삼성 연구진, 초저전력 낸드플래시 기술 개발…'네이처'에 게재

기존 대비 최대 96% 전력소모 절감…세계 최초 규명

고용량·고집적 AI 시대, 차세대 낸드 기술 방향성 제시

논문에 참여한 삼성전자 SAIT 연구진ⓒ삼성전자

삼성전자가 기존 낸드플래시 대비 전력 소모를 최대 96% 절감할 수 있는 원천 기술 연구 개발에 성공했다.

삼성전자는 27일 자사 뉴스룸을 통해 SAIT(옛 삼성종합기술원)와 반도체연구소 소속 연구진 34명이 공동 저자로 참여한 '저전력 낸드플래시 메모리용 강유전체 트랜지스터'(Ferroelectric transistors for low-power NAND flash memory) 논문이 세계적 학술지 '네이처'에 게재됐다고 밝혔다.

이번 연구는 강유전체를 활용해 기존 대비 전력 소모를 최대 96% 절감할 수 있는 핵심 메커니즘을 세계 최초로 규명한 원천 기술이다.

기존 낸드플래시는 저장 용량을 늘리려면 읽기·쓰기 전력 소모가 함께 증가하는 한계가 있었다. 그간 강유전체 기반 차세대 낸드플래시에 대한 연구가 수차례 제안됐지만, 용량 증가와 전력 효율 저하의 상충관계는 여전히 해결되지 못한 과제로 남아있었다.

삼성전자 SAIT 연구진은 이 문제의 실마리를 산화물 반도체의 고유 특성에서 찾았다. 일반적으로 문턱 전압 제어의 한계로 고성능 소자에서는 약점으로 여겨졌던 이 특성이, 강유전체 기반 낸드플래시 구조에서는 오히려 기존 대비 전력 소모를 획기적으로 줄일 수 있는 요소로 작용한 것이다.

그 결과 기존 대비 셀 스트링(Cell String) 동작에서 전력 소모를 최대 96% 절감할 수 있는 가능성을 제시했다. 현존 최고 수준인 셀당 5비트(bit)의 고용량을 확보하며 전력 소모를 기존 대비 낮출 수 있는 길이 열린 셈이다.

인공지능(AI)용 SSD가 고용량·고집적으로 발전하며 전력 효율성에 대한 중요성이 높아지는 가운데, 이번 기술은 차세대 낸드의 새로운 방향을 제시할 전망이다.

해당 기술이 상용화되면 대규모 AI 데이터센터부터 모바일·엣지 AI 시스템까지 다양한 분야에서 전력 효율을 크게 높일 수 있을 것으로 기대된다. 전력 소모가 감소하면 데이터센터 운영 비용 절감에 기여할 수 있으며, 모바일 기기에서는 배터리 사용 시간을 늘리는 효과를 기대할 수 있다.

유시정 삼성전자 SAIT 연구원은 “초저전력 낸드플래시의 구현 가능성을 확인하게 되어 뿌듯하다”라며, “AI 생태계에서 스토리지의 역할이 더욱 커지고 있는데, 향후 제품 상용화를 목표로 후속 연구를 추진할 것”이라고 밝혔다.