저장한 모든 사진, 메시지, 문서, 모두 먼지 한 점보다 작은 메모리 셀 안에 저장됩니다.
눈에 보이지 않을 수도 있고 상상하기조차 어려울 수도 있지만, 그 작은 셀이 바로 기기가 정보를 기억하는 이유입니다.
메모리 저장은 더 이상 용량에만 국한되지 않고 지구력, 속도, 같은 실리콘 조각에 얼마나 들어갈 수 있는지에 관한 것입니다.
이 모든 것은 간단한 아이디어에서 시작되었습니다: 전자를 가두어 잡고 이진법으로 이야기를 들려주는 것이었습니다.
시간이 지남에 따라 이 아이디어는 플로팅 게이트로 바뀌었고, 전하 트랩으로 진화하여 3차원 공간으로, 위쪽으로 발전하기 시작했습니다.
Floating Gate
플로팅 게이트는 비휘발성 메모리의 최초의 진정한 돌파구였습니다.
각 셀 내부에는 전원이 꺼져 있어도 전자를 가둘 수 있는 층이 있습니다.
마치 전하를 머금고 놓지 않는 작은 상자 같습니다.
전압이 가해지면 전자는 얇은 산화물층을 통해 터널링되어 그 자리에 머물면서 셀의 임계 전압이 변합니다.
나중에 셀을 읽으면 그 전압이 0인지 1인지 알려줍니다.
간단하고 신뢰할 수 있으며 놀랍도록 우아합니다.
하지만 문제도 있었습니다.
얇고 깨지기 쉬운 산화물 층은 수많은 프로그램 앤 지우개 사이클 끝에 마모되었습니다.
시간이 지남에 따라 갇힌 전하가 새어 나가고 데이터가 사라졌습니다.
엔지니어들은 신소재, 더 나은 터널 산화물, 전기장의 세심한 제어 등 수명을 연장하는 데 수년을 보냈습니다.
수십 년 동안 플로팅 게이트는 플래시 메모리, USB 드라이브, SSD 및 모든 초기 디지털 카메라의 핵심이었습니다.
Charge Trap Flash memory (CTF)
그리고 새로운 아이디어가 떠올랐습니다.
전도성 게이트를 전혀 사용하지 않는다면 어떤 일이 일어날까요?
떠있는 금속층에 전자를 가두는 대신 실리콘 질화물에 담긴 작은 주머니 절연체 안에 전자를 가둔다면 어떨까요?
이것이 바로 Charge Trap Flash(CTF)의 아이디어입니다.
구조는 바뀌었지만 목표는 전하를 저장하고 안정적으로 유지한 다음, 입력되는 신호에 따라 방출하는 것이었습니다.
CTF는 인접한 셀 간의 간섭을 줄여 밀도와 신뢰성을 높일 수 있는 중요한 특성을 제공합니다.
전하가 집중되지 않고 분산되어 있어 일부가 유출되더라도 데이터가 생존할 수 있습니다.
이러한 기술은 제작 공정에 더 관대하고 확장에 적합했습니다.
삼성전자와 같은 기업들은 CTF를 고급 NAND 제품의 기반으로 사용하여 이를 더욱 발전시켰습니다.
이러한 전환은 단순한 기술적 변화를 넘어 메모리에 대한 우리의 생각을 바꿨고, 유연하게 사고하도록 만들었습니다.
3D NAND Technology
어느 순간 옆으로 자랄 공간이 부족해졌습니다.
그래서 메모리 엔지니어들은 위로 성장하기로 결정했습니다.
3D NAND는 플래시의 개념을 받아들여 수십 개, 수백 개의 층을 쌓아 올렸습니다.
각 층은 하늘의 도시처럼 전하를 저장하는 셀을 서로 쌓아 올립니다.
수직 메모리, 트랜지스터를 더 이상 줄이지 않고 더 많은 용량을 제공한다는 점에서 생각하면 놀라운 아이디어입니다.
3D NAND는 높은 아키텍처를 견딜 수 있는 CTF 구조를 사용하여 많은 확장 문제를 해결했습니다.
하지만 수백 개의 층을 통해 완벽하게 정렬된 구멍을 에칭하려면 원자 수준에서 정밀도가 필요했습니다.
하지만 이러한 방식은 분명 효과가 있습니다.
오늘날의 솔리드 스테이트 드라이브는 손바닥보다 작은 공간에 테라바이트를 저장하는 이 3D 설계를 기반으로 제작되었습니다.
단순히 쌓는 것이 아니라 공간에 메모리가 존재하는 방식을 새롭게 구상하는 것입니다.
플로팅 게이트에서 3D NAND에 이르기까지 메모리의 이야기는 주요한 흐름 중 하나입니다.
각 단계는 처음부터 시작하는 것이 아니라 보이지 않는 것을 가두고 그대로 유지하는 방법이라는 동일한 아이디어를 정제하는 것이었습니다.
이론적인 속도와 용량을 더 많이 추구할수록 재료의 물리적 한계에 가까워집니다.
하지만 엔지니어들은 더 많이 저장하고, 더 빨리 지우고, 더 오래 사용할 수 있는 새로운 방법을 계속하여 찾고 있습니다.
결국 메모리는 기술에만 국한된 것이 아닙니다.
아주 작은 전자도 보관할 가치가 있는 무언가를 운반할 수 있다는 사실을 기억하는 것입니다.