삼성, 10나노급 6세대 D램 개발 성공…PRA도 마쳐
사실상 차세대 D램 양산 임박…메모리 경쟁 재점화
1c 공정 기술, ‘D램 적층·제조’ HBM 성능도 좌지우지
삼성, HBM4에 1c D램 적용…‘HBM 1등’ SK 앞설까

AI(인공지능) 핵심 메모리인 HBM(고대역폭메모리) 경쟁에서 밀려난 삼성전자가 차세대 HBM 주도권 확보에 사활을 걸고 나섰다. 삼성은 10나노급에서 가장 미세화된 공정으로 평가되는 1c(10나노급 6세대) 기반 D램을 토대로 차세대 HBM ‘HBM4’을 최초 양산하겠다는 목표를 설정했다.

삼성전자의 포부가 현실화 된다면 SK하이닉스 등 경쟁사의 HBM보다 기술적으로 우위에 있는 첨단 AI 메모리가 탄생하게 된다. 기술 초격차 실현에 박차를 가하고 있는 삼성이 글로벌 HBM 시장의 판도를 뒤바꿀지 주목된다.

2일 업계에 따르면 삼성전자는 최근 1c 공정 기반 D램 개발에 성공하고, 내부 승인 절차인 PRA(Production Readiness Approval)를 마쳤다. PRA는 본격적인 대량 생산에 들어가기 전, 내부적으로 양산 준비가 완료됐는지 판단하는 최종 단계다.

해당 절차를 마무리 지었다는 것은 차세대 D램 개발을 위해 삼성이 정한 신뢰성 테스트 통과율, 수율(합격품 비율) 등 핵심 성과 지표(KPI)를 충족하고, 차세대 D램 양산이 임박했다는 의미로 해석할 수 있다.

업계 안팎에서는 조만간 삼성 반도체 생산라인에 첨단 D램 제조를 위한 1c 공정이 전격 적용될 것으로 전망하고 있다. 삼성전자가 1c D램 양산 초읽기에 들어가면서 전 세계 메모리 반도체 업계를 관통하는 주력 기술 수준도 한단계 높아질 전망이다.

D램은 미세 회로 선폭에 따라 세대를 구분한다. 10나노급 D램부터는 세대별로 알파벳 기호를 붙여 1x(1세대), 1y(2세대), 1z(3세대), 1a(4세대), 1b(5세대), 1c(6세대)로 나눈다. 이 중 가장 미세화된 1c 기술은 메모리 성능을 높이고 전력 소비를 줄이는 첨단 선행 기술로, HPC(고성능 컴퓨팅)과 AI 반도체의 진보에 있어 필수 기술로 여겨진다.

따라서 1c 공정 기술을 누가 먼저 확보할지에 세간의 이목이 집중돼 왔다.

삼성전자 HBM3E 12H. <사진=삼성전자>

업계에선 오랜 기간 ‘메모리 최강자’로 군림해 온 삼성전자에 거는 기대가  크다. 그러나 1c D램 개발 경쟁에서는 경쟁자인 SK하이닉스, 미국 마이크론테크놀로지(마이크론)에 뒤지면서 삼성의 자존심에 큰 흠집이 났다.

실제로 지난해 8월 SK하이닉스는 1c 공정을 적용한 16Gb DDR5 D램 개발에 성공했다고 발표하며, 10나노급 미세 공정 기술 개발 경쟁에서 최선봉장임을 증명했다. 지난 2023년 2분기부터 1b(10나노급 5세대) 공정 기반 D램을 양산한 데 이어 1년여 만에 이룬 성과다.

당시 SK하이닉스 관계자는 “10나노급 D램 기술이 세대를 거듭하면서 미세 공정의 난이도가 극도로 높아졌으나, 당사는 업계 최고 성능이 입증된 1b 기술력을 바탕으로 설계 완성도를 높여 가장 먼저 기술 한계를 돌파했다”고 강조했다.

지난 2월엔 메모리 반도체 3위 업체인 마이크론이 차세대 CPU(중앙처리장치)용으로 설계된 1γ(감마) 공정 기반의 DDR5 샘플을 인텔, AMD 등 주력 고객사에 공급하며 시장에 파란을 일으켰다. 1γ 공정은 10나노급 6세대 D램을 뜻하는 마이크론의 표기 방식으로, 반도체 업계에선 통상 1c 공정을 의미한다.

SK하이닉스, 마이크론이 첨단 D램 생산을 위한 1c 공정 기술 개발에 매진하는 사이, 삼성전자는 이렇다할 성과를 내놓지 못했다. 그러나 이번에 삼성전자의 1c D램 양산이 머지않았다는 소식이 전해지면서 차세대 메모리 기술개발 경쟁은 다시 ‘삼성·SK·마이크론’ 3파전으로 회귀했다. 업계는 1c D램을 앞세워 전 세계 메모리 시장의 주도권을 누가 쥐게 될지 촉각을 곤두세우고 있다.

삼성은 업계 최초로 6세대 HBM인 HBM4에 1c D램을 도입한다는 뜻도 내비쳤다. 삼성전자 관계자는 “1c 기반 HBM4는 올 하반기 양산을 목표로 차질 없이 개발을 진행 중”이라고 전했다.

반면 이미 세계 최초로 주요 고객사들에 HBM4 12단 샘플을 공급한 SK하이닉스는 HBM4에 1b(10나노급 5세대) D램을 채택했다. 이와 관련, SK하이닉스 관계자는 “HBM4는 기술 안정성과 양산성이 입증된 1b 공정 기술을 적용해 개발했다”고 밝혔다.

기술 초격차 전략을 바탕으로 삼성이 SK·마이크론보다 기술적으로 더 뛰어난 HBM4를 공급할 것으로 전망되면서, 향후 글로벌 HBM 시장의 판도가 달라질 수 있다는 관측도 나오고 있다. 전 세계 HBM 시장 내 삼성전자의 입지가 크게 확대될 것이라는 평가다.

삼성전자 평택캠퍼스 반도체 생산라인. <사진=삼성전자>

시장조사업체 트렌드포스에 따르면 지난해 삼성전자의 글로벌 HBM 시장 점유율은 42.4%로 집계됐다. 1위 SK하이닉스(52.5%)보다는 10.1%p 낮은 수치다. 그러나 올 하반기 삼성의 HBM4 양산이 본격화하면 시장 점유율에도 큰 변화가 불가피해 보인다.  삼성전자가 경쟁사보다 한단계 높은 수준의 HBM4를 공급하게 될 경우, 현재 세계 HBM 시장을 평정한 SK하이닉스의 자리도 넘볼 수 있다는 것이다.

반도체 업계에 정통한 관계자는 “삼성전자는 올 하반기 양산이 예정된 1c 공정 기술이 적용된 HBM4를 통해 글로벌 시장의 주도권을 노릴 것이다”며 “삼성으로서는 차세대 메모리인 HBM4에서 경쟁사를 뛰어넘는 기술개발에 사운을 걸어야 할 상황”이라고 전망했다.

[CEO스코어데일리 / 오창영 기자 / dongl@ceoscore.co.kr]