[기고문] 삼성 메모리의 혁신, 무한한 가능성을 열다

기술의 발전은 세상의 변화 속에서 기회를 포착하고, 성공을 향한 의지와 끈기를 가진 사람들이 만들어 낸 혁신의 산물이라 할 수 있습니다.

삼성전자 메모리의 지난 시간 역시 집념을 담은 기술 혁신의 여정이었으며, 그 가운데 1993년부터 30년간 ‘Global No.1 메모리 솔루션 Provider’ 자리를 지켜오고 있습니다.

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패러다임의 전환, 새롭게 펼쳐질 메모리의 미래

메모리의 주요 응용처는 PC와 모바일에서 데이터센터로 이동했습니다. 그리고 최근 초거대 AI는 메모리의 새로운 응용처로 급부상하고 있습니다. 특히 PC와 스마트폰과 같이 사용자의 기기에서 AI를 구현할 수 있는 온디바이스 AI(On-device AI)가 확산되면서, 메모리 응용처는 더욱 확대될 것입니다.

이러한 흐름 속에서 메모리 반도체에 대한 요구사항도 변화하고 있습니다. 하이퍼스케일러^*가 제공하는 AI 서비스 종류가 다양해지고 그에 걸맞은 서비스를 제공하기 위해, 방대한 데이터를 빠르게 처리하면서 총소유 비용(Total Cost of Ownership)도 절감할 수 있는 고성능·고용량·저전력 메모리가 요구되고 있습니다. 동시에 하이퍼스케일러의 요구에 맞춘 차별화된 메모리가 필요해졌습니다.

*하이퍼스케일러(Hyperscaler): 대규모 데이터센터를 운영하는 기업

또한 데이터가 급격히 증가함에 따라, 메모리 본연의 기능인 데이터 저장뿐 아니라 연산 기능까지 추가로 요구되면서 메모리의 역할이 확장되고 있습니다. 즉, CPU와 GPU의 데이터 처리를 분담하는 새로운 메모리 솔루션이 필요한 시점입니다.

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내일을 향한 혁신, 한계를 뛰어넘는 메모리

메모리 사업은 같은 면적의 웨이퍼 내에서 더 큰 용량의 칩을 더 많이 만들 수 있도록 집적도를 향상하고, 첨단 생산 시설을 통해 규모의 경제를 달성하여 원가경쟁력을 확보하는 것이 굉장히 중요합니다. 과거 PC와 모바일 시대에서의 메모리 수요는 세트 제품의 ‘부품 비용(BOM Cost)’에 많은 영향을 받았고, 이러한 ‘부품 비용’ 중심의 수요 결정 구조가 지금까지 이어져 왔기 때문입니다.

변화하는 환경 속에서 삼성전자는 고부가 제품 공급과 원가경쟁력 확보라는 상반된 두 요구사항을 모두 만족시키기 위한 메모리 사업의 방향성을 꾸준히 모색했습니다.

답은 의외로 간단합니다. 삼성전자는 지난 30년간 고객이 원하는 제품을 공급해야 한다는 책임감으로 업계를 리드해 왔고, 이 원칙은 지금도 유효합니다. 즉 우선순위의 차이는 있지만, 고객은 기본적으로 고성능, 고용량, 저전력, 고객 맞춤형 그리고 원가경쟁력을 갖춘 제품을 원하기에, 우리는 이 요소를 모두 충족시킬 수 있는 제품을 개발해야 합니다.

물론, 쉽지만은 않습니다. 하지만 삼성전자는 ▲한계에 도전하는 기술 혁신 ▲선단 공정 및 고부가 제품 생산 비중 확대와 R&D 투자 강화 ▲고객, 파트너와의 강력한 협력 관계라는 세 가지 축을 기반으로 사업을 지속해 왔고, 앞으로도 이를 더욱 강화하여 업계를 선도해 나갈 것입니다.

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첫째, D램과 낸드플래시의 집적도를 극한의 수준으로 높여 나가고, 고객 맞춤형 제품을 포함한 차별화된 솔루션을 제안해 새로운 시장을 열어 갈 것입니다.

압도적 기술력으로 최고 수준의 집적도 구현

앞으로 다가올 10나노 이하 D램과 1,000단 V낸드 시대에는 새로운 구조와 소재의 혁신이 매우 중요합니다. D램은 3D 적층 구조와 신물질을 연구개발하고 있으며, V낸드는 단수를 지속 늘리면서도 높이는 줄이고, 셀 간 간섭을 최소화해 업계에서 가장 작은 셀 크기를 구현하는 당사의 강점을 지속 고도화해 나갈 것입니다. 또한, V낸드의 입출력(I/O) 스피드를 극대화하기 위해 신구조 도입을 준비하는 등 새로운 가치 창출을 위한 차세대 혁신 기술을 착실히 개발 중입니다.

이와 더불어, 현재 개발 중인 11나노급 D램은 업계 최대 수준의 집적도를 달성할 것입니다. 9세대 V낸드는 더블 스택(Double Stack) 구조로 구현할 수 있는 최고 단수를 개발 중으로, 내년 초 양산을 위한 동작 칩을 성공적으로 확보하였습니다.

차원이 다른 고성능, 고용량, 저전력 기술을 모두 담은 주력 제품군

최근 삼성전자는 업계 최고 용량인 32Gb DDR5 D램 개발에 성공했습니다. 향후 고용량 D램 라인업을 지속 확대하여 1TB 용량의 모듈까지 구현할 수 있는 솔루션으로 확장해 나갈 것입니다. 여기에 한 걸음 더 나아가, CMM(CXL Memory Module) 등의 새로운 인터페이스를 적극 활용해, 메모리 대역폭과 용량을 원하는 만큼 확장하는 미래를 꿈꾸고 있습니다.

HBM은 AI 시대에 고객에게 새로운 가치를 제공할 수 있는 핵심 제품 중 하나입니다. 2016년 삼성전자는 HPC 향 HBM2를 업계 최초로 상용화하며 HBM 시장을 본격적으로 개척했고, 이는 오늘날 AI 향 HBM 시장의 초석이 되었습니다. 그리고 현재는 HBM3을 양산 중이고, 차세대 제품인 HBM3E도 정상 개발하고 있습니다. 삼성전자는 앞으로도 다년간의 양산 경험을 통해 검증된 기술력과 다양한 고객과의 파트너십을 적극 활용하여, 최고 성능의 HBM을 제공하고 향후 고객 맞춤형 HBM 제품까지 확장하는 등 최상의 솔루션을 공급할 것입니다.

저전력 특화 제품인 LPDDR D램은 하이케이 메탈 게이트(High-K Metal Gate)^* 공정을 적용하여 고성능을 구현하는 동시에, 모듈 형태로 구현한 LPDDR5X CAMM^*2 솔루션으로 PC 시장은 물론 향후 데이터센터로 응용처를 확대할 계획입니다.

*하이케이 메탈 게이트: 누설전류를 최소화하기 위해 금속 소재 신물질을 게이트단에 적용하는 기술
*CAMM(Compression Attached Memory Module): LPDDR 패키지 기반 모듈 제품

신규 솔루션 발굴을 통한 메모리의 무한한 가능성 확장

메모리 병목현상 개선을 위해 데이터 연산 기능을 메모리 칩 내부 혹은 모듈 레벨에서 구현하는 PIM(Processing-in-Memory), PNM(Processing-near-Memory) 기술을 HBM, CMM 등의 제품에 적용하여, 데이터 연산 능력을 획기적으로 개선하는 동시에 전력 효율을 높이는 데 집중할 것입니다.

서버 스토리지 역시 응용처에 따라 용량을 변화시키고, 페타바이트급으로 확장할 수 있는 PB(Petabyte) SSD를 곧 선보일 예정입니다.

둘째, 미래 준비를 위해 고부가 제품과 선단 공정 생산 비중을 확대하고, R&D 투자를 강화하겠습니다.

삼성전자는 고부가 제품과 선단 공정의 생산 비중을 높이고, 초거대 AI 등 신규 응용처에 대한 메모리 수요에 적기 대응해 사업의 가치를 높이는 데 집중하고 있습니다. 이와 동시에 투자는 지속하면서, 수요 변동성과 메모리 제품의 긴 생산 리드 타임(Lead time)을 극복하기 위해 메모리 라인 운영을 고도화해 나갈 것입니다.

또한, 삼성전자 메모리 사업을 시작한 기흥캠퍼스에 첨단 반도체 R&D 라인을 구축하는 등 미래를 위한 투자를 이어 가도록 하겠습니다.

셋째, 고객과 파트너사와의 강력한 협력 관계를 구축할 것입니다.

고객, 파트너사와의 협력을 확대해 상품기획, 기술개발, 품질 전반에 걸쳐 새로운 제품과 시장을 개척할 것입니다. 예를 들어, 클라우드 서비스 및 세트, 칩셋, 소프트웨어 업체와 함께 제품 사양 정의 단계부터 시작해 데이터 전송 속도 지연 최소화, 대역폭 극대화 구현과 획기적인 전력 효율 향상 등 차세대 시스템과 응용에 최적화된 메모리 솔루션의 공동 개발을 확대해 나갈 것입니다.

동시에 D램과 낸드플래시의 혁신적(Disruptive) 기술 준비를 위해 소재, 장비 등 전 세계 파트너사와의 협력도 강화할 것입니다.

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다가올 미래를 위한 삼성전자 메모리의 도전

그간 삼성전자가 만들어 왔던 성과와 업적들은 실패를 두려워하지 않는 담대함과 반드시 이루고자 하는 간절함, 그리고 과감한 도전이 있었기에 가능했다고 생각합니다.

앞으로의 미래 사회는 더욱 복잡해질 것이며, IT 산업 발전에 따라 보다 다양한 제품과 새로운 서비스가 등장할 것입니다. 이에 삼성전자는 초일류 기술을 기반으로 지속적인 도전과 혁신을 통해 고객들과 함께 성장하며 더 나은 미래를 열어 갈 것입니다.

오는 10월 20일, 미국 실리콘밸리에서 개최되는 ‘삼성 메모리 테크 데이(Samsung Memory Tech Day) 2023’에서 삼성전자는 최신 메모리 반도체 기술과 제품, 그리고 미래 전략을 소개할 예정입니다. 삼성전자 메모리의 기술력으로 펼쳐질 우리 미래는 어떤 모습일지, 이번 행사를 통해 지켜봐 주시길 바랍니다.

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