새로운 메모리 기술, 인텔 3D XPoint 가 준비 단계로

마이크론은 독자 브랜드 QuantX와 OEM 공급으로 3D XPoint를 만든다

Intel과 Micron Technology가 공동으로 개발한 차세대 메모리 "3D XPoint"가 드디어 출발선에 선다. Micron은 3D XPoint 메모리를 자체 브랜드 SSD "QuantX"로 발매한다. 참고로 Intel은 3D XPoint 기술의 제품을 "Optane" 브랜드로 제공한다. 양사는 같은 3D XPoint 기반 제품을 각각 다른 브랜드로 발매한다.

또 Micron은 SSD 메이커 등에 3D XPoint 칩을 공급한다. 내년(2017년)에는 Intel과 Micron 외의 OEM SSD도 등장하게 된다. 한마디로 Micron은 이 새로운 메모리를 Intel과 Micron의 좁은 채널이 아니라 보다 넓은 범위로 시장에 공급하는 전략을 내놓은 것이다.

3D XPoint에 대해서는 지난해(2015년) 발표 때 Intel이 SSD와 DIMM으로 투입하겠다고 밝혔지만 Micron의 움직임은 명확하지 않았다. 그러나 Micron은 지난주 미국 산타 클라라에서 개최된 메모리 컨퍼런스 "Flash Memory Summit" 에서 QuantX 브랜드를 대대적으로 공개했다. 또 기술 세션이나 부스 설명 등에서 대략적인 전략과 배경의 이념도 설명했다.

3D XPoint를 앞세운 Micron Technology

3D XPoint의 IOPS 성능

또 Micron은 기존의 NAND SSD에 3D XPoint SSD가 랜덤 액세스 성능 지표인 IOPS(I/O per Second)에서 압도적 성능임을 강조했다. IOPS 성능이 요구되는 엔터프라이즈 스토리지에서는 3D XPoint 기반의 QuantX SSD가 매력적인 선택 사항이라고 설명했다. 간단히 말하면 기존의 SSD 보다 훨씬 고성능으로 종전과는 다르게 쓸 수 있는 SSD가 된다는 것이다.

Micron은 3D XPoint의 성능과 그에 대한 용량 코스트에서 당분간은 데이터 센터용 제품에 초점을 맞추어 갈 전망이다. 미국에서 가정 PC에 대한 SSD의 침투는 완만하고, 데이터 센터의 SSD가 급격히 진행되고 있다.

3D XPoint는 이번 주 샌 프란시스코에서 열리는 Intel의 기술 콘퍼런스 "Intel Developer Forum(IDF)" 에서도 이슈 중 하나가 되는 것은 틀림 없다. IDF에서 Intel은 3D XPoint의 기술 내용을 더 공개하고, 동시에 회사의 세부 제품 계획도 밝힐 것으로 보인다. Intel은 이미 3D XPoint샘플 SSD를 큰 고객에게 제공하고 있다고 Flash Memory Summit에서 밝혔다.

Intel은 3D XPoint을 SSD 뿐 아니라 DIMM 소켓으로도 제공한다. 후자에 대해서는 DIMM 소켓상의 3D XPoint를 장차 어떻게 다룰지 주목된다. 다만 현재 시점에서는 같은 메모리 버스 상의 DDR4 DIMM을 라이트 백 캐시처럼 사용하면서 3D XPoint DIMM 용량을 메모리 공간으로 최대한 사용하면서 DRAM의 쓰기 속도를 양립 시킬 것으로 보인다.

Intel도 3D XPoint를 다양한 폼 팩터의 SSD로 제공

3D XPoint의 DIMM 소켓 솔루션

셀렉터 재료에 특색이 있는 3D XPoint

3D XPoint는 Intel과 Micron의 공동 개발을 통한 새로운 비휘발성 메모리다. 포인트는 크로스 포인트 메모리인 점. 즉, 워드 라인과 비트 라인의 교점 사이에 메모리 셀을 구성한다. 교차점 메모리는 독특한 기술이 아니라 차세대 메모리 논문에서 흔히 찾아볼 수 있는 기술이다.

3D XPoint는 교차점이 1층이라면 "4F2"의 메모리 셀 크기다. 3D XPoint는 이 구조를 적층 하는 것으로 3차원 방향의 메모리 셀을 실현한다. 현재의 제품은 2층 즉, 상하에 2단 메모리 셀로 되어 있어 메모리 셀 크기적으로는 2F2 정도다.

3D XPoint 구조. 노란색과 초록색이 각각 메모리 소자와 셀렉터를 나타내고 있다

3D XPoint의 또 한가지 특징은 셀렉터에 있다. 3D XPoint는 메모리 소자와 셀렉터를 적층한 구조다. 3D XPoint의 메모리 소자는 PCM(Phase-Change Memory:상변화 메모리), 셀렉터는 OTS(Ovonic Threshold Switch)로 알려졌다.

Flash Memory Summit 분석가들 세션에서 제시된 3D XPoint 형의 메모리의 기본 구조

비휘발성 메모리의 셀렉터 재료 일람. 오른쪽이 3D XPoint의 기술이라고 하는 OTS

3D XPoint는 향후 메모리 셀의 적층 수를 늘린다.(= z 방향의 요소 수를 늘린다) 그와 동시에 메모리 셀의 가로 세로 크기(x와 y)을 미세화하여 대용량화 한다. 단, 메탈 배선층 사이에 메모리 셀을 배치하기 때문에 구조상 적층할 수 있는 수에 제약이 있다. 한 메모리 업계 관계자는 4층 정도를 한계로 말한다. 그 이상으로 적층 가능성이 있지만 현재 64층 3D NAND와 비교하면 적층할 수 있는 수에는 차이가 있다. 대용량 부분에서는 3D NAND에 따라오지 못할 전망이다.

그러나 3D XPoint에는 성능과 랜덤 액세스의 이점이 있다. NAND와 달리 3D XPoint 메모리는 DRAM 같은 워드 베이스의 세립 접속이 가능하다. 또 DRAM에 가깝기 때문에 CPU에 가까운 메모리로 다루기가 쉽다. DRAM의 완전한 대체는 아니지만 DRAM에 가까운, DRAM 보다 대용량으로 비휘발성 메모리로 사용할 수 있다.

현재의 3D XPoint는 칩 용량이 128G-bit. 즉 원칩으로 16GB의 용량을 갖는다. NAND 플래시는 이미 256~384G-bit 이므로 NAND에는 용량에 미치지 못하지만 선전은 하는 것으로 보인다.

그러나 20nm의 3D XPoint 다이 사이즈(반도체 본체의 면적)는 NAND 다이와 비교하면 몇배 크기로 크다. NAND 플래시와 비교하면 용량당 제조 원가는 상당히 크지만 DRAM과 비교하면 용량당 코스트는 상당히 낮다.

Flash Memory Summit에서는 본격 양산에 들어가는 2017년 현재의 MLC NAND에 비해 3.5배의 용량당 비용, DRAM에 비해서는 50% 이하의 용량당 비용으로 추측되고 있었다.

3D XPoint

시스템 성능의 제약은 프로세서에서 메모리/스토리지로 이행

3D XPoint 메모리는 프로세서 메이커인 인텔에게 사실은 사활적으로 중요한 기술이다. 왜냐하면 시스템 성능의 제약은 프로세서에는 없고, 메모리/스토리지로 옮겨졌기 때문이다. 특히 전력당 성능은 메모리/스토리지 계층의 충격이 크다. 먼 스토리지로부터 프로세서까지 데이터를 가져오기 위한 전력과 레이턴시가 성능을 깎고 전력 소비를 증가시킨다.

Flash Memory Summit에서는 Micron에서 3D XPoint 메모리를 담당하는 Steve Pawlowski(Vice President, Advanced Computing Solutions, Micron)가 등장, 컴퓨팅에서 3D XPoint 같은 새로운 "퍼시스턴트 메모리(PM:Persistent Memory)"의 중요 배경을 설명했다. 매우 흥미로운 것은 Pawlowski가 최근까지 Intel에서 프로세서의 리서치 수장이었던 점이다.

Pawlowski는 전에는 CPU의 명령 세트가 중요했지만 현재는 데이터를 어떻게 움직이는지가 중요하게 됐다고 설명했다. 데이터의 이동이 에너지를 필요로 하기 때문에 데이터를 최대한 프로세서의 근처에 둘 필요가 있다고 밝혔다. 특히 엑사스케일 세대 슈퍼 컴퓨터라면 메모리와 스토리지 사이에 대용량의 계층이 없으면 전력적으로 실현이 어렵다고 한다.

즉, 인텔은 향후의 프로세서 성능과 성능/전력을 향상시키는데 새로운 메모리를 절실히 필요로 한다. 인텔에서 엑사스케일을 포함해 장래의 CPU 연구를 이끌던 Pawlowski가 Micron에 3D XPoint를 담당하고 있는 의미는 크다. 인텔이 3D XPoint의 기술 감독을 시키기 위해 보냈을 가능성도 있다.

Pawlowski는 데이터를 CPU 근처로 가지고 올 필요가 있다고 설명

기존의 메모리와 스토리지의 간극을 메우는 메모리가 필요

Pawlowski의 강연에서 3D XPoint의 본명이 DIMM 타입인 것이 암시

메모리 컨퍼런스인 Flash Memory Summit에서 3D XPoint의 콤비 중 Micron의 비전과 전략이 나타났다. 내일 인텔 IDF 에서는 분신인 인텔의 비전과 전략을 확인할 수 있다.

출처 - http://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/kaigai/1015196.html