[편집자 주] 반도체 시장이 급변하고 있다. 오랜 시간 CPU(중앙처리장치)와 메모리 반도체 중심이었던 반도체 시장은 인공지능(AI) 기술 빅뱅 이후 GPU(그래픽처리장치) 중심으로 급히 재편됐다. AI가 부른 변화의 물결은 멈추지 않고 있으며, AI 반도체와 광학 반도체 등 새로운 반도체들의 등장을 예고하고 있다. 반도체 기술 혁신의 최전선에서 펼쳐질 미래를 함께 탐구하며, 다가올 기술적 변혁과 그에 따른 새로운 기회를 조명해본다.

낸드 플래시 메모리 반도체가 클라우드 컴퓨팅 서비스의 확산과 초개인화로 인해 더욱 빠르고 많은 저장 용량을 요구하는 디지털 기기의 발전에 다시금 주목받고 있다.

낸드플래시(NAND Flash) 메모리는 전원이 끊겨도 데이터를 유지할 수 있는 비휘발성 메모리로, 데이터 저장 용량이 크고 빠른 읽기/쓰기 속도를 자랑한다. 셀(cell)이라는 저장 단위가 배열된 구조로 되어 있으며, 전자기억장치(EEPROM) 기술을 기반으로 한다.

1일 <메트로경제> 의 취재에 따르면, 스마트폰, 태블릿, SSD 등 디지털 기기의 발전으로 대규모 데이터 연산이 필요해지면서 빠른 읽기/쓰기 속도가 장점인 낸드플래시 시장의 급성장이 예상된다.

낸드플래시 시장은 2010년대 급성장과 역성장을 반복했다. 트렌드포스에 따르면, 세계 낸드 시장은 2018년 632억 1000만 달러에서 2019년 449억 5000만 달러로 28.8% 급락했다. 그러나 2020년 577억 8490만 달러, 2021년 686억 달러로 증가했으나, 2022년 다시 585억 1300만 달러로 감소했다.

향후 낸드 시장은 급성장하여 DRAM 시장을 넘어설 것으로 전망된다. 시장조사업체 옴디아는 2025년 3D 낸드 시장이 843억 7800만 달러로 DRAM 시장(833억 9700만 달러)을 처음으로 넘어설 것으로 예상하고 있다. 낸드 가격의 급변화는 주요 수요처인 데이터센터와 모바일 기기 등 ICT 인프라의 발전과 밀접한 관계가 있으며, 공급 과잉과 부족을 반복하기 때문이다.

차세대 반도체로 3D 낸드가 주목받는 데에는 전 산업계를 걸친 급격한 디지털 전환(Digital Transformation, DX)으로 인한 클라우드 컴퓨팅과 빅데이터 연산을 위한 메모리 수요의 급성장이 있다. 클라우드 컴퓨팅 서비스로 전환하는 산업은 데이터 연산과 저장을 위한 하이퍼스케일 데이터센터를 필수로 한다. 연산을 위한 DRAM 시장과 함께 장기 저장을 담당할 3D 낸드의 필요성이 증가하고 있다. 주요 증권사 리포트들은 디지털 전환을 진행하는 기업들이 자체 서버를 설치하여 보안을 강화하려는 온프레미스향(向)으로 AI 서버 구매가 증가하고 있는 점에서 3D 낸드 시장의 성장을 점친다.

스마트폰, 태블릿, 노트북 등 전통적인 3D 낸드 필요 전자 기기들의 발전과 더불어, 기존 백색가전으로 불리는 냉장고, 세탁기부터 커피 머신 등 가전의 빠른 발전도 시장 성장을 예고한다. 최근 가전업계에서 부는 이용자 생활 방식에 최적화된 초개인화 또한 IoT 서비스 제공을 위한 클라우드 컴퓨팅을 기반으로 하고 있다.

이수림 DS투자증권 연구원은 "AI 서버를 신규 증설할 때 데이터 전송 속도 등 고성능 요구 사항을 충족시키기 위해 SSD가 필요하다"며, "영상, 음성 등 비정형 데이터로 훈련 방식이 변화하면서 SSD 수요 증가폭이 커지고 있다. 비정형 데이터는 텍스트 데이터보다 더 큰 저장 용량을 요구한다"고 설명했다. 시장조사기관 옴디아도 "AI 관련 훈련 및 추론에서 수요가 발생하고 있고, 이를 위해 대규모 언어 모델(LLM) 및 추론 모델을 위한 데이터 저장에 더 큰 용량이 필요하다"고 분석했다.

3D 낸드 시장의 성장이 예상되면서 현재 시장을 양분하고 있는 삼성전자와 SK하이닉스의 제2의 메모리 전쟁이 예상된다. 트렌드포스에 따르면, 1분기 기준 삼성전자와 SK하이닉스(솔리다임 포함)는 기업용 SSD 시장에서 각각 47.4%, 30.4%의 점유율을 기록하고 있다.

삼성전자는 쿼드러플레벨셀(QLC) 기반 최신 9세대 V낸드를 올해 3·4분기에 양산할 예정으로, QLC 낸드는 데이터 저장 단위인 셀 하나에 2진수 4자리 데이터를 담을 수 있는 기술이다. 기존 트리플레벨셀(TLC) 낸드 대비 동일 칩 크기로 저장 용량을 획기적으로 늘릴 수 있다.

SK하이닉스도 지난 3월 기업용 SSD 'PCB01'의 개발을 완료했다고 밝혔다. PCB01의 연속 읽기와 쓰기 속도는 각각 초당 14GB, 12GB로, 이는 AI 학습과 추론에 필요한 대규모 언어 모델(LLM)을 1초 내에 구동하는 수준의 속도로 알려졌다. SK하이닉스에 따르면, 전력 효율도 전작 대비 30% 이상 개선됐다.