[실리콘 디코드] "적층 한계, 물리학으로 뚫었다"…삼성, 전력 96% 줄인 '꿈의 낸드' 기술 확보

삼성전자가 낸드플래시(NAND Flash) 메모리의 물리적 한계로 지적되어 온 '전력 누수' 문제를 소재 혁신으로 해결하며 '초격차' 기술 주도권을 다시 쥘 발판을 마련했다. 기존 대비 전력 소모를 무려 96%나 절감할 수 있는 이 기술은, 데이터센터의 에너지 효율이 생존과 직결되는 'AI(인공지능) 시대'에 삼성전자가 던진 강력한 승부수로 평가된다.

국제 학술지 네이처(Nature)에 해당 연구 결과가 게재된 것은, 이번 성과가 단순한 공정 개선을 넘어 차세대 반도체의 이론적 토대를 닦았음을 의미한다.


29일(현지 시각) 트윅타운 등 외신에 따르면, 삼성전자 연구진을 포함한 34명의 공동 연구팀은 최근 네이처에 게재된 논문을 통해 차세대 낸드플래시의 핵심 기술인 '산화물 반도체 기반 강유전체 트랜지스터' 기술을 공개했다.
현재 낸드플래시 시장은 데이터를 저장하는 셀(Cell)을 수직으로 높게 쌓는 '단수(Layer) 경쟁'이 치열하다. 300단을 넘어 1000단(V10) 시대를 바라보는 시점에서 가장 큰 걸림돌은 '누설 전류'였다. 셀을 높게 쌓으려면 전류 이동 통로(채널)의 저항을 낮춰야 하는데, 기존 소재는 층수가 높아질수록 의도치 않게 전기가 새 나가는 현상을 막기 어려웠다. 이는 데이터센터의 발열과 전력 낭비의 주범으로 지목돼 왔다.

삼성 연구팀은 난제 해결을 위해 기존 실리콘 대신 '산화물 반도체(Oxide Semiconductor)'를 채택했다. 산화물 반도체는 전자 이동 속도가 빠르지만, 전압 제어가 까다롭다는 치명적 단점이 있어 그동안 상용화가 어려웠다.

연구팀은 여기에 '강유전체(Ferroelectric)' 소재를 결합하는 역발상으로 해법을 찾았다. 강유전체 특유의 성질을 이용해 셀이 꺼져(Off) 있을 때 흐르는 미세한 누설 전류까지 물리적으로 완벽하게 차단한 것이다. 그 결과, 기존 낸드 대비 전력 효율을 96%나 개선하는 놀라운 수치를 얻어냈다. 이는 반도체 소자 물리학의 쾌거이자, 낸드 적층 경쟁의 '게임 룰'을 바꿀 혁신이다.


이번 기술은 폭발적으로 성장하는 AI 데이터센터 시장에서 삼성전자의 입지를 재구축할 핵심 무기가 될 전망이다. 엔비디아의 GPU(그래픽처리장치)가 막대한 전력을 소비하는 상황에서, 데이터 저장 장치인 SSD(솔리드스테이트드라이브)의 전력 효율은 데이터센터 운영 비용(TCO)을 결정짓는 핵심 변수다.

트윅타운은 "낸드플래시의 전력 소비는 세대를 거듭할수록 증가해 왔지만, 삼성의 이번 기술은 믿기 힘든 수준의 효율을 보여준다"며 "AI 데이터센터는 물론 스마트폰 등 모바일 기기의 배터리 수명에도 혁명적인 변화를 가져올 것"이라고 분석했다.
삼성전자로서는 최근 HBM(고대역폭메모리) 시장에서 SK하이닉스에 주도권을 내준 뼈아픈 실책을 만회할 기회이기도 하다. D램에서의 부진을 압도적인 낸드 기술력으로 상쇄하고, 종합 반도체 기업으로서의 위용을 되찾겠다는 전략이 읽히는 대목이다.


업계의 시선은 2026년 1월 열릴 'CES 2026'으로 쏠리고 있다. 통상 네이처 급의 기초 연구 성과가 양산 제품으로 이어지기까진 상당한 시간이 소요되지만, 삼성전자는 이 무대에서 구체적인 상용화 로드맵이나 시제품(Proto-type)을 공개하며 기술 리더십을 과시할 것으로 보인다.

현지 외신들은 "삼성 파운드리가 최근 애플, 테슬라 등 빅테크의 수주를 확보했다는 소식과 맞물려, 삼성의 반도체 사업이 2026년을 기점으로 확실한 턴어라운드(실적 반등)를 노리고 있다"고 전했다.

HBM4(6세대 고대역폭메모리)와 더불어 '초저전력 낸드'라는 양 날개를 장착한 삼성전자가, 이번 기술적 돌파구를 통해 메모리 시장의 '절대 1강' 지위를 굳힐 수 있을지 전 세계 반도체 업계가 주목하고 있다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com