4D 낸드플래시의 모든것 - 4D 낸드의 구조 및 특징 간단하게!

4D 낸드플래시란 기존 3D 낸드 플래시에 비해 집적도와 저장 가능 용량 등이 훨씬 개선된 낸드플래시입니다. 이번 포스팅에서는 이러한 4D 낸드플래시의 구조를 간단히 알아보고 눈여겨 볼만한 특징들을 알아보겠습니다.

 

 

4D 낸드플래시의 구조 - 기존 낸드플래시와 다른 점 위주로

 

용어 정리

 

우선 구조를 설명드리기 앞서 용어를 간단하게 정리해보겠습니다.

 

• 셀 (Cell) : 데이터가 저장되는 곳
• 페리 (Peri) : 셀이 정삭적으로 작동되게 도와주는 회로
• CTF (Charge Trap Flash) : 셀 내부에 데이터가 저장되는 영역을 전기가 통하지 않는 부도체로 바꾸는 기술
• 칩 (chip) : 반도체들의 집합 (셀, 트랜지스터, 저항 콘덴서 등으로 구성)
• 웨이퍼 : 반도체의 기본 판으로 이 위에 '칩' 들이 구성됨

※ CTF 기술을 활용하면 셀의 데이터 저장능력이 늘어나고 , 셀을 위로 높게 쌓아 올릴 수 있습니다.

 

※ 단위 크기 : 칩 > 셀

 

4D 낸드플래시 구조

 

4D 낸드플래시는 기존 3D 낸드플래시와 달리 'PUC : Peri Under Cell' 이라는 기술이 적용되었습니다. 

 

'PUC' 기술은 '페리'를 셀 아래로 접어 넣어 공간효율성을 극대화하는 기술입니다. 

 

출처 : SK Hynix Newsroom (수정)

 

PUC 기술을 활용한 4D 낸드는 기존의 3D 낸드 구조일때 보다, 좌우로 차지하는 공간이 줄어들기 때문에 같은 공간 안에서 더 많은 Cell과 peri들이 집적될 수 있습니다.

 

이를 통해 Cell과 페리를 수직으로 더 높게 쌓을수도 있게 되고, 좌우로도 더 많이 집적할 수 있게 됩니다.

 

 

4D 낸드플래시의 특징

 

높은 집적도로 인한 데이터 저장 능력 향상

 

웨이퍼 위에 반도체들이 많이 들어가서 데이터 저장 효율이 증가할수록, 반도체의 집적도가 높아진다고 표현하는데, PUC 기술을 적용하면 같은 공간에 더 많은 셀들이 들어갈 수 있겠죠?

 

즉 4D 낸드플래시의 집적도가 향상되는 것입니다. 이는 반도체 효율 향상으로 이어집니다.

 

4D 낸드의 PUC 구조 ▶ 집적도 향상 ▶ 데이터 저장 능력 향상 ▶ 반도체 효율 향상

 

최근 SK하이닉스의 176단 4D 낸드플래시는 개별 칩이 1 Tbps (1 테라비트)의 대용량을 저장할 수 있다고 합니다.

 

176단은 앞선 그림의 구조가 수직으로 176층까지 집적된 메모리입니다.

 

※ 1 테라비트 = 1/8 테라바이트(TB)입니다. 우리가 아는 1TB SSD는 총 저장 가능용량이 1 테라바이트라는 것이고 176단 4D낸드는 개별 칩이 1 테라비트라는 것이니 다른 개념입니다. (저장 능력이 매우 높다고 생각하시면 됩니다.)

 

줄어든 칩 사이즈 

 

셀과 주변 회로들을 수직으로 쌓아 올릴 수 있으며, 좌우 공간도 아낄 수 있기 때문에, 4D 낸드플래시는 3D 낸드플래시에 비해 칩 사이즈가 약 30% 작다고 합니다. 

 

칩사이즈가 줄어들었기 때문에, 웨이퍼에 더 많은 칩이 들어갈 수 있게 됩니다.

 

읽기/쓰기 속도 향상

 

4D 낸드플래시는 단순 데이터 저장 효율을 넘어 데이터를 옮기거나 제거하는 속도도 매우 빠릅니다. 4D 낸드플래시로 제작된 SSD에 15GB 4K UHD 동영상을 약 20초 이내로 옮길 수 있다고 합니다.

 

※ 데이터 읽기 : 메모리 반도체에서 외부로 데이터를 옮길 때 / 데이터 쓰기 : 메모리 반도체로 데이터가 옮겨질 때