양자 및 우주 시대를 위한 플래시 메모리의 잠재력 추구

AI, IoT 및 빅데이터 애플리케이션의 광범위한 사용으로 매일 대량의 디지털 데이터가 생성됩니다. SSD(솔리드 스테이트 드라이브) 및 HDD(하드 디스크 드라이브)는 데이터 센터 및 서버에서 사용됩니다. SSD는 데이터 액세스 속도, 전력 소비 및 하드웨어 크기 측면에서 HDD보다 우수하므로 SSD는 HDD보다 더 우수합니다. SSD에 사용되는 플래시 메모리의 용량은 메모리 셀의 '하이 스태킹'과 단일 메모리 셀에 저장할 수 있는 데이터 양을 늘리는 '멀티 레벨' 셀 기술을 통해 증가할 수 있었습니다.

최근 몇 년 동안 극저온(절대 0 또는 -273.15°C에 가까움)에서 작동할 수 있는 메모리에 대한 양자 컴퓨팅 및 항공우주 응용 분야에서 수요가 증가하고 있습니다. 양자 컴퓨터는 약 10 mK에서 작동한다(절대 0보다 약간 높음, 냉각을 위해 액체 헬륨을 사용함으로써 달성됨). 양자 컴퓨터를 제어하는 CPU와 메모리 및 스토리지 장치는 극저온에서 작동할 수 있어야 합니다. 향후 항공우주 응용 분야에서는 위성, 행성 탐침 및 달 기지에 사용되는 컴퓨터 및 전자 장비도 이러한 온도에서 작동해야 합니다. 이러한 기대의 증가에도 불구하고, 학회 또는 기타 행사에서 이러한 종류의 장치에서 플래시 메모리의 극저온 작동에 대한 보고는 없었습니다.

Kioxia Corporation은 77K(액체 질소 온도)에서 3D 플래시 메모리를 성공적으로 작동시켰으며 극저온 조건에서의 작동이 스토리지 성능을 더욱 향상시킬 수 있음을 입증했습니다. 플래시 메모리의 데이터 보존 특성이 향상되고 읽기 노이즈가 크게 감소합니다. 또한, 반복된 쓰기/지우기 작업으로 인한 열화를 억제할 수 있다.

극저온 환경에서의 향상된 스토리지 특성 또한 다단계 기술의 양자 도약을 주도할 것입니다. 현재 대량 생산 중인 가장 높은 다중 레벨 셀 플래시 메모리는 셀당 4비트입니다. 그러나 세계 최초의 Kioxia는 메모리 셀의 특성을 향상시키는 처리 기술로 이를 강화하여 극저온 조건에서의 작동을 통해 셀당 6비트, 셀당 7비트를 달성할 수 있는 능력을 입증했습니다.

Kioxia는 최신 연구 활동 과정에서 플래시 메모리 작동으로 인한 데이터 보존 성능의 특성 저하를 최소화하기 위해 어닐링(열처리)을 사용하여 세포당 가역적인 7비트 작동을 입증했습니다(그림 1).

Kioxia는 Nagase Techno-Engineering Co.와 함께 극저온 냉각 시스템을 공동 개발하고 있습니다. 메모리 모듈은 진공 챔버 내부의 금속판에 배치하여 냉각됩니다(그림 2). 이는 냉각 비용을 고려하더라도 비트당 비용을 줄일 수 있습니다(그림 3).

플래시 메모리의 극저온 작동은 양자 컴퓨팅 및 향후 항공우주 응용 분야에 활용될 것으로 예상됩니다.

예를 들어, 양자 컴퓨터의 경우, 양자 비트와 동일한 환경에서, 즉 극저온 조건 하에서 작동할 수 있는 대용량 메모리를 배치함으로써 상당한 성능 개선을 기대할 수 있다. 항공우주 응용 분야에서 전자 장치는 달 표면과 같은 넓은 온도 범위에서 작동 가능하며 작동 수명이 깁니다.

또한 이 기술을 배포함으로써 Kioxia는 기존의 하이 스태킹에 대한 다른 접근 방식을 사용하여 대용량 플래시 메모리를 제공할 수 있으며, 기존 메모리보다 수명이 더 긴 지속 가능한 메모리의 개발을 계속할 것입니다.

Kioxia Group은 새로운 분야와 애플리케이션에서의 배포를 실현하는 것을 목표로 새로운 메모리 기술을 지속적으로 개발할 것입니다.