정보기술(IT) 시장에 관심 많으신 독자 여러분, 안녕하세요. 오늘은 삼성전자(005930)의 D램 개발 현황 대해 취재한 내용을 준비했습니다. 10나노급 6세대(1c) D램과 5세대 고대역폭메모리(HBM3E)에 관한 정보입니다.
Don't bore us, take you to the chorus.
1c D램, 기사회생하는 것인가
먼저 1c D램에 대해 취재한 내용부터 말씀드리겠습니다.
29일 저희가 단독으로 보도한 내용이기도 한데요. 최근 삼성전자는 10㎚(나노미터·10억분의 1m)급 6세대, 1c D램 웨이퍼 성능 실험에서 의미 있는 수율을 달성했습니다. 차가운 환경인 콜드 테스트 수율은 50%, 뜨거운 조건의 핫 테스트 수율은 60~70%를 기록했다고 하는데요. 통상 콜드 테스트의 난도가 조금 더 어려운 것으로 알려졌습니다.
12인치 웨이퍼 한장에는 1000개 이상의 D램이 나옵니다. 이 가운데 절반 이상의 D램 칩이 기준을 통과했다는 얘기입니다.
업계에서는 통상 수율 40% 안팎이면 양산 승인을 낼 수 있을 정도의 조건으로 보는데, 이걸 웃돈 셈입니다. 또 지난해 같은 제품의 수율이 채 30%에도 못 미쳤던 점을 고려하면 상당한 진전입니다.
수율 개선은 설계 변경과 관련 있습니다. 지난해 삼성전자 반도체(DS) 부문의 구원투수로 등판한 전영현 부회장은 1c D램 설계 변경을 지시했습니다.
이건 상당한 모험이자 승부수입니다. 설계 변경이 그리 간단한 일은 아닙니다. 스스로 잘못을 인정하는 꼴인 데다 그새 경쟁사들과 기술 격차가 벌어질 수 있고 추가 자금을 쏟아부어야 하기 때문이죠. 삼성전자는 지난해 말 1c D램 양산을 계획했습니다. 설계 변경을 하면서 로드맵이 1년 이상 늦춰질 수 있는 리스크를 감수해야 했습니다.
아무튼 지난해 설계 변경에 들어간 칩은 연초 라인에서 제조되기 시작했고, 이달 테스트를 위한 첫 번째 웨이퍼가 나왔습니다.
삼성 연구진은 칩의 동작 효율성을 높이기 위해 다양한 구조를 새롭게 적용했습니다. D램의 크기와 소자 수에서 변화를 주면서 안정성에 초점을 맞췄다고 하죠.
테스트 수율 개선으로 '지옥의 문턱'까지 보고 살아 돌아왔지만 아직 큰 기대는 이릅니다. 인생은 실전이죠. 연구(R&D) 단계에서 진전을 이룬 것은 맞지만 삼성전자가 갖추고 있는 거대한 생산 라인에서 양산성을 어느 정도 보장할 수 있는지 아직 알 수 없습니다. 더욱 까다로운 스펙 검사를 해야 합니다.
여러분들께서 가장 기대하시는 HBM용 1c D램 역시 시간이 조금 더 필요합니다. 지금 수율 개선을 이룬 칩은 IT 기기에 탑재되는 범용 D램에 관한 것이고요.
HBM용으로 설계되는 D램 다이(die)는 별도 설계 중입니다. 따라서 설계 변경 이전의 30%를 밑도는 수율이 가장 최신입니다. 또 차세대 HBM(HBM4) 적용을 목표로 하는 1c D램은 2048개의 수직관통전극(TSV) 성능, D램 적층 시 발생하는 열을 견디는 소자 성능 등이 보장돼야 하기 때문에 설계가 더 어렵습니다. 새로운 베이스 다이와의 케미도 장담할 수 없습니다.
우선 HBM4용 D램 테스트 웨이퍼는 올 하반기께 나올 것으로 파악됩니다. 기본적인 소자 디자인이 개선된 범용 D램 칩과 대동소이하기 때문에 희망을 걸어볼 수 있다는 의견도 나옵니다.
삼성전자는 1c D램 개발이 끝나는대로 '규모의 경제'로 경쟁사를 누르는 전략을 펴기 위해 올 하반기부터 평택 4공장(P4), 화성 17라인 등에서 대규모 설비 구축에 들어갈 예정이라고 합니다.
HBM3E 12단, 희망이 보이는 건가
삼성전자의 5세대 HBM(HBM3E) 12단은 아직까지는 엔비디아의 선택을 받지 못한 것으로 취재됩니다. 사실 내부 목표인 6월 안에 엔비디아 퀄 통과를 할 수 있을까에 대해 여전히 회의적인 의견이 많습니다.
지금 퀄 통과를 한다고 해도 말이죠. 엔비디아는 SK하이닉스(000660)와 이미 내년 물량까지 계약을 꽤 많이 진전한 상황이고, 마이크론마저도 먼저 공급망에 진입한 상황이라 삼성이 가져갈 수 있는 점유율이 많지 않다는 이야기가 주류입니다. 이미 한 차례 유행이 지났는데 삼성전자의 의미있는 매출원이 될 수 있을 것인가에 대한 지적도 있죠.
하지만 최근 취재에서 희망적인 이야기들도 있었습니다. 올 상반기 동안 베이스 다이 설계를 변경하고 엔비디아와 꾸준하게 테스트를 진행하면서 큼직한 문제들을 꽤 잡아나가고 있다는 전언이 확보됐습니다.
또한 평택 공장을 위주로 HBM3E에 활용되는 1a D램의 생산 능력을 열심히 확충하고 있다는 이야기도 취재 레이더에 잡히고 있습니다.
HBM3E 12단이 탑재되는 블랙웰 울트라(GB300) 출하가 적어도 내년 말까지 갈 수 있다는 일각의 전망이 현실화한다면 삼성전자에는 기회입니다.
차세대 HBM인 HBM4는 블랙웰 이후 제품인 '루빈'부터 활용되죠. 이 루빈은 2026년에 출하될 것으로 예상되기는 하지만, 요즘 개발 지연 이슈로 내년 하반기 끝자락에나 가야 공급이 시작될 것이란 이야기가 심심찮게 들려옵니다. 블랙웰부터 딜레이와 구조 변경에 대한 이슈가 나오는 것을 미뤄 보면 GPU 기술 난도가 점차 높아지는 것 같습니다.
루빈의 출시 시점이 시장의 기대보다 뒤로 밀린다면 내년에 그 공백을 메워 줄 블랙웰과 HBM3E 12단의 물량이 더욱 많이 필요해질 수 있다는 결론으로 귀결됩니다. 올 3분기부터 블랙웰 출하가 시작되는 것을 고려하면 1년 반의 시간을 벌 수 있다는 거죠.
엔비디아 입장에서 D램 1위 삼성전자의 풍부한 생산 능력은 여전히 매력적인 선택지입니다. 물론 HBM 업계에서는 3E보다 4를 누가 먼저 더 세련되고 멋지게 개발할 것인지에 초점이 맞춰있는 분위기입니다. 하지만 삼성이 HBM3E 12단 시장에 본격적으로 들어왔을 때 공급량과 가격에 어떤 변화가 있을지 주목하는 시선도 있습니다.
아무쪼록 1c D램, HBM3E 모두 삼성이 조금 더 분발해서 '하겠다'가 아닌 '했다'를 보여주길 바라며 마무리 짓습니다. 좋은 주말 보내세요.
< 저작권자 ⓒ 서울경제, 무단 전재 및 재배포 금지 >
hr@sedaily.com
