[플래시메모리, 어디까지 알고 있니 – 2탄] 저장매체 패러다임의 변화, 삼성전자의 이유있는 No.1 SSD

초격차 기술로 2003년부터 No.1의 자리를 굳건히 지키고 있는 삼성전자 플래시메모리. 지난 ‘플래시메모리 No. 1 역사의 시작’ 편에서는 삼성전자 플래시메모리의 시작과 낸드플래시 기술 리더십에 대해 알아봤습니다.

오늘은 플래시메모리의 대표주자 삼성전자가 SSD(Solid State Drive)로 세계를 놀라게 했던 사건에 대해 알아보려고 합니다. 삼성전자는 2006년 세계 최초로 SSD를 상용화하며 오랫동안 HDD(Hard Disk Drive)가 주력이던 PC 저장장치에 새로운 시대를 열었습니다. 세계 최고의 낸드플래시 기술을 바탕으로 패러다임의 변화를 이끌었던 삼성전자의 비결은 무엇일까요?

HDD에서 SSD로! 삼성전자가 주도한 저장매체 패러다임의 변화

저장매체는 종이부터 마그네틱 테이프, HDD를 거쳐 SSD로 발전했습니다. SSD는 HDD에서 사용되는 자기 디스크와 모터의 기계 방식 대신 대신 낸드플래시를 사용한 디지털 방식의 데이터 저장장치입니다. HDD가 디스크를 읽는 방식이 LP판이라면, SSD는 디지털 방식의 MP3로 비유할 수 있는데요. 그렇다면 HDD에서 SSD로 저장매체의 변화는 어떤 의미가 있을까요?

HDD는 자성을 띤 박막인 플래터(platter) 표면의 자기 배열을 변경하며 데이터를 읽고 씁니다. 플래터를 회전시키며 데이터를 찾기 때문에, 속도가 일정 수준 이상 빨라지면 소음이나 전력 소모가 커지는 등 물리적인 한계를 가집니다. 컴퓨터 중앙처리장치 CPU와 주기억장치인 램이 빨라도 HDD가 받쳐주지 않으면 컴퓨터의 속도가 느려질 수 밖에 없는데요.

이 문제를 해결한 것이 바로 SSD입니다. SSD는 데이터를 반도체에 저장하고 디지털 방식으로 구동하기 때문에 데이터 처리 속도를 획기적으로 향상시킬 수 있었습니다. HDD에 필수적인 모터와 같은 기계적인 구동 장치가 필요 없어 작동 시 열과 소음도 발생하지 않고 안정적입니다.

하지만, 이렇게 패러다임이 바뀌는 데는 많은 연구와 노력이 필요했습니다. 1970년대 지금과 비슷한 형태의 초기 SSD 기술이 등장했지만 높은 가격과 큰 부피로 일반 대중에 상용화하기에는 한계가 있었습니다.

삼성전자는 저장매체 패러다임이 SSD로 바뀔 것이라는 확신 아래 본격적인 개발에 나섭니다. 그리고 2006년, 세계 최초로 32GB SSD를 탑재한 노트PC(센스Q30+)와 울트라모바일PC(센스Q1)를 출시했습니다. 하드디스크가 없는 디지털 PC의 신시장을 개척하게 되었던 순간이었습니다.

당시만해도 디지털카메라, MP3플레이어, USB드라이브 등에 사용했던 플래시메모리는 비용 등의 문제로 일반 PC에 적용한다는 생각을 못했는데요. 삼성전자는 낸드플래시 기술 리더십을 바탕으로 가격 경쟁력을 높여 나갔고, HDD를 사용했던 30GB/20GB 제품에 비해 용량은 뒤지지 않으면서 기존 제품의 5분의 1 수준인 부팅 속도를 가진 SSD를 소비자용 노트PC에 적용할 수 있었습니다.

SSD 기술 내재화와 혁신으로 세계 SSD 시장을 이끌다!

SSD는 낸드플래시, D램, 컨트롤러의 하드웨어와 이를 구동하는 펌웨어(Firmware)로 구성되어 있습니다. 낸드플래시가 책을 보관하는 ‘서재’라면, 컨트롤러는 책을 정리하는 ‘사서’ 역할을 합니다. 다시 말해, 낸드플래시는 데이터 집적도를 높여 SSD의 용량을 높여주고, 컨트롤러는 인터페이스와 메모리 사이에 데이터를 이동을 제어하며 읽고 쓰고는 순서를 정해 SSD 성능을 높여주는 것입니다.

삼성전자는 끝없는 혁신으로 낸드플래시, 컨트롤러, 펌웨어 등 SSD를 구현하는 핵심 구성품의 기술을 내재화했습니다. 삼성전자가 2006년부터 세계 SSD 시장 점유율 1위를 수성하며 SSD를 대표하는 회사로서 글로벌 시장을 주도할 수 있었던 첫 번째 비결이 여기 있는데요. 삼성전자는 낸드플래시 분야에서 독보적인 기술력과 세계 최대 생산량 및 시장 점유율을 자랑하는 것은 물론, 성능과 신뢰성을 결정하는 컨트롤러와 펌웨어 또한 업계 최고 기술력을 갖춘 것으로 평가 받고 있습니다.

삼성전자가 SSD를 최초로 상용화한 데는 낸드플래시 혁신이 중요한 역할을 했습니다. 2006년 당시 플로팅 게이트(Floating Gate) 기술의 한계를 극복한 CTF(Charge Trap Flash) 낸드 기술 개발이 크게 기여했습니다. 이 기술을 기반으로 세계 최초로 40나노 32Gb 낸드플래시 메모리를 SSD에 적용하며 상용화할 수 있었습니다.

삼성전자는 일찍이 낸드플래시가 열어갈 새로운 세상에 주목하고, 기가바이트(Gigabyte) 시대를 넘어 2010년 이후엔 테라바이트(Terabyte)를 겨냥한 초고용량 반도체 기술이 가능해질 것으로 예측했습니다.

그리고 이 예측은 현실이 됩니다. 삼성전자가 2010년 소비자용 SSD 사업을 본격적으로 시작하며 2011년 20나노급 고속 낸드플래시와 전용 컨트롤러를 탑재한 SSD 830 시리즈를 출시하고, 2012년에는 3비트 MLC(TLC, Triple Level Cell) 낸드플래시를 채용한 SSD 840 시리즈를 출시했습니다 이 제품은 고성능•고신뢰성으로 동작하는 SSD 제품은 3비트 MLC 낸드플래시 채용이 어렵다는 그동안의 인식을 단번에 뒤집어 놓았습니다.

삼성전자는 2013년 3D V낸드 플래시메모리를 양산하며 또 한번 미세화 기술의 한계를 넘어섰습니다. 당시 세계는 최초로 3차원 집적 기술을 상용화한 삼성의 기술력에 놀라워했는데요. 이 기술을 기반으로 고용량 SSD 시장 확대에 나선 삼성전자는 2014년 3D V낸드를 탑재한 SSD 850 시리즈를 출시하며 소비자용 시장도 V낸드 기반 제품으로 본격 전환했습니다.

기업 데이터센터용으로는 2013년 1TB SSD를 양산한 데 이어, 2016년에는 15.36TB SSD, 2018년에는 기업 데이터센터용 ‘30.72TB SSD’를 출시합니다. 2006년 32GB의 SSD를 처음 선보인 이후 12년 만에 저장용량을 1,000배나 끌어올리며 초고용량 반도체 시대를 열게 된 것입니다.

삼성전자는 지금도 플래시메모리 기술과 SSD 시장에서 끊임없이 최초에 최초를 거듭하는 혁신을 이어가고 있는데요. 삼성전자 플래시메모리 세 번째 시리즈에서는 일반 소비자들에게 익숙한 소비자용 포터블 SSD부터, 최근 중요하게 떠오르는 초고용량 데이터센터용 SSD에 대해 알아볼 예정입니다. 초격차 기술로 앞서나가는 삼성전자의 SSD 발전사를 기대해주세요.

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