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삼성전자가 5세대 고대역폭메모리(HBM) ‘샤인볼트’ 외에도 메모리 패러다임을 바꿀 다양한 차세대 메모리를 발표했다. 생성형 인공지능(AI), 자율주행 등 첨단 기술에 대응할 수 있는 초고용량·초고속 제품들이다. 이 제품군을 앞세워 1993년부터 30년 넘게 메모리 반도체 업계 선두를 수성했던 삼성전자가 향후에도 리더십을 점할 수 있을지 주목된다.
20일(현지 시간) 미국 실리콘밸리 매커너리 컨벤션센터에서 열린 ‘삼성 메모리 테크 데이 2023’ 행사에서 삼성 메모리 사업을 총괄하는 이정배 사장은 차세대 메모리로 꼽히는 3D D램 개발 계획을 발표했다.
이 사장은 “삼성전자는 10㎚(나노미터·10억 분의 1m) 이하 D램에서 3D 신구조 도입을 준비하고 있고 이를 통해 단일 칩에서 100Gb(기가비트) 이상으로 용량을 확장할 계획”이라고 설명했다.
이 대목이 관심을 끄는 것은 삼성전자가 구체적인 3D D램 용량과 선폭을 대중에 공개한 적이 처음이기 때문이다. 만약 이 사장의 말대로 100Gb 이상 용량을 가진 3D D램이 양산되면 현재 단일 D램 최대인 32Gb 제품의 3배를 웃도는 ‘괴물 칩’이 된다. 삼성의 최초 양산으로 D램 업계의 이정표와 패러다임이 통째로 바뀌는 셈이다.
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이러한 혁신은 3D D램의 독특한 구조가 있기에 가능하다. 기존 D램은 기억 장치 역할을 하는 트랜지스터와 커패시터를 평면에만 수백억 개씩 욱여넣어야 했다. 반면 3D D램은 트랜지스터와 커패시터를 마치 아파트처럼 수직으로 쌓아올리는 게 핵심이다. 트랜지스터 크기를 줄이는 것과 동시에 배치 공간을 여유 있게 확보하며 용량을 대폭 늘리는 것이다.
3D D램은 기존 D램과 구조가 아예 달라 기술 난도가 상당히 높다. SK하이닉스, 마이크론, 중국 CXMT 등 라이벌 회사들도 도전 중인 3D D램은 본격 양산이 2020년대 후반에나 가능할 것으로 예측된다.
다만 삼성전자 특유의 ‘초격차’ 정신과 메모리 1위 업체의 자본력이라면 양산 시기를 앞당길 수 있다는 분석도 있다. 현재 삼성전자 반도체연구소는 3D D램 성공 가능성을 높이기 위해 다양한 실험으로 데이터를 축적하고 있는 것으로 알려졌다.
삼성전자는 차세대 D램으로 중앙처리장치(CPU) 주변에서 빠르게 연산을 도와줄 수 있는 GDDR7 D램, 하이-K 메탈게이트(HKMG) 공정을 메모리 업계에서 최초로 적용해 누설 전류를 최소화한 LPDDR5X, 메모리 확장성에 주안점을 둔 CXL 메모리 모듈 등을 소개했다.
1000단 낸드플래시를 향한 목표와 기술 개발 계획도 설명했다. 이 사장은 “셀의 평면적과 높이를 감소시켜 칩의 몸집을 줄이고 단수를 높이는 핵심 기술인 신개념 채널 홀 식각으로 1000단 낸드 시대를 준비해 나가겠다”고 강조했다.
삼성전자는 현재 300단 이상의 9세대 낸드플래시 양산을 준비하고 있다. 삼성은 9세대 낸드에서도 두 번에 나눠 만든 뒤 한 개 칩으로 결합하는 더블스택 기술을 활용한다. 경쟁사가 300단 이상부터는 3개 층으로 나눠 생산한 후 쌓는 ‘트리플 스택’을 도입한 것과는 상반되는 행보다. 같은 단수를 더블스택으로 구현하면 생산 시간과 공정 수를 대폭 줄일 수 있다. 이 사장은 “삼성은 새로운 구조와 소재를 메모리 제조에 도입해 초거대 AI 시대에서 직면한 난제를 극복해나갈 것”이라고 말했다.
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