낸드 플래시 메모리를 HBM처럼? HBF 기술 공개한 샌디스크 [고든 정의 TECH+]

현재 생산되는 메모리 반도체는 D램 같은 휘발성 메모리와 낸드 플래시 메모리 같은 비휘발성 메모리로 나눠볼 수 있습니다. 전자는 전기 공급이 없으면 데이터가 사라지지만 대신 매우 빠르기 때문에 프로세서가 바로 가져다 쓸 데이터를 저장하는 용도로 사용됩니다. PC와 서버에 쓰이는 DDR5 메모리, 노트북이나 스마트폰에 사용되는 LPDDR5x 메모리, GPU에 사용되는 GDDR7 메모리, 고성능 AI GPU에 사용되는 고대역폭 메모리(HBM) 모두 이런 경우라고 할 수 있습니다.

SSD나 USB 메모리에 들어가는 낸드 플래시 메모리는 속도가 느린 반면 데이터가 사라지지 않기 때문에 저장 장치로 적합합니다. 최근 200층 이상의 3D 낸드 플래시 메모리가 대세가 되고 있습니다. 덕분에 데이터 저장 밀도도 크게 증가해 이제는 microSD나 USB 저장 장치도 1TB급 제품이 나오고 있습니다.

하지만 사실 SSD나 하드디스크 같은 저장 장치에 저장된 데이터를 불러들인 후 메모리에서 처리하고 다시 저장하는 방식은 매우 비효율적입니다. 그보다는 한 번에 데이터를 처리하고 작업 내용을 저장하는 것이 속도와 효율성 모두에서 좋을 수밖에 없습니다. 따라서 반도체 제조사들은 D램처럼 빠르고 낸드 플래시 메모리처럼 저장 밀도가 높은 비휘발성 메모리를 개발해왔습니다.

이 목표에 가장 근접했던 기업은 바로 인텔이었습니다. 인텔이 마이크론과 함께 개발해 옵테인이라는 브랜드로 내놓은 3D Xpoint 메모리는 D램에 근접한 속도를 지닌 비휘발성 메모리로, 실제 시장에 출시됐지만 비싼 가격 때문에 반응은 미지근했습니다. 의도는 훌륭했지만 가격 문제에 그만한 속도가 충족되지 않았기 때문에 3D Xpoint는 결국 손실만 남긴 채 역사 속으로 사라졌습니다.





그런데 최근 웨스턴 디지털에서 분사를 준비 중인 샌디스크가 낸드 플래시 기반의 적층형 고대역폭 메모리인 HBF(high-bandwidth flash)를 발표하면서 주목을 끌고 있습니다. HBF는 D램을 탑처럼 높게 쌓은 후 TSV라는 통로로 연결해 고대역폭 메모리로 만든 HBM과 비슷한 방식을 지니고 있습니다. 차이점은 D램 다이 대신 BICS 3D 낸드 플리시 메모리를 CBA(CMOS directly bonded to Array) 방식으로 쌓아 올린다는 것입니다.

샌디스크에 따르면 1세대 HBF는 16층의 낸드 플래시를 적층해 512GB의 용량을 확보할 수 있습니다. 예시로 든 것처럼 8개를 GPU에 붙이는 경우 총 4TB라는 엄청난 용량도 가능한 셈입니다. 1세대 HBF의 정확한 대역폭은 밝히지 않았으나 HBM보다는 낮을 것으로 예상되기 때문에 HBM과 혼용해서 사용하는 방식도 제안하고 있습니다. 이는 인텔 옵테인 메모리와 같은 접근입니다.





HBF 메모리가 실제 상용화에 성공할지는 아직 미지수이지만, 성공한다면 대규모의 데이터를 학습하는 AI GPU에 유리할 것으로 예상됩니다. 관건은 가격과 성능이 될 것입니다. 만약 현재 목표로 한 GPU 시장에서 성공을 거두면 HBF 쓰임새는 PC나 스마트 기기 등 다른 분야로도 확산될 수 있습니다. 비휘발성 메모리와 휘발성 메모리의 완전히 통합하지는 않더라도 유기적으로 연결해 사용할 수 있는 컴퓨터의 시대가 열릴 수 있을지 주목됩니다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com