"낸드 전력 소모 96% 절감"… 삼성 연구진, 초저전력 낸드 원리 규명

용량·전력 효율 상충 문제 해결

네이처 학술지에 논문 게재

삼성전자 연구진이 강유전체 기반 차세대 낸드플래시의 전력 소모를 최대 96% 절감하는 핵심 구조를 세계 최초로 규명했다. 논문에 참여한 삼성전자 SAIT 연구진 모습. [사진=삼성전자 뉴스룸]
 

삼성전자 소속 연구진들이 강유전체 기반 차세대 낸드플래시의 전력 소모를 최대 96% 절감하는 연구 개발에 성공했다. 인공지능(AI) 확산으로 스토리지의 고용량·고효율 수요가 커지는 가운데, 기존 구조의 전력 증가 한계를 극복할 원천 기술이라는 평가다. 

삼성종합기술원(SAIT)은 산화물 반도체와 강유전체를 결합한 새로운 낸드플래시 구조를 통해 셀 스트링(셀 직렬 구조) 동작 시 기존 대비 전력 소모를 최대 96% 절감할 수 있는 가능성을 확인했다고 27일 밝혔다.

기존 낸드플래시는 셀에 전자를 주입해 데이터를 저장하는 구조로, 용량 확대를 위해 적층 단수를 높이면 읽기·쓰기 과정에서 전력 소모 역시 증가하는 문제가 있었다. 강유전체 기반 차세대 낸드 기술이 여러 차례 제안됐지만, 용량 증가와 전력 효율 저하의 상충관계는 여전히 해결되지 못한 과제로 남아있었다.

삼성전자 연구진은 돌파구를 산화물 반도체의 물성에서 찾았다. 일반적으로 문턱 전압(트랜지스터가 켜지기 시작하는 전압) 제어의 한계 때문에 고성능 소자에서는 약점으로 평가되던 특성이 강유전체 기반 구조에서는 오히려 전력 소모를 크게 낮추는 요인으로 작용한다는 점을 규명한 것이다.

연구진은 해당 특성을 활용해 셀당 5비트(bit) 고용량을 유지하면서도 전력 소모를 획기적으로 줄일 수 있는 메커니즘을 세계 최초로 입증했다. 기존 낸드플래시 구조가 지닌 기술적 한계를 물질·구조적 접근으로 뒤집은 셈이다.

해당 기술이 상용화되면 AI 데이터센터, 모바일·엣지 AI 기기 등 다양한 분야에서 전력 효율을 크게 높일 수 있을 것으로 전망된다. 데이터센터에서는 운영 비용 절감 효과가, 모바일 기기에서는 배터리 사용 시간 증가 효과가 기대된다.

이번 연구의 제1저자인 유시정 삼성전자 SAIT 연구원은 "AI 생태계에서 스토리지의 역할이 더욱 커지고 있는데, 향후 제품 상용화를 목표로 후속 연구를 추진하겠다"라고 말했다.

한편, 이번 연구에는 SAIT와 반도체연구소 소속 연구진 34명이 공동 참여했다. 연구 성과는 세계적 학술지 네이처(Nature)에 'Ferroelectric transistors for low-power NAND flash memory'라는 제목으로 게재됐다.

아주캐스트