재료공학 솔루션 기업인 어플라이드 머티어리얼즈가 사물인터넷(IoT), 클라우드 컴퓨팅에 사용되는 차세대 메모리의 양산을 위한 대량 생산 솔루션을 공개했다.

DRAM, SRAM, NAND 플래시 등의 메모리 기술은 수십 년 전 개발돼 오늘날 디지털 기기와 시스템에 널리 사용되고 있다. MRAM(Magnetic RAM), PCRAM(Phase Change RAM), ReRAM(Resistive RAM)과 같은 차세대 메모리는 기존 메모리에 비해 차별화된 장점을 가지고 있지만 대량생산이 어려운 신소재에 기반을 둬 상용화에 어려움을 겪고 있다.

어플라이드 머티어리얼즈는 차세대 메모리에 사용되는 핵심 물질인 새로운 금속 물질들을 원자층 단위의 정밀도로 증착할 수 있는 새로운 대량 생산 시스템을 출시했다. 어플라이드 머티어리얼즈는 차별화된 차세대 메모리를 상업적이고 안정적으로 생산하기 위해 개발된 회사 역사상 가장 발전된 시스템을 제공한다.

IoT에 적합한 MRAM 생산을 지원하는 어플라이드 머티어리얼즈의 새로운 ‘Endura Clover MRAM PVD’ 플랫폼은 고청정·고진공 상태를 유지한 상태로 조합된 최대 9개의 독특한 웨이퍼 공정 챔버들로 구성된다. 이 플랫폼은 각각의 챔버당 최대 5개 개별 물질 박막을 증착할 수 있는 업계 최초의 대량 생산용 300mm MRAM 시스템이다.

PCRAM과 ReRAM을 위한 어플라이드 머티어리얼즈 ‘Endura Impulse PVD’ 플랫폼은 차세대 메모리에 사용되는 다성분계 소재의 정밀한 증착과 통제가 가능하게 해주는 내장형 계측기(On-Board Metrology: OBM)와 함께 최대 9개 웨이퍼 공정 챔버들로 구성된다.

IoT를 위한 MRAM
컴퓨터 산업은 센서와 컴퓨터, 정보통신 기능 등이 통합되어 주변 환경을 모니터링하고 의사 결정을 내리며 그 결과를 클라우드 데이터센터에 전달하는 수백억 기기들로 이루어진 사물인터넷(IoT) 시스템을 구축하고 있다. MRAM은 IoT 기기의 소프트웨어, 인공지능(AI) 알고리즘을 저장하는 용도에 가장 적합한 메모리 후보 중 하나다.

MRAM은 일반적으로 하드디스크 드라이브에서 사용되는 고감도 자성 소재들을 포함하고 있다. MRAM은 본질적으로 비휘발성과 빠른 속도라는 특성을 지닌다. 따라서 전원이 제거되었을 때에도 소프트웨어와 데이터를 유지할 수 있고, 빠른 속도와 높은 반복 기록 횟수로 지금까지 레벨3 캐시에 사용되는 SRAM을 대체할 수 있다. MRAM은 IoT 칩의 BEOL(Back-End-Of-Line) 층 사이에 위치할 수 있어 MRAM을 위한 추가적인 다이(Die) 면적을 최소화할 수 있기 때문에 다이(Die) 소형화와 비용까지 절감된다.

어플라이드 머티어리얼즈의 새로운 Endura Clover MRAM PVD 플랫폼은 고청정·고진공 상태를 유지한 상태로 조합된 최대 9개의 독특한 웨이퍼 공정 챔버들로 구성된다. 이 플랫폼은 각각의 챔버당 최대 5개 개별 물질 박막을 증착할 수 있는 업계 최초의 대량 생산용 300mm MRAM 시스템이다.

MRAM은 진공을 유지한 상태로 최소 30층 이상의 정밀한 박막의 연속 증착이 요구된다. 그 중 일부는 사람의 머리카락보다 50만배 얇은 것도 있다. 또한 원자 지름 정도의 작은 두께 변화가 전체 메모리 소자의 성능과 신뢰도에 중대한 영향을 미칠 수 있다. Endura Clover MRAM PVD 플랫폼은 증착한 박막들의 두께를 외부 대기에 노출될 위험 없이 1옹스트롬(1Å=0.1nm) 이하의 정밀도로 측정 및 모니터링해 원자 수준의 박막 균일도를 보장하는 내장형 계측기를 탑재하고 있다.

탐 스파크맨(Tom Sparkman) 스핀 메모리(Spin Memory) 최고경영자(CEO)는 “매우 빠른 속도와 높은 반복 기록 횟수를 지닌 비휘발성 메모리로서 MRAM은 IoT, AI 분야에서 기존 내장형 메모리에 사용되는 플래시와 레벨3 캐시에 쓰이는 SRAM을 대체할 것으로 전망된다”고 말했다.

클라우드에 활용되는 ReRAM·PCRAM
데이터의 양이 기하급수적으로 늘어남에 따라 클라우드 데이터센터는 서버와 저장 시스템 사이에 연결된 데이터 경로의 속도, 저장 시스템의 전력 소모를 수십 배 수준으로 개선해야 한다. ReRAM과 PCRAM은 서버용 DRAM 과 저장장치 사이의 가성비 측면에서 그 격차를 채워줄 수 있는 일명’스토리지급 메모리(Storage Class Memory)’로 사용될 수 있다. 다시 말해 고속, 비휘발성, 저전력, 고밀도의 메모리다.

ReRAM은 퓨즈(fuse)와 유사한 기능을 하는 신소재를 사용한다. 수십억 개 스토리지 셀 중에서 원하는 각각의 셀에 선택적으로 필라멘트를 형성시키고 그로 인한 전기 전도도의 차이를 발생시켜 데이터를 저장한다. 반면 PCRAM은 DVD 디스크에 이미 사용되는 상변화 소재를 이용한다. PCRAM은 이 소재를 비결정질(amorphous)과 결정질(crystalline) 등으로 가역적으로 상변화시키고 그로 인해 발생된 상변화 소재의 저항 차이를 이용하여 정보를 저장한다.

ReRAM과 PCRAM은 3D NAND 플래시와 유사하게 3D 구조로 배열할 수 있어 메모리 제조사는 각 제품의 세대별로 메모리 레이어를 계속 추가하는 방식으로 메모리 용량을 지속적으로 증가시키고 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한 ReRAM과 PCRAM도 각각 한 셀 안에서 전기 전도도와 저항을 여러 단계로 변화시킬 수 있어 NAND 플래시처럼 각 메모리 셀에 여러 비트의 데이터를 저장하게 할 수 있다.

ReRAM과 PCRAM모두 NAND 플래시 메모리와 하드디스크보다는 현저히 빠른 읽기 성능과 함께 DRAM 보다 훨씬 저렴한 가격을 보장한다. ReRAM은 컴퓨팅 소자와 메모리 소자를 하나의 칩에 통합해 Al 컴퓨팅과 관련된 데이터 흐름의 병목현상을 극복할 수 있는 미래의 인메모리(in-memory) 컴퓨팅 아키텍처 분야에서 가장 유력한 차세대 주자다.

PCRAM과 ReRAM을 위한 어플라이드 머티어리얼즈 Endura Impulse PVD 플랫폼은 차세대 메모리에 사용되는 다성분계 소재의 정밀한 증착과 통제가 가능하게 해주는 내장형 계측기와 함께 최대 9개 웨이퍼 공정 챔버들로 구성된다.

최광열 기자 다른기사 보기