SK하이닉스, 세계 최초 321단 QLC 낸드 양산 개시...AI 수요 대응

SK하이닉스가 321단 2Tb(테라비트) QLC 낸드플래시 제품의 개발을 완료하고 양산에 돌입한다고 25일 밝혔다. 

낸드플래시는 전원이 꺼져도 데이터가 저장되는 비휘발성 메모리 반도체다. 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 나뉜다. 정보 저장 수치가 늘어날수록 같은 면적에 더 많은 데이터를 저장할 수 있는데, QLC는 셀 하나에 4개 정보를 담았다는 뜻이다.

SK하이닉스는 "세계 최초로 300단 이상 낸드를 QLC 방식으로 구현해 기술적 한계를 다시 한번 돌파했다"며, "현존하는 낸드 제품 중 최고의 집적도를 가진 이 제품으로 글로벌 고객사 인증을 거쳐 내년 상반기부터 AI 데이터센터 시장을 본격 공략하겠다"고 밝혔다. 

낸드플래시는 최대한 많은 데이터를 담으려고 셀을 수직을 쌓아올려 데이터 용량을 늘리는 적층 기술이 핵심 경쟁력이다. 삼성전자가 2013년 기존의 수평 메모리 셀을 수직으로 쌓아 올린 ‘버티컬 낸드플래시’를 개발하며 적층 경쟁이 시작됐다. 

SK하이닉스는 2023년 6월 업계 최고층인 238단을 쌓은 낸드플래시를 내놓아 기존 기록을 경신한 뒤 다시 321단 적층 기술로 새 기록을 썼다.

또 이 제품의 원가경쟁력 우위를 극대화하려고 용량을 기존 제품 대비 2배 늘린 2Tb로 개발했다. 

일반적으로 낸드는 용량이 커질수록 하나의 셀에 더 많은 정보를 저장하고, 메모리 관리가 복잡해져 데이터 처리 속도가 느려지는 문제가 발생한다. 

대용량화로 인한 성능 저하를 해결하기 위해 낸드 내부에서 독립적으로 동작할 수 있는 그룹의 단위인 플레인(Plane)을 4개에서 6개로 늘려 더 많은 병렬 작업이 가능하도록 했다. 플레인(Plane)은 하나의 칩 내부에서 독립적으로 동작할 수 있는 셀과 주변부 회로를 말한다. 

그 결과 데이터 전송 속도는 100% 빨라졌고, 쓰기 성능은 최대 56%, 읽기 성능은 18% 개선됐다. 데이터 쓰기 전력 효율도 23% 이상 증가해 저전력이 요구되는 AI 데이터센터 등의 분야에서도 경쟁력을 확보했다. 

SK하이닉스는 먼저 PC용 SSD에 321단 낸드를 적용한 뒤, 데이터센터용 eSSD와 스마트폰용 UFS(Universal Flash Storage) 제품으로 적용 영역을 확대해 나갈 전략이다. 

나아가 낸드 32개를 한 번에 적층하는 독자적인 패키지 기술을 바탕으로 기존 대비 2배 높은 집적도를 구현해 인공지능(AI) 서버용 초고용량 eSSD 시장을 본격 공략할 방침이다. 

정우표 SK하이닉스 부사장(NAND개발 담당)은 "이번 제품 양산 돌입으로 고용량 제품 포트폴리오를 대폭 강화하고 가격 경쟁력까지 확보하게 됐다"며, "폭발적으로 성장하는 AI 수요와 데이터센터 시장의 고성능 요구에 발맞춰 풀스택 AI 메모리 프로바이더(개발 전단계 AI 메모리 공급자)로서 더 큰 도약을 이뤄내겠다"고 말했다.