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오프닝: 숫자의 함정에서 벗어나야 할 때



코드마스터입니다. 핵심부터 짚겠습니다. 반도체 업계의 오랜 화두였던 '몇 층까지 쌓을 수 있는가'라는 레이어(Layer) 경쟁이 새로운 국면을 맞이했습니다. 최근 Kioxia와 Sandisk가 발표한 332단 3D NAND(BiCS10) 샘플링 소식은 단순히 층수를 높이는 것을 넘어, 단위 면적당 얼마나 많은 데이터를 밀어 넣을 수 있는가, 즉 '집적도(Density)'와 '전력 효율'이라는 본질적인 아키텍처 설계의 승리를 예고하고 있습니다.

그동안 우리는 삼성전자의 400단급 V-NAND 소식을 접하며 층수 숫자에 매몰되어 있었습니다. 하지만 이번 Kioxia의 발표는 332단이라는 상대적으로 낮은 숫자임에도 불구하고, 면적당 비트 밀도(Bit Density) 측면에서는 삼성의 차세대 제품을 압도할 수 있다는 가능성을 보여주었습니다. 이는 한국의 반도체 패권 전쟁이 단순한 물리적 적층 경쟁에서 효율적인 데이터 처리 아키텍처 경쟁으로 전환되었음을 의미합니다.

핵심 내용: 전압 스윙을 줄인 혁신적 읽기 스킴(Read Scheme)



이번에 공개된 BiCS10의 핵심은 단순한 적층 기술이 아닙니다. 기술적 배경을 살펴보면, Kioxia는 332단이라는 고층 구조에서 발생하는 고질적인 문제인 '읽기 지연(Read Latency)'과 '전력 소모'를 해결하기 위해 완전히 새로운 읽기 스킴(Read Scheme)을 도입했습니다. 기존의 3D NAND 아키텍처는 데이터를 읽은 후 워드라인(Word-line)의 전압을 완전히 방전(Discharge)시켜 접지(VSS) 상태로 되돌리는 방식을 사용했습니다. 이는 안정적이지만, 매번 전압을 바닥에서부터 다시 끌어올려야 하기에 막대한 에너지가 소모되고 시간이 걸린다는 단점이 있습니다.

BiCS10은 이 과정을 혁신했습니다. 연속적인 읽기 작업이 발생하는 데이터센터 환경을 고려하여, 읽기 작업이 끝난 후 전압을 완전히 방전시키는 대신 '중간 전압(Intermediate Voltage)'까지만 낮추는 방식을 채택했습니다. 다음 읽기 작업이 시작될 때, 0V(VSS)에서 다시 읽기 전압(VREAD)까지 올리는 것이 아니라, 이미 확보된 중간 전압에서 조금만 더 높이면 됩니다. 이 작은 설계의 차이가 전압 변동 폭(Voltage Excursion)을 줄여, 읽기 지연 시간은 약 10%(4마이크로초) 감소시키고, 읽기 에너지 소비는 무려 25%(100mJ/GB에서 75mJ/GB로)나 절감하는 결과를 낳았습니다.

이를 비유하자면, 자동차 신호 대기 시 엔진을 완전히 끄고 재시동을 거는 대신, 가볍게 공회전 상태를 유지하여 출발 시간을 단정하고 연료를 아끼는 스마트한 주행 방식과 유사합니다. 이러한 변화는 PCIe 5.0 및 6.0 인터페이스를 사용하는 초고속 SSD 환경에서 데이터 처리 성능을 극대화하는 데 결정적인 역할을 합니다.

심층 분석: 레이어(Layer) vs 밀도(Density), 승자는 누구인가?



여기서 우리는 중요한 질문을 던져야 합니다. "과연 층수가 높은 것이 무조건 좋은 것인가?" 삼성전자의 400단급 NAND는 분명 압도적인 물리적 층수를 자랑하지만, Kioxia의 BiCS10은 332단임에도 불구하고 면적당 비트 밀도가 29 Gb/mm²를 상회합니다. 이는 삼성의 V10 클래스 제품보다 높은 수치입니다. 즉, 칩의 크기는 작게 유지하면서도 더 많은 데이터를 담을 수 있다는 뜻이며, 이는 곧 SSD의 용량 증대와 원가 절감으로 직결됩니다.

이러한 기술적 격차는 특히 AI 데이터센터 시장에서 치명적인 변수가 됩니다. 대규모 언어 모델(LLM)을 학습시키기 위한 인프라에서는 단순히 빠른 속도뿐만 아니라, 엄청난 양의 데이터를 얼마나 효율적으로, 그리고 저전력으로 처리하느냐가 핵심입니다. 만약 우리가 CI/CD 파이프라인에서 대규모 데이터셋을 처리하는 스토리지 아키텍처를 설계한다면, 단순히 IOPS(초당 입출력 횟수)만 볼 것이 아니라, 단위 용량당 전력 소모량(mJ/GB)을 반드시 계산에 넣어야 합니다.

현재 삼성전자와 SK하이닉스 역시 층수 경쟁을 멈추지 않겠지만, Kioxia의 이번 행보는 '물리적 높이'보다는 '논리적 효율'에 집중하는 것이 엔터프렉스 시장의 판도를 바꿀 수 있음을 시사합니다. 여러분은 어떻게 생각하시나요? 반도체 기업들이 앞으로도 층수 경쟁(Layer War)에 집중해야 한다고 보십니까, 아니면 Kioxia처럼 밀도와 효율(Density & Efficiency)의 싸움으로 전환해야 한다고 보십니까?

실용 가이드: 엔터프라이즈 SSD 도입 시 체크리스트



데이터센터나 고성능 워크스테이션을 운영하는 엔지니어라면, 차세대 NAND 기술이 적용된 SSD를 검토할 때 다음 세 가지를 반드시 체크해야 합니다.

  1. 인터페이스 대역폭 확인: PCIe 5.0 혹은 6.0을 지원하는지 확인하십시오. BiCS10과 같은 신기술은 높은 I/O 속도(최대 4,800 MT/s)를 뒷받침할 수 있는 최신 버스의 대역폭이 필수적입니다.
  2. 전력 효율 지표(Power Efficiency): 단순한 성능(Performance) 수치 외에, 단위 데이터당 에너지 소비량(mJ/GB)을 요구하십시오. 특히 클라우드 환경에서는 전력 비용이 곧 운영 비용(OPEX)입니다.
  3. 비트 밀도와 용량 계획: 층수(Layer) 숫자에 속지 마십시오. 실제 사용 가능한 면적 대비 용량(Density)이 얼마나 높은지가 스토리지 랙(Rack)의 밀도를 결정합니다.


필자의 한마디



반도체 기술의 발전은 이제 물리적 한계를 극복하기 위한 '영리한 아키텍처'의 시대로 진입했습니다. Kioxia의 이번 발표는 단순한 제품 출시 소식이 아니라, 데이터센터의 에너지 문제를 해결하기 위한 엔지니어링적 해답을 제시한 사건입니다. 앞으로 삼성과 SK하이닉스가 이러한 '효율 중심의 아키텍처' 공세에 어떻게 대응하며 기술적 우위를 지켜낼지 지켜보는 것이 관전 포인트가 될 것입니다.

실무 관점에서 결론은 명확합니다. 이제는 숫자의 크기가 아닌, 숫자의 질을 따져야 할 때입니다. 여러분의 생각은 어떠신가요? 댓글로 자유롭게 의견 남겨주세요. 코드마스터였습니다.

출처: "https://www.tomshardware.com/pc-components/ssds/kioxia-and-sandisk-sample-worlds-densest-3d-nand-new-332-layer-beats-samsungs-400-layer-nand"