* 10나노급 6세대(1c) 미세공정: 10나노급 D램 공정 기술은 1x-1y-1z-1a-1b 순으로 개발돼 1c는 6세대

뉴스룸은 1c 기술 개발 과정과 함께 SK하이닉스의 혁신 기술 역량과 D램 기술 로드맵에 대해 조명하는 좌담회를 진행했다. 이 자리에는 1c 기술 개발을 주도한 SK하이닉스 오태경 부사장(1c Tech TF), 조주환 부사장(DRAM 설계), 조영만 부사장(DRAM PI), 정창교 부사장(DRAM PE), 손수용 부사장(개발 TEST), 김형수 부사장(DRAM AE)이 참석했다.

▲ 왼쪽부터 김형수 부사장(DRAM AE), 조영만 부사장(DRAM PI), 오태경 부사장(1c Tech TF), 조주환 부사장(DRAM 설계), 정창교 부사장(DRAM PE), 손수용 부사장(개발 TEST)

10나노급 6세대(1c) 미세공정 개발 성공, 모두가 함께 만든 ‘기술 신화’

1c 기술은 10나노대 초반의 극미세화된 메모리 공정 기술이다. 1c 기술을 적용한 DDR5의 동작 속도는 8Gbps(초당 8기가비트)로 이전 세대인 1b DDR5보다 11% 빨라졌으며, 전력 효율은 9% 이상 개선됐다. 성능뿐만 아니다. SK하이닉스는 EUV 공정에 신소재를 개발해 적용하는 한편, 설계 기술 혁신을 통해 공정 효율을 극대화했으며 원가 절감까지 이루어냈다.

1c 기술은 어떤 기술적 도전과 한계를 뚫고 탄생했으며, 회사 기술진은 어떻게 ‘세계 최초’라는 타이틀을 달성할 수 있었을까? 각 조직의 역할을 중심으로 이야기가 오갔다.

▲ 왼쪽부터 김형수 부사장(DRAM AE), 오태경 부사장(1c Tech TF), 조영만 부사장(DRAM PI)

오태경(1c Tech TF): 1c 기술 개발을 총괄한 1c Tech TF의 가장 큰 목표는 ‘1등 개발’이었습니다. 이를 위해 우리는 이미 우수성이 증명된 1b 플랫폼을 확장하는 방식으로 개발하는 전략을 선택했습니다. 그리고 기존의 3단계(테스트, 설계, 양산 준비) 개발 방식을 2단계(설계, 양산 준비)로 효율화했으며, 커패시터(Capacitor) 모듈과 같은 고난도의 기술 요소를 양산 공정에서 바로 개발하는 방식을 택했습니다. 덕분에 전세대 제품 대비 2개월이나 단축해 1c 기술 개발에 성공할 수 있었습니다.

조주환(DRAM 설계): 최고 경쟁력이 입증된 1b 기술을 경험한 덕분에 기술적 위험도는 줄었으나, 작아진 셀 크기와 커진 저항으로 인해 여전히 해결해야 하는 문제들이 많았습니다. 이를 위해 회로 밀도와 센싱 성능을 높이는 등 다양한 설계 혁신을 통해, 데이터 처리 속도는 높이고 전력 소비는 줄이는 데 성공했습니다. 또, 공정 조직과 협업해 넷다이(Net-die)*를 극대화하며, 원가 경쟁력까지 확보했습니다.

* 넷다이(Net-die): 반도체 제조 과정에서 웨이퍼 한 장에서 생산할 수 있는 유효한 칩(Die)의 수

조영만(DRAM PI): 1b 플랫폼을 확장하는 방식은 1c 기술의 공정 고도화 과정에서 시행착오를 줄이는 데 주효했습니다. 1b의 경험을 바탕으로 1c 기술에서 발생할 수 있는 문제를 사전에 예측하고 해결할 수 있었는데요. 특히, 트랜지스터 열화*와 신규 소재 적용에 따른 품질 리스크를 조기에 발견하고 개선함으로써, 미세화된 소자의 신뢰성을 확보할 수 있었습니다.

* 열화: 절연체가 내/외부적인 영향에 따라 화학적 및 물리적 성질이 나빠지는 현상

▲ 왼쪽부터 정창교 부사장(DRAM PE), 손수용 부사장(개발TEST), 조주환 부사장(DRAM 설계)

정창교(DRAM PE): 새로운 기술을 개발할 때는 전에 없던 새로운 문제에 직면하게 마련입니다. 특히, 공정이 미세화되면서 과거와는 다른 특성들이 더 중요해지고, 이로 인해 수율 저하 등 문제가 발생할 수 있는데요. 1c 기술에서 주요 성능의 수준을 높이는 트리밍* 기술을 활용하여 수율과 품질을 확보했습니다.

* 트리밍(Trimming): 반도체 설계 변경 없이 전자식 퓨즈(eFuse)를 활용하여 성능을 상향시키는 기술

손수용(개발TEST): 1c 기술의 적기 목표 달성을 위해 1c DDR5 제품의 테스트 시간 단축이 큰 도전이었습니다. 특히, 다른 주력 제품의 일정과 거의 같은 시기에 개발이 진행되며 더욱 효율적으로 테스트 운영을 해야 했는데요. 이를 위해 테스트 인프라를 추가로 확보했으며, 실장 시스템을 전략적으로 적용해 일정보다 빠르게 테스트 공정을 완료할 수 있었습니다.

김형수(DRAM AE): 가장 큰 기술적 도전은 1c DDR5의 초고속 고성능 특성을 검증하는 것이었습니다. 업계 최고 속도를 달성한 1c DDR5의 성능을 시스템 레벨에서 정상적으로 구현하기 위해서 8Gbps 동작이 가능한 검증 인프라를 최초로 자체 개발했습니다. 이와 함께 검증과 잠재적 불량을 예측할 수 있는 소프트웨어도 직접 개발하여 우리만의 독보적인 경쟁력을 확보했습니다.

독보적인 1등 기술 리더십의 저력, ‘원팀’의 힘

이처럼 SK하이닉스가 D램 시장에서 독보적인 기술 리더십을 발휘할 수 있는 저력은 무엇일까? 좌담회 참여자 모두가 한목소리로 ‘유기적인 협업’과 SK하이닉스의 ‘원팀(One Team)’ 정신을 이야기했다.

▲ 오태경 부사장(1c Tech TF)

오태경(1c Tech TF): TF 운영을 비롯한 일하는 방식의 변화부터 플랫폼 기반 개발, 조기 양산 팹 운영 전략 등 다방면에 혁신이 더해지며 SK하이닉스의 기술 개발 역량은 점점 더 강해지고 있다고 생각하는데요. 무엇보다 구성원들의 원팀 정신이 모든 성과를 견인했다고 생각합니다. 앞서 이야기한 2단계 개발 방식 도입과 EUV 패터닝 성능 및 원가 개선을 위한 신규 소재 개발 등은 탄탄한 협업 체계가 없었다면 성공할 수 없었을 것입니다.

▲ 정창교 부사장(DRAM PE)

정창교(DRAM PE): 1c 기술 개발 과정에서 가장 중요한 요소는 원팀 문화였습니다. ‘최초’라는 타이틀에 따라오는 많은 기술적 도전을 극복하기 위해, 각 조직이 긴밀하게 협력하여 문제를 조기 발견했고, 해결했기 때문입니다. 특히, DRAM PE 조직이 스크린 최적화를 진행하는 과정에서 설계 및 공정 조직과의 긴밀한 협업이 핵심적인 역할을 했습니다.

▲ 김형수 부사장(DRAM AE)

김형수(DRAM AE): 미세 공정의 난이도는 점점 높아지고 그에 따른 다양한 기술적 난제가 존재하고 있습니다. 하지만 이를 해결할 힘은 결국 여러 유관 조직이 같은 목표를 향해 나아가는 원팀 정신이라고 생각합니다.

<내부 협업 체계뿐만 아니라 고객과의 협력도 중요합니다. D램은 고객 시스템에 탑재되어 동작하는 제품입니다. 제품 기획에서부터 설계-공정-테스트-검증까지 모든 개발 과정에서 고객의 관점을 반영해야 합니다. 이를 위해서는 고객과의 끊임없는 소통과 기술 협력이 필수입니다.

1c 기술을 넘어, 차세대 D램 기술에서도 1등 수성할 것

1c 개발의 의의는 무엇보다 이 기술이 HBM, LPDDR, GDDR 등 모든 차세대 D램 제품군에 적용된다는 데 있다. 1c 기술은 앞으로 어떤 기술 혁신을 불러올 것이며, SK하이닉스의 D램은 어떤 방향으로 발전할까?

▲ 손수용 부사장(개발TEST)

손수용(개발TEST): 1c 개발 성공으로 SK하이닉스는 압도적인 기술 경쟁력을 입증했습니다. 하지만 1c DDR5는 시작일 뿐입니다. 앞으로 1c 기술은 다양한 D램 제품에 적용되어 지속가능한 성장과 혁신을 이끌어갈 것이며, 다양한 고객 니즈에 완벽하게 부응할 것이라 기대합니다.

▲ 조영만 부사장(DRAM PI)

조영만(DRAM PI): 1c 기술을 넘어 D램 기술은 점점 더 미세화될 것입니다. 특히, 10나노 아래 한 자릿수 기술로 넘어가는 시점이 오면 기존 방식으로는 한계가 있을 것이라 예상되는데요. 이를 극복하기 위해서는 소재 및 장비의 성능을 극대화하는 것뿐만 아니라 2D 셀에서 3D 셀로의 구조 변화, 이종접합 등과 같은 기술 혁신 역시 필요할 것입니다. 이에 효과적으로 대응하기 위해, SK하이닉스의 D램 기술 개발 체계 역시 지속적으로 고도화하고 있습니다.

▲ 조주환 부사장(DRAM 설계)

조주환(DRAM 설계): 회사가 D램 기술 리더십을 지켜가기 위해서는 장기적인 기술 로드맵을 바탕으로 핵심 기술을 미리 준비해야 합니다. 설계 측면에서는 차세대 미세 공정 도입 시 수반되는 리스크를 정교하게 예측하는 시스템 개발 등 설계 시스템을 더욱 고도화해 구성원의 부담을 줄이고, 더 나아가 회사의 경쟁력을 이어갈 수 있게 노력하겠습니다.

SK하이닉스는 연내 1c DDR5의 양산 준비를 마치고 내년부터 시장에 제품을 본격 공급할 계획이다. 최고의 성능과 원가 경쟁력을 동시에 충족시킨 1c 기술은 앞으로 회사의 1등 리더십을 더욱 공고히 해줄 것으로 기대를 모으고 있다. 끝으로, 좌담회 참여자들은 D램의 새로운 패러다임을 연 주역으로서 소감과 포부를 전했다.

▲ 왼쪽부터 조영만 부사장(DRAM PI), 손수용 부사장(개발 TEST), 오태경 부사장(1c Tech TF), 정창교 부사장(DRAM PE), 조주환 부사장(DRAM 설계), 김형수 부사장(DRAM AE)

오태경(1c Tech TF): 1등 개발이 끝이 아닙니다. 남은 기간 동안 부족한 부분을 보완하여 안정적인 양산 수율과 원가 경쟁력을 지속 개선할 계획이며, 이를 통해 SK하이닉스의 1등 리더십을 사수하겠습니다.

조주환(DRAM 설계): SK하이닉스는 이제 DDR5 개발에서 진정한 선두 주자로 자리매김했습니다. 1c 기술의 성공을 기반으로, 1d 및 그 이후 세대에서도 혁신적인 제품을 선보일 수 있도록 지속적으로 경쟁력을 강화하겠습니다.

조영만(DRAM PI): AI 메모리 수요가 폭발적으로 증가하며, 고성능 메모리에 대한 고객들의 기대 역시 커지고 있는 상황입니다. 이러한 시점에 1c DDR5 개발에 성공한 것은 매우 고무적인 성과라 생각합니다. 이를 바탕으로 SK하이닉스의 DDR5가 고성능 AI 메모리 시장을 선점할 수 있도록 계속해서 노력하겠습니다.

정창교(DRAM PE): SK하이닉스의 기술 리더십이 세계 최고임을 증명했으며, 시장에서 필요로 하는 제품을 적기 개발하여 고객의 신뢰까지 높였다는 것이 기쁘고 자랑스럽습니다. 이후에도 수율과 품질 문제를 해결하여 더욱 완성도 있는 제품을 출시할 수 있도록 노력하겠습니다.

손수용(개발TEST): 이번 성과는 오랜 노력의 결실이라 생각합니다. SKMS(SK Management System)를 기반으로 우수한 기업 문화와 원팀 협업을 통해 지속적으로 성장하고 발전할 수 있도록 앞으로도 구성원들과 함께 노력하겠습니다.

김형수(DRAM AE): SK하이닉스의 1c DDR5는 앞으로 고성능 서버 시스템의 기준이 될 것이고, 압도적인 기술력으로 시장을 선도할 것입니다. 개발에 참여한 모든 구성원들의 노력과 헌신의 결과라고 생각합니다. 앞으로도 세계 최고라는 타이틀을 지켜나갈 수 있도록 함께 노력하겠습니다.

D램의 기술 동향과 전망

40여 년의 역사가 있는 D램 기술은 다양한 곳에서 활용되고 있다. 제품별로 구분해 보자면 ▲컴퓨터의 메모리로 사용되거나 DIMM(Dual In-line Memory Module) 디바이스에 적용되고 있는 DDR5 ▲더 낮은 전력을 사용하는 모바일용 D램인 LPDDR5/5X ▲그래픽 전용 D램인 GDDR6/6X ▲AI 등에 활용되고 있는 고대역폭 메모리 HBM3/3E ▲동작 속도를 증가시킨 LLDRAM(Low Latency DRAM) ▲캐시 메모리용 D램인 eDRAM(embedded DRAM) 등이 있다.

D램 회사들은 지속해서 셀 디자인 룰*을 줄여 왔으며, 현재는 1a(1-alpha, 14nm급)와 1b(1-beta, 12~13nm급) 제품을 상용화했다. 또한 1c(1-gamma, 11~12nm급) 이하의 제품 개발도 진행하고 있으며, 비트(bit) 밀도 증가, 비트라인(Bit Line, BL) Sensing Margin(ΔV_BL) 개선, 셀 정전용량(Cell Capacitance, C_S) 증가, 기생 용량(Parasitic Capacitance) 감소, 한 자리 수 노드(Node) 향(向) 3D D램과 4F² 셀과 같은 새로운 아키텍처 개발을 위한 노력도 이어지고 있다.

* 디자인 룰(Design Rule, D/R): 물리적인 회로 구조에서 설계의 기준이 되는 최소 치수

현재의 6F² D램 셀 디자인(실제 셀 크기 = 7.8F²)의 미세화(Scaling)를 위해 각 회사는 제품별 세대마다 혁신적인 신기술을 적용해 왔다. 예를 들어, ▲EUV Lithography(EUVL)* ▲High-K Metal Gate(HKMG)* ▲Dual Workfunction(WF) Word Line* ▲One-Sided(or Quasi-pillar) 캐패시터 공정* ▲Recessed 채널 Sense Amplifier(S/A) Transistors* ▲NbO Barrier Adoption* ▲TiN Word Line* 등은 최근 몇 년간 적용되어 온 혁신 기술들이다.

* EUV Lithography(EUVL): 극자외선 노광 기술
* High-K Metal Gate (HKMG): 유전율(K)이 높은 물질을 D램 트랜지스터 내부의 절연막에 사용해 누설 전류를 막고 정전용량(Capacitance)을 개선한 차세대 공정
* Dual Workfunction(WF) Word Line: 이중 일함수 박막으로 구성된 워드라인. 여기에서 일함수는 진공준위-자유전자의 위치 에너지와 페르미 레벨의 에너지 차이, 즉 물질의 전자를 떼어내 전류가 흐를 수 있게 하는 자유전자로 만들 수 있는 에너지의 양을 말한다.
* One-Sided(or Quasi-pillar) 캐패시터 공정: 기존의 실린더형 캐패시터는 실린더의 내부 면과 외부 면을 모두 활용하지만, 해당 공정은 내부 면은 사용하지 않고 실린더의 외부 면만을 셀의 캐패시터로 사용한다.
* Recessed 채널 Sense Amplifier (S/A) Transistors: 함몰형 채널 구조를 갖는 감지 증폭 트랜지스터
* NbO Barrier Adoption: 니오비움 옥사이드 확산방지막 채택
* TiN Word Line: 타이나이트라이드 막질로 구성된 워드라인

이러한 여러 신기술 중에서 Dual WF Word Line, One-Sided 캐패시터 공정, 그리고 Recessed 채널 S/A Transistors가 D램 제품에 적용되고 있으며, EUVL 기술 역시 본격적으로 적용되기 시작했다. 또한 워드라인(Word Line)과 비트라인(Bit Line)의 저항 감소와 공정 개선을 위해 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo) 등을 포함한 여러 신재료의 개발이 진행되고 있다. 하지만 이러한 노력에도 불구하고 현재의 BCAT 셀*에 대한 미세화는 7~8nm 기술 노드에 해당하는 0b(8~9nm급) 또는 0c(7~8nm급) 급에서 한계에 이를 것으로 예측된다. 이 때문에 추가적인 개선 방안과 함께 새로운 D램 아키텍처가 절실하게 필요한 상황이다.

* BCAT 셀(Buried Channel Array Transistor Cell): 채널의 길이를 증가시켜 주기 위해 소스와 드레인 사이에 매립형 또는 함몰형 채널을 만들고 이를 활용한 기술

이를 위해, High-NA EUV 도입, X-D램을 포함한 여러 종류의 3D D램, 4F² Cell*, Capacitorless D램* 등의 구조 평가와 공정 통합이 주요 메모리 반도체 기업들을 중심으로 개발되고 있다. 물론, 새로운 구조 평가 이외에도 제품의 성능 향상과 전력 개선을 위해 추가적인 클록킹 기능 개선 등 회로, 설계 및 동작 개선도 병행하고 있다.

* 4F2 Cell: 1T1C(한 개의 트랜지스터와 한 개의 캐패시터로 구성된) D램 셀을 레이아웃 상에 디자인할 때 워드라인 방향으로 최소선폭(F, Feature 크기라고 함)의 두 배인 2F, 그리고 비트라인 방향으로 최소선폭의 두 배인 2F를 각각 사용한 방법을 의미한다. 현재는 워드라인 방향으로 3F를 사용하는 6F2 Cell을 사용하고 있다.
* Capacitorless D램: 1T1C(한 개의 트랜지스터와 한 개의 캐패시터로 구성된) D램 셀에서 캐패시터를 사용하지 않고 트랜지스터만으로 셀을 구성하는 1T (또는 2T) D램을 의미한다.

▲ 그림 1: D램 셀 크기 동향 및 BIG-3의 세대별 주요 D램 기술 개발 동향 (출처: TechInsights Report AME-2304-801 published on July 17, 2023)

D램 공정 개발 측면에서 ▲지속적인 셀 크기 감소 ▲HKMG를 포함한 페리 영역의 게이트 공정 ▲셀 워드라인 및 비트라인의 신재료 적용 ▲EUVL 패터닝 적용 확대 ▲캐패시터 고유전율 막질 개선 및 신물질 개발 ▲차세대 3D D램 또는 4F² D램 셀의 안정적 공정 확보 등이 단기적인 중점 과제 항목이 되고 있다. 중장기적으로는 ▲고용량 하이브리드 본딩* D램 칩 개발과 ▲고층 HBM D램 다이 패키지기술 개발 등이 더욱 필요한 상황이다. 하이브리드 본딩 D램-온-로직(DRAM-On-Logic) 구조는 이미 ‘Sunlune Bitcoin ASIC JASMINER-X4 BRICK Ethereum Miner’ 제품에 적용돼 상용화되기도 했다. 물론 여기에 사용된 CMOS 로직 칩은 중국 업체의 40nm급이며 D램 칩은 27nm급이 적용돼 상대적으로 과거의 제품들이 적용됐지만, 하이브리드 본딩 기술을 D램에 적용해 상용화했다는 점에서 의미가 크다고 할 수 있다.

* 하이브리드 본딩(Hybrid Bonding): 두 가지 유형의 계면(면과 면 사이의) 본딩**이 동시에 형성되는 것을 말하기 위해 사용된다. 하나는 산화물 면과 면 사이의 본딩이고, 다른 하나는 구리와 구리 사이의 본딩이 동시에 일어난다.
** 계면 본딩(Interfacial Bonding): 상호 접촉하는 두 물체의 표면이 분자 간 힘에 의해 결합하는 본딩 형태를 뜻한다.

▲ 그림 2: D램-온-로직 하이브리드 본딩 기술을 적용한 ‘Sunlune Bitcoin ASIC JASMINER-X4’ (출처: TechInsights Report AME-2304-801 published on July 17, 2023)

최근 AI에 대한 관심이 높아지면서 함께 주목받는 HBM은 저전력과 고대역폭이 특징인 D램 제품이다. 뛰어난 성능으로 수요가 폭발적으로 늘어나면서 ‘프리미엄 메모리’로 불리고 있다. HBM 제품 개발 및 시장 점유율 측면에서는 SK하이닉스가 지속해서 시장을 주도하고 있다. 주요 SoC 업체에서 출하되는 많은 AI GPU 제품에 SK하이닉스의 HBM이 적용되고 있다.

HBM 관련 기술에는 TSV* 기술, 균일한 전력 배분, 발열, 마이크로 범프* 인터페이스 공정, I/O 수 증가 등이 있으며, HBM 메모리 패키지 측면에서 보면 메모리와 프로세서 코어 사이의 신호 이동 거리를 줄이는 기술과 전력 사용 감소, 사이클 당 소요 시간 감소 역시 지속해서 개발해야 하는 과제들이다. 특히, TSV 기반의 TC NCF*와 MR-MUF* Interconnection 기술에 하이브리드 본딩 기술을 접목할 수 있다면 앞으로 한층 뛰어난 성능의 제품을 개발할 수 있을 것으로 전망된다. 또한, 기존 컴퓨팅의 근간이 되는 폰 노이만 구조*의 한계를 뛰어넘을 수 있도록 하는 PIM(Processing-In-Memory), CiM(Computing-in-Memory), AiM(Accelerator-in-Memory)과 같은 제품의 개발을 확대하고 있는 현재 상황에서는 더 향상된 기술이 필요하다. HBM 및 GDDR 기반의 AI 향 메모리 패키지 기술과 CXL-메모리 등의 고속 메모리 기술도 함께 개발돼야 할 필수 기술로 꼽히는 이유다.

* TSV(Through-Silicon Via): D램 칩에 수천 개의 미세 구멍을 뚫어 상하층 칩의 구멍을 수직 관통하는 전극으로 연결하는 기술. SK하이닉스는 TSV 기술을 활용해 최대 1.15TB/s(초당 1.15테라바이트) 데이터 처리 속도를 가진 HBM3E를 개발했다.
* 마이크로 범프(Micro Bump): 수직 적층된 칩과 회로를 연결할 때, 각 칩의 가교 역할을 하는 소재
* TC NCF(Thermal Compression Non Conductive Film): 칩 사이에 NCF(에폭시와 아크릴 소재가 섞인)라는 절연 필름을 덧대고, 이를 열과 압력을 가해 위쪽을 꾹 눌러서 붙여 절연 필름이 녹아 접착되는 공정
* MR-MUF(Mass Reflow Molded Underfil): 반도체 칩을 쌓아 올린 뒤 칩과 칩 사이 회로를 보호하기 위해 액체 형태의 보호재를 공간 사이에 주입하고, 굳히는 공정
* 폰 노이만 구조(Von Neumann Architecture): 메모리와 연산 장치, 입출력 장치 등 전형적인 3단계 구조로 이루어진 프로그램 내장형 컴퓨터 구조. 오늘날 사용하고 있는 일반적인 컴퓨터의 기본 구조

SK하이닉스가 지난 19일(현지시간)부터 이틀간 미국 캘리포니아주 산호세에서 열린 ‘인텔 이노베이션 2023’에 참가해 최신 메모리 기술과 제품을 선보였다고 22일 밝혔다.

인텔 이노베이션은 2019년부터 인텔과 고객 및 파트너사가 매년 한자리에 모여 각자의 반도체 기술 개발 성과를 공유하는 글로벌 IT 전시회이다. 이 행사에서 SK하이닉스는 ‘최고의 메모리 기술을 통해 미래를 개척하다(Pioneer Tomorrow with the Best)’라는 슬로건을 걸고, 생성형 AI 시대에 필수적인 첨단 메모리 반도체 제품을 선보였다.

▲ ‘인텔 이노베이션 2023’에 전시된 SK하이닉스 첨단 메모리 제품인 CXL, HBM3, DDR5 모듈

AI 가속기의 고속 성능을 지원하는 HBM3*와 10나노급 5세대(1b) 기반 서버용 DDR5 모듈(RDIMM)이 가장 큰 관심을 받았다. HBM3로 AI 메모리 선도기업으로 부상한 SK하이닉스는 내년 양산 예정인 HBM3E(Extended) 시장에서도 독보적인 지위를 이어갈 것으로 기대를 모았다.

SK하이닉스는 10나노급 5세대(1b) 기반의 DDR5 RDIMM도 공개했다. 이 제품은 업계 최고 수준인 초당 6400Mb(메가비트) 이상의 전송 속도를 지원하고, 특히 저전력 특성으로 고객의 비용 절감과 ESG 가치를 동시에 창출할 수 있는 제품으로 관심을 모았다.

SK하이닉스는 DDR5 기반 96GB(기가바이트) CXL* 메모리 모듈 제품도 전시했다. 회사는 CXL이 적용된 AI 가속 시스템 등의 응용 모델을 소개하고, CXL을 통해 성능 향상은 물론, 신뢰성, 보안, 관리 측면에서 고객이 얻을 수 있는 이점을 부각했다.

▲ ‘인텔 이노베이션 2023’에서 DDR5와 CXL 메모리를 주제로 발표 중인 SK하이닉스 DRAM상품기획 김진평 TL, DRAM기술기획 브라이언 윤 TL(왼쪽부터)

SK하이닉스는 현장에서 미래 메모리 솔루션에 관한 발표 세션도 진행했다. 미주법인 DRAM기술기획 브라이언 윤 TL과 DRAM상품기획 김진평 TL은 ‘데이터 기반의 혁신을 이끄는 DDR5와 CXL 메모리’를 주제로 발표를 진행하며, AI와 빅데이터 시대에 핵심적인 역할을 맡게 될 제품이라고 소개했다.

SK하이닉스 DRAM상품기획 류성수 부사장은 “향후에도 앞선 기술력을 선보여 고객과의 파트너십을 강화하고, 시장을 선도하는 글로벌 일류 기술기업으로서의 위상을 더욱 공고히 해나가겠다”고 밝혔다.

SK하이닉스는 자사의 서버용 D램 DDR5가 인텔의 CPU에 탑재돼 최고 수준의 성능을 구현해 냈다는 내용의 백서(Whitepaper)*를 인텔과 공동 발행했다고 14일 밝혔다. 이 백서는 SK하이닉스와 인텔 홈페이지를 통해 동시에 공개됐다.

양사는 DDR5 개발 단계부터 긴밀히 협업했고, 지난 8개월간 인텔 4세대 제온 스케일러블 프로세서(4th Gen Intel® Xeon® Scalable Processor, 이하 4세대 제온)*에 DDR5를 탑재해 진행한 성능 검증 결과를 이 백서에 담았다.

최근 서버 업계에서 저전력, 고성능 반도체에 대한 요구가 높아지는 가운데 양사는 최고 수준의 성능과 에너지 효율성을 갖춘 메모리와 CPU로 한층 진화된 데이터센터 시대를 열 것이라고 백서에서 강조했다.

백서에 따르면 인텔 4세대 제온의 경우 3세대 대비 성능 효율이 2.9배 높고, SK하이닉스의 DDR5는 DDR4 대비 전력 사용량이 14.4% 낮았다. 특히 제온이 적용된 서버에서 DDR5는 전력 대비 성능 비율(전성비)이 DDR4와 비교했을 때 정수 계산에서 1.22배, 부동소수점* 계산에서 1.11배 높은 결과를 보였다.

이에 따라 앞으로 서버 기업들은 제온과 DDR5를 활용해 데이터센터를 구축하면 에너지 효율 개선으로 지속가능성을 높이는 효과를 얻게 될 것으로 양사는 내다봤다. 또, 데이터센터 운영의 비용 효율성도 개선돼 고객사가 TCO(총 소유비용)*를 절약할 수 있다고 진단했다.

SK하이닉스 류성수 부사장(DRAM상품기획담당)은 “백서에서 증명된 바와 같이 인텔 CPU와 당사 DDR5가 적용된 서버를 사용하면, 이전 세대보다 더 적은 전력으로 더 빠른 데이터 처리 속도가 구현돼 고객은 데이터센터 성능을 획기적으로 높일 수 있다”며 “특히 생성형 인공지능(Generative AI)과 같이 막대한 양의 데이터를 처리할 경우에 필요한 고용량 D램을 효율적으로 사용할 수 있다”고 밝혔다.

또, 류 부사장은 “상세한 데이터가 담긴 백서를 참고하여 향후 서버 고객들이 비즈니스를 전개하는 데 큰 효과를 얻길 기대한다”고 덧붙였다.

인텔 디미트리오스 지아카스(Dimitrios Ziakas) 메모리 I/O 기술부문 부사장은 “인텔은 4세대 제온 프로세서에서 DDR5 메모리의 성능을 극대화하기 위해 SK하이닉스를 포함한 메모리 업계와 밀접하게 협업하고 있다”며 “이러한 노력을 통해 인텔 프로세서는 높은 에너지 효율성을 갖춘 고성능 데이터센터 시스템 솔루션을 고객에게 제공할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

한편, SK하이닉스는 인텔과의 협력으로 공인된 제품을 통해 서버 시장 공략을 가속화하기로 했다. 회사는 4세대(1a) 및 5세대(1b) DDR5 제품을 주력으로 시장 리더십을 강화하고, 올 하반기 증가세가 예상되는 서버 D램 수요에 맞추며 실적 개선 속도를 높여간다는 계획이다.

[참고] Intel and SK hynix DDR5 Ecosystem 백서 주요 내용

‘대역폭 70%↑, 전력 14.4%↓, 정수 계산 1.59배↑’ 한눈에 보는 백서

백서에는 서버 고객이 DDR5를 채택할 때 참고할 수 있는 테스트 데이터가 세부적으로 담겨 있다. 주요 내용은 제온과 DDR5 메모리를 결합했을 때 구현되는 속도 · 성능 · 전력 소모량 등이다.

우선 서버 대역폭(Bandwidth)*은 DDR4와 DDR5를 동일한 3,200Mbps 속도에서 비교했을 때 20% 증가했고, 실제 DDR5의 동작 속도인 4,800Mbps 속도에서의 서버 대역폭은 DDR4의 최고 동작 속도인 3,200Mbps에서의 대역폭 대비 70% 향상된 것으로 확인*됐다. 이는 DDR5의 설계 구조 개선을 통해 내부 전송 지연 시간을 최소화하고, DDR4 대비 높은 전송 속도를 확보해 전체 서버 대역폭을 확장한 결과다.

또, SK하이닉스는 이번 연구를 통해 DDR5의 전력 소모량이 DDR4와 비교해 14.4% 감소한 사실을 확인했다. 여기에는 HKMG(High-K Metal Gate) 등 신기술이 큰 역할을 했다. HKMG는 전하를 더 많이 저장할 수 있는 물질(High-K)을 D램 트랜지스터 내부 절연막에 사용해 누설 전류를 막고 전하를 축적하는 능력, 즉 정전 용량(Capacitance)을 개선한 차세대 공정을 말한다[관련기사]. 이 기술이 적용된 메모리는 높은 전력 효율을 갖게 된다.

제온의 내장 가속기 또한 긍정적인 연구 결과를 보여줬다. 이 가속기는 이전 세대 대비 와트(watt)당 최대 2.9배의 데이터 처리 성능을 기록, 적은 전력으로 더 많은 데이터를 처리할 수 있게 해준다. 이러한 기술들이 복합 작용하면서 제온과 DDR5는 대역폭 50% 향상, 전력 사용량 14.4% 감소라는 뛰어난 전성비를 달성하게 됐다.

이번 백서를 통해 제온과 DDR5를 결합한 시스템의 연산 성능도 확인할 수 있다. 양사는 벤치마크 전문 프로그램 ‘SPEC CPU 2017’을 활용해 성능 비교를 진행했다.

그 결과 이전 세대 시스템보다 정수(Integer) 계산은 1.59배, 부동소수점(Floating Point) 계산은 1.43배 개선됐다. 소비 전력당 성능도 뛰어났는데 정수 계산에서 1.22배, 부동소수점 계산에서 1.11배 높은 결과를 보였다.

메모리 지연 시간 및 속도 측정 프로그램인 ‘Intel MLC(Intel Memory Latency Checker)’ 검증에서도 성능이 돋보였다. 이전 세대와 비교 시 읽기 성능은 1.4배, 읽기 · 쓰기 성능은 1.51배 증가한 결과가 나타났다.

앞선 4개 편의 대담을 통해 우리는 클라우드와 데이터센터의 현황을 비롯해 데이터센터에 적용되는 다양한 반도체를 살펴봤다. 특히, SK하이닉스의 제품들이 데이터센터와 클라우드 서비스 곳곳에 활용되면서 인터넷 환경을 더욱 쾌적하게 만들고 있다는 사실을 확인할 수 있었다. 그렇다면, 가까운 미래는 어떻게 변화할까? 지금부터 데이터센터와 클라우드 서비스가 어떻게 성장 발전할 것인가에 대해 베스핀글로벌 이한주 대표와 SK하이닉스 구성원들의 생각을 함께 들어보자.

세상은 온통 ICT, 더욱 거대해질 데이터센터와 클라우드

이한주 대표 데이터센터와 클라우드 서비스의 발전은 우리 삶, 모든 곳에 큰 영향을 끼칠 것이라고 생각하는데요. 마지막으로 데이터센터와 클라우드 서비스가 어떤 모습으로 발전하게 될지 이야기해 보면 좋을 것 같습니다.

오수현 TL 어떤 산업이든 전망을 예측한다는 것은 상당히 어려운 일인데요. 하나 분명한 것은 반도체 기술이 꾸준히 발전하고 있는 만큼 데이터센터 하드웨어 발전도 더욱 빨라질 것이라고 생각합니다. 과거 데이터를 저장하는 스토리지 역할만을 했던 데이터센터에서 현재는 초고속 연산장치가 필요한 인공지능(Artificial Intelligence, AI) 서비스도 지원하는 것처럼 데이터센터는 지금보다 더 많은 일들을 하게 되는 것이죠. 그리고 이런 데이터센터의 발전은 ICT 산업의 발전으로 이어질 것이라고 생각합니다.

이세라 TL 저는 데이터센터와 ICT 산업이 균형을 맞추며 발전하는 것이 중요하다고 생각합니다. 만약 ICT 산업의 발전 속도를 데이터센터가 따라가지 못할 경우, 수많은 사용자가 만들어 내는 데이터를 처리하거나 저장하지 못하게 되겠죠. 그렇다면 앞서 우리가 얘기 나눴던 챗GPT나 SK텔레콤의 에이닷(A.)과 같은 인공지능 서비스를 이용하기에도 어려움이 많을 것입니다.

이의상 TL 공감합니다. 사실 인공지능이라는 개념은 지금으로부터 100년도 넘은 1900년대에 등장했는데요. 당시엔 인공지능을 구현할 수 있는 하드웨어 기술력이 뒷받침되지 못했었고, 이러한 현상은 불과 몇 년 전까지 이어져 왔습니다. 하지만 최근 인공지능을 구현하기 위한 다양한 반도체 기술력이 비약적으로 개발됐고, 결국 오늘날 챗GPT와 같은 인공지능은 누구나 손쉽게 이용할 수 있는 상황이 됐잖아요. 사용자들이 혁신적인 기술을 실생활에서 사용하기 위해서는 ICT와 함께 데이터센터와 같은 인프라의 발전이 동시에 필요하다는 것을 확인할 수 있었습니다.

이한주 대표 종합해 보면, 결국 ICT 산업과 데이터센터 그리고 반도체의 발전은 상호 영향을 주고받고 있고, 이 때문에 함께 균형을 맞추며 발전해야 한다는 것이군요. 모두 맞는 말씀입니다. 과거 ICT 산업을 생각해 보면 서버와 데이터베이스 관련 부서나 기업들은 보통 백엔드(Back-End)* 서비스 개념이었습니다. 하지만 오늘날 ICT 산업은 단순히 백엔드 서비스가 아닌 프론트엔드(Front-end)까지 전 분야에서 서비스되고 있다는 것을 알 수 있습니다.

자동차를 예를 들어볼까요? 과거 자동차에는 ICT 기술이 필요하지 않았습니다. 내연기관의 성능과 탑승자들의 안전을 지키는 것이 가장 중요한 기술이었죠. 하지만 자율주행 시대가 다가오면서 지금의 자동차는 ICT 기술의 집합체가 되어가고 있습니다. 자율주행이 더 확산한다면 어떻게 될까요? 도로 위의 모든 차량 정보와 교통 정보 데이터가 데이터센터에 저장되고 분석될 것입니다. 각각의 차량에서는 데이터센터에서 내려받은 데이터에 따라 가장 빠르고, 안전하게 이동할 수 있는 경로를 제공받게 될 것입니다.

이러한 양상은 IoT(Internet of Things, 사물인터넷)를 비롯한 우리의 삶 모든 곳에서 나타나고 있습니다. ICT 기술이 더 많은 곳에 적용되면서 그 인프라가 되는 데이터센터의 역할도 중요해지고 있는 것이죠. 이러한 이유로 최근 글로벌 ICT 기업들 역시 데이터센터와 같은 인프라 시설에 대한 투자를 늘리고 있는 상황입니다.

정이현 TL 한마디를 더 얹어 보자면, 인공지능 기술이 서비스로 본격화되기 시작했고, 자동차와 스마트폰 등 실생활에서 자주 사용하는 디바이스들에 적용되는 ICT 기술들도 더욱 확산하고 있잖아요. ICT 기술과 데이터센터의 기술 발전만큼이나 선제적인 하드웨어 인프라 투자가 꼭 필요하다고 생각합니다.

인공지능만 보더라도, 서비스로 구현하기 위해선 정말 방대한 양의 학습데이터를 보관하고 운영해야 하거든요? 시장의 반응을 보고 인프라를 확충한다고 했을 때는 기술 개발에 한계점이 금방 나타날 수 있습니다. 다행히 전 세계 각국 정부들은 데이터센터를 국가 핵심 시설로 지정하고 투자 및 관리하는 상황입니다.

새로운 세상 위한 데이터센터, 혁신적인 반도체로 만들 수 있어

이한주 대표 지금까지 이야기 나눈 클라우드, 데이터센터 그리고 반도체 등은 결국 인프라가 되는 요소들인데요. 다양한 이야기들을 나누며, ‘반도체를 통해 클라우드와 데이터센터는 성장 발전하고 이 인프라로 미래에는 어떤 새로운 세상이 만들어질까?’라는 것을 생각해 볼 수 있어서 좋았던 것 같습니다.

사실 클라우드 서비스나 데이터센터와의 관계에 대한 내용은 잘 알고 있으면서도 데이터센터를 구성하는 반도체 하나하나의 특성은 저도 잘 몰랐거든요. 인공지능 반도체를 비롯해 데이터센터에 필요한 메모리 반도체, 스토리지에 필요한 낸드플래시 등 다양한 반도체 정보와 함께 인공지능 및 클라우드 시대를 대비하는 SK하이닉스의 기술 방향성도 확인할 수 있었습니다. 오늘 자리에 함께해 주신 분들이 이끌어 나갈 미래가 더 기대되고 궁금해집니다. 구성원 여러분의 소감도 한마디씩 부탁드립니다.

오수현 TL 오늘 데이터센터에 방문해 SK텔레콤의 슈퍼컴퓨터 ‘타이탄’을 직접 봤던 것이 인상적이었습니다[관련기사]. 저희 SK하이닉스의 제품이 적용된 타이탄을 보니 HBM을 개발하는 구성원으로서 자부심이 느껴지기도 했습니다. 오늘 대표님과의 대담을 통해서도 알 수 있었지만, 더 다양한 영역에서 데이터센터가 역할을 하기 위해서는 HBM과 같은 고성능 반도체 개발이 더욱 중요해질 것이라는 생각도 들었습니다.

SK하이닉스는 지난 2013년, HBM을 세계 최초로 개발한 이후 12단 적층에 성공해 HBM3 24GB 패키지 출시했고, 최근 HBM3E의 개발[관련기사]까지 성공하며, 세계 최초와 최고의 가치를 만들어 내고 있는데요. 이런 고성능 반도체로 시장의 선두에 서서 수많은 ICT 산업의 발전을 이끌어가고 있다는 점에서 더 큰 자긍심이 생겼습니다. 이와 함께, 우리가 앞으로 개발하게 될 제품들로 인해 더 발전된 세상을 상상해 볼 수 있었던 의미 있는 시간이었습니다.

이의상 TL SK하이닉스는 최근 개발에 성공한 MCR DIMM[관련기사] 같은 제품들을 통해 데이터센터의 성능 향상에 기여하고자 노력하고 있는데요. 이번 대담을 통해 저희가 개발하고 있는 제품들이 실제로 ICT 산업 발전에 큰 도움을 주고 있다는 것을 체감할 수 있어서 정말 좋았습니다. 실제로 클라우드와 데이터센터 시장에서 더 향상된 성능의 메모리가 필요하다는 점도 느낄 수 있었고요. 앞으로 폭발적으로 늘어나게 될 데이터센터와 더 넓은 영역에서 활용하게 될 클라우드를 위해 시장의 요구에 맞는 고성능 D램 개발에 역량을 집중하도록 하겠습니다.

이세라 TL 최근 데이터센터 시장을 살펴보면 여러 트렌드가 있는데요. 앞서 이야기 나눴던 더 많은 데이터를 더 빠르게 처리할 수 있어야 한다는 성능적인 측면도 아주 중요하지만, 저전력과 발열을 낮추는 것 역시 아주 중요한 요소라고 생각합니다. 특히 데이터센터는 24시간, 365일 운영되는 시설이고, 조금의 장애라도 발생하면 끼치는 영향이 상당하다는 점을 고려해 볼 때 제품의 안정성을 높이는 것 역시 아주 중요하다고 생각됩니다.

SK하이닉스에서는 이러한 시장의 흐름을 잘 파악하고 있다는 생각이 들었는데요. 최근 저희가 개발하고 생산하는 제품들의 키워드를 살펴보면 언제나 저전력이 빠지지 않고 있습니다. 저 역시 데이터센터에 사용되는 서버 메모리의 저전력과 더 높은 수준의 안정성을 위해 더욱 노력하겠습니다.

정이현 TL 저희가 개발하고 있는 SSD의 기본 기능은 ‘데이터를 기억하는 것’입니다. 때문에 지금까지는 데이터를 더 안정적으로 저장하는 방법, 더 많이 저장하는 방법, 더 싸게 저장하는 방법 등에 집중해서 고민하고 개발해 왔었는데요. 최근 데이터센터나 클라우드 등의 흐름을 살펴보면 단순히 데이터를 저장하는 것에만 그쳐서는 안 된다는 생각이 들었습니다. 이번 대담에서도 많이 언급됐지만, ICT 산업의 발전이 지금보다 진척된다면, 데이터센터에서 데이터를 처리하는 역할은 CPU나 GPU 같은 연산장치를 넘어 D램이나 낸드와 같은 다른 반도체 제품들에 더 많이 분산될 것이라는 생각도 들었습니다. 최근 연산 기능이 포함된 SSD가 등장하고 있는 만큼 저 역시 이러한 방향성으로 SSD를 개발하는 데 힘쓰도록 하겠습니다.

지금까지 클라우드 전문기업 베스핀글로벌 이한주 대표와 SK하이닉스 오수현 TL, 이세라 TL, 이의상 TL, 정이현 TL의 대담을 살펴봤다. 이번 대담을 통해 우리는 데이터센터와 클라우드가 ‘전산실’과 ‘웹하드’를 뛰어넘는 디지털 혁신의 주춧돌이 될 것이라는 사실을 확인했다. 특히, SK하이닉스에서 개발하고 생산하는 다양한 제품들이 데이터센터의 성능을 끌어올리고 무한한 가능성의 클라우드 환경을 제공한다는 것 역시 알 수 있었다. 데이터센터와 클라우드의 중요성이 더욱 강조되는 미래는 어떻게 변화하게 될지 함께 지켜보도록 하자.

지난 3편에서 우리는 데이터센터를 구성하는 반도체, 그중에서도 DDR5와 MCR DIMM 등 D램에 관해 이야기를 나눴다. 하지만 D램의 영역은 생각보다 넓다. 데이터센터에 사용되는 D램은 이것이 전부가 아니다. 최근 챗GPT를 비롯해 인공지능에 대한 관심이 폭발적으로 늘어나자, 인공지능 구현에 최적화된 HBM(고대역폭메모리, High Bandwidth Memory)에 대한 관심도 덩달아 늘어났다. 실제로 HBM은 고성능 데이터센터를 구현하기 위한 GPU(Graphic Processing Unit)에 빠르게 적용되고 있다. 또한, 인공지능 등으로 인해 데이터 수요가 늘면서 많은 데이터를 저장하고 보관하는 스토리지(Storage)에 적용된 낸드플래시(NAND Flash) 역시 빼놓을 수 없다. 4차 산업혁명 시대에서 중요한 역할을 할 반도체로 기대되는 HBM과 낸드플래시에 대한 이야기, 지금부터 시작한다.

▲ SK하이닉스의 HBM이 적용된 GPU가 탑재된 SK텔레콤의 슈퍼컴퓨터 ‘타이탄(TITAN)’을 설명하고 있는 오수현 TL(가장 왼쪽)과 설명을 듣고 있는 정이현 TL, 이한주 대표, 이의상 TL, 이세라 TL(왼쪽부터)

인공지능의 방대한 데이터 처리엔 ‘HBM이 핵심’

이한주 대표 데이터센터를 구성하는 다양한 반도체에 대한 이야기를 나누고 있는데요[관련기사]. D램 분야에서는 확실히 SK하이닉스가 시장을 선도하고 있다는 것이 느껴지네요. 게다가 최근에는 챗GPT와 같은 인공지능의 등장으로 SK하이닉스의 반도체가 더욱 주목받고 있다고 들었습니다. 어떤 반도체인가요?

오수현 TL 네. 저희 SK하이닉스가 지난 2013년 최초로 개발에 성공한 HBM입니다. 고대역폭메모리 반도체인 HBM은 TSV* 기술을 적용해 여러 개의 D램을 수직으로 연결한 제품인데요. 수직으로 연결한 덕분에 HBM은 일반적인 D램에서 다소 어려웠던 데이터 병렬처리를 가능하게 해줍니다. HBM은 TSV 기술을 통해 상대적으로 패키징 사이즈가 작으며 매우 짧은 거리로 통신할 수 있어 더 빠르고 더 많은 데이터를 처리할 수 있습니다.

* TSV(Through Silicon Via, 실리콘 관통 전극) : D램 칩에 수천 개의 미세한 구멍을 뚫어 상층과 하층의 칩을 수직으로 관통해 상호 연결하는 첨단 패키지 방식

이의상 TL 저희가 둘러보고 온 SK텔레콤의 슈퍼컴퓨터 ‘타이탄’에도 SK하이닉스의 HBM이 적용돼 있었는데요. 인공지능을 위한 데이터센터 등에 널리 사용되고 있는 NVIDA의 GPU에 저희가 개발하고 생산하는 HBM이 적용돼 있습니다.

이한주 대표 HBM에 관해 잘 설명해 주셨는데요. HBM이 데이터센터에 적용되면 무엇이, 얼마나 좋을지 더 자세히 설명해 주시겠어요?

▲ HBM이 데이터센터에서 어떤 역할을 한지 설명하고 있는 오수현 TL과 설명을 듣고 있는 이의상 TL, 이한주 대표

오수현 TL 네. 데이터센터에서는 방대한 양의 데이터를 빠르게 처리해야 하는데요. 최근에는 챗GPT와 같은 인공지능이 큰 관심을 받으면서 더 많은 데이터를 더욱 빠르게 처리할 수 있는 메모리 수요가 늘어나고 있습니다. 이러한 수요를 충족할 수 있는 것이 바로 HBM인데요. HBM은 TSV 기술을 이용해 상대적으로 적은 면적에 더 많은 데이터 입출력 통로를 가지게 됩니다. HBM의 데이터 전송 통로(I/O)는 1,024개로 일반적인 D램의 데이터 전송 통로인 8개와 비교하면 매우 많다는 것을 알 수 있습니다.

이러한 구조적 차이가 데이터센터에 어떻게 적용되는지 이해하기 쉽도록 우리가 흔히 이용하는 도로에 빗대어 설명해 드리겠습니다. 똑같은 통행량이라고 가정했을 때 왕복 2차선 도로와 왕복 16차선 도로가 있다면 어느 쪽이 훨씬 원활할까요? 당연히 16차선 도로일 것입니다. 이러한 차이는 교통량이 많아질수록 더욱 커질 것입니다. HBM을 사용한다는 것은 더 많아지는 교통량을 위해 왕복 16차선 도로를 두는 것과 비슷합니다. 방대한 양의 데이터 전송이 필요한 데이터센터나 인공지능 학습을 위해 꼭 필요한 제품이죠.

이한주 대표 예를 들어 설명해 주시니 이해가 쉽네요. 전송해야 하는 데이터가 많을수록 HBM이 더욱 큰 역할을 할 수 있군요. 게다가 제가 알기로는 HBM은 더 적은 전력 소비에도 효과적이라고 들었는데요. 이에 대해서도 간단히 설명해 주시겠어요?

오수현 TL HBM의 경우, 곡선 형태로 연결된 선을 각각의 다이(Die)에 연결하는 기존 D램의 방식(Wire Bonding)이 아닌 다이(Die)를 수직으로 연결하는 TSV 기술이 적용했기 때문에 상대적으로 패키지의 크기가 매우 작으며, 통신 거리도 비교적 짧아집니다. 덕분에 데이터 전송에 필요한 소비 전력도 줄어드는 것이죠. 압도적으로 뛰어난 성능에 더해 저전력까지, HBM은 데이터센터에 반드시 필요한 반도체라고 생각합니다.

▲ TSV 기술을 도입해 획기적으로 면적을 줄일 수 있었던 HBM

이의상 TL 이처럼 높은 효율을 보이는 HBM에 대한 수요가 늘어나고 있는 만큼 저희 SK하이닉스 역시 HBM 개발을 꾸준히 이어왔는데요. 덕분에 저희는 지난 2021년 업계 최초로 HBM3 개발 성공을 이뤄냈습니다. HBM3는 초당 819GB(기가바이트)의 동작 속도를 자랑하는데요. 이는 FHD 영화 163편을 1초 만에 전송할 수 있는 엄청난 속도입니다.

▲ SK하이닉스가 세계 최초로 개발에 성공한 12단 적층 HBM3

오수현 TL 저희가 개발한 HBM3의 경우 지난해 6월부터 본격적인 양산을 시작해 현재는 세계 최고 수준의 인공지능 전용 GPU인 NVDIA의 H100에 탑재되고 있는데요. H100은 인공지능 솔루션을 위한 다양한 데이터센터에서 사용되고 있습니다. 저희 SK하이닉스는 세계 최초로 HBM3를 개발한 데 이어, 최근에는 12단 HBM3의 개발[관련기사]에 성공하면서 HBM 기술 리더십을 굳건히 했습니다.

12단 HBM3의 경우, 기존 HBM3에서 D램을 8단을 수직으로 쌓은 것보다 더 많은 12단을 쌓은 제품입니다. 이를 통해 기존 16GB에서 24GB로 용량을 50% 늘릴 수 있었죠. 기존의 HBM3와 같은 두께를 유지하면서 용량(적층 수)을 높이기 위해 HBM에 들어가는 D램을 40% 얇게 만들어 쌓았는데요. D램을 얇게 만들면서 칩이 쉽게 휘어지는 등의 문제를 해결하기 위해 개선된 보호재(ECM*)와 새로운 적층 방식을 활용한 어드밴스드(Advanced) MR-MUF* 기술을 적용했습니다.

* 에폭시 보호재(EMC, Epoxy Molding Compound) : 열경화성 고분자의 일종인 에폭시 수지를 기반으로 만든 방열 소재로, 반도체 칩을 밀봉해 열이나 습기, 충격 등 외부 환경으로부터 보호한다.
* MR-MUF(Mass Reflow-Molded Under Fill) : 반도체 칩을 쌓아 올린 뒤 칩과 칩 사이 회로를 보호하기 위해 액체 형태의 보호재를 공간 사이에 주입하고, 굳히는 공정. 칩을 하나씩 쌓을 때마다 필름형 소재를 깔아주는 방식 대비 공정이 효율적이고, 열 방출에도 효과적인 공정으로 평가받고 있다. [관련기사]

이한주 대표 앞으로 더욱 늘어나게 될 클라우드와 데이터센터에서 SK하이닉스의 HBM들이 아주 큰 역할을 할 수 있을 것으로 기대가 되네요.

데이터센터의 또 다른 축, ‘스토리지’를 이루는 ‘낸드플래시’

이한주 대표 앞에서 얘기 나눴던 DDR5 MCR DIMM이나 HBM과 같은 반도체 제품들은 모두 데이터의 전송과 연산을 돕는 제품으로 알고 있는데요. 데이터센터에는 이외에도 핵심적인 역할을 하는 반도체가 있죠?

정이현 TL 네. 데이터를 저장하고 보관하는 스토리지를 구축하기 위한 낸드플래시가 있습니다. 지금까지 D램에 대한 이야기를 듣다 보니 ‘우리 SK하이닉스가 데이터센터, 그중에서도 D램 분야를 선도하고 있구나’라는 생각이 들었는데요. 낸드플래시 역시 데이터센터를 구축하는 한 축으로 매우 중요한 반도체이고 저희 SK하이닉스 역시 데이터센터를 위한 다양한 낸드플래시 제품을 개발 및 생산하고 있습니다.

▲ 데이터센터에 적용되는 낸드플래시의 다양한 제품들을 소개하고 있는 이의상 TL, 이한주 대표, 정이현 TL(왼쪽부터)

이한주 대표 낸드플래시는 우리가 흔히 사용하고 있는 SSD(Solid State Drive)를 구성하는 반도체인 것으로 알고 있는데요. SSD와 낸드플래시에 관해 설명해 주시겠어요?

정이현 TL 앞서 스토리지에 대해 살펴보면 좋을 것 같은데요. 과거 스토리지의 핵심이었던 자기를 이용한 HDD(Hard Disk Drive)에서 낸드플래시를 활용하는 SSD로 넘어오면서 우리는 많은 변화를 겪었습니다. 가장 먼저, 필요 전력이 감소했고, 데이터를 읽고 쓰는 속도가 비약적으로 상승했습니다. 게다가 자기 디스크를 사용해야 했던 HDD는 소형화에 물리적인 한계가 있었는데요. 그에 비해 낸드플래시를 활용했던 SSD는 소형화가 가능했습니다. 덕분에 지금 우리는 스마트폰을 비롯해 데이터센터 등에서도 공간을 절약하며 스토리지를 사용할 수 있죠.

특히, 저희 SK하이닉스는 지난해 8월 세계 최초로 238단 512Gb(기가비트) TLC(Triple Level Cell)* 4D 낸드플래시 개발에 성공하고 양산을 시작하기도 했습니다. 세계 최초로 238단 낸드플래시 개발에 성공했다는 것은 그만큼 저희 SK하이닉스가 낸드플래시 기술력에서 앞선다는 것을 의미하기도 합니다. 238단이라는 최고층에도 큰 의미가 있지만, CTP*와 PUC* 기술을 통해 구현한 4D 제품인 것도 큰 의미가 있습니다. 238단 4D 낸드플래시의 경우 이전 세대인 176단과 비교해 더 작은 크기로 생산이 가능해지면서 생산성이 높아졌고, 데이터 전송 속도는 2.4GB/s로 50% 빨라졌습니다. 게다가 소비 전력 역시 21% 줄었죠. 해당 제품이 지금 당장 서버용 SSD에 적용되는 것은 아니지만, 머지않아 서버에도 적용될 것으로 보이는데요. 이를 통해 데이터센터의 스토리지 성능과 전력 효율이 크게 향상할 수 있을 것입니다.

* 낸드플래시는 한 개의 셀(Cell)에 몇 개의 정보(비트 단위)를 저장하느냐에 따라 SLC(Single Level Cell, 1개)-MLC(Multi Level Cell, 2개)-TLC(Triple Level Cell, 3개)-QLC(Quadruple Level Cell, 4개)-PLC(Penta Level Cell, 5개) 등으로 규격을 구분. 정보 저장량이 늘어날수록 같은 면적에 더 많은 데이터를 저장할 수 있다.
* CTF (Charge Trap Flash) : 전하를 도체에 저장하는 플로팅 게이트(Floating Gate)와 달리 전하를 부도체에 저장해 셀 간 간섭 문제를 해결한 기술로, 플로팅게이트 기술보다 단위당 셀 면적을 줄이면서도 읽기, 쓰기 성능을 높일 수 있는 것이 특징이다.
* PUC (Peri. Under Cell) : 주변부(Peri.) 회로를 셀 회로 하단부에 배치해 생산효율을 극대화하는 기술

이한주 대표 낸드플래시 역시 D램과 같이 더 빨라진 속도와 작아진 크기, 저전력이 핵심이군요.

▲ 세계 최고층으로 개발된 SK하이닉스의 238단 4D 낸드플래시

정이현 TL 네. 맞습니다. 데이터센터에서 낸드플래시의 역할은 PC에서의 역할과 크게 다르지않게 데이터를 저장하고 보관하는 것입니다. 앞서 설명해 주신 D램과 비교해 보자면 D램은 가까운 곳에 손이 닿는 책상 정도로 생각할 수 있을 것 같습니다. 책을 볼 때만 책상 위에 책을 두는 것이죠. 하지만 SSD의 경우 다양한 책을 오래 보관하는 도서관이라고 할 수 있을 것 같아요. 잠시 불러오고 휘발되는 메모리가 아닌 장기간 저장할 수 있는 비휘발성 메모리라고 생각하시면 됩니다. 다만 데이터센터에 적용되는 낸드플래시의 경우, 단순히 데이터를 얼마나 빠르고 많이 읽고 쓸 수 있느냐를 넘어서 더 많은 요소를 고민해야 합니다.

정이현 TL 앞서 D램 제품들의 특징을 말씀해 주신 것과 상당히 비슷한 점이 있는데요. 낸드플래시 역시 데이터 저장뿐 아니라 SoC(System on Chip) 등을 활용해 연산 장치를 보조하는 등의 역할이 요구되고 있는 상황입니다. 그리고 저전력 역시 중요한 이슈이죠. 특별히 D램과 다른 점이 있다면 낸드플래시의 경우 데이터를 저장하기 위한 제품이다 보니 보안과 관련해 더 철저한 검증이 필요합니다.

개인 정보와 같은 민감한 정보가 저장되는 데이터센터의 경우, 보안 강화가 핵심 이슈가 될 수 있으며, 플랫폼이나 서비스 제공을 위한 데이터센터에서는 시스템 오류 등의 문제로 인해 발생하는 데이터 손상을 예방하거나 바로 복구 가능한 제품을 선호하는 경향이 있습니다. 심지어 보안 문제와 관련해선 일정 수준에 도달하지 못하면 아예 납품하지 못하는 경우도 빈번하기 때문에 저희도 제품의 보안 강화를 위해 노력하고 있는 상황입니다.

이한주 대표 보안과 관련된 부분은 저도 참 공감하는 부분이 많은데요. 이야기를 들어보니 소프트웨어 기반의 클라우드와 하드웨어 기반의 낸드플래시가 추구하는 방향이 상당히 비슷하다는 것을 느꼈습니다. 데이터를 저장한다는 측면에서 최근 클라우드 업계에서도 보안은 매우 중요한 이슈거든요. 과거에는 애플리케이션 단계에 보안 이슈가 집중돼 있었지만, 이제는 하드웨어 베이스에서까지 해킹할 수 있는 시대이기 때문에 낸드플래시 제품에서 더욱 보안에 힘쓰는 이유를 알 것 같네요.

지금까지 데이터센터에 어떤 반도체들이 필요하고, 해당 반도체들이 어떤 역할들을 하고 있는지 들어봤는데요. 데이터센터의 하드웨어 부분까지는 저도 잘 몰랐던 내용들이라 들으면서도 새롭게 알게 된 부분도 있어서 아주 신기하고 재밌었습니다. 반도체의 발전으로 더욱 쾌적한 환경의 클라우드 서비스와 데이터센터 운영이 가능했다는 생각이 듭니다. 그럼, 끝으로 클라우드 서비스와 데이터센터의 전망에 대한 이야기를 나눠보도록 할까요?
지금까지 데이터센터를 구성하는 다양한 반도체들에 관한 이야기를 나눴다. 더 빠른 데이터 전송을 위한 DDR5 MCR DIMM[관련기사]과 인공지능을 위해 특화된 HBM, 그리고 데이터 저장을 위한 핵심 반도체인 낸드플래시까지 살펴봤다. 해당 시리즈의 마지막 콘텐츠가 될 다음 편에서는 함께 나눈 대담에 대한 소감과 미래 전망에 대해 살펴볼 예정이다. 이한주 대표와 SK하이닉스의 미래를 위한 데이터센터와 클라우드, 그리고 반도체에 대한 이야기는 계속된다.

제3시선, 최고가 최고를 만나다
 

‘제3시선, 최고가 최고를 만나다’는 최고의 ICT 업계 전문가들이 서로의 분야에서 공통의 주제를 이야기하며 세상을 바라보고 새로운 시선을 넓혀가는 연재 콘텐츠입니다. ICT 분야의 최고 전문가와 최고의 ICT 기술을 만들어 내는 SK하이닉스 구성원 간의 만남을 통해 기존 인터뷰 콘텐츠에서 볼 수 없었던 이야기를 만나볼 수 있습니다.
 

이번 시리즈는 클라우드 전문 기업 ‘베스핀글로벌’의 이한주 대표와 SK하이닉스 구성원(오수현 TL, 이세라 TL, 이의상 TL, 정이현 TL)들이 만나 4차 산업혁명의 핵심 인프라가 될 ‘데이터센터와 클라우드, 그리고 반도체’를 주제로 나눈 대담을 총 5편에 걸쳐 다룰 예정입니다.
 

3편에서는 보다 뛰어난 성능의 데이터센터를 위해 더욱 주목받고 있는 서버용 D램에 대한 이야기를 다룰 예정입니다. 데이터센터에서 서버용 D램이 중요한 이유와 시장을 선도하고 있는 SK하이닉스의 D램에 대한 이야기, 지금부터 시작합니다. (편집자 주)

지난 편을 통해 우리는 4차 산업혁명의 핵심 인프라가 될 클라우드[관련기사]와 데이터센터[관련기사]에 대해 알아봤다. 디지털전환(DT, Digital Transformation)의 가속화와 클라우드 서비스의 이용 증가로 데이터센터의 중요성은 더욱 커지고 있으며, 데이터센터가 중요해진 만큼 이를 구성하는 서버(컴퓨터)의 성능 역시 빠르게 발전하고 있다.

서버의 성능 향상에는 CPU와 GPU 등 연산 장치의 발전이 큰 역할을 했지만, 이러한 발전도 데이터의 원활한 전송을 돕는 D램의 발전이 없었다면 빛을 보지 못했을 것이다. 우리가 상상조차 할 수 없는 방대한 데이터를 전송하고, 연산해야 하는 데이터센터에는 당연히 더 뛰어난 성능의 D램이 필요하다. 이번 편에서 이한주 대표와 SK하이닉스 구성원들은 데이터센터를 구성하는 서버, 그 중에서도 D램의 역할과 성능이 중요한 이유에 대해 살펴보고, D램 시장을 선도하고 있는 SK하이닉스의 기술력에 대해서도 알아볼 예정이다.

▲ 데이터센터에 필요한 D램 제품에 대해 이야기를 나누는 SK하이닉스 구성원과 이한주 대표(왼쪽부터 오수현 TL, 이의상 TL, 이한주 대표, 이세라 TL)

변화하는 데이터센터, ‘D램 역시 진화’ 중

정이현 TL 앞에서 우리는 최근 나타나고 있는 인공지능(AI, Artificial Intelligence)이나 클라우드의 수요가 많아지고 있는 현상에 대해 이야기를 나눴는데요[관련기사]. 이로 인해 데이터센터 역시 다양한 형태로 변화하고 있는 상황입니다. 실제로 데이터센터의 역할이 다양해짐에 따라 데이터센터를 구축하는 컴퓨터 역시 많이 달라졌죠.

▲ 데이터센터에서 네트워크 장비를 보며 인공지능 반도체의 중요성에 대해 이야기를 나누고 있는 이의상 TL, 이한주 대표, 정이현 TL(왼쪽부터)

이한주 대표 함께 살펴봤었던 SK텔레콤의 슈퍼컴퓨터 ‘타이탄(TITAN)’ 역시 데이터센터의 일부분이라고 할 수 있는데요. 요즘에는 타이탄과 같은 슈퍼컴퓨터나 아마존 웹서비스(AWS)에서 제공하는 인공지능 학습 컴퓨터 등 고성능 컴퓨팅이 가능한 제품들을 활용해 데이터센터를 구축하고 있습니다. 이런 움직임은 아마존이나 구글, 마이크로소프트, 애플 등 글로벌 IT 기업들을 중심으로 두드러지게 나타나고 있죠. 글로벌 IT 기업들이 인공지능 분야에 적극적인 모습을 보이면서 데이터센터에 적용할 수 있는 인공지능 반도체에 대한 관심도 빠르게 높아지고 있습니다.

▲ 올해 5월, 세계 최초로 데이터센터 호환성 검증에 들어간 SK하이닉스의 DDR5(1b)

이의상 TL 저희 SK하이닉스 역시 이러한 움직임에 기민하게 대응하고 있는데요. 먼저, 데이터센터에 활용되는 서버용 D램을 살펴보면, 지난 5월 세계 최초로 데이터센터 호환성 검증에 돌입한 DDR5를 이야기할 수 있을 것 같습니다. 현존 D램 중 가장 미세화된 10나노급 5세대(1b) 기술이 적용된 SK하이닉스의 최신 서버용 DDR5는 현재 가장 빠른 동작 속도인 6.4Gbps(초당 6.4기가비트)를 자랑하는데요. 최고 속도에 더해 소비 전압은 1.1V(볼트)로 기존 DDR5(1a) 대비 전력 소모를 20% 감축하는 데도 성공했습니다.

이한주 대표 최근 D램을 비롯한 다양한 반도체에서 소비 전력을 줄이고 있다는 점은 아주 긍정적이네요. 데이터센터의 경우, 그 필요성과 중요성은 더욱 커지고 있지만, 막대한 전력이 필요하다는 문제도 있었으니까요.

▲ 데이터센터의 전력 사용량이 점점 늘어나고 있음을 말하고 있는 오수현 TL

오수현 TL 맞습니다. 보통 데이터센터는 제곱미터(m2)당 1,000kWh의 전력을 사용하는 것으로 알려져 있는데요. 이는 일반적인 미국 가정의 전력 사용 대비 10배 많은 수준입니다. 데이터센터가 막대한 전력을 필요로 하는 이유를 살펴보면, 먼저 데이터센터를 운영하기 위해선 수많은 기기를 사용해야 합니다. 서버 컴퓨터를 통해 데이터를 처리하고 스토리지에는 데이터를 저장하고, 네트워크 장비를 통해 데이터의 송수신을 진행하죠. 이러한 데이터센터를 구성하는 컴퓨터와 장비들을 24시간 작동시키기 위해서는 막대한 전력이 필요합니다. 게다가 24시간 뿜어내는 열을 식히기 위한 냉방 시설도 필수적으로 필요합니다. 컴퓨터에 필요한 전력에 더해 냉방 시설을 위한 전력까지, 데이터센터가 소비하는 전력은 비약적으로 늘어나는 것이죠.

이한주 대표 그렇기 때문에 컴퓨터를 구성하는 각각의 반도체들이 전력 소비량을 줄이는 것이 결국 데이터센터 전체의 전력을 줄이는데 큰 효과가 있을 것으로 생각됩니다. 더 좋은 성능에 더 낮은 전력 소비를 추구하는 SK하이닉스의 방향성은 적절하다고 할 수 있겠네요. 그렇다면 데이터센터를 구성하는 제품의 필요 요소는 또 무엇이 있을까요?

이세라 TL 서버용 D램은 안정성과 신뢰성이 아주 중요합니다. 24시간 정상적으로 작동하면서도 작은 오류도 허용돼선 안 되는데요. 데이터센터의 서버용 컴퓨터가 제품의 문제로 인해 오류가 발생할 경우, 피해는 천문학적일 수도 있습니다. 우리가 흔히 사용하는 스마트폰 애플리케이션이나 컴퓨터를 통해 이용하는 다양한 서비스들 역시 모두 데이터센터의 정상적인 작동 위에서 이용이 가능한 것이기 때문입니다.

결국 데이터센터는 단순히 개인이 컴퓨터를 이용한다는 개념이 아니기 때문에 해당 제품들의 안정성과 신뢰성이 반드시 보장돼야 합니다. 그래서 저희는 DDR5부터는 D램 내부에 오류정정코드(On-Die ECC)를 도입했는데요. 덕분에 고속·고용량 환경에서 더 높은 안정성을 기대할 수 있습니다.

▲ 데이터센터 환경과 그 속에 구성된 서버용 D램 DDR5에 대해 이야기하고 있는 이세라 TL(오른쪽)과 경청하는 정이현 TL(왼쪽)

서버용 D램 선도하는 SK하이닉스

이한주 대표 메모리 반도체 분야를 이끌어가는 SK하이닉스인 만큼 확실히 서버용 D램에서도 강점을 보이는 것 같네요. 게다가 최근에는 기술 혁신을 통해 더욱 뛰어난 제품을 개발했다는 소문을 들었는데요. 어떤 제품일까요?

이의상 TL 지난해 12월 개발에 성공한 ‘DDR5 MCR DIMM(Multiplexer Combined Ranks Dual In-line Memory Module)[관련기사]입니다. 기존 제품인 DDR5 여러 개를 기판에 결합한 모듈 제품으로 동작 속도는 개발 당시 서버용 DDR5의 동작 속도였던 4.8Gbps보다 80% 빨라진 8Gbps 이상을 자랑합니다. 데이터센터는 제한된 면적에서 최고의 효율을 낼 수 있어야 하는데요. 저희가 개발한 MCR DIMM과 같은 고성능 제품을 사용하게 되면, 더 높은 수준의 퍼포먼스를 제공할 수 있다고 생각합니다.

이한주 대표 DDR5는 알겠는데, MCR DIMM은 조금 생소하네요. 조금 더 자세히 설명해 주시겠어요?

이세라 TL 이의상 TL님께서 말씀해 주신 대로 MCR DIMM은 여러 개의 DDR5를 하나의 기판위에 결합한 모듈 제품인데요. 그동안 DDR5의 속도는 D램 단품의 동작 속도에 좌우된다는 것이 일반적인 인식이지만, 이번 MCR DIMM은 기존 개념에서 벗어나 D램 단품이 아닌 특정 부품을 추가한 모듈을 통해 성능을 끌어올린 것이 특징입니다.

▲ MCR DIMM에 대해 설명하고 있는 이의상 TL(가운데)과 설명을 듣고 있는 오수현 TL(왼쪽), 이한주 대표(오른쪽)

이의상 TL MCR DIMM은 두 개의 랭크*가 동시에 작동된다는 특징이 있습니다. 이를 위해 저희는 ‘데이터 버퍼*’라는 부품을 MCR DIMM에 적용했는데요. 덕분에 1개의 랭크에서 64바이트의 데이터가 전송되는 것이 아닌 2개의 랭크에서 각각 64바이트의 데이터가 동시에 전송돼 128바이트의 데이터를 전송할 수 있게 된 것입니다. 기존 제품 대비 비약적인 성능 향상을 이룰 수 있었습니다.

* 랭크(Rank) : D램 모듈에서 CPU로 내보내는 기본 데이터 전송 단위의 묶음. 보통 64바이트(Byte)의 데이터가 한 묶음 단위가 돼 CPU에 전송된다.
* 버퍼(Buffer): D램 모듈 위에 같이 탑재돼 D램과 CPU 사이의 신호 전달 성능을 최적화하는 부품. 고성능과 안정성이 요구되는 서버용 D램 모듈에 주로 탑재된다.

▲ MCR DIMM의 작동 구조

오수현 TL MCR DIMM이 특히 놀라운 점은 성능 향상 폭이라고 할 수 있을 것 같은데요. 그동안 새로운 D램 제품의 동작 속도 향상 수준이 800Mbps 정도인 것을 감안하면, 기존 4.8Gbps에서 8Gbps 이상으로 동작 속도가 향상됐다는 것은 그야말로 혁신을 이룬 것이라고 할 수 있을 것 같아요.

이한주 대표 들어보니 감히 기술 혁신이라고 말할 수 있을 것 같네요. 이와 같은 기술 혁신을 위해선 사전에 많은 과정이 있었을 것 같아요. 특히 더욱 뛰어난 서버용 D램의 수요가 있었을 것 같은데요.

이의상 TL 네. 맞습니다. 앞서 이야기 나눈 대로 데이터센터는 인공지능을 비롯해 미디어와 쇼핑, 교통 등 방대한 분야에서 더욱 중요한 역할을 하게 될 것으로 예상되고 있는데요. 이에 따라, 데이터센터가 처리하게 될 데이터는 기하급수적으로 늘어나게 될 것입니다. 당연히 이러한 데이터를 처리하기 위한 메모리의 성능 향상도 필요하겠죠. 다만, 저희는 기존의 성능 향상 수준으로는 이처럼 폭발적으로 늘어나는 데이터를 처리하기에 어려울 수도 있겠다고 판단했습니다. 이에, 폭발적으로 늘어날 데이터와 데이터센터에서 필요로 하는 수준 이상의 제품 개발이 필요하다는 결론에 도달했고, 선제적으로 비약적인 성능 향상을 이룬 서버용 D램을 개발하게 된 것이죠.

이한주 대표 우리가 지금까지 나눈 이야기에서 언급됐던 인공지능이나 다가올 미래에 디지털상에서 이뤄지는 모든 서비스는 결국 클라우드와 데이터센터를 통해 구현될 것이고, SK하이닉스는 이러한 미래를 위해 철저하게 준비하고 있군요. 놀랍습니다. 이어, 데이터센터를 구성하는 더욱 다양한 제품에 대해서 알아보도록 할까요?
 

지금까지 데이터센터를 구성하는 핵심 제품 중 하나인 서버용 D램에 대한 이야기를 들어봤다. SK하이닉스는 끊임없는 기술 혁신을 통해 다가올 미래, 폭발적으로 늘어날 데이터를 더욱 빠르고 원활하게 처리하기 위한 제품을 개발, 생산하고 있었다. 다음 편에서는 인공지능이 발전하면서 더욱 각광받고 있는 반도체와 방대한 데이터를 저장하기 위한 반도체에 대한 이야기를 나눠볼 예정이다. 이한주 대표와 SK하이닉스의 미래를 위한 데이터센터와 클라우드, 그리고 반도체에 대한 이야기는 계속된다. 대한 이야기는 계속된다.

SK하이닉스 DRAM개발 김형수 부사장이 지난 20일 서울 웨스틴조선호텔에서 열린 제27회 한국공학한림원 대상 시상식에서 ‘젊은공학인상’을 수상했다.

▲ 제27회 한국공학한림원 대상 시상식에서 ‘젊은공학인상’을 받는 김형수 부사장

김 부사장은 한국과학기술원 박사과정을 거쳐 SK하이닉스 설계 연구원으로 2005년 입사해 D램 제품 개발을 주도해왔다. 그는 여러 차례 ‘세계 최초 기술 개발’ 이라는 타이틀을 거머쥐면서 한국 반도체 산업 발전에 기여한 공적을 인정받아 수상자로 선정됐다.

김 부사장은 2018년 세계 최초로 1ynm 16Gb DDR5 D램*을 개발하고 제품 출시 단계까지 주도적인 역할을 했다. 이 제품은 이전 세대인 DDR4 D램 대비 속도는 1.8배 빨라지고 전력 소비량은 30% 감축된 스펙으로 개발됐다. 고효율/고성능 제품으로서 탄소배출 저감 등 ESG 경영에도 기여했다는 평가를 받았다. 이어 김 부사장은 2021년 단일 칩으로 업계 최대 용량인 1anm 24Gb DDR5 D램**을 개발하여 회사의 기술력을 한 단계 더 점프시켰다고 인정받았다.

* 1ynm 16Gb DDR5 D램: 2세대 10나노급(1y) 기술이 적용된 세계 최초의 DDR5 D램. 빅데이터 처리, 인공지능, 머신러닝에 최적화된 고성능 메모리 반도체로, Full HD급 영화 약 11편에 해당하는 41.6GByte(기가바이트)의 데이터를 1초에 처리할 수 있는 수준
** 1anm 24Gb DDR5 D램: 1ynm 16Gb DDR5 D램의 차기 제품으로 EUV 공정을 도입한 10나노 4세대(1a) 기술이 적용된 D램. 기존 제품 대비 칩당 용량이 16Gb에서 24Gb로 향상돼 생산효율이 개선됐고, 속도는 최대 33% 빨라짐

이와 함께 그는 같은 해 세계 최고 성능의 D램인 HBM* 시리즈를, 연이어 2022년에는 고용량 96GB CXL** 메모리를 개발해냈다.

* HBM(High Bandwidth Memory): 여러 개의 D램을 수직으로 연결해 기존 D램보다 데이터 처리 속도를 혁신적으로 끌어올린 고부가가치, 고성능 제품. HBM3는 HBM 4세대 제품으로, HBM은 1세대(HBM)-2세대(HBM2)-3세대(HBM2E) 순으로 시리즈 개발돼 왔음. SK하이닉스의 HBM3는 FHD(Full-HD) 영화 163편을 1초에 전송하는, 최대 819GB/s의 속도를 구현함
** CXL(Compute Express Link): CPU, GPU, 가속기, 메모리 등을 더욱 효율적으로 사용하기 위해 만들어진 PCIe 기반의 차세대 인터페이스(Interface) 프로토콜

그는 또, 지금까지 IEEE(전기·전자공학자협회)*에 논문을 20편 이상 등재하며 학문적 연구에도 기여했다. 2021년에는 인재 양성 프로그램을 개발, 전문 엔지니어 9명을 배출해 내기도 했다.

* IEEE(전기·전자공학자협회, Institute of Electrical and Electronics Engineers): 1884년 설립된 미국전기공학자협회(American Institute of Electrical Engineers, AIEE)와 1912년 설립된 통신협회(Institute of Radio Engineers, IRE)가 1963년 합병해 만들어진 전기, 전자, 전산 분야의 국제기구이자 학회

뉴스룸은 인터뷰를 통해 김 부사장의 공적과 공학자로서의 철학에 대해 이야기를 나눴다.

수상 축하드립니다.

무엇보다 공학인으로서 큰 자부심을 느끼게 되었습니다. 특히 상 이름에 제가 좋아하는 단어인 ‘젊음’과 ‘공학인’이 들어 있어 상의 의미가 더 크게 와 닿았습니다.

처음으로 이렇게 큰 상을 받게 돼 기쁨도 크지만, 앞으로 우리 회사와 사회 발전에 더 큰 책임감을 느끼고 후배들의 성장에도 많은 힘을 보태야 한다는 생각에 어깨가 무거워졌습니다.

‘세계 최초’라는 타이틀에 숨겨진 노력

Q. 여러 차례 ‘최초’라는 타이틀을 거머쥐며 우리나라 반도체 기술력을 세계 1등으로 끌어올렸습니다. 개발한 주요 제품과 기술에 대해 말씀해 주십시오.

우선 ‘최초’라는 타이틀은 저 혼자만의 노력으로 이루어낸 것이 아니라 우리 회사에서 D램을 책임지고 있는 모든 구성원이 함께 만들어낸 성과입니다.

우리가 세계 최초로 개발해 최근 시장에서 활발하게 사용되는 제품은 DDR5와 HBM3입니다. 두 제품은 인공지능(AI) 기술 개발을 위한 메모리로서 핵심적인 역할을 하고 있습니다.

DDR5는 이전 세대 DDR4와 비교해 속도는 더 빠르고 전력은 더 적게 소비하는 제품으로, SK하이닉스가 메모리 업체 중 가장 먼저 개발해 시장 주도권을 확보했다는 의미를 가집니다. 인공지능의 발전에 따라 필수 불가결한 솔루션이 된 HBM3 역시 우리가 가진 최고의 기술력을 집약해 세계 최초로 SK하이닉스가 개발한 제품입니다.

Q. 끊임없이 새로운 개발을 해내는 원동력은 무엇인가요?

세상 어느 곳에나 경쟁이 존재하지만 메모리 산업에서는 특히 더 치열합니다. 앞서 언급한 ‘최초’가 타이틀에서 그치는 것이 아니라, ‘최초’가 아니면 살아남기 어렵거나 우리가 공들인 노력이 기술적으로나 사업적으로 그 가치를 인정받지 못하는 상황으로 내몰리게 됩니다.

대다수의 공학자가 그렇듯 저도 지는 것을 매우 싫어합니다. 최초가 되고 싶은 경쟁심, 이것이 개발의 가장 큰 원동력이 아닐까 생각이 됩니다. 또 스스로를 동기 부여하기 위해 악기 연주와 같이 저 자신을 비울 수 있는 다양한 노력도 하고 있는데요. 이렇게 몸과 마음을 스스로 관리하는 활동이 제게는 또 다른 원동력이 되고 있습니다.

Q. 수상의 대표 업적인 1ynm 16Gb DDR5 D램 개발에는 어떤 가치가 숨겨져 있나요?

인공지능을 포함해 세상을 하나로 이어주는 다양한 서비스들이 빠르게 발전하면서 데이터센터의 역할이 커졌습니다. 그리고 데이터센터에 들어가는 서버 시장이 계속해서 성장하고 있습니다.

D램은 서버에서 핵심적인 역할을 하는 제품이기 때문에, 성능이 서버에 맞춰 빠르게 발전해야 합니다. 이런 배경에서 DDR5는 더 적은 전력으로 더 많은 정보를 빠르게 처리하려는 시장의 요구를 충족시켜 주기 위해 개발되었습니다. 업계에서는 앞으로 빠르게 DDR4가 DDR5로 대체될 것으로 보고 있습니다.

메모리는 초기 개발부터 시장에서 도입돼 자리 잡기까지 오랜 시간이 걸리는데, DDR5와 같은 뉴모드(New Mode, 새로운 스펙) 제품 개발도 앞으로 펼쳐질 시장에 대해 불확실한 상태에서 출발했습니다. 하지만 미래가 불투명한 상황 속에서도 끊임없이 기술 개발에 몰두해야 하는 공학인의 숙명을 가지고 연구했고, 지금은 제품이 시장에 훌륭하게 안착해 큰 보람을 느끼고 있습니다.

제품 출시 막바지까지 고객 시스템에서 변경이 많았고 기술 난이도가 높았는데, 구성원들과 함께 밤낮으로 고생을 했던 일이 기억에 남습니다.

▲ 미래의 D램 기술은 고객의 요구와 문제를 해결해주는 것이 중요함을 설명하는 김형수 부사장

Q. 향후 D램 기술은 어떻게 발전하게 될까요? 세계 시장을 선도하는 SK하이닉스의 전략은 무엇입니까?

기술 난이도가 높아지고 있어서 신기술을 구현하는 데 들어가는 비용은 점차 증가할 수밖에 없습니다.

앞으로 놓인 상황이 쉽지만은 않지만, 우리는 고객들의 페인포인트(Pain Point)를 해결해 주어야 합니다. 범용성도 가지면서 고객의 요구와 문제를 해결해주는 커스터마이징(Customizing, 특정 고객에게 최적화하는 것)이 중요합니다. 현재의 DDR5, LPDDR5, HBM3, GDDR6 역시 사용 용도에 따라 고객별로 최적화돼 개발된 사례로, 이러한 분화는 앞으로 더 많이 요구될 것입니다.

SK하이닉스를 비롯한 메모리 반도체 기업들이 그간 유지해온 ‘소품종 대량생산’이라는 패러다임을 단기간에 바꾸기는 어렵겠지만, 고객의 변화 요구에 맞춰 발 빠르게 커스터마이징할 수 있는 체질로 변화하고 있습니다. 큰 그림을 그리고 꾸준히 혁신해 나갈 것입니다.

▲ 구성원들과 함께 회의를 하고 있는 김형수 부사장

엔지니어를 누구보다 잘 이해하는 소통의 리더

Q. 엔지니어로 활약하다가 한동안 HR 업무를 수행했습니다. 어떤 경험을 하셨나요?

SK하이닉스는 어떤 인재가 필요한지 이해하는 엔지니어와 HR(Human Resource) 전문가가 함께 제도와 방향을 수립함으로써 경쟁력을 만들어 나가고 있습니다. 저는 이 시각에 동의해 채용 담당 임원을 맡았고, 그곳에서 1년 동안 많은 경험과 성장의 기회를 얻었습니다.

처음에는 기업문화와 인사를 다루는 HR 부서에서 엔지니어가 무엇을 할 수 있을까 생각했습니다.

그런데 SK하이닉스는 대부분의 구성원이 엔지니어입니다. 그래서 HR 출신의 채용·교육 전문가도 중요하지만 엔지니어 경험을 보유한 기술 인력이 할 역할도 크다는 것을 알게 되었습니다. 기술에 대한 이해도가 높을수록 엔지니어 인재의 채용과 육성도 잘할 수 있다는 믿음 때문이죠.

또, 제가 엔지니어로서 주로 사용하던 뇌 대신 다른 영역의 근육을 키울 수 있었습니다. 다양한 생각을 가진 여러 계층의 구성원과 소통하고 공감을 이루기 위해 기술과는 다른 역량을 쓰면서 성장하는 기회를 얻은 것입니다.

▲ 제품 개발을 함께한 구성원과 이번 수상에 대해 이야기하는 김형수 부사장

Q. 당시 기획한 인재 양성 프로그램은 무엇인가요?

일반적인 회사는 평가와 보상을 통해 구성원의 성과를 ‘인식’합니다. 하지만 이런 과정이 다소 수동적이고 구성원의 자가 동기부여(Self-Motivation)에만 의존하고 있다는 생각이 들었습니다. 단순히 구성원의 성과를 ‘인식’하는 데 그치지 않고 구성원이 지속적으로 발전할 수 있게 하는 무언가가 필요하겠다고 판단했습니다.

이를 위해 주기적으로 기술을 리뷰할 수 있는 장을 만들었고, 자신의 기술을 점검하고 리더에게 보여줘 필요한 사항에 대해 소통할 수 있도록 하는 제도를 만들었습니다. 프로그램이 진행되는 동안 참가한 구성원들은 자신이 보유한 기술들을 잘 표현하기 위해 스킬을 배우고, 미래에 필요한 기술을 함께 구상하면서 구체적으로 방향을 설정할 수 있게 됐습니다.

▲ HR 부서에서 기획한 인재 양성 프로그램에 대해 설명하는 김형수 부사장

Q. 새로운 반도체 인재를 확보하고 양성하는 데 가장 중요한 것은 무엇이라고 생각하십니까?

제가 생각하는 가장 중요한 가치는 ‘지속’입니다. 저 역시 과거에 반도체 관련 장학 지원을 받은 학생이었고 회사가 어떠한 어려움이 있더라도 믿음을 갖고 지속적인 지원을 해주어 제가 지금 이 자리에 있게 되었다고 생각합니다. 인재를 양성하려면 ‘지속’을 기반으로 꾸준히 지원해야 한다고 생각합니다. 잦은 제도의 변화나 예측 가능성을 낮추는 일 없이 꾸준히 신뢰를 형성해야 반도체 인재를 확보할 수 있고, 그들의 성장을 자연스럽게 이끌어낼 수 있다고 생각합니다.

Q. 마지막으로 개인적인 비전이 궁금합니다.

공학인들은 어려운 문제를 해결했을 때 더 많은 성취감을 느낍니다. 경쟁이 치열한 반도체 개발 환경에서 압박과 부담도 느끼지만, 이번에 받은 상 이름에 걸맞게 공학인으로서 젊은 생각을 가지고 어려움을 즐기면서 문제를 해결해 나가려고 합니다. 아울러 더 많은 후배가 훌륭한 공학인이 될 수 있도록 선배로서의 역할도 게을리하지 않겠습니다.

메모리 반도체의 시장 사이클은 크게 2가지로 분류된다. 경기 흐름을 동반한 사이클인지, 아니면 내재적인 수급에 의해서 움직이는 사이클인지로 구분되며, 이는 시장을 분석하고 미래를 예측하기 위한 바로미터로 쓰인다.

메모리 시장은 이 2가지 사이클을 반복하며 많은 부침을 겪어왔지만, 결과적으로는 우상향의 그래프를 그리며 반도체 시장의 변화와 성장을 주도해왔다. 경기 변화와 혁신적인 기술 및 제품이 사이클의 변곡점으로 작용해왔는데, 이 칼럼을 통해 향후 반등의 계기가 될 주요 모멘텀은 무엇이 될지 살펴보고자 한다.

사실 2012년 이후 메모리 시장은 경기 흐름을 동반한 사이클을 경험한 적이 없다. 그나마 2017년에 시작된 금리 인상 여파로 2019년 큰 폭의 가격 하락을 겪었지만, 코로나19 발생으로 급격히 금리가 인하되면서 시장이 빠르게 반등했다. 그러나 현재 우리가 겪고 있는 하락 사이클은 2007~2008년 이후 처음 겪는 경기 동반 사이클이라는 점을 염두에 둬야 한다.

그 동안의 메모리 사이클과는 다른 양상으로 상황이 전개되고 있고, 경기를 동반한 사이클의 특성상 금리, 실업률 등 주요 경제지표의 움직임이 시장에 큰 영향을 미칠 것으로 예상되고 있다. 현재는 경기 사이클의 위치를 지속적으로 점검하는 게 중요한 시기다.

하지만 올해 하반기에는 이후 나타날 반등의 시그널이 조금씩 나타날 것으로 예상된다. 그 시그널을 관찰하면서 메모리 업체는 언제 투자를 재개하고, 시장의 기회가 어디에 있을지 미리 파악하는 것이 중요하다.

반등의 시그널, 서버 시장 변화에 주목해야

시장 반등의 모멘텀으로 주목해야하는 부분은 서버(Server) 시장에서의 변화이며, 장기적으로는 메타버스를 구현하는 VR(Virtual Reality, 가상현실)/XR(eXtended Reality, 확장현실) 시장과 자율주행 시장에 주목할 필요가 있다. 이러한 신규 응용처의 파급력에 따라 다가올 상승 사이클의 기간이나 강도가 결정될 전망이다.

먼저, 서버 시장에서 주요한 이슈는 첫째, AI(인공지능)처럼 데이터 사용량이 큰 응용처의 수요가 지속적으로 성장한다는 점, 둘째, CPU – 메모리 사이의 성능 차이를 줄이려는 니즈가 커지고 있다는 점이다.

먼저, 첫 번째로 현재 데이터센터에서 수요가 늘어나는 부분은 AI처럼 데이터 사용 강도(Data Intensity)가 높은 영역이다. 코로나19 시기에 수많은 중소 AI 업체들이 생겨나 개발에 몰입했던 반면, 올해는 경기 침체로 인해 업계가 불가피한 합병 등을 겪게 될 가능성이 있다. 하지만 이 시기가 지나면 이러한 응용처가 매출로 연결이 되면서 이후 가시적으로 성장하는 업체가 나타날 것으로 예상된다.

이러한 변화로 인해 CPU 외에 GPGPU*와 같은 보조프로세서(Co-processor)를 쓰는 서버의 비중이 높아질 것으로 보이며, 데이터센터 내 서버 DRAM 용량 변화 외에도 SK하이닉스 등이 강점이 있는 HBM(High Bandwidth Memory: 고대역폭 초고속 메모리) 수요가 점차 유의미한 시장 규모를 만들어 내는 데 기여할 것이다.

* GPGPU: General-Purpose computing on GPU. GPU를 마치 CPU처럼 응용 프로그램 연산에 사용하는 기술

두 번째로 데이터센터 내의 DRAM 성능을 높이거나, CPU와의 성능 차이를 줄이려는 노력이 지속될 것이다. 현재 데이터센터의 품질 이슈가 발생하는 주요 원인이 CPU와 DRAM의 성능 차이 때문이라고 보는 시각이 강하다. 다만, 그만큼 앞으로의 혁신은 메모리에서 발생할 가능성이 높고, 시장 기회도 크다고 볼 수 있다.

그러한 맥락에서 올해 공급되는 DDR5 DRAM이 본격적으로 데이터센터에 채용이 되면, 그 비중이 빠르게 높아질 가능성이 있다. 서버에서 DDR5와 같은 고용량, 고사양 메모리 제품에 대한 수요는 규모 면에서 PC 대비 훨씬 클 것으로 예상되며, CPU 보급에 차질이 없다면 이는 올해 연말부터 내년까지 시장을 주도할 주요 이벤트가 될 것으로 전망된다.

▲ DDR5 DRAM의 본격적인 보급이 메모리 시장을 변화시킬 주요 이벤트가 될 것이다.

기본적으로 DDR5로 전환하면, 공급은 제약 요인이 커지고 수요는 확대 요인이 커지게 된다. DDR5는 ECC* 회로를 칩에 내장하는 등 칩사이즈 증가(Die penalty)로 인해 생산에 제약 요인이 커지는 반면, 수요 측면에서는 32GB(기가바이트)/64GB가 주류를 이루는 서버 모듈 시장이 향후 더 큰 용량의 48GB/96GB로 전환될 것이기 때문에 메모리 업계에 매우 긍정적인 변화가 예상된다.

* ECC(Error Correction Code): 자체적으로 오류를 검출해 수정하는 기능

단기 이슈는 아니지만 2025~2026년에 양산 공급 가능성이 있는 CXL* 보급도 주요한 모멘텀이다. 이 역시도 CPU – DRAM, DRAM – Storage 사이의 성능 차이를 줄이고자 도입되는 변화이며, 이는 구매자부터 공급업체까지 함께 생태계가 조성되는 시장이기 때문에 유의미한 수요 증가로 이어질 전망이다.

* CXL(Compute eXpess Link): 고성능 컴퓨팅 시스템에서 활용되는 차세대 인터페이스로 메모리 대역폭과 용량을 획기적으로 늘릴 수 있다.

그리고 앞서 언급한 것과는 독립적인 이슈이긴 하나 중국의 동수서산(東數西算)*도 서버 DRAM 수급을 전환시킬 수 있는 주요한 이벤트 중 하나이다. 올해부터 3년간 8개 지역에 10곳의 데이터센터를 건설할 계획으로, 약 1,000억 달러의 투자가 발생할 예정이다.

* 동수서산(東數西算): 동부 지역의 데이터 수요를 지원하기 위해 서부 지역에 대규모 데이터센터 클러스터를 건설하는 프로젝트

▲ 중국의 동수서산(東數西算) 지도

장기적인 성장 동력, 메타버스 그리고 자율주행

통상 큰 위기를 겪고 나서 혁신이 나타날 때, 그 혁신을 일으킨 제품이 시장의 유동성을 흡수하는 경향이 있다. 과거 금융위기 이후에는 아이팟(iPod)이 등장하면서 NAND 시장이 큰 규모로 성장했다. 이후 아이폰(iPhone), 갤럭시 등 스마트폰의 등장이 시장의 유동성을 흡수하면서 IT 시장에 커다란 변화를 일으켰다. PC에 국한됐던 DRAM 시장이 이 때 비약적인 성장을 이루며 사상 처음으로 300억 달러 규모를 넘어섰다.

메타버스(XR/AR)와 자율주행이 향후 이와 같은 변화를 일으킬 잠재적인 후보로 예상된다. 이러한 신규 응용처가 성장하면 데이터 사용량이 자연스럽게 증가하고, 데이터센터 수요와 선순환 구조를 이룰 수 있게 될 것이다.

먼저, 메타버스의 경우 PC 수요를 대체할 가능성이 높다. 특히 알파(Alpha) 세대*에게 익숙한 개념이기 때문에 향후 잠재 성장률이 높다고 볼 수 있으며, 수요를 자극할 만한 킬러 애플리케이션(Killer application)이나 기기가 나온다면 스마트폰이 그랬던 것처럼 빠르게 성장할 수 있다. 또한 개인이 사용하는 기기이기 때문에 PC 대비 보급되는 대수는 더 늘어날 것이며, 메모리 탑재량은 PC와 비슷한 수준이거나 향후에는 더 커질 수 있어 수요에 긍정적일 전망이다.

* 알파(Alpha) 세대: Z세대의 다음 세대로, 2010년 초반부터 2020년 중반에 태어난 세대

자율주행의 경우 현재 센서(Sensor)나 아날로그(Analog) 반도체 중심으로 커지고 있는 차량용 반도체 시장이 AP(Application Processor)나 메모리 중심의 시장으로 전환되는 계기를 맞을 것이다. 실제 구현이 된다면 최소 엣지 서버* 이상의 메모리 채용이 발생할 전망이다. 특히, 기존의 IT 기기들은 제품 가격에 따라 메모리 용량이 달라지는 경향이 있는데, 자율주행의 경우 차량 가격에 관계없이 별도의 서비스나 옵션에 따라 고사양 메모리 제품이 전 차종에 채용될 가능성이 있다.

* 엣지 서버(Edge Server): 중앙 서버가 모든 데이터를 처리하는 방식과 달리, 데이터 발생 지역 주변(Edge)에 있어 효율적으로 데이터를 처리하는 서버

이러한 시장이 얼마나 빠르게 도래할 것인지, 향후 5년 이내인지 아니면 10년 이내인지에 따라서 메모리 시장의 양상도 크게 달라질 것이다.

정리하자면 1년 이내 단기 시장에서는 여전히 경기 사이클에 의한 외생 변수의 영향이 클 것으로 예상되지만, 이 구간이 지나면 시장의 기회 요인은 점차 커질 것이며 시장의 반등 가능성 역시 높아질 것으로 보인다.

그리고 반등 시기의 수요를 이끄는 주역은 서버 DRAM이 될 것이다. 이것이 한 해 동안의 수혜로 끝나는 것이 아니라 2~3년간 지속될 모멘텀이기 때문에 상승 사이클의 기간 역시 길어질 수 있다. 그러므로 데이터센터 내의 변화에 맞춰 제품을 준비하고, 신규 응용처의 성장과 이를 주도하는 고객 및 제품을 선점하는 것이 중요하다.

SK하이닉스는 클라우드 시장이 본격적으로 성장할 때 우선 순위를 서버 DRAM으로 두면서 2017년 이후 시장에서 경쟁우위를 보여줬다. 그리고 올해 얼마만큼 준비가 잘 되었느냐에 따라 이후 시장의 상승기에 회사는 더 많은 결실을 거둘 수 있을 것이다.

※ 본 칼럼은 외부 전문가 칼럼으로, SK하이닉스의 공식 입장과는 다를 수 있습니다.

· 최근 출시된 인텔 CPU ‘사파이어래피즈’에 호환되는 10나노급 4세대 DDR5 인증

· “DDR5로 서버용 메모리 주력제품 세대 교체, 다운턴 조기 극복”

· 10나노급 2세대도 함께 인증, 다양한 제품군으로 고객관계 강화

SK하이닉스는 자사가 개발한 10나노급 4세대(1a) DDR5 서버용 D램을 인텔(Intel)이 최근 출시한 신형 CPU에 적용할 수 있다는 인증을 받았다고 12일 밝혔다.

1a DDR5는 최첨단 EUV 노광공정이 적용된 메모리로, 10나노급 4세대 D램이 인텔의 인증 받은 건 SK하이닉스가 세계 최초다. 서버용 D램은 중앙처리장치(CPU)와 결합돼 데이터센터에 들어가는 메모리로, 그동안 이 시장의 주력제품은 DDR4였다.

인텔은 지난 10일 처음으로 DDR5를 지원하는 신형 CPU인 ‘사파이어래피즈(Sapphire Rapids)*’를 선보였다. 시장에서는 사파이어래피즈 출시와 함께 서버용 D램 주력 제품이 기존 DDR4에서 DDR5로 빠르게 세대 교체될 것으로 내다보고 있다.

* 공식 명칭은 4세대 인텔 제온 스케일러블 프로세서(4th Gen Intel® Xeon® Scalable processors)

SK하이닉스는 “당사가 업계 최고 경쟁력을 확보한 DDR5로 인텔로부터 최신 프로세서(Processor) 호환 인증을 받은 건 기념비적인 일로 보고 있다”며 “앞으로 시장 수요에 맞춰 DDR5를 적극 공급하면서 반도체 다운턴 상황을 조기에 극복할 수 있도록 노력하겠다”고 강조했다.

세계 반도체 업계는 그동안 업황 반등의 열쇠로 인텔의 사파이어래피즈를 지목하고, 이 제품의 출시를 기다려 왔다. 신형 서버용 CPU가 출시되면, 데이터센터 고객은 기존에 사용하던 서버를 교체하게 되고, 통상적으로 이 과정에서 메모리 수요가 늘어나기 때문이다.

업계에서는 DDR5가 고성능을 요구하는 고객의 니즈(Needs)를 충분히 충족시켜 줄 것으로 기대하고 있다. 특히 SK하이닉스의 DDR5는 DDR4 대비 전력 소모량이 최대 20% 절감되고 성능은 70% 이상 향상돼, 서버 고객에게 우수한 전성비*와 탄소배출 절감효과를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

* 전성비: 일정 전력 단위당 처리할 수 있는 초당 데이터 용량을 계산한 상대적 지표

아울러 이번 DDR5 인증 과정에서 SK하이닉스는 10나노급 2세대(1y) DDR5 제품에 대한 인증도 인텔로부터 획득했다. 이로써 회사는 16Gb, 24Gb 등 다양한 DDR5 제품을 고객에게 제공할 수 있게 되어, 서버용 D램 매출이 한층 탄력을 받을 것으로 전망했다.

SK하이닉스 류성수 부사장(DRAM상품기획담당)은 “인텔 사파이어래피즈 출시에 맞춰 다수 고객사에게 DDR5를 공급하기 위해 긴밀한 협업을 진행하고 있다”며 “향후로도 지속 성장세를 탈 것으로 전망되는 서버용 메모리 시장에서 리더십을 공고히 하겠다”고 말했다.

인텔 디미트리오스 지아카스(Dimitrios Ziakas) 메모리I/O기술부문 부사장은 “인텔은 SK하이닉스, 국제반도체표준화기구(JEDEC)와 함께 DDR5가 자사 최신 CPU에 최적화돼 적용될 수 있도록 긴밀히 협업해 왔다”며, “사파이어래피즈는 DDR5와 결합돼 데이터센터 서버의 성능을 획기적으로 높여줄 것”이라고 말했다.

한편, SK하이닉스는 인텔과 협업해 ‘DDR5 백서(White paper)’도 발행했다. 백서에는 사파이어래피즈에서 작동하는 DDR5의 성능과 특장점 등이 세부적으로 담겨 있다. SK하이닉스는 “이 백서는 서버 고객들이 DDR5 채택을 검토할 때 참고하는 자료로 활용될 것”이라고 덧붙였다.

<SK하이닉스 DDR5 D램 개발 성과>

– ’20년 10월 세계 최초 DDR5 출시

– ’21년 12월 세계 최초 24Gb DDR5 샘플 출하

– ’23년 1월 세계 최초 서버용 1anm DDR5 인텔 인증