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10nm급 STT-MRAM 기반 기술 등장



((a) Schematic and (b) TEM image of the developed quad -interface MTJ structure in this study. Credit: Tohoku University)


 현재 비휘발성 메모리의 대세는 낸드 플래시 메모리이지만, 이제 기술적 한계에 도달한 상황입니다. 공정 미세화에 따른 수명 단축 문제로 인해 3D 낸드 기술이 개발되었지만, 이제 QLC 낸드의 경우 100-200회에 불과한 읽고 쓰기 수명을 감수하고 사용해야 하는 상황이며 속도 역시 빨라지긴 했어도 D램을 따라잡기 버거운 수준입니다. 


 이런 배경에서 주요 반도체 제조사들은 차세대 비휘발성 메모리 개발을 서두르고 있습니다. 이 부분에서 가장 앞서가는 인텔은 옵테인 메모리를 적극 밀고 있으며 다른 제조사들도 MRAM 개발에 뛰어든 상태입니다. 그러나 최신 제조 공정도 22/28nm 급이고 용량도 1Gb 정도가 최대여서 사용 범위가 그렇게 넓지는 않습니다. 




 최근 일본 도호쿠 대학의 연구팀은  1X nm STT-MRAM (Spin Transfer Torque-Magnetoresistive Random Access Memory)를 가능하게 할 MTJ (Magnetic Tunnel Junction)을 개발했습니다. 이들이 개발한 MTJ는 10ns의 빠른 속도와 10년 이상 사용이 가능한 10^11회의 쓰기 내구성을 지녀 앞으로 10nm 급 STT-MRAM 기술 가능성을 밝게 하고 있습니다. 


 이를 가능하게 한 비법은 Quad interface type iPMA-MTJ (Quad-MTJ)라는 기술로 과거 double MTJ에 비해 레이턴시를 20% 줄이고 열 안전성을 두 배로 높였다는 것이 연구팀의 설명입니다. 다만 실제로 작동하는 STT-MRAM 모듈을 개발한 건 아니고 그 기반이 될 수 있는 기술을 개발했다는 정도로 이해하면 될 것 같습니다. 


 STT-MRAM은 이미 상용화된 차세대 비휘발성 메모리 기술이지만, 아직은 기록 밀도가 낮고 가격 경쟁력도 없어 낸드 플래시나 D램을 대체하기에는 무리입니다. 대부분 임베디드 시스템 등 제한적인 용도로만 사용되고 있습니다. 솔직히 앞으로 대세가 될 수 있을지 역시 장담하기 어렵습니다. 과연 차세대 비휘발성 메모리의 대세는 누가 될지 궁금합니다. 


  
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