차세대 메모리 돌파구: 100억 회 읽기-쓰기 사이클

중국의 연구팀이 강유전체 메모리의 대량 생산을 가로막는 가장 큰 장애물 중 하나를 해결했다고 밝혔다. 바로 재료가 너무 빨리 마모된다는 점이다. 이번 주에 설명된 그들의 해결책은 프로토타입 장치를 100억 회 이상의 읽기-쓰기 사이클로 끌어올렸으며, 이는 이전 버전의 수명보다 약 100배에 달한다.

강유전체 메모리는 재료 내부의 원자 규모 전기 분극 방향에 데이터를 저장한다. 정보를 앞뒤로 뒤집을 수 있는 작은 화살표로 쓰는 것이라고 생각하면 된다. 전원이 꺼져도 데이터가 유지되기 때문에 이 기술은 차세대 비휘발성 메모리의 후보이다. 이는 오늘날 대부분의 컴퓨터에 사용되는 DRAM과 달리 배터리를 소모하지 않고 파일을 그대로 유지하는 종류의 메모리이다.

주요 재료군인 알루미늄 스칸듐 질화물은 우르차이트라고 불리는 결정 부류에 속한다. 여기에는 두 가지 장점이 있다. 내부 구조가 고도로 정렬되어 있고, 컴퓨터 칩 제조에 이미 사용되는 장비와 잘 맞는다는 점이다. 이 호환성은 매우 중요하다. 완전히 새로운 공장을 필요로 하는 메모리 기술은 판매하기 어렵지만, 기존 생산 라인에 들어갈 수 있는 기술은 제조업체에게 훨씬 매력적이다.

하지만 문제가 있었다. 데이터 쓰기와 지우기에 필요한 반복적인 뒤집기인 완전한 분극 스위칭 하에서 장치는 일반적으로 약 1억 사이클 후에 고장 났으며, 이는 상업용 저장장치에 필요한 것에 훨씬 못 미쳤다. 시안전자과기대, 홍콩시립대, 푸단대가 참여한 새로운 연구는 고장 원인을 질소 공공(빈자리)으로 추적했다. 이는 시간이 지남에 따라 재료의 질서 정연한 격자를 방해하는 빠진 원자이다. 팀이 제안한 해결책은 이러한 공공을 중심으로 구축된 위상 안정화 기법을 사용하여 열화의 원인을 구조적 닻으로 바꾼다.

그 결과는 100억 사이클 이상의 내구성으로 주장된다. 실제로 이것은 실험실의 진기한 물건과 휴대폰, 노트북 또는 데이터 센터에서 수년간 일상적으로 사용해도 견딜 수 있는 부품의 차이이다. 연구자들은 이 접근법이 재료를 표준 칩 제조와 호환되게 유지하여 논문에서 제품으로 가는 길을 단축할 수 있다고 말한다.

이 연구는 메모리에 대한 전 세계적인 관심이 뜨거운 시기에 나왔다. 인공지능 모델은 빠른 저장장치를 갈망하고 있으며, 데이터 센터는 따라잡기 위해 애쓰고 있다. 빠르고 절약적인 비휘발성 메모리는 그 압력을 완화하여 장치가 지속적으로 전력을 끌어오지 않고도 더 많은 데이터를 보유할 수 있게 해줄 수 있다. 또한 센서, 웨어러블, 소형 로봇과 같이 작은 배터리로 작동하면서 기억해야 하는 엣지 장치에도 도움이 될 수 있다.

많은 질문이 남아 있다. 실험실 내구성 수치가 항상 제조 수율로 이어지는 것은 아니며, 새로운 재료를 수십억 개의 동일한 셀로 확장하는 것은 그 자체로 도전이다. 그러나 방향은 분명하다. 수년 동안 강유전체 메모리는 유망하지만 영원히 5년 후라고 묘사되어 왔다. 초기 고장을 일으킨 특정 결함을 목표로 함으로써, 이 연구는 그 일정이 마침내 단축될 수 있다고 믿을 구체적인 이유를 제공한다.

이 발견은 대학과 국립 연구소가 막대한 투자를 해온 첨단 재료 및 반도체 연구에서 중국의 성장하는 입지를 더한다. 내구성 문제가 진정으로 해결된다면, 그 보상은 사이클 수가 아니라 더 이상 잊을 필요가 없는 장치로 측정될 수 있다.