SK하이닉스(대표 이석희)는 세계 최초로 128단 1테라비트(Tb) 트리플레벨셀(TLC) 4차원(4D) 낸드플래시를 양산한다고 26일 밝혔다.

지난해 10월 96단 4D 낸드 개발 이후 8개월만이다.

SK하이닉스가 이번에 양산하는 128단 낸드는 업계에서 적층 수가 가장 많다. 삼성전자는 지난해 7월 256Gb 5세대 9x단 3D 낸드를 양산하기 시작했고, 마이크론이 생산하는 낸드도 최대 96단이다.

SK하이닉스의 1Tb 낸드는 한 개의 칩에 3비트(bit)를 저장하는 낸드 셀(Cell)이 3600억개 이상 집적됐다.

회사는 이를 위해 CTF(Charged Trap Flash) 기반 4D 낸드 기술에 △초균일 수직 식각 기술 △고신뢰성 다층 박막 셀 형성 기술 △초고속 저전력 회로 설계 등을 개발, 적용했다. 

이 제품은 TLC 낸드로는 업계 최고 용량인 1Tb를 구현했다. 현재 업계가 양산 중인 96단 낸드 중 1Tb 급은 대부분 쿼드러플레벨셀(QLC)이다. TLC는 QLC보다 셀 당 저장할 수 있는 데이터는 적지만, 신뢰성이 높다.

SK하이닉스는 CTF 기반 4D 낸드 기술의 최대 장점인 작은 칩 사이즈를 활용, 초고용량 낸드를 구현했다. CTF 기반 4D 낸드는 우수한 특성을 가진 CTF 셀 구조와 셀 옆에 있던 주변부 회로를 셀 아래 넣는 PUC(Peri Under Cell) 기술을 결합한 것이다.

이번에 개발한 128단 1Tb 4D 낸드는 웨이퍼당 비트 생산성이 기존 96단 4D 낸드 대비 40% 향상됐다. 또한 같은 제품에 PUC를 적용하지 않은 경우와 비교해도 비트 생산성이 15% 이상 높다.

SK하이닉스는 96단 4D 낸드 공정 플랫폼을 그대로 활용하되 최적화를 통해 96단 대비 셀 32단을 추가 적층하면서도 전체 공정수를 5% 줄였다. 이를 통해 128단 낸드로의 전환 투자비용을 이전 세대에 비해 60% 절감할 수 있었다.

SK하이닉스는 이번에 양산을 시작한 128단 4D 낸드플래시를 하반기부터 판매하고 다양한 솔루션 제품을 출시할 계획이다.

이 제품은 한 개의 칩 내부에 플레인(Plane) 4개를 배치한 구조로 데이터 전송속도 1400Mbps를 저전압 1.2V로 구현해 고성능 저전력 모바일 솔루션 및 기업용 SSD의 구현이 가능하다.

내년 상반기에는 차세대 UFS 3.1 제품을 개발, 스마트폰 주요 고객의 5세대 이동통신(5G) 스마트폰 등 플래그십 모델에 공급할 예정이다. 

현재 스마트폰 업계 최대 용량인 1TB 제품을 512Gb낸드로 만들 때보다 필요한 낸드 개수가 반으로 줄어들어 소비전력은 20% 낮아지고, 패키지(Package) 두께도 1㎜로 줄일 수 있다. 128단 1Tb 4D 낸드 16개를 하나의 패키지로 구성하면 업계 최고인 2TB 저장용량을 갖는 5G 스마트폰 구현도 가능해진다.

또한, 자체 컨트롤러와 소프트웨어가 탑재된 소비자용 2TB SSD를 내년 상반기에 양산할 예정이다. 이전 세대 대비 20% 향상된 전력 효율로 인공지능(AI)과 빅데이터 환경에 최적화된 첨단 클라우드 데이터센터향 16TB와 32TB NVMe SSD도 내놓는다.

SK하이닉스는 128단 4D 낸드와 동일한 플랫폼으로 차세대 176단 4D 낸드 제품도 개발 중이며 기술 우위를 통한 낸드 사업 경쟁력을 지속적으로 강화해나갈 계획이다. 

오종훈 SK하이닉스 GSM담당 부사장은 “128단 4D 낸드로 SK하이닉스는 낸드 사업의 근원적 경쟁력을 확보하게 됐다”면서 “업계 최고 적층, 최고 용량을 구현한 이 제품으로 고객들이 원하는 다양한 솔루션을 적기에 제공할 것”이라고 말했다.