반도체의 Z에 대한 이야기 - D램 시장과 기술 한계 극복(1)

< 메모리 반도체 D램 시장의 기술 격차 >

삼성전자·SK하이닉스·마이크론 등 글로벌 반도체 업체들이

수요 급감과 가격 하락에 맞서 초격차 기술 개발로 위기 극복을 위해 노력하고 있습니다.

반도체 업황 사이클이 ‘죽음의 계곡’으로 불리는 불황을 벗어나면

차세대 반도체 시장에서 주도권을 잡겠다는 의지를 보여줍니다.

미국 메모리반도체 업체인 D램 점유율 3위 마이크론은

지난 16일 세계 최대 용량인 16Gb 모바일 D램 LPDDR4X를 개발했다고 발표했습니다.

이 제품은 기존 최대 용량인 삼성전자의 12Gb 모바일 D램을 뛰어넘는 제품입니다.

 

7월 12Gb D램 양산에 들어간 D램 점유율 1위 삼성전자는

불과 5개월 만에 제품을 업그레이드했습니다.

삼성전자의 LPDDR5는 3월 역대 최대 용량을 구현한

‘12GB LPDDR4X’ 모바일 패키지 양산을 시작한 지 5개월 만에 업그레이드된 제품입니다.

삼성전자는 LPDDR5 양산으로 차세대 5G 플래그십 스마트폰에

초고화질 영상 촬영, AI와 머신러닝(ML)을 안정적으로 구현하면서도

배터리 사용시간을 더욱 늘릴 수 있는

‘모바일 D램 솔루션’을 제공할 수 있게 되었습니다.

 

D램 점유율 2위 SK하이닉스도 미래 반도체 시장 선점을 위해

차세대 기술 개발에 박차를 가하고 있습니다.

SK하이닉스는 풀HD급 영화(3.7GB) 124편 분량의 데이터를

1초에 처리할 수 있는 세계 최고 속도의 D램 개발에 성공했다고 밝혔습니다.

이번에 SK하이닉스가 개발한 D램은

주로 초고속 고성능 메모리가 필요한 그래픽카드나 AI·슈퍼컴퓨터 등에

활용되는 초고속 메모리반도체 ‘HBM2 E’입니다.

지난해 HBM2D램을 개발한 지 1년 만에 처리속도를 50% 이상 끌어올렸습니다.

D램 시장에서의 Big3의 업체들은 다음 호황 사이클을 위해

열심히 기술 격차를 벌리고자 노력하고 있습니다.

 

이러한 시장 상황 속에서 삼성전자의

세계 최초 3세대 10 나노급(1Z·10억 분의 1m) D램의 

Z에 대한 이야기를 해보도록 하겠습니다.

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https://youtu.be/ivuxlA_twww

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이 작은 공간 안에 집적된 수많은 트랜지스터들.

그 경외로운 숫자들은 인류가 만들어가는 반도체 기술 발전을 대변하고

앞으로의 미래를 더욱더 기대하게 만드는 것들이었습니다.

 

오늘의 이야기는 최근 기술적 한계에 부딪힌 것으로 평가받는

이 반도체 시장의 미래에 관한 이야기입니다.

< 사각형 안의 이야기들 >

현재 로직 반도체 영역은 다른 분야들에 비해

비교적 빠르게 미세공정으로의 이행을 계속해 이어가고 있고

문제는 메모리 반도체의 영역이 되겠습니다.

 

이 메모리 반도체의 경우는 "미세공정이 크게 중요치 않다"

이런 이야기가 정설처럼 굳어지고 있는 것 같은 요즘입니다.

 

하지만 이것은 다분히 상대적인 관점에서의 이야기이고

메모리 반도체 역시 네모난 공간 속에 더 많은 셀들을 집적하는 것이

발전을 이어가기 위한 중요한 방향성이라고 할 수 있겠습니다.

메모리 반도체의 경우 파운드리에서 최신의 공정을

개발하였다고 해서 곧바로 적용할 수가 없습니다.

D램을 예로 들면

우선 이 D램의 경우 커페시터(Capacitor)에 전하가 저장이 되고

커패시터에 전하가 있는지 없는지를 통해 0과 1을 구분합니다.

문제는 커패시터는 미세공정이 적용되는 중에도

전기적으로 일정한 용량을 유지해야 하기 때문에

무턱대고 미세공정을 적용할 수 없는 것인데

 

커페시터의 용량을 결정하는 세 가지 변수가 있습니다.

먼저 효율이 좋은 물질(유전율), 여기서는 전자 저장능력이 되겠습니다.

두 번째는 유전막의 두께(t), 세 번째는 표면적이 되겠는데

그중에서 이 세 번째 표면적과 관련해 일정한 공간 속에

더 많은 메모리 셀을 확보하기 위해 집적도를 높이는 과정 중에도

이 하나의 커패시터를 위해 할당되는 면적도 함께 줄어들게 됩니다.

하지만 앞서도 이야기를 나눈 것처럼 면적이 좁아지더라도

개별 커패시터의 용량은 유지가 되어야하기 때문에

하단부가 작아지는 대신 커페시터의 높이를 높여

전체 표면적을 확보하는 방식으로 발전을 이어 왔습니다.

마치 뾰족한 탑 모양처럼 불안전하게 높이 솟은 구조를 구현해 내는 것도 쉽지 않고

구부러지거나 휘어져 서로 붙어버리는 문제들이 발생하기 때문에

이것을 두고 D램 발전의 한계가 왔다 이런 이야기가 발생하게 되는 것입니다.

 

하지만 지금까지의 이야기들이 네모난 작은 공간 속에서 벌어졌던

지난 세대의 반도체들의 이야기라면

새로운 세대에서는 네모난 공간 속에서 갇힌 한계를 벗어나려는 노력들이 필요하겠습니다.

앞으로의 발전을 책임질 한 글자의 알파벳이 있습니다.

이제 반도체 시장의 Z에 대한 이야기를 시작해보면 좋겠습니다.

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현재 D램 시장의 상황에 대한 분석 후

가젯 서울님의 반도체 Z에 대한 영상을 인용하여

메모리 반도체 D램 기술 발전의 한계(?)를 알아보았습니다.

 

다음 편에서 기술 발전의 한계를 극복하려 노력하는

우리나라 반도체 업계들의 노고를

조금 더 자세히 들여다보도록 하겠습니다.

 

긴 글 읽어주셔서 감사합니다

 

좋은 하루 보내세요.