[비즈니스포스트] 삼성전자 연구진이 전력 소모를 최대 96% 절감할 수 있는 '초저전력 낸드플래시' 기술을 규명했다.

27일 삼성전자에 따르면 삼성전자 SAIT와 반도체연구소 소속 연구진 34명이 공동 저자로 참여한 초저전력 낸드플래시 기술 연구 결과가 'Ferroelectric transistors for low-power NAND flash memory'라는 제목으로 세계적 학술지 '네이처(Nature)'에 실렸다.

인공지능(AI) 기술이 확장될수록 더 많은 데이터를 저장하고 처리해야 하는 저장장치(스토리지)의 역할은 점점 중요해지고 있다. 이에 따라 스토리지는 더 높은 용량과 효율을 요구받고 있지만, 기존 낸드플래시 구조는 적층이 늘어날수록 전력 소모가 증가하는 한계를 안고 있다.

삼성전자 SAIT가 이번에 발표한 연구는 이러한 한계를 넘어설 새로운 방향을 제시한다.

강유전체와 산화물 반도체를 결합한 낸드플래시 구조를 통해 셀 스트링(Cell String) 동작에서 기존 대비 전력 소모를 최대 96% 절감할 수 있는 가능성을 확인한 것이다.

기존 낸드플래시는 셀에 전자를 주입하는 방식으로 데이터를 저장한다. 저장 용량을 늘리려면 셀의 개수, 즉 적층 단수를 늘리는 방식이 필수적이다. 그러나 직렬로 연결된 셀들을 순차적으로 거쳐 신호가 전달되는 낸드플래시의 구조적 특징 때문에 적층이 높아질수록 읽기·쓰기 전력 소모도 함께 증가하는 한계가 있었다.

그동안 강유전체 기반 차세대 낸드플래시에 대한 연구가 수차례 제안되었지만, 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.

연구진은 산화물 반도체의 고유 특성을 강유전체 기반 낸드플래시와 융합해 기존 대비 셀 스트링(Cell String) 동작에서 전력 소모를 최대 96% 절감할 수 있는 핵심 메커니즘을 세계 최초로 규명했다. 현존 최고 수준인 셀당 5비트(bit)의 고용량을 확보하면서 전력 소모를 기존 대비 낮출 수 있는 가능성을 검증하는 데 성공했다.

이 기술이 상용화되면 대규모 AI 데이터센터부터 모바일·엣지 AI 시스템까지 다양한 분야에서 전력 효율을 크게 높일 수 있다.

전력 소모가 감소하면 데이터센터 운영 비용 절감에 기여할 수 있으며, 모바일 기기에서는 배터리 사용 시간을 늘리는 효과를 기대할 수 있다.

이번 연구 제1저자인 유시정 삼성전자 SAIT 연구원은 "초저전력 낸드플래시의 구현 가능성을 확인하게 되어 뿌듯하다"며 "AI 생태계에서 스토리지의 역할이 더욱 커지고 있는데, 향후 제품 상용화를 목표로 후속 연구를 추진할 것"이라고 말했다. 나병현 기자