Micron 자체브랜드인 QuantX와 OEM 공급으로 3D XPoint가 시작

Intel와 Micron Technology가 공동으로 개발한 차세대 메모리 '3D XPoint'가 드디어 출발선에 선다. Micron은 3D XPoint 메모리 자체브랜드 SSD인 'QuantX'로서 발매하며,Intel은 3D XPoint 기술의 제품을 'Optane' 브랜드로 제공한다. 즉 두 회사는 같은 3D XPoint 베이스 제품을 서로다른 브랜드로서 발표하는 것이다.

 

또한 내년 ( 2017 년 ) 에는, Intel과 Micron 이외의 SSD 메이커에게 Micron은 3D XPoint 칩을 공급한다고 한다. 한마디로 말하면, Micron은 새로운 메모리를 Intel과 Micron이 뿐 아니라 더욱 넓은 범위로 시장을 공급하는 전략을 내세운 것이다.

 

3D XPoint에 대해서는, 작년 ( 2015년 )의 발표에서 Intel은 SSD와 DIMM에 투입할 것을 밝히고 있었지만, 그에 비해 아무것도 언급이 없었던 Micron이 드디어 지난주 미국 산타 클라라에서 개최한 메모리 컨퍼런스인 'Flash Memory Summit'에서 QuantX브랜드를 대대적으로 공개했다. Micron은 기술세션과 부스 설명 설명으로 대략적인 전략과 배경의 이념 또한 설명하였다.

▲3D XPoint를 전면적으로 밀고있는 Micron Technology

 

▲3D XPoint의 IOPS성능

 

또한, Micron은 기존 NAND SSD에 비해서 3D XPoint SSD가 랜덤 액서스 성능의 지표인 IOPS( I/O per Second )에서는 압도적인 성능이 될 것 이라 강조 하였으며, IOPS 성능이 요구되는 엔터프라이즈 스토리지에서는 3D XPoint베이스인 QuantX SSD가 매력적인 선택지가 될 것이라 선언하였다. 이를 간단하게 말하자면 기존 SSD보다 훨씬 고성능이고, 종래와는 다른 사용이 가능한 SSD가 된다는 것 이다.

 

Micron은 미국 소비자들의 SSD 보편화가 느릴뿐 아니라, 3D XPoint의 높은 성능에 비해 높은 용량당 비용 때문에, 당분간 데이터 센터의 제품에 집중할 예정이다.

 

Micorn은 3D XPoint로 그 시장을 노린다. 

3D XPoint는 이번주 샌프란시스코에서 개최되는 Intel 기술 컨퍼런스인 'Intel Developer Forum ( IDF )' 에서 초점이 되는 것이 틀림 없다. IDF에서 Intel은 3D XPoint의 추가적인 기술내용을 공개함과 동시에 Intel의 세부 플랜을 밝힐 것 같다. 또한, Intel은 이미 3D XPoint의 샘플 SSD를 주요 고객에게 제공하고 있다고, Flash Memory Summit의 Facebook을 통하여 밝혔다. 

 

Intel은 3D XPoint를 SSD뿐만 아니라, DIMM소켓에 설치하는 메모리 디바이스로도 제공된다고 한다. DIMM 소켓 위에 3D XPoint를 앞으로 어떻게 처리할지가 주목이다. 그러나, 시작 지점에서는 같은 메모리버스인 DDR4 DIMM을 라이트 백 캐시처럼 사용되는 것으로, 3D XPoint DIMM의 용량을 메모리공간으로서 최대한 사용하면서, DRAM의 쓰기 속도를 양립할 것으로 보인다.

 

▲Intel도 3D XPoint를 다양한 폼팩터로 SSD를 제공합니다.

 

▲3D XPoint의 DIMM 솔루션

셀렉터 재료의 특색이 있는 3D XPoint

3D XPoint는 Intel과 Micron 이 공동개발에 의한 새로운 비휘발성 메모리로, 크로스 포인트 메모리인 점이 포인트이다. 즉, 워드 라인과 비트 라인의 교차점에서 메모리 셀이 구성되어 있다. 특히 크로스 포인트 메모리는 독특한 기술이 아니라, 차세대 메모리 논문에서 흔히 보이는 기술이다.

 

3D XPoint는 크로스 포인트이기 때문에 1층 ( 1데크 ) 이면 '4F2'의 메모리 셀이 된다. 3D XPoint는 이러한 구조를 적층하는 것으로, 3차원 두께 방향의 메모리 셀 밀도를 얻을 수 있다. 현존하는 제품은 2데크, 즉 상하 2단 메모리 셀의 구성으로, 메모리 셀 사이즈 적으로는 2F2 상당의 계산이 된다.

　

▲3D XPoint의 구조. 황색과 녹색이 각각 메모리 소자와 셀렉터를 나타내고 있다.

 

3D XPoint의 또 다른 특징으로 셀렉터가 있다. 이는 3D XPoint 메모리 소자와 셀렉터를 적층하는 구조로 되어있는데, 메모리 소자는 칼 코제 나이트 재료인 PCM ( Phase-Change Memory : 상변화 메모리 )이며, 셀렉터는 OTS ( Ovonic Threshold Switch )로 알려져 있다. 3D XPoint의 제조면에서 가장 큰난이도가 셀렉터로, Flash Memory Summit에서의 3D XPoint의 분석 섹션에서도 역시, 셀렉터가 도전이 될 것 이라 지적했다.

 

▲Flash Memory Summit의 애널리스트 섹션에서 표시된 3D XPoint형 메모리 기본 구조

 

▲비 휘발성 메모리의 셀렉터 재료의 목록. 오른쪽 끝이 3D XPoint의 기술로 언급되는 OTS

 

3D XPoint는, 이후 메모리 셀의 적층수를 늘리는 ( =z방향의 요소수를 늘리는 ) 것과 동시에, 메모리 셀의 종횡사이즈 ( x와 y )를 미세화 하는 것으로 대용량화 한다. 그러나, 금속 배선층 사이에 메모리 셀을 배치하기 위해서는, 구조상 적층 할 수 있는 수가 제한적으로, 메모리 업체 관계자는, 일반적으로 4층 정도 한계라고 언급했다. 그 이상으로 적층 할 수 있는 가능성도 있겠지만, 현재 64층의 3D NAND에 비하면 적층 할 수 있는 수가 확연히 떨어질것으로 보인다. 때문에 대용량 면에서는 3D NAND를 따라잡히 힘들어 보인다.

 

하지만, 3D XPoint에는 성능과 랜덤 엑서스의 이점이 있다. 페이지 기반의 거대한 입도에서만 엑서스 가능한 NAND와는 달리, 3D XPoint 메모리는 DRAM과 같은 워드 버스와 같은 세분화된 접근이 가능하다. DRAM과 비슷하기 때문에,  CPU에 가까운 메모리로써 사용되기 쉽다. 다만 DRAM은 완전히 대체하기는 어려우나, DRAM에 가깝고, DRAM보다 더욱 대용량의 비휘발성 메모리로 사용할 수 있다.

 

현재 3D XPoint는, 칩의 용량이 128G-bit로, 즉 원칩으로 16GB의 용량을 가진다. NAND 플래쉬는, 이미 256~384G-bit이므로, NAND의 용량에는 미치지 못하나, 선전은 하고 있는 것으로 보인다.

 

그러나 20nm의 3D XPoint의 다이 크기 ( 반도채 본체 면적 )은 200mm정도로 알려져 있으며, 이는 메인 스트림인 NAND의 다이에 비해 수배나 큰 사이즈이다. NAND 플래시에 비해서 용량대비 제조 비용이 매우 크지만, DRAM에 비한다면 용량대비 제조 비용이 낮은 편이다.

 

Flash Memory Summit에서 본격적으로 양산은 2017년 정도에 시작되며, MLC NAND 비해서 3.5배의 용량당 비용 정도로 예측된다. 이는 DRAM이 비해서 50%이하의 용량 대비 코스트이다.

 

▲3D XPoint의 시산

시스템 성능 제약과 프로세서부터의 메모리/스토리지의 전환

3D XPoint 메모리는, 프로세서 제조업체인 Intel로부터 사활적으로 중요한 기술이다. 왜냐하면 시스템 성능 제약은, 프로세서가 아닌 메모리/스토리지 계층의으로 점점 이동되었기 때문이다. 특히, 전력당 성능은, 메모리/스토리지 제약 영향이 크다. 머나먼 스토리지부터 프로세서까의 데이터를 옮기기 위한 전력 레이턴스가 성능의 깎아왔기 때문에, 전력소비를 올려버리기 때문이다.

 

Flash Memory Summit에서는, Micron으로부터 3D XPoint 메모리를 담당하는 Steve Pawlowski(Vice President, Advanced Computing Solutions, Micron)가 등장했다. 컴퓨팅에 대해서, 3D XPoint과 같은 새로운 'PM ( Persistent Memory)'가 중요한 배경을 설명했다. 매우 흥미로운 것은 Pawlowski는최근까지 Intel 프로세서 리서치의 톱이였다는 것이다.

 

Pawlowski는, 과거에는 CPU의 명령 세트가 중요하다고 하였지만, 현재에는 데이터의 운영하는지가 중요하다고 설명했다. 데이터의 이동이 에너지를 필요로 하기 때문에, 데이터를 가능한 프로세서의 가까운 곳 두는것이 중요하다고 언급했다. 특히 엑사 스케일의 슈퍼 컴퓨터가 된다면, 메모리와 스토리지의 사이에 대용량의 계층이 없으면, 전력적 실현이 어려울것이라 했다.

 

즉, Intel은 향후 프로세서의 성능과 성능/전력을 향상시키고 유지시키기 위해서는 새로운 메모리가 절실히 필요하다고 한다. Intel의 내부에서 엑사스케일을 포함해서 장래에 CPU의 연구에 주도하였던 Pawlowski가 Micron에서 3D XPoint 담당을 하고 있는것은 의미가 매우 크다. 때문에 Intel이 3D XPoint를 감독하기 위해서 Micron으로 보냈을지도 모른다.

 

▲Pawlowski는 데이터를 CPU 가까이에 둘 필요가 있다고 주장하였다.

 

▲기존의 메모리와 스토리지의 격차를 채우기 위해서 메모리가 중요하다고 하다.

 

▲Pawlowski는 강연에서 3D XPoint의 본명이 DIMM타입이라고 암시하였다. 

 

 

메모리 컨퍼런스인 Flash Memory Summit에서 3D XPoint의 콤비 중 한명인, Micron으로부터의 비전과 전략이 제시되었다. 내일부터 시작되는 IDF에서는 나머지 반쪽인 Intel로 부터의 비전과 전략이 제시될 예정이다.