황정수 기자 입력 2019.05.13 09:02 Cover Story - 비메모리 반도체 육성 메모리는 저장용·비메모리는 연산 등 정보처리에 쓰여  반도체는 ‘산업의 쌀’로 불린다. TV, 컴퓨터, 스마트폰, 자동차 등 우리 생활에 밀접한 전자기기 대부분에 들어가기 때문이다. 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 자율주행차 등에도 필수적이다. 4차 산업혁명 시대엔 중요성이 더욱 커질 전망이다. 이재용 삼성전자 부회장은 “반도체는 거대한 세상을 움직이는 작은 엔진이자 우리 미래를 열어가는 데 꼭 필요한 동력”이라고 표현했다. 반도체 시초는 벨연구소가 발명한 트랜지스터 반도체는 평상시 전기가 통하지 않지만 열을 가하거나 특정 물질을 넣으면 전기가 통하는 물체를 말한다. 반도체의 시초는 1947년 12월23일 미국 벨 연구소에서 탄생한 트랜지스터를 꼽는다. 트랜지스터는 전류나 전압 흐름을 조절하는 스위치 역할을 한다. 반도체산업은 빠르게 발전했다. 2년마다 반도체칩 용량이 두 배씩 증가한다는 ‘무어의 법칙’이 나올 정도였다. 주요 반도체 기업은 이 법칙을 지키기 위해 노력했다. 2010년대 모바일 시대로 접어들면서 작은 기판에 더 많은 회로를 넣다 보니 발열 등이 잦아졌다. 제작비가 크게 증가하는 문제도 생겼다. 기업들이 무어의 법칙을 지키는 것을 포기했다는 주장이 나온 배경이다. 반도체 시장이 발전하면서 산업도 분화됐다. 반도체산업은 보통 메모리와 비(非)메모리로 구분된다. 메모리 반도체는 정보를 저장하고 기억하는 용도로 쓰이는 제품이다. 소품종 대량 생산이 특징이다. 대표적인 게 D램과 낸드플래시다. D램은 전원이 꺼지면 데이터가 사라진다. 낸드는 전원이 꺼져도 데이터가 보존되지만 속도가 느리다. 삼성전자와 SK하이닉스가 세계 1, 2위 업체다. 시스템 반도체는 4차산업의 핵심 부품 비메모리 반도체는 메모리 반도체가 아닌 모든 제품을 말한다. 비메모리 반도체는 컴퓨터, 통신기기, 가전기기의 ‘시스템’ 중 핵심 기능을 수행하는 시스템 반도체와 광개별소자로 나뉜다. 비메모리 반도체 중 널리 활용되는 것은 시스템 반도체다. 연산, 추론 등 정보 처리 목적으로 쓰인다. 컴퓨터의 두뇌로 불리는 중앙처리장치(CPU), 스마트폰에서 CPU 역할을 하는 애플리케이션프로세서(AP), 자동차에 들어가 다양한 기능을 조정하는 차량용 반도체 등이 대표적이다. 다품종 소량 생산의 특징을 갖는다. 시스템 반도체는 AI, IoT 등으로 대표되는 4차 산업혁명의 핵심 부품이다. 앞으로 시스템 반도체 시장은 계속 커질 것으로 예상된다. 시장조사업체 IHS마킷에 따르면 세계 시스템 반도체 시장 규모는 작년 256억달러(약 29조9520억원)에서 2022년 330억달러(약 38조6100억원)까지 확대될 것으로 전망된다. 시스템 반도체 산업은 크게 설계와 생산으로 분업화돼 있다. 공장 없는 설계 전문 기업은 팹리스라고 부르고, 생산 전문 기업은 파운드리라고 한다. 팹리스 세계 시장 규모는 지난해 850억달러(약 99조원)였다. 현재 국내에서 팹리스 세계 50위 안에 드는 업체는 한 곳(실리콘웍스)뿐이다. 파운드리는 팹리스가 생산을 부탁한 제품을 찍어내는 일을 한다. 팹리스와 파운드리를 모두 하는 업체도 있다. 삼성전자와 인텔이 대표적이다. 이런 업체들을 ‘종합 반도체기업(IDM)’이라고 부른다. 우수 설계인력 확보가 관건 시스템 반도체산업을 키우기 위해선 우수 설계인력과 기술을 확보하는 게 필수다. 정부는 내년부터 2029년까지 10년간 시스템 반도체 연구개발(R&D)에 총 1조원을 집중 투입하기로 했다. 2021년 연세대 및 고려대에 반도체 계약학과를 신설한다. 반도체 계약학과에 입학하면 삼성전자 SK하이닉스 등 반도체 기업에서 등록금을 지원받을 수 있다. 반도체 기업에 취업할 때 우대받는다. 정부는 이를 단계적으로 확대해 2030년까지 전문인력 1만7000명을 양성할 계획이다. 다만 반도체 계약학과 설립 대상에서 빠져 있는 지방국립대 등에선 반발하는 목소리도 나오고 있다. 민간 분야에서는 자율주행차, 바이오, 에너지, IoT, 기계·로봇 등 유망 분야를 중심으로 시스템 반도체 수요를 발굴하기로 했다. 이를 위해 정부와 반도체 수요·공급기업, 연구기관 등 25개 기관이 모인 ‘얼라이언스 2.0’을 최근 구성했다. 정부는 작년 기준 1.6%에 불과한 국내 팹리스의 세계 시장 점유율을 2030년 10%로 높이겠다는 목표다. 파운드리는 2030년까지 시장점유율을 35%로 끌어올려 세계 선두로 올라서겠다는 구상이다. ■NIE 포인트 반도체가 ‘산업의 쌀’이라고 불리는 이유를 생각해보자. 메모리 반도체와 비메모리 반도체(시스템 반도체)는 어떤 차이가 있는지 알아보자. 한국 반도체의 역사 및 정부와 삼성전자의 반도체 육성정책 등을 놓고 토론해보자. 황정수 한국경제신문 산업부 기자
산업>전기/전자 무너지는 메모리 시장, 생존을 위한 차세대 기술 전쟁 ㅣ2022-08-17 15:16:55
메모리 반도체 시장 전망이 갈수록 악화하면서 기술 경쟁은 생존을 위한 전쟁터로 변모하고 있다. 선단 공정 선점을 넘어서 성능을 높이는 다양한 방법들이 제시되는 모습이다. 17일 업계에 따르면 트렌드포스는 3분기 소비자용 D램 가격이 2분기보다 15% 안팎으로 하락할 것으로 예상했다. 수요가 크게 줄어드는 탓이다. 국내 반도체 '초격차'도 좁혀졌다. 2분기에 삼성전자가 43.5%로 압도적인 1위를 지키는 가운데, SK하이닉스는 전분기보다 0.1% 포인트 많은 27.4%를 기록한 반면 마이크론이24.5%로 점유율을 0.7% 포인트 높이며 2위를 따라잡고 있다. 마이크론의 점유율 확대는 선단 공정을 먼저 도입한 덕분으로 풀이된다. 마이크론은 지난해 4세대 10나노급(1a) D램에 이어 올해말 5세대 10나노(1b) D램도 먼저 양산한다는 계획이다. 낸드 플래시에서도 하반기 232단 양산을 먼저 시작하며 시장 주도권을 잡기 위한 시도를 이어가고 있다. 마이크론이 아직 극자외선(EUV) 장비를 도입하지 않은 등 전체적인 기술 수준으로는 아직 국내 업계에 뒤쳐진다는 평가지만, 격차를 좁혔다는 점에서 우려감은 커지는 분위기다. 특히 메모리 시장이 크게 위축될 것으로 예상되는 상황에서 기술 경쟁은 '치킨 게임' 등 최악의 경우에서도 살아남을 수 있는 생존 방법으로 중요성이 높아졌다. 국내 반도체 업계는 먼저 선단 공정을 도입하는 것보다 효율성을 높이는 게 더 중요하다는 입장이다. 무리하게 기술을 확장하기보다는 수익성을 높일 수 있는 공정에 중점을 두겠다는 방침이다. 실제로 2분기 영업이익률은 삼성전자가 50%, SK하이닉스가 43%로 마이크론(41.5%)보다 상당히 높았다. 안정적인 램프업을 통해 수율을 극대화했다는 얘기다. 마이크론이 비용 부담이 큰 EUV 공정을 아직 적용하지 못한 만큼 차이는 더 벌어질 가능성이 높다. 차세대 메모리 기술도 상용화를 본격화했다. 한동안 미래 반도체로 여겨졌던 P램이 시장 위축 및 인텔의 옵테인 단종 선언으로 역사 속에 사라진 대신, 기존 D램과 낸드를 활용해 성능을 극대화하는 다양한 방법이 실현되고 있다. 시장 침체 속에서도 고성능 제품 수요만은 지속하는 데다가, 가격이 크게 떨어진 일반 메모리와는 달리 여전히 높은 수익을 낼 수 있다는 점도 이유로 꼽힌다. 최신형 DDR 규격이 가장 현실에 가까운 기술이다. DDR5는 최신 DDR 규격을 뜻한다. 같은 제품이라도 DDR4 대비 최대 2배 가량 빠른 것으로 알려져있다. 삼성전자는 표준 규격을 제정하는 JEDEC에서도 중요한 역할을 차지하고 있으며, SK하이닉스 역시 일찌감치 개발에 성공했다. 인텔이 차세대 서버용 CPU에서부터 DDR5를 지원키로 하면서 시장도 본격적으로 성장할 전망이다. 아울러 그래픽 카드에 쓰이는 GDDR6에서도 삼성전자는 최근 가장 빠른 24Gbps 제품을 출시하는 등 주도권을 선점하고 있다. HBM(고대역폭메모리) 기술도 확대되고 있다. HBM은 SK하이닉스가 처음 개발한 패키지 기술로, D램을 촘촘히 쌓아 성능과 용량을 극대화한 제품이다. 삼성전자가 HBM2를 먼저 개발하고 다시 SK하이닉스가 HBM3를 선점하는 등 선의의 경쟁 중, SK하이닉스는 최근 HBM3 메모리를 엔비디아에 납품하며 꾸준히 시장을 유지하고 있음을 확인했다. 여기에 삼성전자는 PIM 기술을 더했다. PIM은 메모리에 연산 기능까지 더한 제품으로, 삼성전자는 지난해 HBM-PIM을 개발한 후 상용화 노력을 이어가고 있다. SK하이닉스도 PIM 기술 개발을 이어가고 있다. CXL(컴퓨트 익스프레스 링크) 인터페이스는 DDR을 뛰어넘어 새로운 메모리를 만드는 핵심 기술이다. DDR이 CPU에 최대 16개까지만 연결할 수 있지만, CXL은 D램 용량을 거의 무한하게 확장할 수 있다. DDR D램과도 함께 쓸 수 있음은 물론, 지연 시간을 최소화해서 성능도 개선한다. 삼성전자는 일찌감치 CXL 규격을 정하기 위한 컨소시움을 주도하고 지난해 CXL D램을 개발한 바 있다. SK하이닉스도 최근 개발을 발표하고 내년에는 양산에 돌입한다는 방침이다. 삼성전자는 SSD로도 CXL을 활용할 준비를 마쳤다. 최근 미국에서 열린 플래시 메모리 서밋에서 공개한 '메모리 시맨틱 SSD'가 주인공이다. 종전 SSD보다 20배나 빠른 속도를 낸다는 설명, 확장성도 높아 관련 업계 기대를 한 몸에 받고 있다. 선단 공정 개발도 소홀히 하지 않는 모습이다. 업계에 따르면 삼성전자는 올해 안으로 236단 낸드 양산에 돌입할 예정, SK하이닉스도 이미 238단 낸드 개발을 마무리하고 내년부터 양산하기로 했다. D램 역시 1b는 6세대(1γ) 개발 까지도 막바지에 다다른 것으로 알려졌다. 삼성전자가 차세대 D램 공정을 경쟁사에 맞추면서 10나노 미만 진입 계획이 다소 늦춰지긴 했지만, EUV 장비를 안정화하면서 로드맵을 무리없이 지킬 것으로 예상된다. 기사이력코드 메트로신문 김재웅 기자 Copyright ⓒ Metro. All rights reserved. (주)메트로미디어의 모든 기사 또는 컨텐츠에 대한 무단 전재ㆍ복사ㆍ배포를 금합니다. Copyright ⓒ Metro. All rights reserved 맨위로 |
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