[고든 정의 TECH+] 마법의 신소재 그래핀으로 하드디스크 용량 10배 늘린다

하드디스크 드라이브 (HDD, 이하 하드디스크)는 오랜 세월 컴퓨터의 기본 저장 장치였습니다. 지금처럼 낸드 플래시 메모리의 용량이 커지고 가격이 저렴해지기 전에는 컴퓨터 이외의 분야에서도 저장 장치로 널리 사용됐습니다.

벌써 20년 전 일이지만 1세대 아이팟 (2001년 출시)은 1.8인치 하드디스크를 채택해 주머니에 넣을 수 있는 크기에도 당시 기준으로는 놀라운 5GB 용량을 자랑했습니다. 심지어 이보다 더 작은 1인치 하드디스크를 사용한 아이팟 미니도 있었습니다. 

그러나 플래시 메모리를 채택한 아이팟 나노와 결국은 아아팟을 흡수한 아이폰의 등장으로 하드디스크 탑재 MP3 플레이어의 시대는 저물게 됩니다. 사실 이것은 PC에서도 하드디스크의 시대가 저물 것이라는 점을 예언한 것과 다름없었습니다. 휴대용 기기에서 먼저 하드디스크가 낸드 플래시 메모리로 대체된 후 SSD가 본격 보급되어 노트북을 중심으로 빠르게 하드디스크를 교체했습니다. 

이제 PC용 하드디스크의 출하량은 매년 꾸준한 감소하고 있습니다. 물론 아직도 테라바이트(TB)급 데이터를 저장해야 하는 사용자들은 고용량 하드디스크를 필요로 합니다. 외장 SSD도 있지만, 수많은 사진과 영상을 백업하는 용도로는 외장 하드디스크가 훨씬 저렴하기 때문입니다. 

그러나 SSD의 용량이 커지고 가격이 낮아질수록 소비자용 하드디스크 시장의 종말은 가까워지고 있습니다. 이제 하드디스크의 미래는 자기 테이프와 마찬가지로 데이터 센터가 될 가능성이 커졌습니다. 폭발적으로 증가하는 데이터를 모두 SSD에 저장하려면 비용이 만만치 않기 때문입니다.

자기 테이프는 주로 백업용으로 읽는데 상당한 시간이 걸리기 때문에 빠른 데이터 기록 및 쓰기가 필요 없는 데이터라면 하드디스크가 아직도 가장 좋은 대안입니다. 그러나 이것 역시 SSD의 용량 대 가격이 계속 저렴해지면 과거의 일이 될 수 있습니다. 하드디스크 제조 업체들은 이미 20TB 고용량 하드디스크 개발에 성공했지만, 여기에 만족하지 않고 50-100TB급 초대용량 하드디스크 개발에 몰두하고 있습니다. 

케임브리지 대학의 과학자들은 하드디스크 플래터에 그래핀을 적용해 기록 밀도를 현재의 10배로 늘릴 수 있다는 연구 결과를 저널 네이처 커뮤니케이션스에 발표했습니다.

한 층의 탄소 원자로 만들어진 그래핀은 기존의 소재와는 비교할 수 없을 정도의 강도와 전기 전도성 등 여러 가지 뛰어난 특징을 지녀 마법의 신소재로 불리고 있습니다. 주로는 반도체 분야에서 주목받고 있지만, 연구팀은 그래핀 코팅이 현재 하드디스크 기술의 한계를 극복하는 데 도움을 줄 수 있다고 생각했습니다. 

하드디스크는 기본적으로 플래터라는 동그란 원판에 자기 데이터를 기록하는 장치입니다. 플래터를 회전시키면서 자기 데이터를 기록하거나 읽는 것입니다. 하드디스크 제조사들은 빠른 속도로 회전하는 얇은 원판인 플래터를 보호하기 위해 탄소 기반 오버코트 (carbon-based overcoats (COCs)) 소재로 코팅을 합니다.

그런데 이 코팅이 꽤 두꺼울 뿐 아니라 특정 온도 범위에서만 안정적이라는 문제점이 있습니다. 연구팀은 그래핀 코팅이 COCs 코팅을 대신할 수 있는지 검증했습니다. 

연구 결과 1-4층 정도의 그래핀만 있으면 기존의 COCs 만큼의 보호가 가능한 것으로 나타났습니다. 그래핀 코팅은 매우 얇아 플래터를 더 얇게 만들 수 있습니다. 그러면 플래터 속도를 더 빠르게 하거나 혹은 같은 속도라도 에너지가 적게 들어갑니다. 플래터가 얇아지면 더 많은 플래터를 탑재해 하드디스크 용량도 더 늘릴 수 있습니다. 

하지만 그래핀 코팅의 진짜 중요한 특징은 내열성이 뛰어나다는 것입니다. 현재 하드디스크 제조사들은 열보조자기기록 (Heat-Assisted Magnetic Recording (HAMR))이라는 신기술을 적용해 데이터 기록 밀도를 높이고 있습니다. 열을 이용해 더 작은 장소에도 자기 데이터를 기록하는 기술인데, 당연히 기존의 COCs로는 밀도를 높이는데 한계가 있습니다. 

연구팀이 개발한 그래핀 코팅은 높은 온도에도 매우 안정적이라서 매우 좁은 공간에 높은 열을 가해 데이터를 기록할 수 있습니다.

연구팀에 따르면 현재 널리 사용되는 하드디스크 기록 밀도의 10배인 제곱인치 당 10Tb 데이터 기록이 가능합니다. 그래핀은 내열성은 물론 내마모성도 강하고 가볍고 얇기 때문에 기록 밀도와 데이터 쓰기/읽기 속도는 물론 내구성까지 늘어날 것으로 기대됩니다. 

물론 그래핀 코팅 기술이 실제로 상용화되더라도 하드디스크가 다시 과거의 영광을 되찾기는 어려울 것입니다. 이미 SSD 기술이 너무 발전했고 앞으로 발전 속도 역시 하드디스크보다 더 빠를 가능성이 높기 때문입니다.

그래도 우리가 매일 생산하는 막대한 데이터를 저장할 수 있는 경제적 수단이라는 점에서 하드디스크는 여전히 없어서는 안 될 기록 장치이기도 합니다. 수십 년 후 미래는 장담할 수 없지만, 적어도 5-10년 안에 하드디스크가 사라지지는 않을 것입니다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com