[편집자] 기업들의 신기술 개발은 지속가능한 경영의 핵심입니다. 이 순간에도 수많은 기업들은 신기술 개발에 여념이 없습니다. 기술 진화는 결국 인간 삶을 바꿀 혁신적인 제품 탄생을 의미합니다. 기술을 알면 우리 일상의 미래를 점쳐볼 수 있습니다. 각종 미디어에 등장하지만 독자들에게 아직은 낯선 기술 용어들. 그래서 뉴스핌에서는 'Tech 스토리'라는 고정 꼭지를 만들었습니다. 산업부 기자들이 매주 일요일마다 기업들의 '힙(hip)' 한 기술 이야기를 술술~ 풀어 독자들에게 전달합니다.

[서울=뉴스핌] 구윤모 기자 = 메모리 반도체 사업 최강국, 바로 대한민국입니다.

삼성전자와 SK하이닉스의 글로벌 D램 시장 점유율은 70%가 넘습니다. 낸드플래시 시장에서도 40% 이상을 점유하고 있는데, SK하이닉스가 인텔의 낸드플래시 사업부를 인수하면서 그 수치는 50% 수준까지 오르게 됐습니다.

이 같은 메모리 반도체 최강국 자존심에 다소 금이 가는 소식이 지난해부터 미국에서 들려오는데요. 글로벌 메모리 반도체 3위 업체 마이크론이 삼성전자와 SK하이닉스보다 앞서 176단 낸드플래시 제품 개발과 양산 소식을 전해왔기 때문입니다.

오늘은 낸드플래시에서 왜 높이 쌓는 적층 기술 경쟁이 치열한지, 실제로 마이크론이 삼성전자와 SK하이닉스의 낸드플래시 적층 기술력을 따라잡은 것인지 살펴보겠습니다.

마이크론 테크놀로지사 메모리칩 부품 [사진=로이터 뉴스핌]

◆ '비휘발성 메모리' 낸드플래시...적층, 중요한 기술 경쟁력

낸드플래시란 정보를 '0', '1'의 디지털 신호로 바꿔 저장하는 메모리 반도체 중 하나입니다. 전원이 꺼져도 데이터가 계속해서 저장되기 때문에 '비휘발성 메모리'라고 불리죠.

최근 각광받는 솔리드스테이트드라이브(SSD)가 대표적인 낸드플래시 기반의 데이터 저장장치인데요. 기계식 모터 장치를 사용하는 하드디스크드라이브(HDD)와 달리 SSD는 디지털방식으로 데이터를 저장하기 때문에 훨씬 속도가 빠르고 전력소모와 발열이 적은 것이 특징입니다. 2000년대 들어 디지털 카메라와 MP3, 노트북 수요가 증가했고, 최근 스마트폰이 보편화되면서 저장공간인 SSD와 낸드플래시에 대한 관심이 매우 높습니다.

저장공간이라는 특성상 낸드플래시의 기술력은 결국 면적은 줄이면서도, 얼마나 많은 데이터를 빠르고 안전하게 저장할 수 있느냐로 결정이 되는데요. 업계는 이를 위해 오랫동안 미세공정 발전에 열을 올려왔습니다. 반도체 내부에 최대한 많은 셀(데이터가 저장되는 단위)을 집어넣어 용량을 늘리는 것이죠. 그러나 이 같은 미세공정은 공간적 한계에 부딪힐 수밖에 없습니다. 미세공정 기술이 아무리 발전해도 집적할 수 있는 셀의 수가 한정돼 있고, 셀 사이 간격이 좁아지면 간섭현상도 발생하게 됩니다. 

이 같은 기술적 한계를 극복하면서도 낸드플래시의 용량을 늘릴 수 있는 방법이 바로 적층입니다. 말 그대로 기존에 단층으로 배열하던 셀을 수직으로 쌓는 형태인데요. 단층 형태의 2D 낸드플래시는 단층주택, 3D 낸드플래시는 고층 아파트에 비유할 수 있겠습니다. 결국 층수가 높을수록 많은 사람들이 거주할 수 있는 것처럼, 낸드플래시도 적층 단수가 많을수록 고용량을 구현할 수 있어 제품 경쟁력을 확보하는 데 유리합니다. 전 세계 낸드플래시 업체들이 치열한 적층 경쟁을 벌이는 것이 이런 이유 때문입니다.

◆ 업계, 마이크론 적층 기술력 발전 인정하는 분위기...삼성·SK는?

세계 최대 규모의 반도체 공장인 삼성전자 평택 2라인 전경 [서울=뉴스핌] 구윤모 기자 = 2020.08.30 iamkym@newspim.com

지난해 말부터 글로벌 낸드플래시 업계의 시선은 마이크론에 쏠렸습니다. 마이크론은 그동안 낸드플래시 시장에서 한국의 삼성전자, SK하이닉스를 비롯해 일본의 키옥시아, 미국의 웨스턴디지털에 비해 기술력이 떨어지는 업체로 평가받아 왔는데요.

그런 마이크론이 지난해 11월 176단 낸드플래시 메모리 양산 계획을 발표하며 변화의 흐름이 감지됐습니다. 마이크론은 176단 낸드플래시가 기존 96단 낸드에 비해 면적을 30% 줄였음에도 읽기 및 쓰기 시간은 35% 이상 향상됐다고 강조했습니다. 최근에는 176단 3D 낸드플래시 기반의 SSD 신제품을 선보이며 시장에 영향력을 과시했습니다.

자연스럽게 관심은 국내 업체인 삼성전자와 SK하이닉스로 모입니다. 마이크론의 낸드플래시 기술력이 삼성과 SK의 턱밑까지 추격했다거나 오히려 앞서나가기 시작했다는 우려도 나옵니다.

우선 삼성전자와 SK하이닉스의 176단 낸드 개발과 양산 시점이 마이크론보다 늦은 것은 사실입니다. 삼성전자는 올해 하반기 176단(7세대 V낸드) 양산 계획을 밝힌 상태입니다. 지난해 12월 176단 낸드플래시를 개발한 SK하이닉스 역시 올해 하반기 양산이 점쳐집니다. 얼핏 보면 1년 정도의 기술 격차가 있어보입니다.

이 때문에 업계에서도 마이크론의 적층 기술력 발전을 인정하는 분위기입니다. 다만 단순히 높이 쌓는 것이 낸드플래시 기술력의 전부는 아니라고 업계는 설명합니다. 이는 최근 송재혁 삼성전자 메모리사업부 플래시개발실장(부사장)이 자사 뉴스룸에 게시한 기고문을 보면 잘 알 수 있습니다.

SK하이닉스 이천 본사

송 부사장은 "무조건 쌓는 것만이 전부는 아니다"라며 "예를 들어 아파트를 지을 때 층수가 높은 고층 아파트라고 해서 무조건 명품 아파트라고 할 수는 없는 것"이라고 비유했습니다. 높지만 튼튼해야 하고, 안전한 엘리베이터, 층간소음 등을 고려해야 하는 것처럼 낸드플래시도 높이 쌓는다고 무조건 최고는 아니라는 설명입니다.

그는 이어 "삼성전자의 7세대 176단 V낸드는 업계의 100단 초반대 6세대급 V낸드와 높이가 비슷하다"며 "이것이 가능한 이유는 삼성전자가 업계 최소의 셀 크기를 구현했기 때문"이라고 설명했습니다. 같은 단수를 보다 낮게 구현할 수 있어 향후 높이의 물리적 한계를 극복할 수 있는 기반 기술을 확보했다는 것입니다.

그러면서 그는 '3차원 스케일링' 기술로 셀 간 간섭현상을 제어하는 기술력은 물론, 한번에 100단 이상을 쌓고 10억개가 넘는 구멍을 뚫을 수 있는 '싱글스택' 에칭 기술력도 강조했습니다. 아울러 현재 이미 200단이 넘는 8세대 V낸드 동작 칩을 확보했고, 향후 1000단 V낸드 시대를 열겠다는 자신감도 내비쳤습니다.

결국 높이 쌓는 기술 외에도 낸드플래시 제품 경쟁력을 판단하는 요소는 매우 다양하다는 것이 송 부사장이 말하는 핵심인데요. 같은 176단 제품이라도 앞선 기술력의 차이가 시장에서 승부를 결정지을 것이란 자신감입니다. 마이크론이 눈에 보이는 적층 경쟁에서 앞서 나가는 것처럼 보이지만, 여전히 삼성전자, SK하이닉스와 비교해 전체 기술력은 뒤처진다는 것이 업계 중론입니다. 실제로 마이크론의 적층 기술이 과대 포장됐다는 주장도 만만치 않습니다.

다만 하루가 다르게 발전하는 반도체 시장에서 영원한 강자란 있을 수 없겠죠. 이를 누구보다 잘 아는 삼성전자와 SK하이닉스 역시 지금 이 순간에도 긴장의 끈을 놓지 않고 기술 개발에 매진하고 있습니다. 두 업체가 '뛰는 마이크론 위에 나는 삼성전자, SK하이닉스가 있다'는 사실을 전 세계에 증명해주길 국민의 한 사람으로서 기대합니다.

iamkym@newspim.com