자동차·OTA·AI 등을 위한 ‘OctalNAND’의 부상

[테크월드뉴스=이재민 기자] 소비자들은 스마트폰, 가전 기기, 자동차 엔터테인먼트 시스템 등 스마트 전자제품에 있어 더 많은 기능을 원한다. 스토리지 선택은 이뤄졌고, 앞으로도 매우 중요해질 것이다. 이런 모든 시스템은 지난 10년 동안 매우 복잡해졌으며, 설계자들은 혁신적인 기능과 이를 제공할 코드를 저장하기 위해 플래시 메모리에 지속적으로 높은 밀도를 요구한다.

하지만 장치나 시스템의 비용을 너무 많이 증가시키지 않으면서 밀도를 추가해야 한다. 소비자들은 더 많은 돈을 지불할 의사가 없기 때문이다.

시장 및 응용 프로그램

오늘날 모든 전자 시스템은 특정 유형의 플래시 메모리를 사용하며, 새로운 애플리케이션의 등장으로 고성능 메모리에 대한 요구가 급격히 증가하고 있다. 특히 아래에 언급된 시장과 애플리케이션은 더 빠른 읽기, 프로그램, 지우기 기능 및 즉각적인 부팅을 처리할 수 있는 새로운 메모리 서브시스템을 통해 발전하고 있다.

▶자동차: ADAS(Advanced Driver Assisted System, 첨단 운전자 보조 시스템), 클러스터, 푸시 버튼
▶OTA(Over the Air, 무선 통신기술로 업데이트하는 기술): 소비자, 자동차, 게임 콘솔
▶인공지능(AI): 교육 모델, 데이터베이스 스토리지, 자율주행

자동차 시장에서 처리량은 메모리를 선택할 때, 특히 고급 드라이버 지원 시스템과 같은 애플리케이션에서 매우 중요하다. 자동차의 디스플레이에 추가되는 계기판은 운전자가 항상 포괄적이고 신뢰할 수 있는 정보를 제공받을 수 있도록 설계됐다. 이런 디스플레이는 즉시 켜지며, 2D·3D 영상을 빠르고 정확하게 렌더링해야 한다.

현재 클러스터 사용자는 일반적으로 SPI NOR(Octal 또는 Quad)과 SPI NOR(Octal 또는 Quad)+eMMC를 클러스터 사용에 활용한다. 그러나 기능이 점점 정교해져 코드 크기가 기하급수적으로 커지고 있다. 이렇게 코드 크기가 확장되려면 메모리 밀도가 높아져야 하므로 비용이 증가한다.

또한 코드 크기가 크더라도 부팅 시간은 이전과 같거나 더 짧아야 한다. 이는 사용자가 버튼을 누를 때 여러 화면이 즉시 나타나야 하는 푸시 버튼과 같은 기능에서 자동차 시장에서 매우 중요하다.

OTA 애플리케이션의 경우, OTA의 목적은 삭제와 프로그램 속도가 빠르도록 코드를 업데이트하는 것이기 때문에 주요 요구 사항은 삭제와 프로그램 시간이다. E-car와 같은 자동차와 많은 소비자 장치는 유연성과 편의성 때문에 오늘날 OTA를 점점 더 많이 활용하고 있다. 이런 장치는 모두 모바일이라서 중요 업데이트를 쉽고 효율적으로 수신할 수 있는 방법이 필요하다.

또한 빠른 데이터와 높은 처리량을 필요로 하는 다른 애플리케이션에는 AI와 얼굴 인식이 있다. AI 애플리케이션은 일반적으로 최종 장치에 대한 결정을 내리고, 최종 장치에 필요한 작업을 알리기 위해 다양한 훈련 모델을 실행해야 한다.

이를 위해서는 교육 모델을 내부에 저장해야 하며, 종종 이런 모델을 처리해야 하는 매우 큰 모델일 수도 있다. 자율주행의 경우, 이런 모델은 짧은 시간(밀리초 단위)에 결정을 내려야 하고, 보행자 또는 자동차를 피하는 것과 같은 정확한 결정이 필요하기 때문에 매우 높은 처리량 낸드(NAND)에서 D램(DRAM)에 로드돼야 한다. 여기서 데이터 처리량은 절대적으로 중요하며 즉각적이어야 한다.

NOR vs NAND

오늘날 대부분의 시스템은 설계에 NOR 플래시를 사용한다. 자동차 및 산업용과 같은 일부 애플리케이션은 NOR 플래시 기술이 업계 표준 패키지로 조립되면서 비용 효율적으로 확장할 수 있는 한계에 도달하고 있다. 자동차 그래픽 디스플레이 및 ADAS와 같은 응용 프로그램에서는 부팅 코드 크기가 512Mbit보다 큰 경우가 많다. NOR 플래시는 안정성이 높고 읽기 처리량이 빠르기 때문에, 고객은 전통적으로 코드 스토리지에 NOR 플래시를 사용해 왔다.

그러나 512Mbit 이상의 밀도에서는 NOR 플래시가 제대로 확장되지 않고, 다이 크기와 비용이 과도해진다. 낸드플래시 기술이 잘 확장되기 때문에 1Gbit 이상의 밀도로 비용이 더 매력적이지만, 기존 낸드플래시는 D램에 부팅 코드 섀도잉과 같은 기능을 하기에는 너무 느렸다. 일부 공급업체는 4가 아닌 8개의 I/O를 제공하는 NOR용 Octal 인터페이스를 도입해 이 문제를 해결하려고 하지만, NOR 메모리 비용이 높아 이런 솔루션은 너무 비싸다. 그러나 NAND의 Octal 인터페이스로 전환함으로써 제조업체들은 더 나은 비용 구조와 더 높은 처리량을 가지고 이 문제들을 해결할 수 있다.

OctalNAND 솔루션은 일반 QspiNAD보다 데이터 처리량이 훨씬 높고, NOR([그림 1])보다 프로그램 및 삭제 속도가 훨씬 높다. 또한 NAND의 다이 크기가 NOR보다 훨씬 작기 때문에 더 저렴하다. 실제로 1Gbit의 NOR Flash 8 I/O는 8 I/O NAND 솔루션의 2배다.

NOR과 NAND의 또 다른 장점은 프로그래밍 속도다. NAND는 항상 NOR보다 프로그램 시간이 짧다. NOR은 시스템 내에서 코드와 펌웨어를 프로그래밍하는 데 짧은 시간이 필요한 자동차 애플리케이션에서 OTA와 같은 애플리케이션에 중요하다.

시장 기회

밀도, 성능 및 비용간의 균형을 없앨 수 있는 솔루션 시장은 분명히 거대하다. IDC에 따르면, 2024년에는 5000만 대의 L1/L2 차량이 출시될 것으로 예상된다. 전기차의 CAGR은 약 18%이며, 이는 모든 시스템이 활성화되기 위해서는 부팅 시퀀스를 필요로 하기 때문에 메모리 IC에 대한 엄청난 수요가 있을 것이다. 부팅 외에도 각 시스템에 대해 다른 기능을 로드해야 하는 것은 말할 것도 없다.

2020년 총 게임기 출하량은 약 4780만 대에 달해 게임 시장도 중요한 기회다. 더 나은 게이밍 환경을 위해서는 콘솔용 펌웨어 업데이트 속도가 매우 중요하므로 메모리 서브시스템의 성능과 처리량이 필요하다.

낸드 플래시 메모리를 위한 Octal 인터페이스를 활용함으로써 자동차, AI, 가전제품 및 산업 제조업체들은 512Mbit 이상의 밀도에서 잘 확장되지 않는 빠른 메모리 기술인 NOR 플래시에 비용을 지불하지 않고도 높은 밀도의 코드 스토리지를 제공할 수 있다.

OctalNAND 플래시 솔루션에 대한 자세한 기술 정보는 윈본드(Winbond) OctalNAND 페이지에서 확인할 수 있다.