반도체 주식투자를 위한 기본 지식 2편 – D램과 낸드플래시

<DRAM의 원리>

– 컴퓨터의 기억장치로 많이 사용되는 메모리 반도체에는 랜덤 액세스 기억장치인 램(RAM)과 읽기 전용 기억장치인 (ROM)이 있음.

– 램에는 동적인 DRAM과 정적인 SRAM이 있음. (디지털 정보는 0과 1로 표현됨. 0 또는 1을 나타내는 한 개의 정보 단위를 비트라 함.)

– DRAM은 비트를 집적회로 안에 각기 분리된 축전지에 담긴 전하량에 의해 기록됨. 시간이 지남에 따라 축전지의 전자가 누전됨으로써 기억된 정보를
잃게 됨. 이를 방지하기 위해 기억장치의 내용을 주기적으로 재생시켜야 함. 한마디로 이 Refresh를 위한 제어회로가 컴퓨터 시스템에 탑재되어야 함.
이렇게 동적으로 재생시키므로 D(Dynamic)를 붙여 DRAM이라 명명함.

(용어설명)
집적회로 : 특정의 복잡한 기능을 처리하기 위해 많은 소자를 하나의 칩 안에 집적화한 전자부품.
소자 : 장치, 전자 회로 따위의 구성 요소가 되는 낱낱의 부품, (독립된 고유의 기능을 가지고 있음)
축전지 = 배터리
전자 : 전기 현상을 일으키는 근원 물질
전하량 : 어떤 물체 또는 입자가 띠고 있는 전기의 양
누전 : 누설하는 전류

– SRAM은 한 비트를 구성하는데 여섯 개의 트랜지스터가 필요한 반면, DRAM은 한 개의 트랜지스터와 한 개의 축전지만 있으면 됨. 따라서 고밀도 집적에 유리함. 또한, 전력소모가 적고 가격이 낮아 대용량 기억장치에 많이 사용됨.

– 단, DRAM은 전원이 차단될 경우 저장되어 있는 자료가 소멸되는 특성이 있음.

– DRAM은 우리나라 반도체 산업의 주류를 이루고 있으며 산업 내에서 비중이 매우 큰 제품임.

– SRAM : refresh가 필요없으며, 데이터 처리 속도가 빠르다는 장점이 있음.
하지만 데이터를 저장하는 방인 셀의 크기가 커서 대용량으로 어렵다는 단점이 있음.
그래픽카드에 주로 사용됨.

<DRAM의 상황>

– 게임과 인터넷 동영상 등 멀티미디어 기능의 발달에 따라 실감나는 영상을 구현하기 위해서는 대용량 데이터를 빠르게 처리하는 속도가 빠르고 용량이 큰 D램 제품이 트렌드임.

– PC, 스마트폰, 디지털 TV, 자동차 내비게이션, 디지털 카메라 등 고성능화된 D램은 더욱 중요해짐.

<D램 업계 합종연횡>

– 강자만이 살아남는 ‘정글법칙’이 철저하게 적용됨. ‘부익부 빈익빈’현상이 지속되고 있음. D램 시장은 다른 산업과 달리 급격하게 호황과 불황을 반복하고 있어 정확하게 시황을 예측하기가 어려움.

– 앞으로의 D램 산업의 키워드는 ‘나노 기술’과 ‘300mm 웨이퍼’가 관건임. 수천, 수조원의 투자에 대한 위험 부담을 줄이기 위해 공동 개발, 공동 투자 등 합종연횡을 가속화하고 있는 추세임.

<진화하는 DRAM>

– 90년대 중반부터 소비자의 다양한 멀티미디어 욕구에 적응하기 위해 나온 반도체 -> SD램

– DDR SD램 : 동기신호(D램을 동작시키는 신호) 한 번에 반응하는 데이터를 기존 D램에 비해 2배로 늘리는 방식을 택해 속도를 2배 이상 끌어올림

– 램버스 D램 : 데이터 입출력을 8비트로 구성된 ‘버스’라는 독특한 구조를 사용해 동작 속도를 10배가량 끌어올린 제품

– EDO D램 : 레치라는 회로를 추가하여 방금 전에 읽었던 데이터를 다음 데이터의 어드레스를 가져올 때까지 보존하도록 하여 데이터를 읽어내는 클럭 수를 줄여 처리 속도를 빠르게 개선한 D램의 일종.

<플래시 메모리>

– 전원이 꺼져도 데이터를 보존하는 특성을 가진 반도체(전원을 자주 켜고 꺼야 하는 무선통신기기(스마트폰, 디카, 디지털 캠코더 등)에 필수적인 반도체)

– 플래시메모리는 크게 낸드(데이터 저장)형 제품과 NOR(코드 저장)형 제품으로 구분됨. (삼성은 NAND 강자, 인텔은 NOR 강자)

– 낸드 플래시메모리는 시장규모는 다소 작지만 성장속도는 폭발적임. NOR 플래시메모리는 시장규모는 크지만 성장속도는 상대적으로 더딤.

<낸드, 노어 플래시>

– 낸드 플래시 : 셀을 수직으로 배열해 좁은 면적에 많은 셀을 만들 수 있도록 되어 있음. (용량을 늘리기 용이하고 쓰기 속도가 빠름)

– 노어 플래시 : 수평 배열 (읽기 속도가 빠름), 소량의 핵심 데이터를 저장하는 데 쓰임. (Ex, 윈도 부팅, 스마트폰 핵심 기능의 빠른 활성화)

<낸드플래시 메모리 반도체>

– 전원이 꺼지더라도 저장된 데이터를 보존하는 비휘발성 메모리의 일종으로 전기적인 방법으로 정보를 입출력함.

– 내부 구조가 평면 구조(2D)에서 수직 구조(3D)로 발전하였으며 이를 ‘3D 낸드’라고 함.

– 플래시메모리는 전력 소모가 적고 기존의 자기디스크에 비해 고속으로 읽기 및 쓰기가 가능함. 이러한 특징으로 인해 디카, 스마트폰, USB 등의 다양한 휴대용 기기와 SSD에 사용되고 있음.

– 플래시메모리의 종류 : 1. 낸드플래시 2. 노어(NOR)플래시로 구분(칩 내부의 회로 형태에 따라)

– 낸드플래시(셀 직렬배치) : 좁은 면적에 집적 가능한 셀이 많고 대용량화가 가능하며 내구성이 강함. 제조 단가가 저렴하고 쓰기 및 지우기가 용이함. 주로 MP3나 디카, USB 등 휴대용 정보통신기기의 메모리로 사용됨.

– 노어(Nor)플래시(셀 병렬배치) : 읽기가 빠른 대신 쓰기 속도가 느림. 주로 핸드폰 메모리에 사용됨.

– 낸드플래시 기술 경쟁은 데이터 저장 단위인 셀을 밀집시키는 미세화 기술력에 의존해 왔으나, 10나노미터 이하의 집적도에서는 저장 공간 사이에서 전자가 누설되는 간섭 현상으로 인해 물리적 한계에 도달함.

– 이를 해결하기 위해 ‘3차원 수직구조 낸드플래시’ 기술이 개발되었음. 이 기술은 평면 낸드플래시에 비해 저장 공간 집적도, 속도 및 내구성, 소비전력에 있어 수 배 향상된 성능을 보임.