[한장TECH] AI가 몰고 올 반도체 산업의 영향 ⑤

RAM과 ROM의 경계를 허무는 차세대 NVM의 성장

[테크월드=박지성 기자] (편집자주: 한장TECH는 테크월드 기자들이 주요 뉴스를 한 장의 슬라이드로 제작하여 제공하는 테크월드만의 차별화된 독자 콘텐츠입니다.)

전통적으로 메모리 반도체 시장은 2개의 영역을 축으로 한다. DRAM을 중심으로 한 휘발성 메모리 시장(RAM)과 NAND를 중심으로 구성되는 비휘발성(ROM 혹은 NVM) 메모리 시장이다. 그러나 AI의 도래는 이런 전통적 구분조차 파괴할 전망이다.

지난 한장 TECH가 DRAM을 중심으로 한 메모리 반도체 변화 전망이었다면, 이번 한장 TECH는 NAND를 중심으로 한 스토리지(저장장치) 영역에서의 변화를 집중적으로 조망할 예정이다.

ㅇ 연 평균 25~30%에 달하는 고성장 예상

인공지능의 도입 확산에 따라 데이터의 양도 폭증할 것으로 전망되고 있다. 글로벌 컨설팅 기업인 맥킨지의 전망에 따르면 글로벌 시장은 AI의 확산과 함께 매년 80 엑사바이트(Exabyte)의 데이터가 증가하여 2025년에는 관련 데이터의 규모가 825엑사바이트에 이를 것으로 예측됐다. 1 엑사바이트가 1백만 테라바이트(Terabyte)임을 감안할 때, 이는 실로 엄청난 데이터 증가다.

이런 급격한 데이터 폭증으로 스토리지 시장은 2017년에서 2025년까지 연 평균 25~30%의 폭발적 성장률을 보일 것으로 전망됐다. 물론 수요와 공급 그리고 가격의 균형을 찾으면서 생산량을 조정하는 메모리 반도체의 사이클 특성에 따라 단기적 예측 변화는 있을 수 있겠으나, 장기적 성장은 이어질 것으로 예상됐다.

ㅇ RAM과 ROM의 한계를 허무는 차세대 NVM의 부상

▲ 차세대 NVM 기술과 해당 시장규모 전망 (자료=맥킨지, 테크월드 뉴스 재구성)

스토리지 시장에서 이목을 끌고 있는 것은 차세대 NVM(Non Volatile Memory) 기술이다. 다수의 기술들이 개발되고 있지만, 이들의 공통점은 DRAM과 NAND의 특징을 모두 갖췄다는 점이다. DRAM 보다 높은 데이터 집적도를 가지고 NAND보다 더 우수한 수명을 가지며, 전력 사용 측면에서는 두 제품 모두를 압도하는 기술들이 속속 개발되고 있다. 이런 차세대 NVM 분야의 핵심 기술로는 크게 MRAM(Magnetic RAM)과 ReRAM(Resistive RAM), PRAM(Phase Change Memory) 3가지가 꼽힌다.

① MRAM

MRAM은 자기 저항 현상을 활용해 데이터를 저장하는 방식이다. 기존의 커패시터 대신 자성층을 활용하여 자성체를 회전시켜 데이터를 읽고 쓴다. MRAM은 DRAM 대비 10배 가까운 처리 속도를 가지며, 생산단가는 더 낮고 저장장치로 활용도 가능하며 반영구적 수명을 가져 데이터를 쓰고 지우며 수명이 짧아지는 NAND보다도 오래 사용이 가능하다. 그러나 2018년이면 DRAM과 가격이 유사해질 것이라는 전망과 달리 아직도 높은 가격은 여전히 극복이 필요하다.

② ReRAM

ReRAM은 전류가 흐르면 저항 값이 바뀌는 물질을 이용해 집적도 향상에 유리한 메모리 기술로, 궁극적으로는 로직 회로와 함께 통합돼 3차원적으로 적층 배치될 것으로 예상되는 기술이다. 이를 활용하면, 대용량 하드디스크 수준의 용량을 저전력 메모리 반도체로 구현할 수 있어 관심을 모으고 있다. 그러나 느린 레이턴시와 짧은 수명은 극복이 필요한 과제로 남아 있다.

③ PRAM

PRAM은 전류가 흐를 때 물질의 상태가 결정 또는 비결정질 상태로 변화하는 물질을 활용하여 데이터를 저장한다. 아주 적은 전류로도 물질의 상태가 변화가 일어나기 때문에 전력 소모가 매우 적고, 플래시 메모리의 비휘발성과 RAM의 빠른 속도를 모두 갖췄다고 평가 받는다. 그러나 이론과 달리 DRAM 대비 충분히 만족스러운 속도를 보여주고 있지는 못한 것으로 알려졌다. 차세대 NVM 중 가장 개발과 적용 시도가 많이 된 최근 기술로 인텔과 마이크론이 발표한 인텔과 마이크론의 3D Xpoint PRAM의 일종이다.

이런 차세대 NVM 기술들은 현재까지는 시장에서 주목할 만한 성과를 거두고 있지 못한 것은 사실이다. 그러나 맥킨지의 분석에 따르면 AI의 확산과 함께 최근 1~2년 내에 차세대 NVM 시장은 현재의 1~2조원 규모에서 2025년에는 11조원 규모로 확대될 것으로 전망됐다.

이 외에도 다양한 기술들이 시장에서 그 가능성을 검증 받고 있다. 하지만 이들의 공통점은 과거와 달리 DRAM, NAND와 같이 역할과 영역을 구분하지 않고 두 가지 기능을 동시에 활용하면서 장점은 더 극대화하고 단점은 상쇄하는 방향으로 진화하고 있다는 점이다. AI의 발전과 함께 데이터의 중요성이 증대되면서 데이터를 읽고 쓰고, 저장하는 역할을 굳이 구분하기 보다는 한 번에 이 모든 것을 해결할 수 있는 니즈가 확대되면서 이런 추세는 더욱 가속화 될 것으로 예상된다.

- 이 글은 테크월드가 발행하는 월간 <전자부품(EPNC> 2019년 12월호에 게재될 예정입니다.

회원가입 후 이용바랍니다.