반도체 미래 짊어진 '낸드플래시'

D램 단점 낸드플래시로 보완한 NVDIMM, SSD가 반도체 미래 연다

D램의 단점을 보완하기 위해 낸드플래시 기술을 흡수한 NVDIMM-N 모듈의 구조

[아시아경제 명진규 기자] 반도체 업계가 D램으로 시작된 메모리 초호황기를 이어가기 위해 낸드플래시 시장 확대에 나서 주목된다. 외장 메모리, 스토리지 등으로 여겨졌던 낸드플래시는 D램의 단점을 없애고 단순히 하드디스크를 대체하는 것을 넘어서 전체 시스템 속도를 높이는 초고속 스토리지 솔루션으로 거듭나고 있다.

되풀이되는 반도체 고점 논란에도 불구하고 여전히 D램이 삼성전자, SK하이닉스 등 국내 반도체 업체들의 사상 최대 실적에 영향을 미친 배경은 인터넷 기반 서비스가 확대되며 서버용 대용량 D램이 필요했기 때문이다.

D램은 빠른 읽기/쓰기, 대용량, 저렴한 비용이 장점이다. 지난 1970년대 초반에 등장한 이후 지금까지 모든 종류의 PC에서 스마트폰까지 메인 메모리로 채용된 배경이다. 하지만 단점도 있다. D램은 휘발성 저장공간이기 때문에 전원 공급이 안될 경우 저장한 데이터가 모두 사라진다. 결국 일정 전력이 계속 유지돼야 되는 단점이 있다.

데이터를 이용하지 않더라도 D램은 일정 전력을 계속해서 소비하게 되는데 이를 리프레시라고 한다. 메모리 셀에 저장된 데이터를 일정 시간 안에 다시 기록해 D램에 저장된 데이터를 유지한다.

D램에는 전력을 저장하는 콘덴서가 탑재돼 있다. 콘덴서를 충전헤 데이터를 유지하는 D램은 충전된 전하가 방전되기전 D램의 모든 데이터 값을 다시 읽어와 데이터를 다시 기록하는 방식으로 데이터를 유지한다. 결국 메모리 사용 유무와 관계없이 D램은 항상 데이터를 읽고 쓰는 일을 되풀이한다.

이같은 단점으로 인해 최근 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론 등 3대 D램 업체들은 기존 D램에 낸드플래시를 탑재해 휘발성 메모리의 단점을 보완한 NVDIMM을 개발하고 있다.

PC에 사용되는 D램은 여러개의 D램을 하나로 만든 모듈 형태로 만든 DIMM(Dual-inline memory module)에 삽입해 사용한다. 메인보드에 D램을 연결하는 커넥터가 바로 DIMM이다.

NVDIMM은 D램의 단점을 보완하기 위해 낸드플래시 메모리를 사용하는 새로운 모듈이다. 대표적인 비휘발성 메모리인 낸드플래시는 D램과 달리 전력 공급이 끊어져도 저장한 데이터를 그대로 유지하는 것이 특징이다. NVDIMM은 일반 D램 DIMM과 유사하게 생겼지만 정전시 D램의 데이터를 낸드플래시 메모리로 저장하는 기능을 갖춘 것이 특징이다. D램에 백업 기능을 갖춘 제품으로 NVDIMM-N이라는 규격으로 표준이 정해졌다.

D램에 백업기능을 갖춘 NVDIMM-N은 초기 일부 서버서만 사용됐다. 표준이 정해지지 않아 운영체제(OS)와 CPU 호환이 부족했기 때문이다. 하지만 지난해 AMD가 CPU 레벨, 마이크로소프트가 윈도우 10에서 OS레벨에서 NVDUMM-N을 공식 지원하며 시장이 커지고 있다.

대형 데이터센터와 대형 서버 업체들도 NVDIMM-N에 주목하고 있다. 기존 D램과 달리 전압이 급격하게 떨어지거나 정전시에도 데이터를 유지하는 만큼 D램이 손실한 데이터를 다시 읽고 쓰는 리프레시 과정이 없어 신속한 서비스를 제공할 수 있다. 웹 서버 등 실시간으로 데이터를 주고 받는 시스템의 경우 서버 처리가 중단될 경우 손실 비용이 커진다. 때문에 24시간 가동 시켜야 하는 고가의 시스템에 NVDIMM-N 도입이 늘어나고 있다.

SSD는 초기 하드디스크 대체품에서 벗어나 대용량, 전용 초고속 인터페이스로 스토리지 시장에서 폭발적인 증가세를 기록하고 있다.

이처럼 낸드플래시가 D램의 단점을 커버하며 서버 시장에서 핵심 기술로 급부상 하고 있는 가운데 스토리지 시장서는 솔리드스테이트드라이브(SSD)로 하드디스크를 밀어내고 있다. 지난 2011년 처음 등장한 SSD는 낸드플래시를 기반으로 한 데이터 저장공간이다. 자기를 이용해 데이터를 기록하는 하드디스크와 달리 내구성이 강하고 속도가 빠른 것이 장점이었지만 가격이 비싼 것이 걸림돌이었다.

하지만 SSD는 삼성전자, 도시바 등을 비롯한 관련 업체들이 대규모 양산과 메모리를 수직으로 쌓아올리는 기술 3D V낸드를 개발하며 급격하게 대중화되기 시작했다. 지금은 SSD 전용 초고속 인터페이스 개발까지 더해 하드디스크와는 비교할 수 없는 초고속 스토리지로 자리매김하고 있다. 특히 물리적 충격과 정전에 약한 하드디스크 대비 데이터 보존 신뢰성도 높아 꾸준히 사용이 증가하는 추세다. 최근 삼성전자, SK하이닉스 등 반도체 업계가 일제히 낸드플래시 생산 캐파를 늘리고 있는 것도 이같은 배경 때문으로 수요 역시 꾸준히 늘어날 것으로 전망된다.

명진규 기자 aeon@asiae.co.kr