3D크로스포인트(Xpoint) 기술에 대해서 설명해 보세요.

3D크로스포인트 기술은 인텔과 마이크론이 공동으로 개발한 차세대 비휘발성 메모리 기술로, 2015년 7월에 처음으로 발표되었다. 인텔이 해당 기술을 적용한 제품이 인텔 옵테인(Intel Optane)이고, 마이크론이 해당 기술을 적용한 제품은 QuantX라는 브랜드로 출시된다. 동작 원리는 PRAM에서 사용하는 상변화 물질을 이용하였으며 빠른 동작 속도와 집적도 향상을 목적으로 하여 DRAM의 단점을 보완하려 하고 있다.

지금까지 PC에 사용된 메모리는 CPU 안에 직접 내장된 캐시 메모리(SRAM)과 메모리 슬롯에 장착하는 D램(DRAM)으로 데이터 처리 속도가 빠른 대신 전원이 꺼지면 데이터가 모두 사라지는 '휘발성 메모리'였다. 이 때문에 메모리보다 속도는 느리더라도 전원이 꺼진 상태에서 데이터를 안전하게 보관하는 HDD, SDD 같은 저장장치(Storage)가 필요한데, 문제는 메모리와 저장장치의 성능 차이가 너무 커서 PC 성능을 제한하는 요소가 된다는 것이다. 또한 낸드 플래시를 사용하는 SSD는 최신 기술을 적용할수록 용량과 속도는 향상되는 반면 물리적인 수명은 급격히 떨어진다.

강유전체 메모리(FeRAM), 저항 변화 메모리(ReRAM), 상변화 메모리(PRAM), 스핀 주입형 자기 메모리(STT-MRAM) 다양한 형태의 차세대 메모리 기술이 발표됐지만, 반도체 업계가 요구하는 D램보다 낮은 제조 비용, 고용량, 저전력에 낸드 플래시보다 빠른 지연시간(레이턴시), 개선된 제품 사이클(수명), 장기간의 데이터 보관 등의 모든 목표를 충족시키기는 어려웠다. 대부분 구조가 복잡해지면서 공정 미세화와 고용량 제품 개발에 어려움을 겪고 있다.

3D 크로스포인트 기술은 이런 답답한 상황 속에서 인텔이 제시한 첫 번째 해답이다. 인텔은 메모리 소자를 이용한다는 점은 같지만, 이전 NAND 플래시 방식과 완전히 다른 구조와 반도체 소재로 만들어 훨씬 빠르고 긴 수명을 보장하고, 설계 방법에 따라서 용량도 크게 늘릴 수 있다고 한다. 특히 이전의 NAND와 가장 다른 점은 얇은 금속 와이어를 차곡차곡 쌓아올린 구조다. 흔히 ‘적층 구조 방식’이라 부르는데, 캠프파이어를 위한 장작이나, 성냥개비를 쌓아 올린 모습과 같다. 인텔은 이 기술이 낸드 플래시 대비 천 배 빠르고 긴 수명을 갖고 있으며 전통적인 메모리(D램)에 견줘 집적도가 열 배에 달한다고 주장한다.

인텔과 마이크론이 이와 같은 성능을 구현하게 만든 핵심기술은 소재의 차이이다. 위의 그림에서 초록색은 메모리의 최소 단위인 셀, 노란색은 셀렉터가 된다. 그리고 각각의 셀들은 금속 와이어로 연결되어 있다. 특정 메모리 셀을 선택해 데이터를 접근시키려면 위쪽과 아래쪽의 와이어에 전압을걸어 전류를 흐르게 만들면 된다. 마치 좌표를 찍듯, 가로와 세로에 전압을 걸면 원하는 셀을 선택할 수 있는 방식이다.

여기서 인텔과 마이크론은 메모리 셀과 셀렉터를 새로운 소재로 구현해 데이터 접근 속도와 내구성을 높였다. 기존 메모리 셀에 데이터를 접근시킬 때 데이터를 쓰고 지우는 과정을 거치는데 이 때 속도가 느려지는 현상이 발생한다. 3D크로스포인트에서는 셀에 전압을 새로 걸면 데이터를 지울 필요 없이 다시 새로운 데이터를 쓰게 되므로 속도가 이전보다 더 빨라지는 것이다. NAND 플래시와의 가장 결정적인 차이는 이 소재의 차이이다. 소재의 변화로 인해 트랜지스터와 캐패시터가 배제되면서 구조가 단순해지고 공간도 많아져서 용량 집적도가 높아지는 것이다. 하지만 인텔은 새로운 소재에 대해 아직까지 구체적으로 밝히지는 않고 있다.