[HyTV] 속보🚨 SK하이닉스의 메모리 반도체 현 주소는? : DRAM편

[HyTV] 속보🚨 SK하이닉스의 메모리 반도체 현 주소는? : DRAM편

Hy ~ TV❗️ 안녕하세요! HyTV 반도체 전문 기자 정해웅입니다. 이번에 새로 구성된 채널인 ‘하이닉스 뉴스’에 대한 긴급 소식을 전해드리려고 합니다. 저희 ‘하이닉스 뉴스’는 반도체 종합 기업인 SK하이닉스의 트렌드에 대해 전해드리는 채널인데요.
 
저번 2022년 새해 반도체 트렌드에 이어, 이번에는 SK하이닉스의 주력 상품인 ‘메모리 반도체’ 그 중에서도 DRAM의 현황에 대해 알아보려고 합니다. DRAM, 어디서 많이 들어본 것 같긴 한데,, 설명하긴 어렵다고요? 그렇다면 이번 기사를 보며 DRAM에 대해 빠삭하게 알아가시죠 😀

뉴스나 신문을 보다 보면, ‘메모리 반도체’나 ‘비메모리 반도체’와 같은 단어를 한 번쯤은 보신 적 있지 않으신가요? 우리나라 전체 수출 중 반도체만 약 20%를 차지한다고 하니, 한국의 경제에 있어 반도체가 차지하는 중요성이 얼마나 큰 지 대략 짐작이 가는데요. 이렇게 중요한 반도체 산업에서 우리나라 기업들의 주력 상품은 바로 ‘메모리 반도체’입니다.
 

다들 컴퓨터나 휴대폰 살 때, “RAM이 4기가다.” 또는 “SSD 용량이 128기가다.”와 같은 말 들어보시지 않으셨나요? 컴퓨터와 휴대전화 내부에 들어가는 대표적인 부품인 ‘RAM’과 ‘SSD’와 같은 부품들이 대표적인 ‘메모리 반도체’를 이용하여 만든 제품입니다.
이들의 공통점은 바로 ‘정보를 저장하고 기억’한다는 점에 있는데요. 그래서 이름도 ‘메모리’인 것 같죠? 이것이 바로 연산과 추론을 주로 담당하는 ‘비메모리 반도체’, 즉 시스템 반도체와의 차이입니다. 앞서 말한 두 가지 제품 중 첫 제품인 ‘RAM’의 대표적인 반도체가 바로 DRAM이고, 이는 전원이 켜져 있는 상태에서만 정보가 저장되는 휘발성이 특징입니다.
그리고 ‘SSD’와 같은 비휘발성 반도체인 ROM을 구성하는 대표적인 반도체가 바로 ‘NAND Flash’입니다. 이 비휘발성 반도체는 이름처럼 전원이 꺼져도 정보가 사라지지 않는다는 특징을 가지고 있고, 이는 전원이 꺼지면 정보가 사라지는 DRAM과의 주요한 차이점입니다. 이제 DRAM과 NAND의 차이가 조금 이해 가시나요?

종합 반도체 기업인 SK하이닉스의 주력 제품도 바로 이 ‘메모리 반도체’, 그 중에서도 ‘DRAM’과 ‘NAND Flash’입니다. 하이닉스의 매출 비중을 살펴보면 DRAM이 70% 이상을 차지하고 NAND가 23%이상을 차지하니, 이 두 반도체가 회사 안에서 얼마나 큰 비중을 차지하고 있는지 알 수 있는 자료인 것 같습니다.
이렇게 중요한 메모리 반도체 중 이번 기사에서는 ‘DRAM’에 대해 먼저 다뤄보겠습니다. 먼저 DRAM의 동작 특성과 특징에 대해 알아보고, 이후에는 하이닉스가 DRAM을 수십년 간 개발해온 행적에 대해 자세하면서도 재밌게 알아보고자 합니다. 그럼 바로 DRAM에 대해 알아보러 출발해볼까요? 💨

SK Careers Editor 정해웅

 

 

 

메모리 반도체 중 가장 핫한 반도체는 단연 ‘DRAM’이라고 할 수 있는데요. DRAM 시장의 70% 이상을 한국 반도체 기업들이 차지하고 있으니 뜨거울만 한 것 같습니다. 이 DRAM의 주 역할은 바로 ‘주기억장치’인데요. 즉, CPU로부터 전송된 데이터를 임시 보관하는 역할을 합니다. 
DRAM과 보조기억장치 그리고 CPU는 떼놓을래야 떼놓을 수 없는 긴밀한 사이인데요. 먼저 CPU가 클럭 신호에 맞추어 데이터를 처리하면, DRAM이 이 데이터를 받아 SSD나 하드디스크와 같은 보조기억장치로 보내게 됩니다. 이렇게 컴퓨터에서의 연산이 이루어지게 됩니다.
이쯤 되니 DRAM의 구조는 어떻게 생겼나 궁금해지지 않으셨나요? 그럴 줄 알고 그림을 준비했습니다.

그림 1. DRAM과 NAND 디바이스 구조 비교

위 사진은 DRAM과 NAND의 구조를 비교한 모습인데요. 가장 큰 차이는 육안으로도 볼 수 있듯이, ‘게이트 개수 차이’입니다. 게이트 단자가 1개이면 DRAM, 2개이면 NAND가 됩니다. DRAM의 구조를 살펴보면 스위칭 역할을 하는 트랜지스터 1개와 트랜지스터 밖에 정보를 별도로 저장하는 캐패시터(capacitor) 1개로 이루어져 있는 모습을 확인하실 수 있습니다.

DRAM의 발전은 CPU의 발전을 따라갔습니다. 아무래도 CPU의 성능이 올라가다보니 이를 빠르게 처리해주는 DRAM의 성능도 같이 높아져야만 했죠. 이에 한 번의 클럭에서 2번의 데이터를 전송하는 ‘DDR’ (Double Data Rate)이 등장하게 됩니다.
 
이 DDR은 꾸준히 개발되며, DDR 2, 3, 4세대까지 공개가 되었고 현재는 차세대 반도체로 DDR 5세대가 준비 중입니다. 모바일 용 DRAM도 따로 있는데요. 바로 ‘LPDDR’ (Low Power Double Data Rate)입니다. 이는 이름에서도 확인할 수 있듯이 저전력 상황에서의 DDR이고, LPDDR 또한 활발히 개발 중입니다.
 
SK하이닉스 또한 DDR과 LPDDR에 꾸준히 투자하고 개발하고 있습니다. 그렇다면 하이닉스가 세계 최초로 개발하고 양산한 LPDDR과 DDR에 대해 알아보도록 하겠습니다.
 

 

2021년 7월 SK하이닉스는 극자외선 장비인 EUV를 활용한 4세대 DRAM을 양산하기 시작했다고 합니다. 이는 마이크론에 이어 세계 2번째의 4세대 DRAM 양산인데요. 이 소식은 하이닉스의 DRAM 중 처음으로 EUV 공정 기술을 이용하여 양산된다는 것에서 큰 의의를 가지고 있습니다.

그림 2. SK하이닉스가 EUV를 활용해 양산하는 10나노급 4세대 DRAM

이 10나노급 4세대 미세공정을 적용한 8GB LPDDR4는 주로 스마트폰에 사용되는 저전력 DRAM 반도체입니다. LPDDR4는 이전 세대 같은 규격 제품보다 웨이퍼 한 장에서 얻을 수 있는 D램 수량이 약 25% 늘어났다고 하는데요. 이 생산성 향상으로 메모리 반도체의 원가 경쟁력을 높이는 효과를 기대할 수 있을 것 같습니다.

 

 

지난 2020년 SK하이닉스는 세계 최초로 DDR5 DRAM을 출시한다고 밝혔습니다. DDR5는 빅데이터, AI 등에 최적화된 초고속, 고용량의 차세대 DRAM인데요. 해당 제품은 전작인 DDR4 대비 전송 속만 1.8배가 빨라졌다고 합니다. 이렇게 들으면 감이 잘 안오시죠? 무려 FHD급 영화 5GB 9편을 1초만에 전달할 수 있는 속도라고 합니다. 윈도우 XP 쓰면서 하루 종일 영화를 다운받던 세대로써 많이 놀랍습니다.

그림 3. SK하이닉스가 최초로 샘플 출하한 24Gb DDR5 D램과 96GB, 48GB DRAM 모듈

시장조사기관 옴디아(Omdia)**에 따르면 DDR5의 수요는 2022년 전체 DRAM 시장의 10%, 2024년에는 43%까지 지속적으로 확대될 것이라고 하네요. 그만큼 차세대 메모리로 DDR5가 아주 중요한 위치를 차지하고 있다고 해석할 수 있겠죠?
 

표 1. DDR 제품 간 사양 비교

위 표를 보신다면, DDR에서 시작한 DRAM이 DDR 5세대까지 발전해오면서 어떠한 변화를 거쳐왔는지 한 눈에 파악가능합니다. 특히 데이터 전송 속도가 세대를 거듭하며 눈에 띄게 빨라지고 있다는 게 느껴지네요.
 
 

‘HBM’은 처음 듣는 반도체이지 않나요? 맞습니다. 앞서 소개해드린 DDR, LPDDR과는 다소 차이가 있는 DRAM인데요. ‘HBM3’는 SK하이닉스가 업계 최초로 개발한 DRAM이면서 동시에 현존 DRAM 중 최고 속도와 최대 용량, 고품질을 구현했습니다.

그림 4. SK하이닉스가 업계 최초로 개발한 HBM3 DRAM

‘HBM’은 High Bandwidth Memory로 여러 개의 DRAM을 수직으로 연결해 기존 DRAM보다 데이터 처리 속도를 혁신적으로 끌어올린 제품인데요. 이번 HBM3는 HBM의 4세대 제품이라고 합니다. 왜 3이 붙었는데, 4세대인지 궁금하시죠? 바로 3세대 제품이 ‘HBM2E’라는 이름으로 출시됐기 때문입니다.
 
데이터 전송 속도 측면에서 ‘HBM3’는 압도적인 성능을 보이는데요. 이는 초당 819GB를 처리할 수 있으며, FHD급 영화 5GB 163편 분량을 1초만에 처리하는 수준이라고 합니다. 정말 놀랍지 않나요? 앞서 언급했던 DDR5와 또 한번 격차를 벌리는 성능에 입이 다물어집니다.
 
앞으로 HBM3는 주로 고성능 데이터센터에 탑재되며, 머신 러닝과 기후변화 해석 등에 사용되는 슈퍼컴퓨터에도 적용될 전망이라고 하네요. 프리미엄 메모리 시장을 선도해나갈 ‘HBM3’의 행보가 벌써 기대되지 않으신가요?
 
 

 

 

이렇게 해서 SK하이닉스의 메모리 반도체 중 ‘DRAM’의 구조와 역사부터 시작해서 LPDDR4, DDR5, HBM3까지 현재 반도체 시장을 선도하고 앞으로 이끌어 나갈 제품들을 살펴보았습니다.
 
하이닉스는 해당 제품들을 만들며 성능 뿐만 아니라 전력 소모와 에너지 투입량도 신경 쓰며 개발하고 있다고 합니다. 특히 제조 과정에서의 ‘탄소 배출 저감’ 측면에서도 성과를 내며 ESG 경영 관점에서도 큰 의미가 있다고 보입니다. 하이닉스만의 탄소 배출 저감이나 ESG 관련해서도 따로 자세하게 다루어 보겠습니다!
 
세계 최초 그리고 최고의 메모리 반도체를 만들어 내고 있는 SK하이닉스, 다음 기사에서는 하이닉스의 두 번째 주력 상품인 ‘NAND Flash’에 대해 자세히 알아보는 시간을 가지고자 합니다. 그럼 이만 이번 기사 마치겠습니다. Hy ~ TV❗️
* 기사의 위 사진들은 ‘SK하이닉스 뉴스룸’ (https://news.skhynix.co.kr) 의 자료 사용
** 시장조사업체 옴디아(Omdia)의 ‘DDR5 시장 점유율 전망’을 참고함