새소게에 삼성이 32Gb DRAM을 세계 최초로 개발했다고 기사가 나오네요.
https://www.clien.net/service/board/news/18280984?왜모바일기기의메모리용량은제한될까클리앙od=T31&po=0&category=0&groupCd=CLIEN
이 기사가 의미하는 바가 뭔지 그림그릴 실력은 안되고 말로 풀어보겠습니다..
PC는 조립하기에 따라 메모리용량을 32GB, 64GB, 심지어 128GB씩 넣는 분들이 있죠
근데 모바일 기기는 메모리 용량이 하나같이 다 비슷합니다. 현존하는 최대 DRAM 탑재 폰은 24GB정도로 알고 있습니다.
그럼 모바일 기기는 왜 최대 용량이 제한될까요? 왜 초고용량 SSD는 만들기 어려울까요?
일단 글을 읽기에 앞서 die가 뭔지 설명드리자면, chip을 만들때 12인치 wafer 상태로 통채로 제조하게 되는데, wafer를 제조한뒤 각각의 개별 chip으로 자르게 되면 각각의 칩조각을 (mono) (wafer) die 라고 부릅니다.
1. DRAM이나 NAND를 처음 상품기획할때는 mono die가 표준적인 package 크기 안에 들어가도록 기획합니다.
이게 가장 핵심인데, 예전에는 DRAM은 PC DRAM의 표준 package size안에 들어가도록, NAND는 TSOP 형태의 표준 package size안에 탑재 가능하도록 die (wafer) size를 조절해서 기획을 했습니다. 오래전 일이기 때문에 최근에는 NAND같은 경우에도 BGA type에 맞게 기획할것 같습니다.
일단, 제품을 하나 개발하는데 엄청난 비용과 인력이 들고, 또 die 가 너무 커지게 되면 수율문제도 있기 때문에 (die 면적의 제곱에 비례해서 수율이 떨어지죠) 특수한 상황이 아니면 젤 많이 생산하는 형태의 패키지 안에 탑재되도록 만드는 것이죠.
그러므로 package size안에 무조건 들어가야 하니 die의 용량이 무한정 커질수가 없는 것입니다.
10년전만 해도 mono die의 크기가 8Gb가 표준이었는데, 그게 미세화가 진전되면서 한정된 공간에 더 집적도를 높일수 있으니 16Gb -> 24Gb -> 32Gb 까지 확대가 된것입니다. NAND의 경우에도 mono die가 10년전만해도 64Gb -> 128Gb -> 256Gb -> 512Gb -> 1Tb 이런식으로 3D 적층기술이 보편화되며 늘어온것이죠.
2. 하나의 Package 안에 적층할수 있는 die의 갯수는 정해져 있다 -> 모바일 제품의 최대 DRAM 메모리 용량을 결정
Package size에 육박하게 만든 die를 package 안에 넣어야되는데, 대부분은 수직 적층을 사용합니다. PC의 경우에는 단가나 여러가지 이슈로 보통 1단 mono die하나만 사용하거나 많이 적층해도 2단까지만 적층해서 사용합니다. Mobile의 경우는 단가보다는 용량이 더 중요하니 위로 엄청나게 쌓는 것이죠.
삼성 갤럭시폰 플래그쉽의 용량이 12GB에 오랫동안 머물러 있던 이유는, 보통 폰에는 DRAM 패키지를 공간 문제로 1개만 탑재하게 되는데, 12GB = 24Gb (현존 최대용량 die) x 4층 적층한 package를 사용하기 때문입니다. 최근들어 메모리 회사들의 미세화 속도가 많이 늦어져서 상당히 오랜 기간동안 24Gb mono die가 주력이었습니다.
8층적층의 경우 기술적 문제로 너무 크고 수율 이슈로 단가가 말도못하게 올라가게 되죠.
삼성이 어제 발표한것처럼 32Gb mono die 양산이 본격화되면 32Gb x 4층 = 16GB 옹량의 폰이 대중화 될거예요.
NAND는 상대적으로 적층이 용이해서 - die 한쪽면에만 IO pad가 배열되거나 해서 - 16단정도까지는 무리없이 적층하기도 합니다. 또 NAND는 셀이 몇개쯤 죽어도 controller 단에서 커버해주니 수율 문제도 DRAM처럼 크지 않구요.
3. UFS나 SSD의 용량이 제한되는 이유
UFS의 용량은 위 DRAM의 경우와 비슷합니다. UFS chip의 사이즈 내에 들어가는 NAND mono die를 적층해서 만드는데 예를들어 현재 플래그쉽 모바일 기기의 1TB UFS는 16단으로 쌓는 경우 512Gb mono die x 16단 = 1TB 용량이 나오는거죠.
SSD는 좀 다른데, SSD는 NAND칩을 여러개 붙일수 있죠. 그러므로 용량 제한이 없을것 같습니다만, 여기서 한가지 큰 제약사항이 있습니다.
바로 controller의 channel 당 붙일수 있는 NAND die의 갯수가 한정되어 있다는 것입니다. - 제가 die의 갯수라고 했습니다. NAND chip의 갯수가 아닙니다 -
controller의 control/data IO에 NAND die가 너무 많이 붙어버리면 controller의 IO (Input/Output)가 NAND die를 구동할수 없게 됩니다. 비유로 뒷쪽에 사람들이 너무 많이 붙어서 밧줄을 당겨도 사람들을 끌어올수 없는것이라고 이해하시면 됩니다.
그러므로 channel당 붙는 NAND die의 갯수가 정해지는 것입니다.
그럼 가끔 갑툭튀같이 나오는 초고용량 SSD는 어떻게 만드느냐? Controller를 1개가 아니고 여러개 사용해서 초고용량을 만든다음 RAID controller를 다시 사용해서 1개처럼 보이게 묶는 것입니다. 당연히 비용이 엄청 올라가겠죠
그래서 일반 소비자용 제품은 이렇게 만들수가 없습니다.
결론적으로 모바일 기기에서 혹은 SSD의 최대 용량을 제한하는 가장 근본적인 원흉(?)은 mono die의 용량이고, 이건 미세화와 연관이 있다. 정도로 기억하시면 될것 같습니다.
최근들어 미세화는 기술적 한계에 도달하게 되다보니 고용량 mono die 개발이 예전보다는 상당히 늦어지고 있습니다. 그러다보니 모바일 기기들의 최대 용량들이 예전처럼 팍팍 늘지 못하는 것이죠.
그림없이 설명하려니 잘 이해가 되셨는지 모르겠네요. 궁금한 점은 댓글로 달아주시면 최대한 답변 드리겠습니다.