Kioxia와 Sandisk는 지난주 업계 최고 수준의 면적 밀도 (areal density)와 성능을 결합한 332개의 활성 레이어 (active layers)를 특징으로 하는 최신 3D NAND 메모리의 샘플링을 시작했다고 밝혔습니다. 새로운 10세대 BiCS 3D TLC NAND는 밀도와 성능에 민감한 데이터 센터 애플리케이션을 겨냥하고 있으며, 저장 밀도 측면에서 Samsung의 최신 V10급 3D NAND를 능가할 것으로 기대됩니다.

이전 세대와 달리, 10세대 BiCS (BiCS10)는 비용보다 비트 밀도와 성능이 더 중요한 데이터 센터급 스토리지에 명확하게 초점을 맞추고 있습니다. 실제로 이 새로운 유형의 메모리는 332단 활성 레이어 아키텍처 (architecture), 29 Gb/mm² 이상의 밀도, 그리고 4,800 MT/s의 데이터 전송 속도를 특징으로 하여 PCIe 5.0 및 6.0 인터페이스를 탑재한 데이터 센터용 솔리드 스테이트 드라이브 (SSD)에 극한의 성능을 제공합니다. Kioxia와 Sandisk는 클라이언트 애플리케이션을 위해 BiCS9 NAND를 별도로 제공할 계획입니다.

NAND 레이어 수 (NAND Layer Counts)
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Kioxia/Sandisk

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Kioxia/Sandisk

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Samsung

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Samsung

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Micron

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SK hynix

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YMTC

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YMTC

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| 세대 (Generation) | BiCS 10 | BiCS 8 | V10 | V9 | Gen 9 (G9) | Gen 9 | ? | Xtacking 3.0/Gen 4 |
| 레이어 (Layers) | 332-Layer | 218-Layer | 4xx-Layer | 290-Layer (?) | 276-Layer | 321-Layer | 232-Layer | 232-Layer |
| 밀도 (Density) | >29 Gb/mm^2 | 22.9 Gb mm^2 (?) | 28 Gb mm^2 | 17 Gb mm^2 | 21.0 Gb mm^2 | 20 mm^2 | >20 Gb mm^2 | 19.8 Gb mm^2 |
| 아키텍처 (Architecture) | TLC | QLC | TLC | TLC | TLC | TLC | TLC | QLC |
| 다이 용량 (Die Capacity) | 1 Tb | 2 Tb | 1 Tb | 1 Tb | 1 Tb | 1 Tb | 1 Tb | 1 Tb |
| I/O 속도 (I/O Speed) | 최대 4800 MT/s | 최대 3600 MT/s | 최대 5600 MT/s | 최대 3200 MT/s | 최대 3600 MT/s | ? | ? | ? |

우리가 일반적으로 3D NAND 메모리를 설명할 때는 하이엔드 소비자용 SSD(결국 우리는 Tom's Hardware이며, 하드웨어 열성팬이니까요!)와 데이터 센터 드라이브를 포함한 가능한 모든 애플리케이션을 언급하곤 합니다. 우리가 BiCS10의 소비자용 애플리케이션을 언급하지 않은 데에는 매우 구체적인 이유가 있습니다. Kioxia는 이 세대를 클라이언트 디바이스용으로 포지셔닝하지 않으며, 오직 데이터 센터급 드라이브만을 타겟으로 하기 때문입니다. 현재의 시장 상황을 고려할 때, 여러분 근처에서 고성능 SSD로 BiCS10을 기대할 수 있을지 여부는 아마도 수요와 공급에 달려 있을 것입니다.

BiCS10 332단 3D NAND는 비트 밀도 (bit density)를 29 Gb/mm² 이상으로 59%까지 끌어올리는 동시에, 특히 엔터프라이즈 애플리케이션을 위한 의미 있는 성능 및 효율성 향상을 약속합니다. Kioxia의 주장에 따르면 읽기 지연 시간 (read latency)은 약 4 마이크로초(약 10%) 감소하며, 읽기 에너지 소비는 약 100 mJ/GB에서 약 75 mJ/GB로 25% 감소합니다.

Kioxia에 따르면, 이러한 개선은 연속적인 읽기 동작 중에 선택되지 않은 워드 라인 (word lines)이 작동하는 방식을 변경하는 재설계된 읽기 스킴 (read scheme)에서 비롯됩니다. 332단 NAND 스택에서 읽기 지연 시간과 전력 소비의 상당 부분은 접지 (VSS)에서 읽기 전압 (VREAD)까지 긴 워드 라인을 반복적으로 충전하는 것과 관련이 있습니다.

일반적으로 NAND 메모리는 매 읽기 작업 후에 워드 라인을 접지 (VSS)로 방전시키는데, 이는 다음 작업이 무엇인지와 관계없이 작동하는 범용적인 방식입니다. 하지만 항상 방전할 필요는 없습니다. 따라서 BiCS10의 경우, 연속적인 읽기 동작 중에 워드 라인을 완전히 방전하지 않습니다. 대신, 중간 전압으로 낮춘 다음 다음 읽기를 위해 다시 VREAD로 올리는데, 이는 읽기 집약적인 애플리케이션(대부분의 클라우드 애플리케이션이 그러함)에 매우 합리적인 방식입니다.

초기 읽기(initial read) 이후, 회로(circuitry)는 워드라인(word-line) 전압을 VSS로 완전히 방전하는 대신 중간 수준으로만 낮춥니다. 다음 액세스(access) 전에는 전압을 접지(ground)가 아닌 해당 중간 수준에서 VREAD로 복구합니다. 전압 변동(voltage excursion)이 상당히 작기 때문에 워드라인이 더 빠르게 재충전되고 더 적은 전류를 필요로 하며, 이는 읽기 지연 시간(read latency)과 에너지 효율(energy efficiency)을 모두 향상시킵니다. 이 방식은 매우 높은 3D NAND 스택에 특히 유익한데, 스택이 높을수록 긴 워드라인이 지속적인 순차 읽기 워크로드(sequential read workloads) 동안 충전 지연과 전력 손실을 증폭시키기 때문입니다.

Kioxia와 Sandisk가 각각 다른 생산 사이트에서 BiCS9 및 BiCS10 3D NAND 제품을 제조할 계획이라는 점은 흥미롭습니다. 이와테현 기타카미(Kitakami)에 위치한 최신 Fab 2 시설은 플래그십 제품인 332단 BiCS10 메모리 생산을 담당할 예정이며, 미에현(Mie Prefecture)의 오랜 역사를 가진 요카이치(Yokkaichi) 단지는 218단 BiCS9 세대 제조를 계속할 것입니다.

이러한 제조 분할은 매우 합리적입니다. Fab 2는 Kioxia의 가장 진보된 생산 장비들을 갖추고 있어 Kioxia와 Sandisk의 최고 밀도 NAND를 제조하기에 더 적합합니다. 반면, 성숙한(mature) 요카이치 팹(fabs)은 클라이언트 지향적인 BiCS9 생산에 적합합니다. 해당 제조 시설은 이미 감가상각(depreciated)이 상당 부분 완료되었으므로, 회사는 주류(mainstream) NAND를 더 낮은 비용으로 제조할 수 있으며, 기타카미의 최신 생산 능력(capacity)은 최첨단 제품을 위해 남겨둘 수 있습니다.