반도체 소자 "NAND Flash, DRAM" 기초 정리

 

반도체 기업으로 잘 알려진 삼성전자, 하이닉스, 마이크론, 웨스턴디지털 등 여러 기업에서 메모리 반도체를 생산하고 있습니다. 메모리 반도체의 주력 제품으로는 NAND Flash와 DRAM(Dynamic Random Access Memory)이 있습니다. 이번 피드에서는 NAND Flash와 DRAM의 특징 및 구조에 대해서 알아보겠습니다.

 

NAND Flash의 특징

NAND Flash는 DRAM과는 달리 비휘발성 메모리입니다. 저장된 데이터는 전원이 Off 상태가 되어도 소실되지 않습니다. 따라서, 시스템이 재부팅되어도 데이터를 유지해야 할 필요가 있는 카메라, USB, SSD, 모바일 전자 기기 등에 많이 사용됩니다. NAND Flash의 특징은 다음과 같습니다.

 

1) NAND Flash는 하나의 칩에 많은 데이터를 저장할 수 있는 특징을 가지고 있어, 대용량 저장 장치로 사용됩니다. 따라서, 대용량의 데이터 저장이 있어야 하는 카메라, USB, SSD, 모바일 전자 기기 등에 많이 사용됩니다.

 

2) NAND Flash는 전력 소비가 낮습니다. 소비 전력이 낮아 제한된 Battery 장치와 같은 환경에서 활용하기에 장점이 있습니다.

 

3) NAND Flash는 데이터를 읽고 쓰는 속도가 빠릅니다. 이는 데이터를 검색, 분석, 관리 등과 같은 작업을 빠르게 할 수 있으며, 제품 성능 향상에 크게 기여합니다.

 

4) NAND Flash는 저렴한 가격으로 구매할 수 있고 내구성이 좋아 다양한 제품에 많이 사용됩니다. 

NAND Flash의 구조

NAND Flash의 가장 기본적인 구조는 MOSFET 구조에 하나의 Gate가 추가된 형태입니다. Gate에 전자를 저장함으로써 데이터를 저장하는 방식입니다. 기본적인 구조와 달리 현대의 반도체 산업에서는 Gate가 아닌 산화막에 전자를 저장하는 방식을 채택하여 사용합니다. NAND Flash에서도 워드라인과 비트라인을 가지고 있습니다. 워드라인과 비트라인을 이용하여 데이터를 전송하고, 데이터를 읽고 쓰는 데 사용됩니다.

 

 

DRAM의 특징 

DRAM의 본딧말은 Dynamic Random Access Memory입니다. 말 그대로 동적 메모리입니다. 각 메모리 셀에서 전하를 보유하는 방식으로 동작하고, 주기를 가지고 데이터를 갱신해야 하는 특징 때문입니다. 우리가 주변에서 흔히 사용하는 전자 기기에서 메모리 반도체로써 기능을 수행합니다. 이러한 DRAM은 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

 

1) DRAM은 메모리 반도체 중에서도 휘발성 메모리입니다. 휘발성 메모리는 전원이 연결된 상태에서만 데이터를 유지할 수 있고, 전원이 Off 되면 데이터는 소실되는 특징을 가지고 있습니다.

 

2) DRAM은 고용량의 데이터를 저장할 수 있는 메모리입니다. 데이터 저장도 가능하고 비교적 가격도 저렴하여 전자 기기의 주 메모리로 사용되고, DRAM의 성능은 전자 기기의 성능에 영향을 미칩니다.

 

3) DRAM은 동작하면서 데이터가 소실될 수 있는 특징이 있습니다. 데이터를 지속적으로 유지하기 위해 주기를 가지고 데이터를 갱신해 줘야 합니다. 이 과정을 Refresh라고 부릅니다.

 

4) DRAM은 Capacitor로 동작합니다. Capacitor는 시간이 지남에 따라 스스로 방전되는 특징이 있어 자연적으로 변화하는 의미를 지닌다. 따라서, DRAM은 Capacitor의 충전, 방전을 신경 써야 하므로 속도가 비교적 느린 편에 속합니다. DRAM의 고용량화, 고성능화를 위해 반도체 산업에서는 끊임없는 연구가 진행되고 있고, 이에 따라 반도체 시장도 변화하고 있습니다.

DRAM의 구조

DRAM 셀은 하나의 Transistor와 하나의 Capacitor로 구성됩니다. Transistor는 Capacitor와 메모리 간의 연결을 제어하며, 데이터를 읽고 쓰기를 할 때, Capacitor의 상태 또한 제어합니다. Capacitor는 전하를 저장하는 용도로 사용됩니다. 또한, DRAM 셀은 구조적으로 워드라인과 비트라인을 가지고 있습니다. 해당 워드라인과 비트라인을 통해 데이터가 읽고 쓰이는 특징이 있습니다. 

NAND Flash와 DRAM의 미래

DRAM과 NAND Flash의 활용처가 늘어남에 따라서 수요도 증가할 것으로 예상됩니다. 컴퓨터, 스마트폰 교체 주기에 따른 수요 증가, 데이터 센터의 확장에 따른 수요 증가, 고성능 서버 출시에 따른 수요 증가가 있을 것입니다. 이에 따라 DRAM은 동일 면적에서 Capacitor의 용량을 키우기 위해 지속적으로 연구하고 있으며, 3D 구조를 개발하여 성능을 향상하려고 노력하고 있습니다. NAND Flash는 2D 구조에서 3D 구조로 발전을 해왔으며, 현대에는 더욱 빠른 데이터 처리 속도를 확보하기 위해 NAND 단수를 증가시켜 효율성을 극대화하려고 노력하고 있습니다.