[반도체 혹한기③]메모리 '초격차' 기술로 위기 돌파…CXL에서 DDR5까지

슈퍼 호황 끝난 반도체산업 '초격차 기술이 답'
삼성·SK, 인텔·AMD 등 CPU 효율 높이는
차세대 메모리 반도체 납품준비 '이상 無'

삼성전자 DDR5(더블 데이터 레이트) D램 모듈용 전력관리반도체.(사진제공=삼성전자)

[아시아경제 문채석 기자]

"고부가가치 메모리 반도체 제품을 개발해 위기를 돌파하겠다."

삼성전자 , SK하이닉스 등 세계 최고의 메모리 반도체 기업들이 올해 자주 발표한 경영 전략이다. '기술, 기술, 또 기술'을 외친 셈이다. 두 기업은 올해 서버 등 중앙처리장치(CPU) 사용 효율을 높여주는 차세대 인터페이스 CXL(컴퓨트 익스프레스 링크) 메모리 반도체, 차세대 D램 규격 'DDR5(더블 데이터 레이트) D램' 제품 등 포트폴리오를 선보이면서 주요 빅테크 고객 및 수익성 지키기에 적극 나서고 있다.

15일 반도체 업계에 따르면 하반기 들어 국내 반도체 기업이 전한 뉴스 중 '선단 공정 혁신' 외엔 별다른 희소식이 없었다. 지난달 25일 삼성전자가 세계 최초 게이트올어라운드(GAA) 신공정 기술로 3나노 파운드리(반도체 위탁 생산) 제품 출하 소식을 알렸지만 고객 확보 및 세계 1위 대만 TSMC와의 점유율 경쟁, 미국 등 해외 공급망 확충 등에서 결과를 내기까지 오래 걸리는 분야다. 지난달 중순엔 SK하이닉스 청주 공장 증설 지연 같은 우울한 소식도 전해졌다. 당장 삼성과 SK의 수익성에 큰 영향을 미치는 메모리 반도체 단가 하락 및 재고 감소에 따른 수익성 악화 전망이 퍼지면서 업계의 근심이 커졌다.

위기 극복 카드로 삼성전자와 SK하이닉스 모두 꺼내든 반전 카드는 역시 '초격차' 경영이다. 경쟁사를 압도할 수 있을 만큼 기술 수준이 높은 신제품 개발 소식을 전한 것이다.

삼성전자는 테라바이트(TB)급 용량을 구현하는 차세대 인터페이스 CXL 메모리 반도체 제품을 내놨다. 인공지능(AI) 머신러닝(ML) 등 제품에 호환 가능해 주목을 끌었다. 이 분야 최대 성과인 지난해 5월11일 삼성전자의 세계 최초 CXL D램 반도체 'CXL 메모리 익스팬더' 개발 발표 후 1년여 만에 성능을 대폭 끌어 올렸다는 소식을 시장에 알렸다.

기술 개발 발표로부터 딱 1년이 흐른 지난 5월10일 512기가바이트(GB) CXL D램을 만들어 데이터 지연 시간을 종전의 1/5 수준으로 줄였다고 밝혔다. 지난 3일에 열린 미국 플래시 메모리 서밋(FMS)에선 'CXL 메모리 시맨틱 SSD' 솔루션을 공개했다. 기존 SSD보다 AI, ML 등에서 응답 속도를 20배 끌어올린 제품으로, '작은 크기'의 데이터를 많이 활용하는 AI, ML 등 분야에 활용하도록 만들었다.

SK하이닉스도 지난 1일 DDR5 D램 기반 CXL 메모리 샘플을 내놓으면서 'CXL 초격차' 경쟁에 뛰어들었다. 각종 정보기술(IT) 기기의 CPU, 그래픽처리장치(GPU), 가속기, 메모리 등에 들어가는 CXL의 '범용성'을 살려 고객과 수익성을 확보할 방침이다.

주요 IT 제품 중 가장 부가가치가 높다고 알려진 차세대 서버용 CPU에 납품될 예정인 삼성과 SK의 DDR5 D램도 빼먹을 수 없다. 인텔, AMD 등 글로벌 업체의 차세대 서버용 CPU가 다음 달 공개될 예정이란 소식이 전해지면서 이들 기업에 DDR5 D램을 납품하는 삼성과 SK가 수혜를 입을 가능성이 커졌다.

업계에 따르면 인텔은 다음 달 개발자 행사에서 서버용 CPU '제온 스케일러블 프로세서'(일명 '사파이어래피즈'), 13세대 CPU '랩터 레이크'를 선보일 예정이다. AMD도 다음 달 중순께 젠4 기반 데스크톱용 CPU인 라이젠 700 시리즈를 선보일 것으로 예상된다. CPU 기업들은 고성능 서버용 신제품을 출시하면서 D램 등 지원 프로세서를 바꾸는 경향이 있다. DDR5 D램은 CPU의 연산을 돕는 메모리 반도체다. DDR4 D램 대비 연산 속도가 2배가량 높은 것으로 알려져 있다.

삼성·SK는 준비를 마친 상태다. 두 기업 모두 14㎚(나노미터·1㎚는 10억분의 1m)급 세계 최선단 공정 기술을 갖췄다. 극자외선(EUV) 노광 장비를 활용한 10㎚급 DDR5 D램 양산 역량도 부지런히 갖춰가는 중이다. 삼성전자의 DDR5 D램은 기존 DDR4 D램보다 2배가량 빠른 4800Mbps 이상의 데이터 처리 속도, 약 4배 확대된 최대 512GB의 용량을 갖췄다. 전력관리 반도체(PMIC)를 기판에 직접 탑재해 전력 효율성을 30% 이상 높였다. SK하이닉스의 경우 업체 최대인 24Gb(기가비트) DDR5 D램 제품의 샘플을 지난해 말 출하한 바 있다. 기존 DDR5 D램 용량 16Gb를 24Gb로 늘렸다. 속도도 최대 33%가량 높였다.

디지털 전환 가속화로 고성능·저전력 메모리 반도체 수요가 폭증할 것으로 보이는 만큼 서버용 CPU와 DDR5 D램은 '바늘과 실'처럼 따라다닐 가능성이 크다는 게 반도체 업계의 중론이다. 특히 서버용 CPU에 쓰이는 D램은 시장도 크고 범용성도 넓다.

글로벌 시장조사기관 옴디아에 따르면 전체 D램 출하량 중 DDR5 D램이 차지하는 비중은 3분기 기준 3%에서 올 4분기 4%, 내년 4분기 22%로 확대될 것으로 전망된다. 서버용 D램이 전체 D램 시장에서 차지하는 비중은 3분기 기준 4%에서 4분기 8%, 내년 4분기 40%로 크게 늘 것으로 관측된다. 이 시장에서 '초격차' 전략을 유지한다는 게 삼성전자와 SK하이닉스의 비전이다.

문채석 기자 chaeso@asiae.co.kr