글로벌 반도체 학회 ‘MemCon 2024’는 AI 시대에 걸맞은 미래 메모리 솔루션에 대해 깊이 있게 다루는 장으로 다양한 글로벌 IT 기업들이 참여했다.

삼성전자는 이번 ‘MemCon 2024’에서 미래 컴퓨팅 패러다임의 초석, HBM과 CXL 솔루션에 대해 발표하고 업계 리더로서의 비전을 공유했다. HBM은 AI에 필요한 필수적인 속도와 극한의 대역폭을 제공하며, CXL은 여러 개의 인터페이스를 하나로 통합해 용량과 대역폭을 확장시킨다.

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☐ 메모리 기술 혁신 없이는 인공지능 발전이 계속될 수 없다

삼성전자는 1992년부터 30년 이상 메모리 제품 기술 분야에서의 리더십을 바탕으로 선제적인 투자를 했으며, 이를 바탕으로 적시에 최고 품질의 제품을 공급해왔다.

최근 몇 년 메모리 시장 침체에도 불구하고 삼성전자는 기술 개발과 시설 투자에 자원을 아끼지 않았으며, 작년 D램 41%, 낸드플래시 32%의 시장 점유율을 기록하는 등 메모리 시장에서 굳건한 리더십을 이어가고 있다.

AI 기술 성장에는 메모리 반도체의 발전이 필수적이다. 시스템 고성능화를 위한 고대역폭, 저전력 메모리는 물론 새로운 인터페이스와 적층 기술도 요구되고 있다.

삼성전자는 D램 기술 초격차 유지를 위해 10nm 이하 D램에 수직 채널 트랜지스터(VCT, Vertical Channel Transistor)를 활용하는 새로운 구조에 대한 선제적인 연구 개발을 진행하고 있으며, 2030년 3D D램 상용화에 나설 계획이다.

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☐ 삼성전자, AI 시대의 메모리 솔루션 준비 현황

2024년 하반기는 HBM 공급 개선으로 AI 서버 확산이 가속화될 뿐만 아니라, Conventional 서버와 스토리지 수요도 증가하는 선순환이 뚜렷하게 나타날 것으로 예상된다.

삼성전자는 2016년 업계 최초로 고성능 컴퓨팅(HPC)용 HBM 사업화를 시작하며, AI용 메모리 시장을 본격적으로 개척했고, 2016년부터 2024년까지 예상되는 총 HBM 매출은 100억 불이 넘을 것으로 전망된다.

삼성전자는 HBM3E 8단 제품에 대해 지난달부터 양산에 들어갔으며, 업계 내 고용량 제품에 대한 고객 니즈 증가세에 발맞추어 업계 최초로 개발한 12단 제품도 2분기 내 양산할 예정으로 Ramp-up 또한 가속화할 계획이다.

앞으로 삼성전자는 성장하는 생성형 AI용 수요 대응을 위해 HBM 캐파 확대와 함께 공급을 지속 늘려나갈 것이다.

한편 온디바이스 AI(On-Device AI) 관련 제품 또한 확대 중이다. PC·노트북 D램 시장의 판도를 바꿀 LPCAMM2를 2023년 9월 업계 최초로 개발했고, 기존 LPDDR 대비 고대역폭을 가지고 있어 기기에서 생성되는 데이터를 실시간으로 처리할 수 있는 LLW(Low Latency Wide I/O)를 개발 중에 있다.

또한 기존 D램과 공존하며 시스템 내 대역폭과 용량을 확장할 수 있는 CMM-D는 거대 데이터 처리가 요구되는 차세대 컴퓨팅 시장에서 주목받을 것으로 예상되며, 삼성전자는 CXL 메모리 생태계 구축을 위해 제품 개발 및 사업 협력을 선도하고 있다.

이 밖에도 미래 AI 시대를 대비하기 위해 컴퓨테이셔널 메모리(Computational Memory), 첨단 패키지(Advanced Package) 기술 등을 통해 새로운 솔루션 발굴을 추진하고 있다.

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☐ 고객 맞춤형으로 진화하는 차세대 HBM

최근 HBM에는 맞춤형(Custom) HBM이라는 표현이 붙기 시작했다. 이는 AI 반도체 시장에서 메모리 반도체가 더 이상 범용 제품이 아니라는 것을 의미한다고 볼 수 있다.

삼성전자는 고객별로 최적화된 ‘맞춤형 HBM’ 제품으로 주요 고객사들의 수요를 충족시킬 계획이다. HBM 제품은 D램 셀을 사용하여 만든 코어 다이와 SoC와의 인터페이스를 위한 버퍼 다이로 구성되는데, 고객들은 버퍼 다이 영역에 대해 맞춤형 IP 설계를 요청할 수 있다.

이는 HBM 개발 및 공급을 위한 비즈니스 계획에서부터 D램 셀 개발, 로직 설계, 패키징 및 품질 검증에 이르기까지 모든 분야에서 차별화 및 최적화가 주요 경쟁 요인이 될 것임을 의미한다.

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☐ 차세대 HBM 초격차를 위해 종합 반도체 역량 활용

변화무쌍한 AI 시대에서 고객들이 원하는 시스템 디자인을 완벽히 이해하고, 미래 기술 환경까지 고려해 시스템의 발전을 예측하고 주도하기 위해서는 종합 반도체 역량을 십분 활용해야 한다.

삼성전자는 차세대 HBM 초격차 달성을 위해 메모리뿐만 아니라 파운드리, 시스템LSI, AVP의 차별화된 사업부 역량과 리소스를 총 집결해 경계를 뛰어넘는 차세대 혁신을 주도해 나갈 계획이다.

이를 위해 삼성전자는 올 초부터 각 사업부의 우수 엔지니어들을 한데 모아 차세대 HBM 전담팀을 구성해 맞춤형 HBM 최적화를 위한 연구 및 개발에 박차를 가하고 있다.

삼성전자는 업계에서 단시간에 따라올 수 없는 종합 반도체 역량을 바탕으로 AI 시대에 걸맞은 최적의 솔루션을 지속적으로 선보일 예정이다.

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전 세계적인 AI 열풍 속에서 관련 하드웨어, 소프트웨어 등이 급성장함에 따라 AI가 인간의 지적 수준까지 발전하고 있다. 삼성전자는 초거대 AI 시장을 대응하기 위해 DDR5(Double Data Rate 5), HBM(High Bandwidth Memory), CMM(CXL Memory Module) 등 응용별 요구 사항에 기반한 다양한 메모리 포트폴리오를 시장에 제시하고 공급 중이다.

삼성전자는 다가오는 ‘CES 2024’에서 AI용 최첨단 메모리 솔루션을 대거 공개하고, 업계 리더로서 압도적인 기술력을 선보일 계획이다.

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AI 기술 진보에 정해진 한계와 영역은 없다

AI는 우리 삶의 모든 영역에서 근본적인 변화를 만들어 내고 있다. 직장에서는 문서 작업, 데이터 분석 등에서 생산성 극대화를 이끌어 내고 있고, 집에서는 다양하고 편리한 서비스를 통해 우리 삶을 윤택하고 즐겁게 만들고 있다. 이제는 ChatGPT 같은 생성형 AI 서비스가 우리 삶에 새로운 패러다임을 가져왔다고 해도 과언이 아니다.

AI는 클라우드에서 처음 시작됐지만, 현재는 다른 응용과 플랫폼으로 급속히 확산되고 있다.  보안과 응답성 등을 고려해 스마트폰, 컴퓨터, 자동차 등 단말단에서의 온디바이스 AI(On-Device AI) 구현이 필요한 상황으로, 충분한 컴퓨팅과 메모리를 탑재하기 위한 기술적 검토가 적극 진행되고 있다.

현재 가장 핵심이 되고 있는 클라우드(Cloud), 온디바이스(PC/Client/Mobile) AI, 차량(Automotive) 세 가지 영역의 기술 동향과 메모리 요구 사항을 살펴보고, 삼성전자의 핵심 포트폴리오를 소개하고자 한다.

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AI 기술 혁신을 이끌 클라우드용 솔루션 ‘HBM3E, DDR5, MRDIMM, PCIe Gen5 SSD’

데이터센터는 AI 관련 연산 처리와 원활한 서비스를 위한 핵심 인프라로 ChatGPT, Bard, Bing Chat 등이 데이터센터를 통해 제공되는 대표적인 서비스이다.

단시간에 수십억 개의 파라미터와 수많은 데이터가 오고 가는 상황에서 메모리 대역폭과 용량이 충분하지 않다면 전체 시스템에서 병목 현상을 일으킬 수 있고, GPU를 충분히 활용할 수 없는 상황이 생길 수 있다.

이러한 AI 응용을 서비스하는 데이터센터를 운영하는데 있어 가장 큰 고민은 결국 ‘총 소유 비용(TCO, Total Cost of Ownership)’이다. TCO를 줄이기 위한 업계의 노력은 지속되고 있으며, 특히 메모리 성능, 용량 요구도 다양해지고 있다. 이에 삼성전자는 모든 업체들이 선택 가능한 클라우드용 최적 솔루션을 제시하고 있다.

HBM3E 샤인볼트(Shinebolt)

현재 AI용 메모리로 주목받고 있는 ‘HBM3E’는 12단(적층) 기술을 활용해 최대 1,280GB/s의 대역폭과 최대 36GB(기가바이트)의 고용량을 제공한다.

기존 HBM3 제품 대비 성능과 용량이 50% 이상 개선됐으며, 초거대 AI 모델이 요구하는 메모리 성능과 용량을 만족시킬 것으로 기대된다.

32Gb DDR5 D램

삼성전자는 작년 9월 업계 최초로 12나노급 공정을 활용해 32Gb(기가비트) DDR5 고용량 제품을 개발했으며, 현재 주요 칩셋 업체와 고객에게 샘플을 공급 중이다.

동일 패키지 사이즈에서 TSV(Through Silicon Via) 공정 없이 128GB의 고용량 모듈 구현이 가능하며, TSV 적용 시 최대 1TB(테라바이트)의 모듈까지 지원한다.

또한 기존 16Gb 기반 128GB 모듈 대비 약 40%의 소비 전력을 개선했으며, 최대 7.2Gbps의 속도를 지원해 생성형 AI용 고용량 서버의 핵심 솔루션이 될 것으로 기대된다.

MRDIMM

삼성전자는 기존 RDIMM 대비 데이터 전송 채널을 2배로 늘려 성능을 2배 높인 MRDIMM(Multiplexed Rank DIMM)을 개발하고, 작년 하반기 주요 칩셋 업체와 검증을 완료했다. 이 제품은 8.8Gbps의 속도를 지원하며, HPC 등 고사양 메모리를 요구하는 AI 응용처에 적극 채용될 것으로 예상된다. 삼성전자는 향후 32Gb DDR5를 활용해 고성능, 고용량, 저전력에 차별화된 MRDIMM 제품을 제공할 예정이다.

PCIe Gen5 SSD ‘PM9D3a’

PM9D3a는 PCIe Gen5를 지원하는 8채널 컨트롤러 기반 제품으로, 기존 제품 대비 연속 읽기속도는 최대 2.3배 향상됐고, 소비 전력은 60% 개선된 업계 최고의 전력 효율을 제공한다.

삼성전자는 뛰어난 확장성을 바탕으로 작년 7.68TB와 15.36TB 2.5인치 규격 제품을 개발한데 이어, 올해 상반기에는 3.84TB 이하의 저용량부터 최대 30.72TB 제품까지 다양한 라인업과 폼팩터를 제공할 계획이다. 이 제품은 다양한 신규 서버 시스템에 장착되어 고성능 스토리지 서비스 구현을 가능하게 할 것이다.

고성능·저전력 온디바이스 AI용 솔루션 ‘LPDDR5X, LPDDR5X CAMM2, LLW, PCIe Gen5 SSD’

단말단에서 AI 특정 서비스 구현을 위해서는 단말 자체에 다수의 AI 모델을 저장하고 처리해야 되며, 이를 위해서는 스토리지에 저장되어 있던 AI 모델이 1초 이내로 메모리에 로딩되어야 한다.

또한 AI 모델 사이즈가 커질수록 결과의 정확도는 높아지기 때문에, 원활한 AI 서비스를 제공하기 위해서는 단말 자체에서도 고성능, 고용량 메모리가 필수적이다.

LPDDR5X D램

삼성전자는 LPDDR 표준 기반 최고 속도 9.6Gbps를 지원하는 LPDDR5X 제품을 개발 중이다. 하이케이 메탈 게이트(High-K Metal Gate, HKMG) 기술을 활용해 이전 세대 대비 전력 효율을 30% 개선하고, 표준 패키지 솔루션을 지원해 응용처별 최적 포트폴리오를 제공한다.

LPDDR5X CAMM2

작년 9월 삼성전자는 LPDDR D램 기반 7.5Gbps LPDDR5X CAMM2(Compression Attached Memory Module)를 업계 최초로 개발했으며, 현재 주요 파트너들에게 샘플을 제공하고 검증을 진행 중이다. 이 제품은 PC·노트북 D램 시장의 판도를 바꿀 제품으로, 삼성전자는 AI, HPC, 서버, 데이터센터 등 응용처 확대를 위해 주요 고객과 논의 중에 있다.

LLW D램

LLW(Low latency Wide I/O) D램은 128GB/s의 초고성능, 저지연 특성에 최적화된 제품이다. 1.2pJ/b의 매우 낮은 전력으로 구동하며, 즉각적인 대응이 필요한 AI 모델을 단말단에서 구동하는데 적합한 솔루션이다.

* pJ/b: 비트당 소비되는 에너지

PCIe Gen5 SSD ‘PM9E1’

PM9E1은 PCIe 5.0을 지원하는 8채널 컨트롤러 기반 PC/Client OEM용 SSD제품으로, 올해 6월 개발될 예정이다. 이전 세대 대비 연속 읽기속도는 2배 향상되고, 33%의 개선된 전력 효율을 제공한다. 초거대 언어 모델(LLM)을 1초내 D램에 전송할 수 있어 온디바이스 AI 시대를 열어가는데 최적화된 제품이 될 전망이다.

2025년 전장 메모리 시장 1위 달성을 위한 차량용 솔루션 ‘Detachable Auto SSD’

자율주행이 고도화됨에 따라 차량 시스템 구조는 여러 개의 차량 전자제어장치(Electronic Control Unit, ECU)를 가진 ‘분산형 구조’에서 각 영역의 제어 기능이 통합된 ‘중앙 집중형 구조’로 변화하고 있다. 이에 따라 고성능, 고용량뿐 아니라, 여러 개의 SoC와 데이터를 공유할 수 있는 Shared SSD에 대한 요구가 점차 증가하고 있다.

삼성전자는 다양한 차량용 신제품과 신기술을 선보이며, 2025년 전장 메모리 1위 달성을 위해 박차를 가하고 있다.

Detachable AutoSSD

세계 최초 탈부착이 가능한 차량용 SSD로, 스토리지 가상화를 통해 하나의 SSD를 분할해 여러 개의 SoC가 사용할 수 있는 제품이다. 기존 제품 대비 용량은 4배(1TB→ 4TB), 임의 쓰기속도는 약 4배(240K IOPS→ 940K IOPS) 향상됐으며, 교체가 가능한 E1.S 기반의 폼팩터를 제공한다.

삼성전자는 현재 유럽 주요 완성차, 티어1 고객들과 세부 사양 협의를 진행하고 있으며, 올해 1분기내 기술적 검증(PoC)을 완료할 계획이다.

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삼성전자 메모리 상품기획실 신설, 새로운 도약을 준비하다

삼성전자는 급변하는 기술과 시장 환경에 민첩하게 대응하기 위해 작년 12월 메모리 상품기획실을 신설하고, 본격적인 미래 준비에 박차를 가하고 있다.

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메모리 컨트롤 타워 역할로 미래 제시

상품기획실은 ‘Business Coordinator 전문가 조직’을 표방하고, 제품 기획부터 사업화 단계까지 전 영역을 담당하며 고객 기술 대응 부서들을 하나로 통합해 만든 조직이다.

그동안 분산되어 있던 센싱, 동향 분석, 상품 기획, 표준화, 사업화, 기술 지원 등 모든 기능이 상품기획실로 흡수되어 ▲기술 동향 분석을 통한 ‘초격차’를 지향하는 경쟁력 있는 제품 기획 ▲’급변하는 대내외 변화’를 고려한 제품 개발 관리 ▲’개별화된 고객 요구’에 대한 적극 대응을 통해 메모리 시장에서의 기술 리더십을 확고히 할 계획이며, 대내외 컨트롤 타워 역할을 수행할 예정이다.

또한 중장기 로드맵 기반으로 연구소, 개발실과 요소 기술 선행 준비 등 새로운 도약을 위한 미래 준비에 더욱 집중할 계획이다.

고객사 요구를 반영한 미래 솔루션, 신사업 발굴

AI의 폭발적인 성장은 급진적인 메모리 발전도 요구하고 있다. DDR6, HBM4, GDDR7, PCIe Gen6, LPDDR6, UFS 5.0 등 시스템의 고성능화를 지원할 수 있는 고대역폭, 저전력 메모리는 물론 CMM, 첨단 패키지 등 새로운 인터페이스와 적층 기술도 요구되고 있다.

삼성전자는 맞춤형 HBM(Custom HBM), 컴퓨테이셔널 메모리(Computational Memory) 등 새로운 솔루션과 사업 발굴을 통해 메모리 패러다임의 변화를 선도해 나갈 것이다.

메모리 기술 혁신의 열쇠 ‘맞춤형 HBM D램(Custom HBM)’

AI 플랫폼의 성장으로 고객 맞춤형(용량, 성능, 특화 기능 등) HBM에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이에 삼성전자는 주요 데이터센터, CPU/GPU 선두 업체들과 긴밀한 협업을 진행 중이다. 맞춤형 HBM D램은 향후 메모리 반도체 기술 한계 극복을 위한 돌파구 역할을 할 것이다.

삼성전자는 고객들의 개별화된 요구에 대응하기 위해 차세대 HBM4부터 버퍼 다이(Buffer Die)에 선단 로직 공정을 활용할 예정이다.

삼성전자만이 보유하고 있는 메모리, 파운드리, 시스템 LSI 등 종합 역량과 차세대 D램 공정, 최첨단 패키지 기술로 향후 새로운 시장 변화에 맞춰 최적의 솔루션을 제공해 나간다는 전략이다.

AI 시대를 이끌 ‘CMM’

CMM-D(CXL Memory Module DRAM)는 기존 메인 D램과 공존하면서 대역폭과 용량을 확장할 수 있어 AI, 머신러닝 등 고속의 데이터 처리가 요구되는 차세대 컴퓨팅 시장에서 주목받고 있다.

삼성전자는 2021년 5월 세계 최초 CMM-D 기술 개발을 시작으로, 업계 최고 용량의 512GB CMM-D 개발, CMM-D 2.0 개발 등에 성공하며 업계를 선도하고 있다. 또한, 현재 256GB CMM-D 샘플 공급이 가능한 유일한 업체로서 다양한 파트너사와의 긴밀한 협력을 통해 CXL 메모리 생태계를 구축하고 있다.

메모리의 새로운 패러다임 ‘PIM’

PIM(Processing-in-Memory)은 메모리 내부에 연산 작업에 필요한 프로세서 기능을 더한 차세대 융합 기술로, CPU와 메모리 간 데이터 이동이 줄어들어 AI 가속기 시스템의 에너지 효율을 높일 수 있다.

삼성전자는 2021년 세계 최초로 HBM-PIM을 개발했으며, 주요 칩셋 업체와 협력을 통해 기존 GPU 가속기 대비, 평균적으로 성능은 약 2배 증가, 에너지 소모는 약 50% 감소했음을 확인했다. 삼성전자는 PIM 응용을 확대하기 위해 AI 가속기용 HBM-PIM과 온디바이스 AI용 LPDDR-PIM 상용화에 박차를 가하고 있다.

용량의 한계를 뛰어 넘은 대용량 SSD 구독 서비스, PBSSD as a Service

PBSSD as a Service는 고객이 초고용량 SSD 솔루션을 구매하는 대신 서비스를 사용하는 사업 모델이다. 고객에게 PB(페타바이트) 규모의 대용량 SSD 솔루션을 구독 서비스로 제공해 고객의 스토리지 인프라 초기 투자 비용을 낮추고, 유지 보수 비용을 절감하는데 기여할 것으로 기대된다.

전 세계 고객과 강력한 파트너십 구축

메모리는 또 한 번의 기술 변곡점을 맞이하고 있고, AI 시대에서 반도체 성장 가능성은 크고 무궁무진하다. 새로운 제품과 시장을 개척하기 위해서는 전 세계 파트너, 고객들과의 강력한 협력이 필수다.

고객과의 협력 인프라를 제공하는 ‘삼성 메모리 리서치 센터’

삼성전자는 ‘삼성 메모리 리서치 센터(SMRC)’를 기반으로 파트너와의 긴밀한 협력을 통해 차세대 메모리를 준비하고 있다.

SMRC는 삼성전자의 메모리 제품을 탑재한 고객사에 자사 서버의 하드웨어와 소프트웨어의 최적 조합을 분석하고 성능을 평가할 수 있도록 제공하는 플랫폼으로, 고객과의 차별화된 협력을 가능하게 한다.

작년 삼성전자는 VMware와 가상화 시스템 구현을 위한 기술 협력을 추진해 업계 최초로 PCIe Gen5 SSD(PM1743)가 VMware 솔루션에서 최적의 성능을 구현함을 확인했고, Red Hat의 최신 서버용 운영체제에서 CXL 메모리 동작 검증을 마치는 등 SMRC를 통해 소프트웨어 업체와의 파트너십을 공고히 했다.

현장 근접 기술 지원을 위한 ‘TECx’

삼성전자는 글로벌 고객사에 원활한 기술 서비스를 제공하고, 긴밀한 협업을 진행하기 위해 주요 국가별로 TEC(Technology Enabling Center)를 운영하고 있으며, 점차 지역을 확대해 작년부터 대만에도 기술 지원 조직(TECx, TEC extension)을 구축했다.

대내적으로는 DDR5, LPDDR5X, CMM, PCIe Gen5 SSD 등의 신규 제품과 기술을 선단에서부터 검증하는 등 시스템 인증을 지원하고, 대외적으로는 현지에서의 즉각적인 기술 대응이 가능해 고객 CRM(Customer Relationship Management)을 높이고 있다. 향후 TECx는 지속적인 기술 협업을 주도하며 고객의 No.1 협업 파트너 역할을 수행할 것으로 기대된다.

2024년 반도체 시장과 기술의 판도 변화가 급속히 진행 중인 가운데 삼성전자는 미래 기술 리더십과 고객과의 동반 성장을 이어가기 위해 담대한 도전을 지속해 나갈 것이다.

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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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작년 말 세상을 떠들썩하게 만든, ‘챗GPT’의 등장. 출시한 지 5일 만에 100만 명, 두 달 만에 1억 명의 가입자를 확보하며 애플리케이션 역사상 가장 빠른 가입률을 기록했다. 이토록 많은 사람이 챗GPT에 열광한 이유는 무엇일까? 질의응답부터 창작까지, 다양한 기능을 제공할 뿐 아니라 인간과 구분하기 힘들 정도의 자연스러운 대화로 강력한 성능을 보여주기 때문이다. 생성형 인공지능(AI)은 2016년 알파고의 등장 이후 또 다른 가능성으로 초거대 AI 시대의 새로운 지평을 열었다.

챗GPT는 파라미터(parameter, 매개 변수)가 1,750억 개에 달하는 수많은 데이터를 기반으로 학습된 언어모델이기에, 원활한 서비스 제공을 위해서는 고성능 반도체가 필수적이다. 이렇게 거대한 데이터의 처리를 위해서 메모리 반도체는 데이터를 빠르게 읽고 쓸 수 있도록 고성능, 고대역폭, 저지연 등 성능을 극대화해야 한다.

이처럼 초거대 AI 시대에는 메모리 기술의 발전과 성능 향상이 중요하다. 삼성전자는 지난 40년간 업계를 선도하며 쌓아온 독보적인 기술 노하우를 바탕으로 AI 반도체 생태계를 확장할 다양한 메모리 제품을 준비해 왔다.

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AI 시대의 필수요소, 고성능 HBM

삼성전자는 2016년 세계 최초로 고성능 컴퓨팅(HPC) 향 HBM 사업화를 시작하며, AI 향 메모리 시장을 본격적으로 개척했다. 2017년 선보인 8단 적층 HBM2는 당시 가장 빠른 속도의 메모리였던 GDDR5 대비 8배 빠른 속도를 구현했다. 이 제품을 통해 AI·HPC 시대에 필수적인 3차원 스택 기술을 선보일 수 있었다.

이후에도 삼성전자는 고객과 밀접히 협업하여 AI·HPC 생태계를 견인하고 있다. HBM2 제품을 거쳐 HBM2E, HBM3를 양산하고 있으며, 9.8Gbps* 속도의 HBM3E 제품을 개발하여 고객사에 샘플 공급을 시작할 예정이다.  HBM4는 2025년을 목표로 개발 중으로 해당 제품에 적용하기 위해 고온 열특성에 최적화된 NCF* 조립 기술과 HCB* 기술도 준비 중이다.

*Gbps(Gigabit per second): 1초당 전송되는 기가비트 단위의 데이터
*NCF(Non-conductive Film, 비전도성접착필름): 적층된 칩 사이에 발생하는 절연과 기계적 충격으로부터 솔더 조인트(Solder joint)를 보호하기 위해 사용하는 폴리머 레이어(Polymer layer)
*HCB(Hybrid Copper Bonding, 하이브리드 본딩): 차세대 본딩 기술로 기존에 솔더(Solder)를 사용한 방식이 아닌 구리(전도체)와 산화막(절연체)을 이용한 접합 방식

또한 올해 초에는 첨단 패키지 기술 강화 및 사업부간 시너지를 극대화하기 위해 AVP(Advanced Package)사업팀을 출범했다. HBM과 함께 2.5차원, 3차원* 첨단 패키지 솔루션을 포함한 첨단 맞춤형 턴키 패키징 서비스도 제공하여 AI·HPC 시대에 최고의 솔루션을 선보일 계획이다.

* 2.5차원 패키지: 단층의 로직 반도체와 다층의 메모리 반도체를 기판 위에 집적한 패키지
* 3차원 패키지: 여러 개의 로직/메모리 반도체를 수직으로 집적한 패키지

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세계 최고 용량, 최고 성능을 제공할 DDR5 D램

AI 서비스를 위한 하이엔드 급 CPU는 100개가 넘는 코어(Core)와 각 코어를 담당할 충분한 메모리가 필요하다. 또한 제한된 패키지에서 더 많은 용량을 탑재하려면 D램 단일 칩 크기를 최소화하는 공정 기술과 폼팩터 내 구성 요소를 적절히 배치하고 스펙에 맞게 동작하도록 만드는 설계 기술도 필수적이다.

지난달 발표한 32Gb(기가비트) DDR5 D램은 40년 전 개발한 64Kb(킬로비트) D램 대비 용량이 50만 배 크다. 더불어, 동일 패키지 사이즈에서 아키텍처 개선을 통해 16Gb D램 대비 2배 용량을 구현하여, 128GB(기가바이트) 모듈을 TSV* 공정 없이 제작할 수 있게 되었다. 이로써 비용 절감과 생산성 개선이 가능해졌으며, 소비 전력도 10% 개선할 수 있게 됐다.

* TSV(Through Silicon Via, 실리콘 관통 전극): 칩을 얇게 간 다음, 수백 개의 미세한 구멍을 뚫고, 상단 칩과 하단 칩의 구멍을 수직으로 관통하는 전극을 연결한 첨단 패키징 기술

이번 제품으로 최대 1TB(테라바이트) 모듈 구현이 가능해져 고용량을 필요로 하는 데이터센터뿐 아니라 향후 MRDIMM, CXL 등 차세대 메모리 솔루션에서도 사용될 수 있는 기반이 될 것으로 기대한다.

한편, 업계 최선단 기술을 적용한 DDR5 규격의 12나노급 D램은 전 세대 제품 대비 생산성이 약 20% 향상되었다. 차별화된 기술 노하우를 바탕으로 뛰어난 성능과 전력 효율을 구현했고, 최고 동작 속도 7.2Gbps를 지원한다. 이는 1초에 30GB 용량의 UHD 영화 두 편을 처리할 수 있는 속도로, 향후 삼성전자는 고객 수요에 맞춰 데이터센터·AI·HPC 등 다양한 응용처에 공급할 계획이다.

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메모리의 새로운 패러다임, PIM

폰 노이만 구조에서 기인한 메모리 병목 현상은 챗GPT와 같이 수많은 데이터를 다루는 응용에서 특히 치명적이다. 이러한 한계를 극복하기 위해 삼성전자는 2018년 세계 최초로 메모리 내에서 연산이 가능하고, 높은  에너지 효율을 가진 HBM-PIM(Processing-in-Memory)을 개발했다. 이를 통해 산업계와 학계에서 PIM 플랫폼의 표준화와 에코 시스템 구축을 위한 발판을 마련하였다. HBM-PIM은 D램 내부에 데이터 연산 기능을 탑재해  메모리 대역폭의 병목 현상을 개선하였으며, 음성 인식 등 특정 작업량에서 최대 12배의 성능 향상과 4배의 전력 효율을 달성했다.

이와 관련해 시스템 성능 개선을 목표로 하는 연구도 진행 중이다. 생성형 AI 응용까지의 확장성은 물론, 최근에는 CXL(Compute Express Link) 인터페이스를 사용하는 CXL D램에서 PIM 아키텍처를 구성하는 연구도 함께 진행하고 있다.

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넥스트 폼팩터로 새로운 시장을 열다

그동안 PC와 노트북에 탑재되는 D램은 일반적으로 So-DIMM*이나 LPDDR*이었다. So-DIMM은 탈부착이 가능하지만 전송 속도와 공간 효율화 측면에서 한계가 있고, LPDDR은 소형화, 저전력 등의 장점이 있지만 온보드(On-board) 방식으로 탑재되어 탈부착이 어려웠다. 두 제품이 갖는 한계를 모두 극복할 수 있는 제품이 바로 LPCAMM(Low Power Compression Attached Memory Module)이다.

* So-DIMM(Small Outline Dual In-line Memory Module): PCB 기판 양면에 D램이 장착되어 있는 모듈로 일반적인 DIMM보다 크기가 작아 노트북 등 소형 시스템에 많이 사용됨
* LPDDR(Low Power Double Data Rate): 스마트폰, 태블릿, 노트북 등 모바일 장치 등에 탑재되는 저소비전력 D램

LPCAMM은 LPDDR D램 기반의 모듈 제품으로, 삼성전자는 최근 업계 최초로 LPCAMM을 개발하여 LPDDR의 새로운 폼팩터 시장을 개척했다. LPDDR이 탑재되어 고성능, 저전력 구현이 가능함과 동시에 모듈 형식이라 탈부착이 가능하여 사용자 필요에 따라 교체와 업그레이드가 가능하다. 또한 So-DIMM 대비 탑재 면적은 최대 60% 이상 줄어 제조사들이 내부 공간을 보다 효율적으로 사용할 수 있다. 더불어 성능은 최대 50%, 전력 효율은 최대 70%까지 개선되어 향후 PC, 노트북 등 모바일 장치에만 국한되지 않고 운영 효율과 저전력을 중요시하는 데이터센터 등 다양한 응용처에서 활용될 것으로 기대된다.

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반도체 기술로 미래를 그리다

삼성전자는 지난 40여 년간 끊임없는 변화와 혁신을 통해 기술 초격차를 달성해 왔다. 앞으로도 초격차 DNA를 바탕으로 기술적 한계를 극복해 세상에 없는 다양한 메모리 솔루션 제품을 개발해 나갈 것이다. 특히 D램 시장의 큰 변곡점이 될 10나노 이하 공정을 기반으로 AI 시대에 세상이 원하는 초고성능, 초고용량, 초저전력 메모리 제품을 제공할 계획이다.

지금까지 그래왔듯, 앞으로도 세상이 원하는 반도체를 만들기 위한 기술 혁신의 중심에는 언제나 삼성전자가 있을 것이다.

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9월이 얼마 남지 않은 가운데 IAA 모빌리티 2023 행사가 코앞으로 다가왔습니다. 이 컨퍼런스에서는 세계 최대 자동차 제조업체, 공급업체 및 기술 브랜드가 한자리에 모여 최신 혁신 기술을 공개하고 모빌리티의 미래를 설계합니다. 업계 리더들이 혁신을 선보이고 미래 변화를 위한 방향을 설정할 수 있는 좋은 기회의 장입니다.

이번 전시회를 앞두고 자동차 메모리 기술 트렌드와 모빌리티의 미래가 나아갈 방향에 대해 이야기해보고자 합니다. 자동차 산업(그리고 모빌리티 분야 전반)은 중대하고 지속적인 변화의 시기를 겪고 있으며, 삼성 메모리 기술은 이러한 변화에서 핵심적인 역할을 할 것입니다. 9월에 발표할 흥미로운 주제 몇 가지를 미리 살펴보겠습니다.

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1. 자율 주행

첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)에서 완전 자율 주행으로 전환하는 데는 오랜 시간이 소요되고 있습니다. 지난 10년간의 열띤 논의 끝에 이제 의미 있는 진전이 보이기 시작했습니다. 실제로 현재 ADAS 및 자율주행 발전 속도로 볼 때, 향후 5~10년 내에 고속도로를 주행하는 차량의 50% 이상이 자율주행이 가능할 것으로 예상됩니다.

올해 독일은 메르세데스-벤츠의 레벨 3 자율주행을 인정한 최초의 국가가 되었으며, 일부 모델은 최대 시속 60km의 속도에서 운전자가 운전대에서 손을 뗄 수 있었습니다.

완전 자율 주행으로의 전환이 탄력을 받으면서 이를 지원하는 기술에서 생성되는 데이터의 양이 증가하고 있습니다.  이를 위해서는 향상된 처리 능력과 대용량, 고성능 메모리 솔루션이 필요합니다.

예를 들어, 인포테인먼트는 오랫동안 자동차 인테리어의 중심이었지만 레벨 3 자율 주행으로 진화하면서 승객과 운전자 모두에게 진정한 엔터테인먼트와 커뮤니케이션 경험을 제공할 수 있는 기회가 열리게 되었습니다. 영화와 게임, 화상 회의에 이르기까지 자동차는 이제 ‘바퀴 달린 서버’가 되어 앞으로 현재 우리가 상상할 수 없는 다양한 애플리케이션을 사용할 수 있게 될 것입니다.

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2. 중앙 집중형 컴퓨팅

오늘날의 자동차는 이미 놀라울 정도로 정교해졌습니다. 차량 컴퓨팅이 더욱 복잡해짐에 따라 제조업체는 가능한 시스템을 단순화하고 간소화할 것으로 예상됩니다.

즉, 개별 제어 장치의 수를 대폭 줄이고 영역별 제어 장치를 늘리는 한편, CPU의 기능을 중앙 집중화하여 적은 수의 장치에 많은 양의 메모리를 통합할 수 있게 됩니다. 따라서 앞으로 자동차에 SSD와 같은 메모리 장치가 더욱 광범위하게 적용될 것입니다.

이전에는 SSD가 PC나 서버와 같은 제품에 주로 사용되었으며, SSD가 제공하는 고성능을 필요로 하지 않는 자동차에는 거의 사용되지 않았습니다. 향후 4~6년 동안 자동차 기술 역량, 데이터 처리 및 중앙 집중화 기능이 발전됨에 따라 자동차 산업에서 SSD의 사용이 점점 더 늘어날 것으로 예상됩니다.

SSD 도입을 통해 제조업체는 한 단계 더 발전하여 기존과 다른 방식으로 업무를 수행하게 될 것입니다. 항상 그래왔듯이 적합한 도구를 제공하면 창의적인 사람들은 혁신적인 솔루션을 구축하게 될 것입니다.

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3. V2X(차량-사물간) 통신

곧 등장할 또 다른 흥미로운 트렌드는 V2X 통신입니다. 많은 최신 차량은 이미 스마트 인프라와 통신할 수 있습니다. 예를 들어, 운전자의 대시보드에 적색 신호등 카운트다운 시계를 표시하는 기능을 예로 들 수 있습니다.

하지만 ADAS를 지원하는 자율주행 차량이 점점 늘어남에 따라 차량 간 통신이 훨씬 더 많아질 것입니다. 예를 들어, 한 지역의 모든 차량이 자율 주행이 가능해지면 몇 가지 재미있는 기능이 가능해집니다. 제동 시점을 알기 위해 전방 차량의 브레이크등을 ‘주시할(See)’ 필요 없이, 차량 간 로컬 통신을 통해 후방 차량에 제동 시점을 알리게 됩니다.

차량이 외부 세계와 차량 간에 더 많이 연결됨에 따라 데이터 연결이 매우 중요해졌습니다. 업계가 V2X 통신의 가능성에 주목하면서 보다 안전하고 효율적인 주행을 가능하게 하는 5G 기술이 핵심적인 역할을 할 것입니다. 지능형 고속도로, 횡단보도 보행자 경고, 신호등 동기화 등은 스마트 기술이 가져올 변화의 몇 가지 예시에 불과합니다.

올해 IAA 모빌리티 2023에서는 미래 지향적인 트렌드가 선보일 예정이지만, 이러한 모든 혁신의 이면에는 세심하게 설계된 요소들이 숨겨져 있습니다. 시스템 차원에서 이루어지는 보이지 않는 혁신 덕분에 승객의 안전을 강화하고 지구 환경을 보호하는 데 의미 있는 진전을 이룰 수 있을 것입니다.

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IAA 모빌리티 2023에 참가하는 삼성 반도체에 대한 자세한 내용 및 최신 자동차 혁신 동향과 애플리케이션에 대한 설명은 아래 사이트에서 확인할 수 있습니다.

https://semiconductor.samsung.com/emea/insights/application/automotive/

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삼성전자는 올해 9월에 뮌헨에서 열리는 세계 최대 규모의 자동차 벤더, 공급업체 및 기술 브랜드가 한자리에 모이는 IAA 모빌리티 2023에 참가할 예정입니다. 이 컨퍼런스는 자동차 산업의 최신 발전상을 선보이며 업계 리더들이 혁신을 발표하고 트렌드를 논의하며 모빌리티의 미래를 주도하는 플랫폼으로 자리 잡았습니다.

올해 행사를 앞두고, 예상되는 가장 큰 트렌드 몇 가지를 살펴보고 최신 시스템 LSI 솔루션이 자동차 산업의 미래를 어떻게 형성해 나갈지 살펴보고자 합니다. 물론 완전 자율 주행 차량과 미래 지향적인 기술에 대한 이야기도 있겠지만, 이번 전시회에서 가장 흥미로운 주제는 향후 12개월 동안 우리에게 영향을 미칠 트렌드입니다. 이를 염두에 두고 올해 전시회를 장식하고 현재, 그리고 머지않은 미래의 우리 삶에 점점 더 많은 영향을 미칠 세 가지 트렌드에 대해 알아보겠습니다.

1. “디스플레이화 (Screenification)” 와 이동 중 경험

차량의 디지털화는 우리가 자동차와 상호작용하는 방식을 혁신적으로 변화시켜 운전을 ‘하는 것’에서 ‘경험하는 것’으로 바꾸고 있습니다.

가장 확실한 예는 엔터테인먼트, 통신 및 기타 고급 기능을 통합하여 승객에게 원활하고 몰입감 있는 경험을 제공하는 차량용 인포테인먼트(IVI) 시스템의 도입이 증가하고 있다는 점입니다. 이러한 인포테인먼트 솔루션의 도입으로 운전자와 승객과의 상호 작용이 증가하고 궁극적으로 더 많은 고성능 디스플레이를 활용하게 될 것입니다.

올해 CES에서 우리는 이미 대시보드, 머리 받침대, 심지어 운전대에 디스플레이를 결합한 모습과 더불어 곡면 울트라 와이드 디스플레이가 적용된 자동차를 보았습니다. 증가하고 있는 첨단 IVI 시스템에 대한 수요를 충족하기 위해 부품 기술은 진화하고 있으며, 엑시노스 오토 V와 같은 프로세서는 최대 6개 디스플레이 컨트롤러와 여러 운영 체제를 지원하고 있습니다.

2. 안전한 주행을 위한 센서 기술

최근 몇 년 동안 차량 전체에 장착되는 센서의 수가 급격히 증가했습니다.

아이소셀 오토 4AC는 차량용 애플리케이션에 최적화된 최초의 아이소셀 이미지 센서입니다. 이 최신 이미지 센서는 HD 해상도와 첨단 HDR(High Dynamic Range) 및 플리커 완화 기능을 탑재하여 주차 보조와 같은 기본적인 기능뿐만 아니라 급변하는 조명 조건에서 시야 방해 요소를 줄여 안전한 주행 경험을 제공합니다.

하지만 많은 운전자들이 차량 외부의 센서 기능은 잘 알고 있지만, 차량 내부에도 센서가 곳곳에 장착되어 있다는 사실은 잘 알지 못합니다. 올해 전시회에서는 차량뿐만 아니라 운전자 자신을 모니터링하는 데 사용되는 내부 안전 센서에 대한 관심이 훨씬 더 높을 것으로 예상됩니다.

눈 깜빡임 속도와 같은 신체 활동을 추적하여 AI 알고리즘과 결합된 내부 센서가 운전자가 피곤해지면 이를 감지하고, 운전자가 운전 중 졸음운전을 할 경우 주의 또는 안전 경고 메시지를 전달합니다. 이러한 유형의 센서 기반 시스템이 점차 미래 차량의 필수 안전 기능으로 자리 잡을 것으로 예상됩니다.

3. 지속 가능성, 전기차 그 이상의 가치

세계 최대 규모의 자동차 전시회인 IAA 모빌리티에서 슈퍼 배터리와 스마트 충전소 등 전기차와 관련 기술을 빼놓고는 이야기할 수 없을 것입니다.

하지만 전기차뿐만 아니라 자동차 산업 전반의 지속 가능성에 대한 폭넓은 논의가 이루어질 것으로 보입니다.

시스템 관점에서 볼 때, 이제 자동차는 전반적으로 지속 가능성 기준을 충족해야 합니다. 소비자의 요구, 글로벌 규제, 탄소 중립 목표 등이 복합적으로 작용하여 모든 전자 기기는 전력소비를 줄이고 효율을 높이는 데 중점을 두고 가장 작은 부품까지 지속 가능한 방식으로 생산되어야 합니다. 올해 전시회에서 자동차 업계에서 가장 지속 가능한 공급망을 구축하고자 하는 삼성의 목표와 이 분야에서 삼성이 이룬 성과를 공유할 수 있어 기대됩니다.

올해 IAA 모빌리티 2023에서 선보여질 모든 미래 지향적인 트렌드의 이면에는 세심하게 설계된 요소들이 숨겨져 있습니다. 시스템 차원에서 이루어지는 보이지 않는 혁신들이 승객의 안전을 강화하고 지구 환경을 보호하는 데 의미 있는 진전을 이루어 낼 것입니다.

IAA 모빌리티 2023에 참가하는 삼성 반도체에 대한 자세한 내용 및 최신 자동차 혁신 동향과 애플리케이션에 대한 설명은 아래 사이트에서 확인할 수 있습니다.

https://semiconductor.samsung.com/emea/insights/application/automotive/

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맛있는 음식이나 밤하늘의 보름달, 아이들의 미소 짓는 순간 등 일상을 스마트폰으로 기록하고 공유하는 것은 더 이상 특별한 일이 아니다. 휴대성과 편리성이 강화된 스마트폰의 카메라로 일반인들도 쉽게 실시간 라이브 방송을 할 수 있게 된 것은 물론, 8K 고화질 영상 등 전문가 못지않은 촬영도 가능하다. 이 놀라운 스마트폰 카메라 발전의 중심에는 ‘모바일 이미지센서 반도체’가 있다.

하지만 카메라가 사람의 눈을 따라가려면 아직도 갈 길이 멀다. 사람의 눈은 5억 화소 이상의 해상도를 가지고 있다고 하는데, 현재 DSLR 카메라는 약 4,000만 화소, 플래그십 스마트폰은 1,200만 화소의 주로 사용하고 있다.

단순히 ‘5억 화소를 만들려면 이미지센서의 픽셀 숫자만 늘리면 되지 않나?’라고 생각할 수 있다. 하지만 그렇게 되면 이미지센서가 너무 커지고 두꺼워져, ‘카툭튀’를 넘어 카메라 렌즈 부분이 손잡이처럼 커질 것이다. 지금의 슬림한 스마트폰 외관을 유지하면서 카메라 해상도를 높이려면 이미지 센서의 픽셀은 훨씬 더 작아져야 한다. 하지만, 픽셀이 작아질수록 빛을 받아들이는 면적이 줄어들어 성능은 떨어진다. 픽셀의 크기를 줄이면서도 성능은 유지시키는 것이 이미지센서 기술의 관건이다.

삼성전자의 혁신과 세계 최고의 기술

메모리 반도체 1등 DNA와 세계 최고 공정기술을 가지고 있는 삼성전자는 ‘더 작으면서도 성능 좋은 이미지센서’를 만들고 있다. 2019년 5월에는 세계 최초로 6,400만 화소를 개발했고, 6개월 후에는 1억 8백만 화소 이미지센서를 출시했다.

1억 8백만 화소의 ‘아이소셀 브라이트(ISOCELL Bright) HM1’ 이미지센서는 9라는 의미를 갖는 최첨단 ‘노나셀(Nonacell)’ 구조를 가진 것이 특징이다. 9개의 인접 화소가 마치 한 개의 화소인 것처럼 동작해 어두울 때는 빛을 받아들이는 면적을 9배로 넓힘으로써 밝게 볼 수 있고, 밝을 때는 1억 8백만 해상도로 세세한 부분까지 표현할 수 있다.

픽셀 크기가 0.7㎛(마이크로미터)인 이미지센서를 처음 출시한 것도 삼성전자다. 일부는 0.8㎛가 픽셀 기술의 한계라고 얘기하기도 했었다. 하지만, 삼성전자 엔지니어에게 ‘기술적 한계’란 좋은 동기부여이자, 넘어서야 할 숙명이다.

‘인간을 이롭게 하는 센서, 사람을 살리는 반도체’, 무궁무진한 센서의 세계

현재 대부분의 카메라는 우리 눈에 보이는 가시광선 파장대역(450nm~750nm)이 도달하는 이미지만 촬영할 수 있다. 눈에 보이지 않는, 가시광선 이외의 파장대역이 도달하는 영역을 촬영할 수 있는 센서는 드물고, 가격도 매우 비싸다.

세계 최고 수준의 반도체 기술력을 가진 삼성전자는 가시광선 영역을 넘어 자외선(파장대역 450nm 이하)과 적외선(파장대역 750nm 이상)을 활용할 수 있는 이미지센서도 연구하고 있다. 만약 이미지센서가 자외선 영역을 촬영할 수 있게 되면, 암조직의 색을 다르게 촬영하는 방식으로 피부암을 진단할 수도 있다. 또한 적외선 영역을 촬영할 수 있다면 농업/산업 영역에서도 쉽게 불량품을 구분할 수 있어 생산성 향상에도 활용 가능하다. 사람 눈으로 보이지 않는 세균까지 볼 수 있는 센서를 꿈꾸고 있다.

삼성전자는 카메라센서뿐 아니라 냄새를 맡는 후각, 맛을 느끼는 미각 등 다양한 센서 개발도 준비하고 있다. 인간의 오감을 대신하고 보이지 않는 영역에도 활용되는 센서가 가까운 시일 내에 우리 일상 곳곳에 깊숙이 스며들 것으로 예상된다. 꿈꾸는 만큼 넓힐 수 있는 무궁무진한 세계가 바로 센서 시장이다. 눈에 보이는 것은 모두 찍을 수 있고 보이지 않는 것도 표현하는 센서, ‘인간을 이롭게 하는 센서, 사람을 살리는 반도체’를 향한 삼성전자의 센서 개발은 이제 시작이다.

사람 눈을 능가하는 6억 화소 이미지센서를 향해

이미지센서는 스마트폰을 넘어, 자율주행차·IoT(사물인터넷)·드론 등에서도 본격적으로 사용될 것으로 예상된다. 삼성전자는 다양한 응용처에서 증가하는 고객 수요에 대응하기 위한 제품 라인업을 갖춰나갈 예정이다.

이미지센서의 화소 수를 늘리면서 픽셀을 작게 줄이는 트렌드는 2020년에도 계속될 것이고 삼성전자는 그 중심에 서 있다. 사람 눈을 능가하는 6억 화소 이미지센서를 포함한 무궁무진한 혁신을 위해 삼성전자는 계속 도전할 것이다.

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