AI 대중화 이끌 고용량 SSD…삼성, 'QLC 9세대 V낸드'로 맞춤 솔루션 강화

AI서비스 대중화에 필수적인 고용량 데이터센터용 SSD

고용량 QLC·고성능 TLC 통해 차세대 낸드플래시 시장 경쟁력 강화

'채널 홀 에칭' 기술로 더블 스택 구조의 업계 최고 단수 제품 구현

업계 최초 양산, 삼성전자 QLC 9세대 V낸드 제품ⓒ삼성전자

삼성전자는 AI(인공지능) 시대 초고용량 서버SSD를 위한 '1Tb(테라비트) QLC(쿼드 레벨 셀) 9세대 V낸드'를 업계 최초로 양산했다고 12일 밝혔다. 1Tb V낸드는 1조 비트의 셀을 단일 칩 안에서 구현한 제품이다.

삼성전자는 지난 4월 'TLC 9세대 V낸드'를 최초 양산한데 이어 이번에 QLC 제품까지 선보이며 고용량∙고성능 낸드플래시 시장 내 입지를 공고히했다. TLC(트리플 레벨 셀)는 하나의 셀에 3비트 데이터를 기록할 수 있는 구조를, QLC는 하나의 셀에 4비트의 데이터를 기록할 수 있는 구조를 말한다.

삼성전자의 낸드플래시 기술 리더십

AI시대에는 초고속 병렬 연산을 지원하는 HBM(고대역폭메모리) 외에 다양한 솔루션이 요구되고 있다. 특히 언어 모델 데이터 학습을 위해서는 학습의 재료가 되는 대규모 데이터를 담을 고용량 SSD가 필요하다.

특히 생성형 AI를 넘어 스스로 학습하는 머신의 데이터를 처리하기 위해서는 더 많은 스토리지 공간이 필요하다.

기업이 운영하는 데이터센터 뿐 아니라 기존 스마트폰, PC 등 소비자 제품 또한 기기 자체 AI 기능을 통해 저장하고 학습, 추론하는 역량이 중요시되고 있는 상황인만큼 데이터를 저장하는 낸드플래시의 역할은 중요하다.

김재준 삼성전자 메모리사업부 부사장은 올해 2분기 실적발표 당시 QLC 라인업을 서버/PC/모바일 등 전 응용처에 최적화하고 AI 서버용 SSD 판매를 확대해 시장 리더십을 지속 제고할 것이라고 밝힌 바 있다.

삼성은 지속적으로 성장하는 낸드플래시 시장에 대응하기 위한 전략으로 AI 서버용 제품을 중심으로 포트폴리오 구성을 강화하고 있으며, 중장기적으로는 중요한 차세대 응용처가 될 것으로 예상되는 온디바이스 AI, 전장, 엣지 디바이스 등 차세대 응용 제품의 포트폴리오를 확대해 나가고 있다.

낸드플래시는 고객의 고용량, 고성능 요구에 부합하는 방향으로 기술이 발전되고 있다.

삼성은 이를 지원하기 위해 향후 ▲스택당 'HARC 식각 공정' 수를 최소화하는 기술 ▲고성능 소자 제조를 위한 '하이케이 메탈 게이트(High-K Metal Gate) 공정' 기술 ▲다양한 조합의 '멀티 본딩(Multi-Bonding)' 기술 등을 통해 혁신을 이어갈 예정이다.

HARC(High Aspect Ratio Contact) 식각은 높은 종횡비(Aspect Ratio)를 가질 수 있도록 동일한 바닥 면적에서 더 높이 뚫을 수 있는 기술을 말한다.

업계 최초 양산, 삼성전자 QLC 9세대 V낸드 제품ⓒ삼성전자

AI 발전에 따른 SSD 고용량화…해결책으로 떠오른 QLC 낸드

낸드는 데이터를 저장하는 최소 단위인 셀(Cell)에 몇 개 정보(비트)를 담을 수 있는지에 따라, 1개 셀에 1비트를 담으면 SLC(싱글 레벨 셀), 2비트는 MLC(멀티플 레벨 셀), 3비트 TLC(트리플 레벨 셀), 4비트를 담으면 QLC(쿼드러플 레벨 셀)로 분류한다.

AI용 고용량 스토리지 서버는 ▲AI용 데이터센터의 전력 비용 제한에 따른 단일 스토리지 서버당 고용량 메모리의 필요성 ▲체크포인트(Checkpoint) 유지의 중요성 증가로 인한 고성능·고내구성 스토리지 수요 증가 ▲멀티모달 AI 모델(Multimodal AI Model) 확산에 따른 고성능 스토리지 요구 등으로 높은 관심을 받고 있다.

체크포인트(Checkpoint)는 모델 학습 과정 중 모델의 현재 상태를 저장하는 특정 지점이며 멀티모달 AI 모델(Multimodal AI Model)은 여러 가지 형태의 정보를 동시에 처리하고 출력하는 AI다.

이에 기업용 SSD 중 고용량을 지원하는 QLC 낸드 기반의 제품 수요가 높아지고 있는 상황이다. QLC는 TLC 대비 1개 셀에 저장할 수 있는 비트의 수가 많아 같은 면적에서 더 많은 용량을 지원한다.

따라서 대규모 AI 모델 학습과 데이터 저장에 적합한 QLC는 대용량 수요가 늘고 있는 데이터센터에 최적인 제품으로 꼽힌다.

시장조사기관 트렌드포스는 2025년 고용량 QLC eSSD와 UFS가 낸드플래시 매출 기록을 견인할 것으로 예상했다.

올해 낸드플래시 시장이 전년 대비 77% 증가한 674억 달러의 매출을 기록할 것으로 전망했으며, 2025년에는 고용량 QLC eSSD 확대, 스마트폰의 QLC UFS 채용, 서버 수요 회복 등에 힘입어 24년 대비 29% 증가한 880억에 이를 것으로 예상된다.

그 중 2024년에는 QLC가 낸드플래시 출하량의 20%를 차지하고, 이 비중은 2025년에 대폭 증가할 것으로 내다봤다.

AI SSD 수요 전망ⓒ트렌드포스

기업용 SSD 시장 성장세 가속

SSD는 AI 모델 훈련에서 중요한 역할을 하며, AI 모델 훈련 진행 상황을 저장하기 위한 체크포인트 생성에 사용된다.

AI 추론 서버에 사용되는 SSD는 추론 과정에서 AI 모델을 조정하고 최적화하는 데 도움을 주며, 실시간으로 데이터를 업데이트하여 추론 모델 결과를 미세 조정할 수 있다.

시장조사기관 트렌드포스에 따르면 2024년에는 인공지능(AI) SSD 조달 용량이 45엑사바이트(EB)를 넘어설 전망이다.

향후 AI 서버는 연평균 60% 이상의 SSD 수요 증가를 견인할 것으로 예상되며, 2024년 전체 낸드 소비량의 5%였던 AI SSD 수요가 2025년에는 9%까지 증가할 것으로 예상된다.