사가 처음 후원하는 이 프로그램에는 오해순 부사장(Advance PI 담당)이 참석해 기조연설을 펼쳤다. 오 부사장은 ‘SK하이닉스의 미래 기술 혁신과 다양성(Diversity)에 대한 이해’를 주제로 해, 여성 기술 리더들에게 응원의 메시지를 던졌다.

이번 행사를 통해 회사는 자사의 제품을 폭넓게 전시하고, 메모리 및 스토리지 기술 역량을 효과적으로 알린 것으로 평가하고 있다.

앞으로도 SK하이닉스는 AI 시대가 요구하는 스펙에 발맞추어 지속적인 기술 개발을 펼치고, 낸드와 D램을 아우르는 독보적인 AI 메모리 리더로서 입지를 굳건히 하겠다는 계획이다.

▲ FMS 전시장 내 SK하이닉스 부스 모습

8월 8일부터 10일(이하 현지시간)까지 사흘간 열린 이번 행사에 회사는 “기술로 하나가 되다(United Through Technology)”라는 슬로건과 함께 혁신적인 메모리 솔루션을 공개했다.

멀티모달 AI 시대의 핵심, 업계 최고의 4D 낸드 솔루션

▲ FMS 2023에서 기조연설하는 SK하이닉스 최정달 부사장(NAND개발 담당)

▲ FMS 2023에서 기조연설하는 SK하이닉스 안현 부사장(솔루션개발 담당)

행사 첫날인 8일, 최정달 부사장(NAND개발담당)과 안현 부사장(솔루션개발담당)은 “멀티모달 AI(Multimodal AI)* 시대를 구현하는 업계 최고의 4D 낸드 기술 및 솔루션”이라는 주제로 기조연설을 진행했다.

최정달 부사장은 이번 기조연설에서 “당사는 4D 낸드 5세대 321단 제품을 개발해 낸드 기술 리더십을 공고히 할 계획”이라며 “AI 시대가 요구하는 고성능, 고용량 낸드를 시장에 주도적으로 선보이며 혁신을 이끌어가겠다”고 말했다.

안현 부사장은 이를 기반으로 개발한 데이터센터 및 PC용 초고성능 UFS 4.0 및 PCIe 5세대(Gen5) SSD 제품을 소개했다. 멀티모달 AI가 다양한 플랫폼에서 방대한 데이터를 분석하고 계산하기 위해서는 SSD 제품이 필수적인 스토리지(Storage) 솔루션이 될 것으로 전망하며 지속적인 발전의 필요성을 강조했다.

이를 위해 진일보한 회사의 자체 솔루션 개발 기술력을 바탕으로 SK하이닉스는 UFS 5.0 및 PCIe 6세대 SSD 등을 개발하여 업계 기술 트렌드를 선도하겠다고 밝혔다.

한계를 뛰어넘다: 선도적인 세계 최고 4D 낸드 기술력과 SSD 솔루션 공개

▲ SK하이닉스 4D 낸드 솔루션 제품 전시 모습

SK하이닉스는 4D 낸드 기술의 성능과 신뢰성을 기반으로 신제품 개발을 이어가고 있다. 2018년 CTF* 기반의 업계 최초 96단 4D 낸드 개발에 이어, 4년 뒤 238단 4D 낸드를 개발하며 혁신의 발판을 마련했다.

이번 전시에서는 321단 1Tb(테라비트) TLC*(Triple Level Cell) 4D 낸드 개발 경과를 발표하고 개발 단계의 샘플을 공개했다. 현재까지 300단 이상 낸드의 개발 경과를 공개한 것은 SK하이닉스가 처음이며, 이전 세대인 238단 512Gb(기가비트) 대비 생산성이 59% 높아졌다. 데이터를 저장하는 셀을 더 높은 단수로 적층, 한 개의 칩으로 더 큰 용량을 구현할 수 있어 웨이퍼 한 장에서 생산할 수 있는 전체 용량이 늘었기 때문이다.

SK하이닉스는 전시 부스를 통해, 321단 낸드 개발 샘플 외에도 다양한 제품을 선보였다. 이 중 V7 낸드를 활용한 PCle* 5세대 eSSD(enterprise SSD, 기업용 SSD)인 PS1030이 관람객들의 눈길을 끌었다. 시연을 위해 슈퍼마이크로 서버에 적용된 PS1030의 순차 읽기(Sequential Read) 속도는 14,800MB/s로 업계에서 가장 빠른 속도를 구현했다. 또한, 고성능 eSSD로서 3,300kIOPS*의 랜덤 읽기(Random Read) 성능도 보여주었다.

이외에도 V8 낸드 기반 cSSD(client SSD, 일반 고객용 SSD) 중 첫 번째 제품인 PCIe 4세대 PC811과 고사양의 Platinum P41, 높은 전력 효율을 보여준 Gold P31, SK하이닉스 최초의 일반 소비자용 포터블(Portable) SSD인 비틀(Beetle) X31 등 다양한 SSD를 선보였다.

KV-CSD를 활용한 HPC의 강력한 성능

▲ SK하이닉스 정우석 PL(메모리시스템솔루션)이 KV-CSD의 성능 발표하는 모습과 전시된 시연 제품

SK하이닉스는 지난해 FMS에 이어 올해도 주문형 키값 저장소 전산 저장장치(Key Value Store Computational Storage Device, KV-CSD)의 시연을 진행했다. KV-CSD는 회사와 미국 로스앨러모스국립연구소(Los Alamos National Laboratory, LANL)가 공동 개발한 제품으로, 고성능 컴퓨팅(HPC)의 읽기 및 쓰기 성능을 향상시키는 차세대 지능형 스토리지 제품이다.

관련하여 정우석 PL(메모리시스템솔루션)은 10일 열린 세션에 참석하여 KV-CSD의 성능에 대해 발표했다. “HPC 시스템에서 쿼리를 가속하는 KV-CSD 아키텍처(Architecture of a Query Accelerating KV-CSD in a HPC System)”을 주제로 KV-CSD가 소프트웨어 키 값 저장장치의 한계를 어떻게 극복하는지 공개했다.

고성능 모바일 및 오토모티브 솔루션

▲ SK하이닉스 모바일 및 오토모티브 기술 제품 전시 모습

SK하이닉스는 ‘모바일 및 오토모티브 기술’도 공개했다. 이번에 전시된 V7 512Gb(기가비트) 범용 플래시 스토리지(UFS) 제품군에는 UFS* 2.2, UFS 3.1 및 UFS 4.0 기반 제품도 포함됐다. 향상된 대역폭 속도와 전력 효율을 제공하는 최신 사양 제품이다. 또한, 모바일 D램 LPDDR과 UFS를 결합한 uMCP(Universal Multichip Package)* 제품도 선보였다.

오토모티브 솔루션 부스에서는 모바일 D램 LPDDR5X와 HBM2E가 ADAS*(첨단 운전자 보조 시스템)의 필수 구성 요소로 전시되었다. 특히 SK하이닉스는 모빌리티 산업을 위해 HBM 제품군을 개발한 ‘유일한’ 회사로 HBM2E는 이러한 강점을 여실히 보여주었다.

ADAS 관련 기술 외에도 차량 내 연결을 지원하는 eMMC 5.1 내장형 멀티미디어 카드, 차량 내 인포테인먼트 및 스토리지에 적용되는 UFS 3.1 기반 SSD 제품 등 다양한 모빌리티 솔루션을 선보였다.

미래를 향한 멈추지 않는 혁신

FMS 2023에서 보여준 성과가 증명하듯, SK하이닉스는 미래를 위해 끊임없이 도전하고 있다. 업계를 선도하는 다양한 메모리 솔루션을 제공하고 있는 현재에 안주하지 않고 멈추지 않는 혁신으로 고성능 메모리 제품군의 선도적 기술 입지를 공고히 할 것이다.

SK하이닉스 NAND개발 최정달 담당이 FMS 2022(Flash Memory Summit 2022) 참석 후 소회를 밝혔다. FMS 2022는 SK하이닉스가 메모리 반도체 기술을 선도하는 회사로서의 위상을 다시 한번 확인한 자리였다. 아울러 D램 · 낸드 양 날개를 주축으로 미래 ICT 기술의 근간이 되는 첨단 반도체 기술 경쟁력도 여실히 보여줬다는 평가다.

FMS 2022에서 기술력을 증명한 SK하이닉스는 이번 성과를 통해 향후 ICT 기술 발전을 이끌 것이라는 포부를 내비쳤다. 글로벌 일류 기술 기업으로의 도약과 1등 마인드를 앞세운 개발 인력들의 끊임없는 노력을 통해 현재 4D 낸드 기술이 업계 표준처럼 인식되게 한 것에 이어, 향후에도 4D 낸드 기술의 차세대 표준을 주도할 수 있도록 기술 혁신에 박차를 가한다는 계획이다.

뉴스룸은 FMS 디브리핑(Debriefing) 자리를 마련하고 최정달 담당(NAND개발), 김점수 담당(238단 개발), 심재성 담당(NAND QLC), 정우표 담당(NAND설계), 노금환 담당(NAND PE C&R)을 만났다. 다섯 명의 임원들을 통해 ‘SK하이닉스의 근거 있는 자신감, 글로벌 혁신 낸드 기술력’에 대해 들어봤다.

Debriefing#1 “4D 낸드 핵심 경쟁력, 전 세계에 알려”

최정달 담당에 따르면 SK하이닉스는 FMS 2022 키 플레이어로 참석, ‘238단 512Gb(기가비트) TLC* 4D 낸드(이하 238단 낸드)’를 비롯해 다양한 제품과 신기술을 선보였다. 특히 SK하이닉스는 수직 적층의 한계를 극복한 4D^2.0 기술로 더욱 많은 관심을 받았다.

* 낸드 플래시는 한 개의 셀(Cell)에 몇 개의 정보(비트 단위)를 저장하느냐에 따라 SLC(Single Level Cell, 1개)-MLC(Multi Level Cell, 2개)-TLC(Triple Level Cell, 3개)-QLC(Quadruple Level Cell, 4개)-PLC(Penta Level Cell, 5개) 등으로 규격이 나뉨. 정보 저장량이 늘어날수록 같은 면적에 더 많은 데이터를 저장할 수 있음.

이번 행사를 진두지휘한 최 담당은 “차별화된 낸드 기술로 SK하이닉스의 위상을 드높인 자리”라고 총평했다. 또한, “SK하이닉스의 기술 방향성과 ‘4D 낸드 핵심 경쟁력’을 전 세계에 알린 소중한 기회”였다며 참석 의미와 성과를 밝혔다.

▲ 최정달 NAND개발 담당이 산하 조직 임원들과 함께 4D 낸드 핵심 경쟁력에 관해 이야기하고 있다.

▲ 최정달 NAND개발 담당

Q. 4D 낸드 핵심 경쟁력은 무엇인지 궁금하다.

최정달 담당 낸드 핵심 경쟁력은 일정, 원가, 품질, 성능 면에서 업계 최고 수준을 보유하고, 차별화된 고유의 기술로 경쟁 우위의 제품을 구현하는 데 있다. 당사는 2018년 96단에서 업계 최초로 당사 고유의 4D 낸드 제품화에 성공해 업계 최고의 기술 수준을 달성했다. 또한 96단 낸드부터 쌓은 노하우를 바탕으로 업계 최초 128단 · 176단 · 238단 낸드를 개발해 경쟁 우위를 점하고 있다.

이런 결과를 이끈 4D 낸드의 핵심 기술은 크게 세 가지로 대표된다.

1) Sideway Source는 전자의 이동 통로인 Source를 수평으로 연결하는 기술이다. 이를 통해 수직 구조인 셀 적층과 Source간 정렬에 덜 구애받게 되고, 결과적으로 수율을 확보하기가 용이해진다.

2) All PUC(Peri. Under Cell)는 구동회로(Peri.) 전체를 셀 하부로 넣는 기술이다. 이를 통해 기존보다 칩 사이즈를 더 줄일 수 있고, 생산 효율을 극대화하는 효과를 얻을 수 있다.

3) Advanced CTF는 전하를 플로팅게이트(Floating Gate, 도체)가 아닌 CTF(Charge Trap Flash, 부도체)에 저장하는 기술이다. 플로팅게이트 저장 방식 대비 단위당 셀 면적을 줄이고 읽기 · 쓰기 성능을 향상할 수 있다.

Q. 참관객 반응도 궁금하다. 가장 많은 관심을 받은 제품 · 기술은 무엇인가?

최정달 담당 세계 최고층 · 최소 면적 238단 낸드에 높은 관심을 보였다. QLC와 더불어 플로팅게이트 기반의 PLC와 CXL(Compute Express Link)* 성능을 극대화할 수 있는 소프트웨어 솔루션에 대한 질문도 많았다. 고객 평가 1등 품질과 초고층 낸드 기반의 SSD 제품을 소개할 때도 많은 이목이 집중됐다. 아울러 당사는 셀 적층 한계를 극복하면서도 고용량 · 고성능을 구현하는 차세대 4D 낸드를 4D^2.0 기술로 정의해 기술 혁신의 방향성을 제시하고 낸드 분야를 선도하는 모습을 보여줬다. SK하이닉스 기술과 제품이 주목받고 있다는 것을 몸소 느낄 수 있었다.

* CXL: 고성능 컴퓨팅 시스템을 효율적으로 활용하기 위한 차세대 인터페이스. 대역폭(Bandwidth)과 용량을 경제적으로 늘릴 수 있는 메모리 솔루션으로 SK하이닉스는 최근 DDR5 DRAM 기반 96GB CXL 메모리 샘플을 개발함.

최정달 담당 이러한 진보적이고 혁신적인 기술은 비즈니스 파트너와의 긴밀한 협업과 고객 만족을 이룰 때 달성할 수 있다. 무엇보다 중요한 것은 하이지니어(SK하이닉스 구성원)의 VWBE*한 주도성, 그리고 패기 있는 도전 정신에 기반한다고 본다. 지금까지 당사가 독자적인 기술을 개발하고, 빠르게 성장할 수 있었던 것은 모두 하이지니어의 집념과 열정으로 이뤄낸 결과다. 앞으로도 이에 만족하지 않고 지속적인 성장을 함께 이뤄나가겠다.

* VWBE: 자발적(Voluntarily)이고 의욕적(Willingly)인 두뇌활용(Brain Engagement)을 의미하는 것으로, SKMS(SK Management System, SK경영체계)에서 강조하는 구성원에게 필요한 덕목 중 하나

Debriefing#2 “238단 TLC 4D 낸드 깜짝 공개, 기술 우위 빛나”

최 담당의 언급대로 행사에서는 238단 낸드에 많은 눈길이 쏠렸다. 개발을 이끈 김점수 238단 개발 담당은 “칩 사이즈 30% 이상 감소, All PUC 구조 등 고난도 기술이 적용된 만큼 관심이 남달랐다”고 언급했다.

또, 김 담당은 셀 기록 속도(tPROG, the Programing Time), 입출력 속도(I/O Speed), 읽기 전력 효율, 비트 그로스(Bit Growth) 등에서 기술 우위에 있는 제품이라고 강조했다.

Q. 238단 낸드의 특장점을 조금 더 상세히 설명해 달라.

김점수 담당 SSD 성능에서 가장 중요한 부분은 셀 기록 속도와 입출력 속도다. 이 제품의 셀 기록 속도는 이전 세대 대비 10% 향상됐고, 입출력 속도는 초당 2.4Gb로 50% 향상됐다. 읽기 전력 효율도 20% 개선됐다. 고객이 저전력 제품으로 눈길을 돌리는 상황에서 시장 수요에 대응하는 제품으로 볼 수 있다.

비트 그로스(Bit Growth)*도 우수하다. SK하이닉스는 칩 사이즈를 획기적으로 줄이면서 34% 비트 그로스를 기대할 수 있게 됐다.

* 비트 그로스: 비트(bit) 단위로 환산한 생산량 증가율. 예를 들어, 지난해 1Gb(기가비트) 반도체를 1개 생산했고 올해 4Gb 반도체를 1개 생산했다면 3Gb만큼 증가했으므로 연간 비트 그로스는 전년 1Gb 기준 대비 3배인 300%가 됨

Debriefing#3 “QLC · PLC 개발도 순항… 미래 낸드 시장 정조준”

SK하이닉스는 176단 QLC, 모바일향 238단 QLC, 플로팅게이트를 활용한 192단 QLC 등도 대거 공개하며 FMS를 뜨겁게 달궜다. 특히 176단 1Tb(테라비트) QLC는 96단 1Tb QLC 대비 입출력 속도(1.6Gbps)는 2배 증가했고, 읽기 · 쓰기 성능은 각각 42%, 18% 향상된 점이 돋보였다.  심재성 NAND QLC 담당은 “QLC 영역에서도 세계 최고 기록이 빛났다”며 행사에서 공개된 주요 제품에 관해 설명했다.

▲ 심재성 NAND QLC 담당이 176단 1Tb QLC를 비롯해 FMS에서 공개한 주요 제품에 관해 설명하고 있다.

Q. 모바일향 238단 QLC, 192단 QLC 개발 현황은?

심재성 담당 QLC는 모바일을 중심으로 본격화할 전망이다. 이에 SK하이닉스는 모바일향 238단 QLC 낸드를 개발 중이다. TLC · QLC 등 멀티 비트(Multi-bit) 저장(Retention) 특성이 우수한 플로팅게이트 기술을 활용하여 cSSD(client SSD, 고객용 SSD) · eSSD(enterprise SSD, 기업용 SSD)향 192단 QLC도 개발하고 있다. QLC 대비 셀당 비트 집적도가 25% 증가한 PLC 역시 준비하고 있다.

Q. 적층수 및 비트 집적도를 높이기 위해 어떤 노력을 하고 있는지?

심재성 담당 SK하이닉스는 4D 낸드 기술을 선제적으로 개발하고, 멀티 로우(Multi-Row)* 기술을 적용하는 동시에 QLC · PLC 등 멀티 비트로 기술 방향을 빠르게 전환했다. 그 결과 셀 적층수와 비트 집적도를 업계 최고 수준으로 달성했다. 이는 품질 유지 공정과 더불어 설계 · 테스트 기술이 뒷받침되었기에 가능했다.

* 멀티 로우(Multi-row): 셀 적층 구조 여러 개를 연속적으로 배치하는 기술. 아파트 단지에 여러 동의 건물을 배치하는 것과 같은 개념

Debriefing#4 “4D^2.0 기술 공개… 차세대 기술 표준 기대해”

심 담당의 설명에서 짐작할 수 있듯 SK하이닉스는 한계를 돌파하는 차세대 기술을 지속해서 개발 중이다. 같은 맥락에서 탄생한 것이 4D^2.0이다.

4D^1.0은 낸드 구동회로(Peri.)를 셀 영역 밑으로 넣어 칩 사이즈를 줄이는 기술을 말한다. 동일한 면적에 고용량을 구현할 수 있는 장점이 있지만, 칩 사이즈를 줄이는 만큼 셀 적층수를 올려야 하기 때문에 기술이 언젠가 한계에 다다를 수 있다. SK하이닉스는 셀 집적도를 수평적으로 증가시키는 데서 답을 찾았다. 이러한 개념을 반영한 기술이 바로 4D^2.0이다. 정우표 NAND설계 담당에 따르면 차세대 표준으로 기대되는 기술이다.

▲ 정우표 NAND설계 담당이 수평적 집적도 증가를 통해 적층 한계를 극복하는 4D^2.0 기술에 관해 설명 중이다.

Q. 4D^2.0의 핵심 기술이 궁금하다.

정우표 담당 기존 셀을 미세 공정을 통해 2개의 작은 셀(Small Size Cell)로 나누어 데이터를 저장하는 MSC(Multi Site Cell)가 핵심이다. 셀 집적도를 높이면서 적층수를 줄이는 효과가 있다. 예컨대 하나의 셀에 6bit의 데이터를 저장한다고 가정하자. 이는 0과 1이라는 2개의 신호를 2⁶=64개의 서로 다른 State(전압 상태)로 조합해야 구현할 수 있다. 하지만 제한된 전압 구간에 64개의 State를 만들기는 매우 어렵다.

이를 극복하기 위해 셀 2개를 조합한 MSC 기술을 활용하면, 셀당 3bit 즉 2³=8개의 State를 만드는 것으로 8×8=64개의 State 구현이 가능하다.

결과적으로 3bit의 MSC를 통해 단일 셀로는 구현하기 어려운 6bit 셀과 동일한 용량을 확보하게 되는 셈이다.

Q. 4D^2.0이 만들 낸드 시장의 미래가 궁금하다

정우표 담당 수직 적층 및 사이즈 축소가 반복되면 셀 품질은 떨어질 수밖에 없다. 때문에 미래에는 적층 기술만으로는 데이터 용량을 증가시키기 어려워질 것이다. 수평적으로 집적도를 높이는 MSC를 핵심으로 하는 4D^2.0은 이런 한계를 극복할 수 있다. 추후 업계 표준으로 자리 잡을 수 있을 것으로 기대된다.

Debriefing#5 “기술 난이도 향상… 품질 확보도 최우선”

낸드 기술이 고도화됨에 따라 품질 확보에도 어려움이 예상된다. SK하이닉스 역시 개발 과정에서 여러 난제에 맞닥뜨렸고, 품질 향상에 더 많은 공을 들일 수밖에 없었다. 이에 노금환 NAND PE C&R 담당은 품질평가 1위 성과를 강조하며 “앞으로도 SK하이닉스의 높은 품질은 유지될 것”이라고 언급했다.

최근 주요 모바일 · SSD 업체의 품질평가에서 SK하이닉스 128단 · 176단 제품이 1위를 기록했다. 노 담당은 4D 낸드 개발 플랫폼 및 양산 안정화가 주효했다고 분석한다. 불량 건수도 현저히 감소했다. 현재 SK하이닉스는 안정화된 프로세스에 기반해 신제품을 개발 중이며, 다양한 품질 향상 기술과 솔루션을 도입할 예정이다.

▲ 노금환 NAND PE C&R 담당이 낸드 품질 향상과 관련된 도전 과제를 밝히고 있다.

Q. 품질 관련 최대 현안과 앞으로의 도전 과제가 궁금하다.

노금환 담당 셀 적층수 증가와 더불어 셀 간 간격이 계속해서 좁아지고 있다. 때문에 셀 영역 내 불량이 증가할 우려가 높다. SK하이닉스는 이런 현안에 대응하고자 낸드의 DFM(Design For Manufacturing)*, Inline 관리 강화, AI 머신러닝(Machine Learning)을 활용한 원천 품질 고도화, 솔루션 알고리즘을 활용한 불량 제어 등 다양한 방안을 추진 중이다.

* DFM: 제조 상황을 고려해 설계하는 것. 신뢰성 높은 제품을 만들기 위한 설계 또는 생산성 설계도로 부른다.

이번 FMS 디브리핑에서는 SK하이닉스의 낸드 분야 최고 전문가인 임원 5인 인터뷰를 통해 회사 성장의 한 축을 담당하고 있는 낸드 기술 핵심 경쟁력과 더불어, 글로벌 일류 기술 기업으로서의 위상을 강화해나가는 낸드 혁신 기술과 미래 ICT 시장에 선제적으로 대응할 수 있는 전략 그리고 가능성을 엿볼 수 있었다.

SK하이닉스는 기술 방향성에 맞춰 제품을 고도화하는 한편, 내년 상반기 238단 낸드를 양산하고, 이를 응용한 모바일향 제품 및 cSSD와 eSSD를 차례로 출시한다는 계획이다. 고용량 수요에 대응하기 위해 238단 1Tb QLC 제품도 준비하고 있으며, QLC에서 PLC로 멀티 비트 저장 능력을 강화하는 것은 물론, 그간 주도해온 4D 기술을 고도화한 차세대 기술 4D^2.0 시대를 예고하며 미래 수요에 대응해 나가고 있다.

최정달 담당은 디브리핑을 마치며 “최근 10년 이상의 ICT 업계를 돌아보면 자기만의 고유한 기술을 가진 기업만이 글로벌 일류 기술 기업으로의 위상을 확보할 수 있었다”며 “4D^1.0 낸드 기술을 기반으로 성공적인 램프-업(Ramp-up, 수율 향상)을 통해 경쟁력을 유지하고, 우리만의 4D^2.0 낸드로 기술 혁신을 이뤄나가겠다”고 밝혔다.

SK하이닉스는 지난 8월 2일부터 4일까지 캘리포니아 산타클라라 컨벤션센터에서 열린 FMS 2022에 참가했다. 2019년 이후 처음 열린 오프라인 행사였다. 이 행사에서 SK하이닉스 경영진과 리더들은 기조연설 및 여러 세션들을 통해 신제품과 함께 개발하는 과정에서 마주했던 도전 과제에 대해 참석자들과 공유했다. 특히, 기조연설에는 SK하이닉스 최정달 부사장(NAND개발 담당)과 자회사 솔리다임(Solidigm)의 수석 부사장 겸 총괄 책임자인 산제이 S. 탈레자(Sanjay S. Talreja)가 참여했다.

▲ SK하이닉스는 FMS 2022에서 여러 혁신적인 제품을 선보였다.

세계 최고층 낸드로 더 빨리, 더 많은 데이터 전송

최 부사장은 8월 2일 프레젠테이션에서 세계 최고층 238단 512Gb TLC(Triple Level Cell) 4D 낸드를 공개했다. 이 제품은 2023년 상반기 양산을 목표로 한다. 특히 이 제품은 최고층이면서도 세계에서 가장 작은 크기의 제품으로 구현되어 생산성을 높일 뿐만 아니라, 데이터 전송 속도와 전력 효율성 측면에서도 세계 최고 수준의 성능을 갖춰 주목받고 있다.

또한, 탈레자(Talreja) 부사장은 메모리 셀당 5비트(bit)의 데이터 저장 기능을 갖춘 세계 최초의 PLC(Penta-Level Cell) SSD를 공개했다. 하나의 셀에 4비트를 저장하는 QLC(Quad-Level Cell) SSD와 비교했을 때, 동일한 설치 공간 내 데이터 저장량이 25%나 높다. 이를 통해 솔리다임은 AI, 머신러닝, 빅데이터 분석 등 첨단 데이터 산업 영역에서 경쟁력을 확보했다. 또한 이 기술은 5G 인프라 구축 및 현재 전체 데이터 센터의 85% 이상을 차지하고 있는 HDD(Hard Disk Drive)를 대체하는 데에도 기여할 것으로 보인다.

▲ SK하이닉스 최정달 부사장이 FMS 2022에서 기조연설을 진행하고 있다.

CXL 및 차세대 스토리지 메모리와 협업

SK하이닉스 강욱성 부사장(DRAM상품기획 담당), Storage SA팀 정우석 PL도 세미나를 통해 SK하이닉스의 다양한 성과를 소개했다. 먼저, 강 부사장은 후원 세션에서 SK하이닉스가 DDR5 DRAM 기반 CXL(Compute Express Link) 메모리 샘플을 최초로 개발했다는 소식을 발표했다. 이번 CXL의 핵심은 ‘확장성’으로 기존 메모리의 역할을 재정의 했는데, 이는 대역폭과 용량의 확장, 미디어 차별화, 컨트롤러 차별화 및 풀링(Pooling) 등 CXL 메모리의 특징 덕분에 가능했다. 또한 강 부사장은 CXL 메모리의 생태계 구축을 위해서는 업계의 협업이 중요하다고 강조했다.

▲ SK하이닉스 강욱성 부사장이 FMS 2022의 세션에서 CXL 메모리에 대해 발표하고 있다.

정우석 PL은 차세대 지능형 스토리지와 세계 최초 주문형 키 값 저장 계산 장치(KV-CSD)를 시연했다. 이 저장장치는 고성능 컴퓨팅을 위한 쓰기 및 읽기 기능을 향상 시키는 제품으로, 로스 앨러모스 국립연구소(Los Alamos National Laboratory, LANL)는 2년간의 파트너십을 통해 LANL의 슈퍼컴퓨터에서 성능 테스트를 수행하는 등 제품 개발에도 중요한 역할을 했다.

또한 SK하이닉스 낸드 기술 마케팅 이사 산토시 쿠마르(Santosh Kumar)는 8월 4일 “낸드 플래시가 세계에 미치는 영향(NAND Flash and its Impact on the World)”이라는 주제로 원탁 토론회에 참석했다. 여기에는 스탠포드 대학의 폴 사포(Paul Saffo)와 다른 낸드 기업의 경영진도 함께해 낸드 플래시가 지난 35년 동안 세계에 미친 영향과 적용 사례, 그리고 메모리 기술이 직면하게 될 과제에 대해 논의했다.

▲ FMS 2022의 원탁 토론회에서 낸드 플래시가 지난 35년 동안 세계에 미친 영향에 대한 이야기가 진행되고 있다.

최 부사장은 FMS 2022 행사를 성공적으로 마치고, 이 동력을 활용해 기술 장벽을 뛰어넘을 더 많은 제품을 개발하겠다는 의지를 드러냈다. 그는 “우리는 끊임없는 기술적 도전을 통해 돌파구를 찾기 위한 혁신을 계속 이어 나갈 것”이라고 말했다.

세계 플래시메모리 선두기업들이 다수 참여하는 글로벌 규모의 행사인 ‘FMS(Flash Memory Summit)’가 지난 9일부터 11일까지 3일간 열렸습니다. FMS는 매년 관련 업체 개발자와 관계자들이 모이는 자리라고 하는데요. 미래를 위한 새로운 신기술과 아이디어의 향연으로 뜨겁게 달궈졌던 2016 FMS의 현장을 한번 살펴볼까요?

플래시 메모리 각축전이 벌어졌던 FMS

‘FMS(Flash Memory Summit)’는 플래시메모리 관련 관계자들이 모여 개발 현황이나 최신 시장 트렌드에 대해 발표하고, 다양한 의견을 나누는 자리입니다. 이 뿐만 아니라 참여 기업의 제품 및 전략에 대해 전시 등도 함께 진행되는 업계 최대 규모의 행사입니다. 이번 행사는 지난 8월 9일부터 11일까지 3일 동안 미국 산타클라라 컨벤션 센터에서 열렸는데요. SK하이닉스 외 삼성, 도시바, 웨스턴디지털 등 주요 NAND Flash 업체가 참가해서 자리를 빛냈습니다.

SK하이닉스가 꿈꾸는 낸드플래시 시장의 미래

올해 FMS 행사에서 SK하이닉스는 ‘Partner of choice’라는 슬로건으로 다양한 NAND Flash 제품을 전시했습니다. 현재 가장 주목 받고 있는 3D NAND Flash 기술을 중심으로 소개를 했는데요. 업계 최초 3D 4세대 제품 웨이퍼부터 3D NAND Flash를 사용한 1TB SSD(Solid State Drive), UFS 2.1 제품, eMMC 5.1 제품 등 다양하게 선보이며 주목을 받았습니다. 이 외에도 오토모티브에 사용되는 제품들과 Hybrid DIMM인 NVDIMM 데모 시연 등을 공개하며 시선을 사로 잡았습니다. SK하이닉스는 이번 FMS를 통해 제품의 우수성을 강조하고 차별화된 제품군을 보여줌으로써 NAND Flash 제품에서도 주도권을 강화하겠다는 전략을 내보였습니다.

또한 SK하이닉스의 NAND 개발사업부문 진교원 전무는 이번 FMS에서 기조 연설에 나섰는데요. ‘SK하이닉스 NAND Flash의 현황과 앞으로 목표하는 방향’에 대해 발표했습니다. 기조 연설에서 그는 폭발적인 데이터 수요로 더 높은 수준의 정보 처리가 요구되는 데이터 시장에서의 NAND Flash의 중요성을 강조했는데요. 진교원 전무는 SK하이닉스의 3D NAND의 경쟁력을 얘기하면서 앞으로의 발전 방향 등에 대한 포부를 밝혔습니다. 마지막으로 SK하이닉스는 최적화된 솔루션을 제공할 수 있는 믿을 만한 파트너임을 강조하면서 연설을 마쳤습니다.

SK하이닉스는 DRAM에 비해서 NAND 시장에서는 후발 주자에 속하지만, 기술경쟁력을 강화하기 위해 열심히 노력 중인데요. 이번 FMS를 통해 다양한 제품들을 선보이며 기술력을 보여줬습니다. 특히 미국시장에서 브랜드 인지도를 더욱 높이고, 고객이 신뢰하고 선택할 수 있는 파트너가 되고자 적극적으로 홍보를 진행했다고 하네요. 앞으로 글로벌 시장에서 NAND Flash 제품으로 한 단계 더 SK하이닉스의 위상이 강화하기를 기대하겠습니다.