LPDDR5T – SK hynix Newsroom

[전문가 인사이트] D램과 낸드플래시의 동향과 전망 – D램편 (1/2)

테크인사이츠 최정동 수석 부사장 — Wed, 21 Feb 2024 15:00:00 +0000

AI(인공지능)의 활용이 확대되면서 데이터센터를 비롯해 AI 서버 등에서는 차세대 메모리 제품 수요가 늘어나고 있다. 차세대 메모리 제품은 고용량, 고속 연산, 고성능, 저전력의 특성이 있으며, SK하이닉스를 비롯한 세계적인 메모리 기업들은 역동적이고 혁신적인 차세대 메모리 제품을 개발하며 선의의 경쟁을 펼치고 있다. 특히 SK하이닉스는 D램과 낸드플래시(NAND flash, 이하 낸드) 두 분야에서 최고 수준의 기술 경쟁력을 갖추고 있는데, 이는 지난 2년간 메모리 가격이 내려갔음에도 불구하고 과감한 R&D 투자와 기술개발을 위한 노력이 있었기에 가능한 결과라고 생각한다. 이번 기고문에서는 2편에 걸쳐 D램과 낸드의 기술 동향을 살펴보고 도전적인 과제와 전망도 함께 이야기할 예정이다.

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

[2023 뉴스룸 결산] SK하이닉스의 빛나는 순간들

SK하이닉스 — Thu, 28 Dec 2023 15:00:00 +0000

2023년, 계묘년(癸卯年)도 어느덧 마지막 날을 앞두고 있다. 2023년은 SK하이닉스에 어떤 한 해였을까? SK하이닉스의 2023년을 살펴보기 위해 뉴스룸은 연말 결산을 준비했다. 더 나은 세상을 만들기 위해 SK하이닉스는 어떤 노력을 기울였는지 살펴봤다.

1. 최초, 최고의 기술력 선보인 ‘SK하이닉스’

2023년, 전 세계에서 가장 큰 이슈가 된 ICT 키워드는 단연 ‘AI(인공지능)’이다. 2022년 등장한 챗GPT를 중심으로 생성형 AI에 대한 관심은 폭발적으로 늘어났으며, 관련 서비스 역시 우후죽순 등장하기 시작했다. 생성형 AI의 특성상 방대한 데이터를 더 빠르게 처리해야 하는 만큼 고성능 반도체에 대한 관심도 상승했다. SK하이닉스는 2023년 놀라운 기술력을 선보이며 이러한 관심에 부응했다. AI 시대를 이끌어가는 글로벌 반도체 기업 SK하이닉스의 주요 성과를 되돌아봤다.

12단 HBM3 그리고 HBM3E 개발
SK하이닉스는 HBM*분야의 강자다. 높은 시장점유율과 압도적인 기술력으로 최초, 최고의 기록을 만들어가는 중이다. 2023년 4월에는 세계 최초로 D램 칩이 12단으로 수직 적층된 HBM3 개발에 성공하며, 기존 최대 용량이었던 16GB(기가바이트)를 뛰어넘는 24GB 제품을 개발해 냈다[관련기사]. SK하이닉스의 기술 혁신은 여기서 끝나지 않았다. 같은 해 8월, 다음 세대 제품인 HBM3E를 개발해 내며, 기술 리더십을 증명했다. HBM3E는 초당 최대 1.15TB(테라바이트) 이상의 데이터를 처리할 수 있는 동작 속도를 자랑하는 한편, 발열 제어와 고객 사용 편의성 측면에서 세계 최고 수준을 충족하기도 했다[관련기사].

* HBM(High Bandwidth Memory): 여러 개의 D램을 수직으로 연결해 기존 D램보다 데이터 처리 속도를 혁신적으로 끌어올린 고부가가치, 고성능 제품. HBM은 1세대(HBM)-2세대(HBM2)-3세대(HBM2E)-4세대(HBM3)-5세대(HBM3E) 순으로 개발됨. HBM3E는 HBM3의 확장(Extended) 버전

모바일용 D램의 혁신 ‘LPPDR5T’
2023년, SK하이닉스는 스마트폰 등 모바일 디바이스에 적용되는 LPDDR*의 기술혁신도 이뤄냈다[관련기사]. 2023년 1월 공개된 SK하이닉스의 LPDDR5T는 국제반도체표준화기구(JEDEC)가 정한 최저 전압 기준인 1.01~1.12V(볼트)에서 정상 작동하면서도 업계 최고 속도인 9.6Gbps(초당 9.6기가비트)를 기록하며, 압도적인 성능을 보여줬다. LPPDR5T는 최근 주목받는 온디바이스 AI*를 위한 최적의 제품으로 큰 기대를 받고 있다.

* LPDDR(Low Power Double Data Rate): 스마트폰과 태블릿 등 모바일용 제품에 들어가는 D램 규격으로, 전력 소모량의 최소화를 목적으로 하고 있어 저전압 동작 특성이 있음. 규격명에 LP(Low Power)가 붙으며, 최신 규격은 LPDDR 7세대(5X)로 1-2-3-4-4X-5-5X 순으로 개발됨. LPDDR5T는 SK하이닉스가 최초 개발한 버전으로, 8세대 LPDDR6가 업계에 공식 출시되기 전 7세대인 LPDDR5X의 성능을 업그레이드한 제품
* 온디바이스 AI(On-Device AI): 외부 서버나 클라우드에 연결돼 데이터와 연산을 지원받았던 기존의 클라우드 기반 AI에서 벗어나, 디바이스 자체에 탑재된 AI 기술을 말함. 이는 통신 상태의 제약을 받지 않으며, 보안성이 높고 정보 처리 속도가 빠르다는 점에서 차세대 기술로 주목받고 있음

세계 최초 300단 돌파, ‘321단 낸드’ 개발
2023년 8월, 미국 산타클라라에서 개막된 ‘플래시 메모리 서밋(Flash Memory Summit, FMS) 2023’에서는 SK하이닉스의 321단 4D 낸드플래시 개발 소식이 처음 발표되며, 샘플이 공개됐다. 300단 이상의 개발 성과는 SK하이닉스가 업계 최초이며, 회사는 오는 2025년 양산을 목표로 제품의 완성도를 높이기 위한 개발을 이어간다는 계획을 밝혔다. 생성형 AI 시장이 더욱 성장할 것으로 예상되는 가운데, 폭발적으로 늘어나는 데이터를 더 빠르게 처리하고 더 많이 저장하기 위한 고성능, 고용량 메모리의 수요가 늘어날 것이고, SK하이닉스의 321단 낸드는 그 수요를 맞출 수 있는 최적의 낸드플래시가 될 것이라는 전망이다[관련기사].

AI의 AI에 의한 AI를 위한 ‘AiMX’
2023년 9월, 미국 산타클라라에서 열린 ‘AI Hardware & Edge AI Summit(AI 서밋) 2023’에서 SK하이닉스의 AI 가속기*용 카드 시제품인 AiMX*가 공개됐다[관련기사]. 이 제품은 일반적인 GPU 시스템과 비교해 동작 속도는 10배 이상 빠르지만, 전력 소모는 80% 이상 감소된 성능을 나타내 많은 주목을 받았다. SK하이닉스는 AiMX 공개와 함께, AI 시대를 이끌어갈 메모리 기술을 계속 개발할 것이라는 포부를 밝혔다.

* AI 가속기: AI의 학습 및 추론에 관여하는 하드웨어를 통칭
* AiMX(AiM based Accelerator): SK하이닉스의 차세대 지능형 메모리 ‘GDDR6-AiM(Accelerator-in-Memory)’ 칩이 탑재된 AI 가속기용 카드 시제품. GDDR6-AiM은 데이터 저장 외에도 프로세서처럼 연산까지 가능한 메모리로, 기존 D램 제품 대비 동작속도가 최대 16배 이상 빠름

2. 행복하게 성장하는 SK하이닉스

SK하이닉스는 구성원 행복을 위한 기업문화 업그레이드의 일환으로 2023년에도 다양한 활동을 이어왔다. 조금 더 웃고, 충분히 쉬고, 행복감을 느끼며 구성원이 성장하는 환경을 마련한 SK하이닉스의 2023년 소식들을 살펴봤다.

세계 어디서나 일할 수 있는 SK하이닉스
SK하이닉스는 구성원들이 세계 여러 나라에서의 근무 경험을 제공하는 글로벌 역량 강화 프로그램(GXP, Global eXperience Program)을 실시했다. 자사의 해외 법인과 글로벌 파트너사 등 세계 각지(미국, 유럽, 중국, 일본 등)에서 5주간의 근무 경험을 통해 구성원의 글로벌 역량을 강화하는 한편, 시공간 제약이 없는 업무환경을 위한 ‘글로벌 거점 오피스(Global Work from Anywhere)’ 구축을 위한 목적으로 시행돼 구성원들의 큰 호응을 얻었다[관련기사].

SK하이닉스의 새로운 행동양식 ‘NEW CoC’
2023년 3월, SK하이닉스는 새로운 행동양식 ‘NEW CoC(Code of Conduct)’를 공개했다. ‘NEW CoC’는 의견수렴 과정에서부터 강령 수립까지 구성원이 모든 과정에 직접 참여한 것이 특징이다. ‘초기술로 세상을 더 행복하게’를 핵심 가치로 삼고 더 나은 수준의 일하는 방식을 공유해 개인과 회사가 함께 발전하자는 의지가 담겨있다[관련기사].

제1호 마스터의 등장
SK하이닉스는 생산 현장의 구성원들에게 유능감을 제고하고 우수한 인재에게 명예와 대우를 최대한 보장하기 위해 ‘마스터’ 제도를 도입했다. SK하이닉스의 ‘마스터’는 사내에서 최고의 스승이 되어 제조 현장의 지식을 후배들에게 전수하고 문제의 솔루션을 제시하는 고문(Advisor) 역할이며, 정년이 없다는 특징이 있다. SK하이닉스의 1호 마스터로 선정된 마경수 마스터는 30년 근속을 자랑한다. 그는 뉴스룸과의 인터뷰에서 “30년간 계속해서 실력 발휘를 할 수 있게 해준 회사에 감사하고, 사내 최고의 현장 전문가로 인정받게 된 저 자신도 칭찬해 주고 싶다”며 소감을 밝혔다[관련기사].

음악으로 힐링해요, ‘비긴어게인’
2023년 10월, 지친 구성원들의 일상을 음악으로 치유하는 ‘2023 캠퍼스 비긴어게인(이하 비긴어게인)’ 뜨거운 관심을 받았다. 이천, 청주, 분당캠퍼스에서 각각 진행된 비긴어게인은 구성원의 아이디어 공모로 기획되고, 구성원과 가족이 직접 참여하는 등 기존에 버스킹 방식에서 벗어나 모두가 즐기고 힐링할 수 있는 축제가 됐다. 초대 가수로 무대에 오른 헤이즈와 경서예지, KCM, 스탠딩에그 등도 구성원들과 함께 호흡했다[관련기사].

가족과 더 행복한 SK하이닉스
2023년 4월부터 진행한 행사는 구성원의 가족이나 지인을 회사로 초대하는 프로그램이다. ▲캠퍼스 및 팹(FAB) 투어 ▲체육/문화 시설 체험 ▲점심 및 편의식 체험 등 SK하이닉스 구성원의 일터와 복지 시설 등을 직접 눈으로 보고 경험해 볼 수 있는 소중한 기회가 됐다[관련기사].

이와 함께 구성원들의 더 특별한 휴가를 위해 <자녀 영어캠프>와 하계 휴양소를 지원하는 가 진행됐다. 가족과의 행복한 휴가를 회사에서 지원했던 만큼 프로그램에 참여한 구성원들은 높은 만족감을 드러냈다[관련기사].

3. 지속가능한 세상을 꿈꾸다

기후변화에 대응하기 위한 넷제로 추진, 지역사회 취약계층 및 중소 협력사와의 상생 등 더 나은 세상을 만들기 위해 SK하이닉스는 2023년에도 다양한 ESG 추구 활동을 펼쳤다.

행복나눔기금 누적액, 300억 원 돌파
2023년 5월, SK하이닉스 구성원들의 자발적 기부금과 회사에서 동일한 금액을 더하는 ‘매칭 그랜트(Matching Grant)’ 방식의 ‘행복나눔기금’ 누적액이 300억 원을 돌파했다. 1만여 명의 SK하이닉스 구성원이 자발적으로 참여해 모인 행복나눔기금은 이천, 청주 지역사회를 비롯해 다양한 취약계층을 돕고 ICT 사회안전망 구축 및 미래 인재 양성 등에 사용된다. 대표적으로 치매 노인, 발달장애인 실종 방지를 위한 ‘행복GPS’ 지원사업, 지역사회 교육격차를 해소하고 ICT 인재로의 성장을 돕는 ‘하인슈타인’ 등이 있다[관련기사].

사내 탄소관리위원회 통해 ‘넷제로’ 가까워지다
기후변화 문제로 인해 기업들의 탄소 저감은 선택이 아닌 필수가 됐다. 기업의 명운이 ‘환경’에 달렸다 해도 과언이 아닌 만큼, SK하이닉스는 사내 탄소관리위원회(탄관위)를 설치하고 자체적으로 ‘넷제로*’ 달성을 위한 노력을 이어오고 있다. 2023년 5월, 뉴스룸은 SK하이닉스 탄관위 위원장인 김영식 제조/기술담당 부사장을 만나 탄관위의 운영 성과에 대한 이야기를 들었다. SK하이닉스는 탄관위 출범 이후 ▲협력사와 저전력 장비 개발 ▲공정가스 저감 ▲AI/DT(Digital Transformation) 기반 에너지 절감 등 다방면에 걸쳐 탄소 저감 활동을 펼치고 있으며, 2050년까지 넷제로를 달성하겠다고 밝혔다[관련기사].

* 넷제로(Net Zero): 이산화탄소를 포함한 모든 온실가스의 순 배출량을 제로(0)로 만든다는 개념

생물다양성 프로젝트 ECOSEE 현장 대공개
2023년 4월, SK하이닉스의 용인 반도체 클러스터 생물다양성 프로젝트의 일환으로 진행된 용인 안성천 ECOSEE 프로그램 현장이 공개됐다. 생물다양성은 지구에 있는 모든 유전자, 생물종, 생태계의 총체를 지칭하며 더 자세히는 ‘지구상에 있는 모든 생명의 풍요로움을 뜻하는 말로, 생태계의 안전망 구축과 지속가능성 유지에 중요한 역할을 한다. 용인 반도체 클러스터 조성에 따라 주변 환경의 변화를 모니터링하고 생물다양성의 중요성을 강조하고자 진행된 이 프로그램에서는 SK하이닉스 구성원 가족 등 시민 과학자들이 직접 안성천의 생물 탐사를 나서는 등 다양한 활동이 펼쳐졌다. 이들은 각각 ▲물속 생물 ▲식물 ▲새 등 안성천 주변 환경의 생물다양성을 탐구했다[관련기사].

협력사와 함께 사회적가치(SV) 실현해요
SK하이닉스는 2023년 6월, SK그룹 관계사 최초로 협력사가 만들어 내는 사회적가치(Social Value, SV)를 측정하고 공개했다. 협력사들이 창출한 SV는 1조 4,698억 원 규모였으며 ▲고용, 납세, 배당 등 경제 간접 분야 ▲온실가스, 폐기물, 수자원 등 환경 분야 ▲노동 및 인권, 공정거래, 사회공헌 등 사회 분야 등으로 구분됐다. 또 SK하이닉스는 SV의 활용법이나, 창출 방법 등을 컨설팅하는 ‘협력사 SV 측정 컨설팅’을 진행했다. 이를 통해 협력사를 포함한 국내 반도체 생태계가 더 나은 세상을 위한 SV 창출에 본격적으로 동참하게 됐다고 회사는 설명했다[관련기사].

더 따뜻한 세상을 위해 정기 봉사활동 나선 SK하이닉스
SK하이닉스 구성원들은 올초 앤데믹 전환으로 인한 대면 봉사가 본격화되면서 2023년 7월부터 발달장애인의 자립을 위한 스마트팜인 ‘푸르메소셜팜’에서 정기 봉사활동을 시작했다. 또 발달장애인으로 구성된 제과기업인 ‘행복만빵’에서 단기 봉사활동을 나서기도 했다. 뉴스룸은 봉사활동 현장을 직접 찾아가 휴가조차 뒤로하고 구슬땀을 흘린 구성원들의 모습을 기록했다[관련기사].

지금까지 2023년, SK하이닉스의 빛나는 순간들을 되돌아봤다. 기술 혁신뿐 아니라, 구성원들이 성장하고 행복해지는 기업문화, 모든 이해관계자가 공감하고 신뢰할 수 있는 ESG 추구 노력을 엿볼 수 있었다. 다가오는 2024년 갑진년(甲辰年)에도 더 나은 세상을 만들기 위한 SK하이닉스의 노력은 계속될 것이다.

SK하이닉스 세계 최고속 모바일용 D램 LPDDR5T, 미디어텍과 성능 검증 완료

SK하이닉스 — Wed, 09 Aug 2023 15:00:00 +0000

· 미디어텍 차세대 모바일 AP 제품에 9.6Gbps 동작 속도 검증
· “세계 최고속 모바일용 D램 공급 통해 기술 리더십 공고히 할 것”

SK하이닉스는 자사가 개발한 모바일용 D램 LPDDR5T를 대만 반도체 기업 미디어텍(MediaTek)이 곧 출시할 차세대 모바일 AP*에 적용하기 위한 성능 검증을 마쳤다고 10일 밝혔다.

LPDDR5T는 지난 1월 회사가 개발한 현존 최고속 모바일용 D램으로, 동작 속도는 최고 초당 9.6Gb(기가비트)다. 회사는 제품 성능 검증을 위해 지난 2월 세계적인 모바일 AP 기업인 미디어텍에 샘플을 제공했다.

* 모바일 AP(Application Processor): PC의 메인보드 칩셋 기능을 하나의 칩에 구현한 것으로, 모바일 기기 내 OS, CPU, 그래픽카드, 메모리 등 여러 장치의 칩과 기능을 모두 포함함. 모바일 SoC(System on Chip)라고도 함

현재 미디어텍이 출시하는 모바일 AP는 ‘디멘시티 플랫폼(Dimensity Platform)’ 시리즈로, 이번 성능 검증은 플래그십(최상위 모델) 디멘시티 플랫폼이 적용된 모델에서 진행됐다.

미디어텍에 따르면 연내 출시될 차세대 모바일 AP는 모바일 기기 중 가장 빠른 동작 속도인 9.6Gbps 메모리가 적용되는 첫 제품이 된다.

앞서 반도체 업계는 9.6Gbps 동작 속도는 2026년 이후 출시 예정인 LPDDR6에서 구현 가능하다고 내다봤다. 하지만 SK하이닉스는 LPDDR5의 확장 버전인 LPDDR5T가 연내 양산이 시작되면 그 시기를 대폭 앞당기게 된다.

한편, LPDDR5T는 국제반도체표준협의기구(JEDEC, Joint Electron Device Engineering Council)에서 표준화 등재 작업이 진행되고 있으며, 마무리 단계에 있다.

회사는 제품이 표준화되고, 시장 공급이 본격화되면 내년부터 모바일용 D램의 세대교체가 가속화될 것으로 전망하고 있다.

미디어텍 JC 수(JC Hsu) 무선통신사업부 부사장은 “SK하이닉스와의 긴밀한 협업을 통해 미디어텍의 차세대 주력 제품이 한층 높은 수준의 성능을 발휘할 수 있게 됐다”며 “앞으로 고객들은 업그레이드된 미디어텍 제품을 통해 획기적으로 성능이 개선된 디바이스를 경험할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

SK하이닉스 류성수 부사장(DRAM상품기획담당)은 “LPDDR5T의 시장 진출 과정에서 미디어텍과의 파트너십이 큰 역할을 했다”며 “이번 성능 검증을 시작으로 제품 공급 범위를 넓혀 모바일용 D램 시장의 주도권을 더욱 견고히 할 것”이라고 말했다.

SK하이닉스, SK그룹 ‘SUPEX추구상’ 2개 부문 수상, “어려움을 헤쳐 나가는 도전정신”

SK하이닉스 — Tue, 30 May 2023 15:00:00 +0000

▲ ‘SUPEX추구상’ 시상식에서 이노베이션상과 시너지상을 수상한 SK하이닉스 임직원들이 SK그룹 최태원 회장과 기념촬영을 하고 있다.

“인간의 능력으로 도달할 수 있는 최고 수준(Super Excellent Level)인 ‘SUPEX’를 이루기 위해 끊임없이 도전해 혁신을 만들고 있습니다.”

SK그룹은 30일 서울 서린동 본사에서 그룹 내 여러 멤버사 구성원들이 참석한 가운데 ‘SUPEX추구상’ 시상식을 열었다. 이날 시상식에는 이노베이션(Innovation)상과 시너지(Synergy)상을 받은 SK하이닉스 임직원들이 참석해 수상의 영예를 안았다.

SUPEX추구상은 SK그룹 내 가장 권위 있는 상으로 새로운 도전을 두려워하지 않고, 혁신을 이뤄낸 멤버사 구성원들에게 수여된다.

먼저, 이노베이션상은 기술혁신을 통해 그룹 내 귀감이 되는 도전과 성과를 이뤄낸 사례에 주어지는 상으로, LPDDR5(Low Power Double Date Rate 5) 개발을 성공적으로 이끈 DRAM개발 이상권 부사장, 권언오 부사장(펠로우), 홍윤석 팀장, 조성권 팀장, 미래기술연구원 손윤익 팀장이 수상했다.

SK하이닉스는 2022년 11월 세계 최초로 모바일용 D램인 LPDDR에 HKMG(High-K Metal Gate)* 공정을 도입해 성공적으로 LPDDR5X*를 개발한 데[관련기사] 이어, 올해 1월 LPDDR5X보다 동작 속도가 13% 빨라진 LPDDR5T 개발에 성공했다.[관련기사] 과감한 도전으로 혁신을 이뤄낸 성과를 인정받은 것이다.

* HKMG 공정 : 유전율(K)이 높은 물질을 D램 트랜지스터 내부의 절연막에 사용해 누설 전류를 막고 정전용량(Capacitance)을 개선한 차세대 공정. 속도를 빠르게 하면서도 소모 전력을 줄일 수 있음. SK하이닉스는 2022년 11월 HKMG 공정을 모바일 D램에는 세계 최초로 도입했다.

* LPDDR5X는 이전 세대(LPDDR5) 대비 33% 향상된 동작 속도인 8.5Gbps 이면서도, 국제반도체표준협의기구(JEDEC, Joint Electron Device Engineering Council)가 정한 초저전압 범위인 1.01~1.12V에서 작동하면서 이전 세대 대비 소비전력을 25% 줄이는 데 성공했다.

또, 원팀(One Team)으로 함께 문제를 해결해 나가는 협업을 바탕으로 성과를 이룬 사례에 주어지는 시너지상은 SK하이닉스와 SK머티리얼즈 퍼포먼스 임직원들이 공동으로 받았다. SK하이닉스에서는 반도체 공정의 핵심 소재인 EUV PR*의 국산화에 기여한 공적을 인정받은 EUV소재기술 김재현 부사장(펠로우), FAB원자재구매 윤홍성 부사장, 미래기술연구원 길덕신 부사장(펠로우), 손민석 팀장이 수상했다.

* EUV PR(Extreme Ultraviolet Photo Resist) : 극자외선 공정으로도 불리는 EUV 공정은 반도체를 만드는 데 있어 중요한 과정인 포토(노광) 공정에서 극자외선 파장의 광원을 사용하는 리소그래피(Lithography) 기술 또는 이를 활용한 제조공정을 말한다. EUV 공정에 사용되는 PR(Photo Resist)은 반도체 칩의 성능과 수율에 영향을 끼치는 핵심 소재

SK하이닉스는 그룹 멤버사인 SK머티리얼즈 퍼포먼스와 긴밀하게 협업해 EUV PR의 국산화를 이끌며 소재 수급 정상화를 이루고, 91%에 달하던 수입 의존도를 낮춘 공로를 인정받았다.

뉴스룸은 SUPEX추구상을 수상한 SK하이닉스 임직원들을 직접 만나 SUPEX를 이루기 위한 그들의 노력과 비하인드 스토리, 그리고 수상소감을 들어봤다.

새로움을 두려워 않는 도전 정신에서 혁신은 시작된다” – 이노베이션상

▲ SUPEX추구상 이노베이션상을 수상한 조성권 팀장, 홍윤석 팀장, 이상권 부사장, 손윤익 팀장, 권언오 부사장(펠로우)(좌측부터)이 인터뷰를 진행하고 있다.

“최근 SK하이닉스는 LPDDR뿐만 아니라 혁신을 이룬 다양한 제품들을 개발했습니다. 저희 LPDDR이 수상한 이노베이션상은 SK하이닉스가 이뤄낸 모든 혁신을 대표해서 받는 상이라고 생각합니다. 앞으로도 실패를 두려워하지 않는 도전 정신으로 끊임없는 혁신을 이뤄내겠습니다.”

▲ SK하이닉스의 모든 혁신들을 대표해 이노베이션상을 수상하는 것이라고 말하는 이상권 부사장(오른쪽)과 경청하고 있는 홍윤석 팀장

이상권 부사장은 이노베이션상 수상의 영광을 SK하이닉스 전 구성원에게 돌렸다. 그러면서도 자신들이 이룬 성과에 대해 자랑스러워하며 소감을 전했다.

“LPDDR5X와 LPDDR5T 등을 통해 이뤄낸 압도적인 혁신은 VWBE*와 적극적인 협업, 그리고 새로운 것을 두려워하지 않는 도전 정신 덕분에 가능했습니다. 당연히 구성원들의 뼈를 깎는 노력도 중요했습니다. 하지만 그중에서도 가장 중요한 것은 ‘더 이상 개선이 불가능할 정도로 압도적인 제품을 개발하겠다’는 구성원들의 SUPEX 정신이었다고 생각합니다.”

* VWBE : SK그룹 경영철학 중 하나로, 자발적(Voluntarily)이고 의욕적(Willingly)인 두뇌 활용(Brain Engagement)을 의미

▲ 권언오 부사장(펠로우)이 LPDDR5X와 LPDDR5T 개발 성공이 갖는 의미에 대해 설명하고 있다.

지난 개발 과정을 돌아보면, 시작부터 난관의 연속이었다. 기존의 방법으로는 획기적인 성능 향상이 어려웠기 때문이다. 권언오 부사장(펠로우)은 개발 초기 당시를 다음과 같이 회상했다.

“시장에서는 더 뛰어난 성능의 모바일용 D램에 대한 수요가 있었는데요. 더 작은 크기와 더 낮은 소비전력이 핵심인 LPDDR의 성능을 끌어올리기에는 어려움이 있었습니다. 기존 반도체 소자를 통한 미세화가 한계에 다다르고 있었기 때문입니다. 이러한 한계를 뛰어넘기 위해서 지금까지 시도하지 않았던 새로운 방법이 필요했고, HKMG 공정이 그 답이 될 수 있다고 생각했습니다. 어떻게 보면 큰 도전일 수 있었던 결정을 한 것입니다.”

▲ 구성원들이 보여준 SUPEX 정신 덕분에 SUPEX추구상을 수상할 수 있었다고 말하는 손윤익 팀장

손윤익 팀장은 다음과 같이 덧붙였다. “LPDDR에 HKMG 공정을 접목하는 것은 새로운 기술을 개발한다는 것보다는 패러다임을 바꾼다는 의미였기 때문에, 정말 큰 도전이었습니다. D램의 경우, 기술 개발이나 장비 투자 등에서 비용 증가에 대한 부담이 있었고, HKMG를 우리 제품에 최적화하기 위해서는 더 큰 노력이 필요했습니다. 물론, 구성원들의 자발적인 협업과 최고의 능력을 발휘하고자 하는 SUPEX 정신 덕분에 지금의 성과를 낼 수 있었다고 생각합니다.”

▲ 기술 혁신을 위한 구성원들의 자발적인 TFT 구성이 지금의 성과를 이루는 데 큰 도움이 됐다고 말하는 홍윤석 팀장

LPDDR 설계를 담당하는 홍윤석 팀장은 많은 어려움이 있었음에도 구성원들이 자발적으로 나서서 개발을 이끌었다는 점이 혁신의 원동력이었다고 설명했다. “새로운 시도에는 당연히 리스크가 따르게 마련인데요. 이를 최소화하기 위해 구성원들은 본격적인 개발을 시작하기 수개월 전부터 자발적으로 TFT(Task Force Team)를 구성했습니다. 누가 특별히 시킨 일이 아니었지만, 더욱 뛰어난 제품을 개발하고자 하는 도전 정신으로 철저히 준비했던 것입니다.”

조성권 팀장은 구성원들에게 감사의 인사를 건넸다. “우리가 지금의 성과를 이루기 위해 그동안 쌓아왔던 데이터나 발자취를 살펴보면 정말 많은 분이 함께 고민했다는 것을 알 수 있습니다. SUPEX추구상을 수상한 우리뿐 아니라, SK하이닉스의 전사 구성원들, 그리고 지금의 기술이 가능하게끔 길을 열어주신 수많은 선배님이 있었기에 현재의 성과도 존재한다고 생각합니다. SK하이닉스의 모든 분들에게 이 자리를 빌려 감사 인사를 드리고 싶습니다.”

위기를 기회로 바꾸는 ‘적극적인 협업’ – 시너지상

▲ SUPEX추구상 시너지상을 수상한 윤홍성 부사장, 김재현 부사장(펠로우), 길덕신 부사장(펠로우)(좌측부터)

“우리만 잘한다고 받을 수 있는 상이 아니기에 더욱 큰 의미가 있다고 생각합니다. 특히, SK하이닉스와 SK머티리얼즈 퍼포먼스의 다양한 구성원들이 각각의 역할을 잘 해냈고, 이것이 모여 큰 성과를 냈다는 점에서 더욱 뜻깊은 상인 것 같습니다.” 김재현 부사장은 SUPEX추구상 시너지상 수상과 관련해 이와 같이 소감을 전했다.

소재 국산화가 필요했던 SK하이닉스와 반도체 소재 사업에 본격적으로 뛰어든 SK머티리얼즈 퍼포먼스는 서로에게 도움을 줄 수 있는 상황이었다. 양사는 협업을 통해 높은 품질의 EUV PR 개발에 성공했으며, 높은 수준으로 제품화했다. 양사의 협업을 통해 반도체 소재 수급에 대한 불안감을 해소했다는 점 등 공을 인정받아 양사는 시너지상을 수상한 것이다.

▲ 길덕신 부사장(펠로우)이 SK하이닉스와 SK머티리얼즈 퍼포먼스의 협업 과정에 대해 설명하고 있다.

길덕신 부사장은 양사 협업 과정에서 나타난 시너지 효과를 강조했다.

“SK머티리얼즈 퍼포먼스는 새롭게 EUV PR 시장에 진출한 후발주자인 만큼 기술 개발에 더욱 많은 노력이 필요했습니다. SK하이닉스와 SK머티리얼즈 퍼포먼스는 적극적인 협업을 통해 다양한 아이디어를 공유했고, 비약적인 기술력 향상을 이뤄냈습니다.”

▲ 반도체 소재 국산화와 내재화의 중요성에 대해 강조하고 있는 윤홍성 부사장

윤홍성 부사장은 앞으로도 멤버사 간의 협업을 통해 더 많은 것을 이룰 수 있을 것이라는 전망을 내놓았다.

“당사는 원자재 및 소재의 국산화와 내재화에 대한 필요성을 절실히 느꼈고, 이러한 절실함 덕분에 지금의 성과를 낼 수 있었던 것 같습니다. 이번 성과는 안정적으로 소재를 공급할 수 있다는 이슈를 넘어, 원가 절감 효과도 기대할 수 있기 때문에 더욱 큰 의미가 있다고 생각합니다. 이제 시작입니다. 앞으로도 해외 의존도가 높았던 품목들을 국산화 및 내재화함으로써 건전한 경쟁 체제를 구축하고, 더욱 경쟁력 있는 제품을 공급받아 생산할 수 있는 체계를 만들도록 적극적인 협업이 필요하다고 생각합니다.”

▲ SUPEX추구상 시너지상의 의미를 잊지 않고 더욱 적극적인 협업을 펼쳐야 한다고 설명하는 김재현 부사장(펠로우)

김재현 부사장은 “서로의 의견을 적극 수용하는 협업을 통해 우리는 위기를 새로운 기회를 만들었다”며 “이번에 수상한 시너지상의 의미를 잊지 않고 적극적으로 협업을 이어가 제품 생산 단계에서의 원가 경쟁력을 제고하는 등 SUPEX를 추구하기 위한 노력을 이어가겠다”고 소감을 전했다.

마지막으로 손민석 팀장은 “반도체 강국에서 소재 강국까지 함께 이루어내는 날을 꿈꾼다”고 말했다.

[Pathfinder, 선행 기술과 동행하다(1편), HKMG 공정 소개편] 초고속, 초저전력 끝판왕 LPDDR5X와 LPDDR5T, 그 속에 숨은 ‘HKMG 공정 기술’을 만나다

SK하이닉스 — Wed, 05 Apr 2023 15:00:00 +0000

새로운 기술과 수많은 공정 혁신으로 만들어지는 첨단 반도체! 그 기술을 이해하는 건 다소 어렵게 느껴지기도 한다. 뉴스룸에서는 SK하이닉스가 개발한 최고/최초 제품을 소개하면서 평소 독자들이 궁금해하는 반도체 기술을 알기 쉽게 설명하고자 한다. 총 3편이 연재될 예정이며 다양한 반도체 기술을 이해하는 데 도움이 되길 기대한다.(필자 주)

“가장 어려웠던 일은 속도를 검증하는 것이었습니다. 모바일용 D램에 HKMG 공정을 도입했는데 이 제품 속도를 측정하는 테스트 장비가 없는 거에요. 세계 최고 속도 9.6Gbps를 개발하는 것이라서… 측정 시스템에서도 속도제한이 걸려 검증이 쉽지 않았습니다. 결국 속도에 영향을 주는 항목들을 하나하나 뽑아내 목표치를 맞추면서 개발하게 되었습니다.”

지난 2022년 11월 SK하이닉스는 8.5Gbps 동작 속도와 함께 세계 최저 구동 전력인 1.01~1.12V를 구현한 모바일용 D램 LPDDR5X(Low Power Double Data Rate 5X)를 출시했다. 이어 올해 1월에는 다시 세계 최고속 9.6Gbps의 LPDDR5T 개발에 성공, 모바일용 D램의 역사를 새롭게 썼다.

스마트폰에 들어가는 모바일용 D램은 크기가 작아야 하고 소비전력이 낮아야 한다. 또 더 많은 기능을 수행하기 위해 속도는 더욱 빨라져야 한다. 하지만 미세화(Scaling)*의 한계에 다다른 현시점에서 기술 난이도는 점점 더 높아지고 있다.

* 미세화(Scaling): 더 나은 디바이스의 성능과 더 큰 전력 효율, 그리고 더 낮은 비용으로 생산하기 위해 반도체 사이즈를 줄이는 기술

그럼에도 불구하고 SK하이닉스가 모바일용 D램 강자 지위를 공고히 할 수 있었던 ‘기술력의 비밀’은 무엇일까? High-K Metal Gate(이하 HKMG) 공정을 세계 최초로 모바일용 D램에 적용했다는 것이다. 바로 그 HKMG 공정의 원리부터 LPDDR5X, LPDDR5T 도입 과정까지, 뉴스룸에서 정리했다.

세계 최고속, 저전력 모바일용 D램을 완성한 ‘HKMG 공정’

사실 HKMG는 10여 년 전부터 상용화되어 왔다. 획기적인 기술임에도 불구하고 1)기술 자체의 높은 난이도 2)기존 소재 대비 공정 비용 증가 3)예측할 수 없는 리스크 4)전자 누출을 제어하기 위한 기술 개발의 어려움 등 다양한 난제들이 있었다. 무엇보다 모바일용 D램 분야에는 한번도 적용된 적 없던 기술이기에, SK하이닉스 역시 긴 고민이 필요했다.

결국 실패 가능성이라는 리스크를 감수하고, SK하이닉스는 모바일용 D램의 패러다임을 바꿀 ‘도전’을 감행했다. 이는 모바일용 D램의 두뇌와 심장을 바꾸는 것과 맞먹는 일이었다.

모바일용 D램 주변부(Peri) 트랜지스터에 HKMG를 적용하는 건 큰 도전이었다. 일반적으로 D램은 데이터 저장이 이뤄지는 셀 트랜지스터와 데이터의 입출력을 담당하는 주변부 트랜지스터로 이뤄지는데, 주변부에 HKMG를 적용하면서 동시에 셀과 주변부 간의 연결 문제를 고려해 셀에는 영향을 최소화해야 했기 때문이다.

셀(Cell) 공정이 미세화 됨에 따라 셀을 구동하는 주변 회로의 면적도 줄어들었다. 이로 인해 전하를 공급하는 트랜지스터의 크기가 줄어들면서 게이트 절연막의 두께가 감소하는데 여기서 문제가 발생된다. 기존 모바일용 D램의 절연막 소재인 실리콘옥사이드(SiON)가 ‘속도’ 측면에서 한계를 드러내고 있는 것. 게다가 절연막의 두께가 감소할수록 누설 전류량이 증가하여 전력 손실이 발생되기 때문에 효율성 측면에서 문제가 드러났다.

솔루션을 찾기 위해 SK하이닉스는 절연막에 기존 절연막보다 5배 정도 유전율*이 높은 High-K 물질을 적용했다. 똑같은 전압을 가하더라도 같은 면적과 두께라면 High-K 물질을 적용한 절연막이 기존 실리콘옥사이드(SiON)보다 5배 더 많은 전하를 모을 수 있게 된다. 즉 유전율이 높은 High-K 물질로 절연막을 만들어 두께와 누설 전류를 줄일 수 있는 것이다.

* 유전율: 게이트 내부에 전자를 저장할 수 있는 정도

그런데 기존 게이트에 적용된 폴리실리콘(poly-Si)과 High-K 물질을 함께 사용하면 게이트의 저항이 높아져 오히려 높은 전압이 필요하고 또한 전자의 속도가 느려지는 문제가 발생했다. 이를 해결하기 위해 게이트 물질을 금속 게이트(Metal Gate)로 교체하였다. 이로써 높은 유전율을 가진 게이트 산화물과 금속 전극을 결합한 HKMG 통합 솔루션을 완성했다.

세계 최초, 모바일용 D램 HKMG 기술 적용을 위한 여정

SK하이닉스는 가장 먼저 개발-연구-제조 부문의 소자 및 공정 전문가로 구성된 TF를 구성, 개발 업무에 착수했다. 동시에 파생(Derivative) 제품* 최초로 공정 개발 초기 단계부터 소자 설계, PE 팀 내 프로젝트 원팀 조직을 구성, 신뢰성과 품질 리스크를 점검하며 함께 이슈를 해결해 나갔다. TF의 가장 큰 목표는 기존 공정을 최대한 유지하여 비용을 최소화하면서 HKMG 기술을 접합한 통합 솔루션을 개발하는 것이었다.

* 파생(Derivative) 제품 : 반도체 기술 선점을 위해 신규 기술이 적용된 제품의 출시를 앞당기고자 첫 번째 개발(코어(Core)) 제품은 기존 검증된 기술로 먼저 개발하고, 이후 이를 기반으로 시장이 요구하는 다양한 종류의 용량과 성능이 포함된 제품을 개발하는데 이때 이 제품을 파생 제품이라고 한다.

단, HKMG의 특성을 이용해 속도를 높이면서 동시에 파워를 줄이는 방안이 필요했다. 하지만 파워를 줄이기 위해 전기 용량을 낮추는 것은 칩 크기의 한계 때문에 불가능했고, 결국 전압을 낮추는 설계 외에는 방법이 없던 상황. 이를 위해 설계 내부 전원을 낮추는 전력 설계(Power Architecture)와 절전모드에서 게이트 레벨을 낮추어 전력 소모를 크게 줄이는 등 혁신적인 설계 기술 아이디어를 적용했고, 마침내 저전력 경쟁력을 확보하게 되었다.

SK하이닉스, 모바일용 D램 LPDDR5X, LPDDR5T로 신화를 새롭게 쓰다. 세계 최고속, 초저전력 동시 구현

이렇게 출시된 LPDDR5X 제품은 누설 전류를 효과적으로 제어해 이전 세대 대비 33% 속도 향상(8.5Gbps)과 함께 21% 전력 감소 효과를 나타내어 환경적 측면에서도 업계의 목표 사양을 충족하면서도 에너지 효율을 높여 탄소 저감에도 기여하였다.

그리고 두 달 뒤 개발된 LPDDR5T는 LPDDR5X와 동일한 초저전압 범위에서 작동하면서 동작 속도는 13% 빠른 9.6Gbps로 현존하는 모바일용 D램 중 최고속 제품이다.

현재 HKMG 공정을 적용한 SK하이닉스의 모바일용 D램은 여러 고객으로부터 세계 최고의 성능이라는 긍정적인 피드백을 받고 있다. 또, 회사는 JEDEC(국제반도체표준협의기구)에 모바일용 D램의 신규 스펙을 제정하는 것을 추진하고 있다.

이제 SK하이닉스의 다음 목표는 HKMG 공정 개발 성공의 경험을 적극적으로 활용해 후속 제품뿐만 아니라 차세대 기술 및 제품에 더 큰 혁신을 가져오는 것이다. LPDDR5X와 LPDDR5T는 시작일 뿐이다.

“기술 한계를 끊임없이 돌파하는 숙명, SK하이닉스가 가장 잘합니다!” 세계 최고속 LPDDR5T 개발에 성공한 주역들을 만나다

SK하이닉스 — Tue, 07 Feb 2023 15:00:00 +0000

SK하이닉스가 세계에서 가장 빠른 동작 속도를 자랑하는 새로운 모바일용 D램을 개발했다. LPDDR5X를 공개한 지 2개월 만인 지난 1월 25일, LPDDR5X 대비 동작속도가 13% 빨라진 LPDDR5T(Low Power Double Data Rate 5 Turbo) 개발에 성공했다.[관련기사]

SK하이닉스는 현존 최고 속도를 자랑하는 LPDDR5T를 통해 모바일용 D램 시장을 선도하겠다는 계획이다. 특히 LPDDR5T는 동작 속도 향상과 동시에 저전력, 저전압 부문에서도 압도적인 효율을 보인다. SK하이닉스가 최초로 HKMG* 공정을 도입해 속도 개선과 함께 전력 소모량도 감소된 초저전력 특성을 동시에 구현해낸 것으로, LPDDR5X를 내놓은 지 불과 두 달 만에 기술 한계를 다시 한번 돌파했다는 데 의미가 있다.

* HKMG 공정: 유전율(K)이 높은 물질을 D램 트랜지스터 내부의 절연막에 사용해 누설 전류를 막고 정전용량(Capacitance)을 개선한 차세대 공정. 속도를 빠르게 하면서도 소모 전력을 줄일 수 있음. SK하이닉스는 지난해 11월 HKMG 공정을 모바일 D램에는 세계 최초로 도입함

뉴스룸은 최초와 최고의 가치를 또 한 번 만들어낸 LPDDR5T 개발 주역(송경근 TL, 김현승 TL, 김기룡 TL, 조선기 TL, 정승현 TL)을 직접 만나봤다. 이제 LPDDR5T 제품과 그 기술력에 대한 자신감으로 시장을 선도하겠다는 포부를 드러낸 그들만의 이야기를 들어보자.

현존 최고 속도 모바일용 D램, ‘LPDDR5T’

SK하이닉스가 새롭게 개발에 성공한 LPDDR5T는 제품명에서 알 수 있듯, 모바일용 D램 규격인 LPDDR5에 터보(Turbo)의 T를 붙인 것으로 동작 속도의 혁신을 이룬 제품이다. 이는 초고속 모바일용 D램을 만들어냈다는 SK하이닉스만의 자신감이 담긴 것이다. 이 제품은 LPDDR5X의 동작 속도인 8.5Gbps(초당 8.5기가비트)보다 13% 빨라진 9.6Gbps(초당 9.6기가비트)의 속도를 자랑한다. 현존하는 모바일용 D램 중 가장 빠르다.

동작 속도는 더 빨라졌고, 국제반도체표준협의기구(JEDEC, Joint Electron Device Engineering Council)가 정한 최저 전압 기준인 1.01~1.12V(볼트)에서 작동하는 초 저전력 특성 역시 구현했다. ESG 중심 경영의 의지를 담아 초고속, 초저전력 구동이 가능한 이유는 HKMG(High-K Metal Gate) 공정 덕분이다. HKMG 공정은 모바일용 D램 중에서는 SK하이닉스가 세계 최초로 적용한 공법으로 유전율(K)이 높은 물질을 D램 트랜지스터 내부 절연막에 사용해 누설 전류를 막고 정전 용량을 개선한 차세대 공정이다.

LPDDR5T를 통해 또 한 번의 기술혁신을 만들어낸 개발 주역들은 “지금의 성과에 만족하지 않고 최고와 최초의 가치를 만들어내기 위해 끊임없는 도전을 이어갈 것”이라는 포부를 전했다.

우리가 하는 혁신에 ‘만족’이란 없다

이미 업계 최고 성능의 LPDDR5X를 공개한 만큼 SK하이닉스의 LPDDR5T 개발 소식에 다소 놀란 반응이 나오기도 했다. 보통 D램의 성능 향상을 위해선 적정한 수준의 기간이 필요하기 때문이다. 2개월 만에 더 빨라진 제품의 개발 소식을 전한다는 것은 상당히 이례적인 일이다. 이와 관련해 LPDDR5X와 LPDDR5T의 개발을 이끌었던 설계품질혁신 김현승 TL은 이렇게 말했다.

“저희는 앞서 개발한 LPDDR5X에서 모바일용 D램에 세계 최초로 HKMG 공정을 도입하면서 성능을 비약적으로 끌어올렸는데요. 이 과정에서 JEDEC에서 정한 LPDDR5X의 기준인 8.5Gbps를 상회하는 동작 속도를 구현해냈습니다. 당시 저희는 더 빨라진 속도의 제품을 개발할 수 있을 것이라는 확신이 생겼고, 더 빠른 제품 개발을 위해 연구를 계속 이어나가 LPDDR5T를 개발하게 된 것입니다.”

▲ LPDDR5T 개발 과정에서 더 빠른 동작 속도의 제품에 안정성을 더하기 위해 다양한 옵션을 변경했던 상황에 대해 이야기하는 김기룡 TL(가운데)

제품의 테스트를 진행했던 Mobile PE1 김기룡 TL은 “LPDDR5X 개발 과정에서 표준 동작 속도인 8.5Gbps보다 더 빠른 속도를 구현해 냈지만, 속도가 빨라지면 안정성이 떨어지는 문제가 있습니다. 저희는 제품의 설계 옵션을 변경해가며 제품에서 발생할 수 있는 문제들을 최소화했습니다. 그렇게 개발한 것이 LPDDR5T입니다”라고 덧붙여 설명했다.LPDDR5X의 개발 과정에서 더욱 빠른 동작 속도를 구현할 수 있다는 자신감과 함께 도전하는 마음을 모아 추가 개발에 착수했다는 설명이다. LPDDR5T는 더 빠른 동작 속도의 제품에 안정성을 더하기 위해 다양하게 옵션을 변경해가며 최적화한 제품인 것이다.

▲ LPDDR5T의 최고 동작 속도(9.6Gbps)의 의미와 그에 대한 자긍심을 표현하고 있는 정승현 TL(가운데)

DRAM상품기획 정승현 TL은 “LPDDR5T에서 구현 가능한 9.6Gbps라는 동작 속도는 다음 세대인 LPDDR6에서나 달성할 수 있는 수준이었는데요. LPDDR5T를 개발하면서 또다시 우리 SK하이닉스가 모바일용 D램 시장을 선도할 수 있게 됐다고 생각합니다”라며 자긍심을 보이기도 했다.LPDDR5T 개발 프로젝트를 총괄했던 DRAM PMO 송경근 TL은 “만약 우리가 LPDDR5X 개발에 만족하고 아무것도 하지 않았다면 LPDDR5T는 이 세상에 존재할 수 없었을 것입니다”라며 “이미 세계 최고의 성능과 전력 효율성을 보유한 제품을 개발했으면서도 더욱 향상된 성능의 제품을 시장에 내놓고자 했던 우리 구성원들의 도전정신이 돋보인 제품이라고 생각합니다”라고 소감을 전했다.

수많은 기술 난제, 혁신 DNA로 이겨낸 SK하이닉스

언제나 그렇듯 LPDDR5T 개발에도 많은 난제가 있었다. 가장 먼저, 내부 구성원들을 설득하기 위한 노력이 필요했다. 정승현 TL은 “내부에서도 ‘LPDDR5T를 굳이 개발해야 하는가?’라는 의문이 나오기도 했었습니다. LPDDR5X를 개발하고 공개한 지도 얼마 되지 않았고, 다음 세대인 LPDDR6 개발에 집중하는 게 좋지 않겠냐는 의견이었죠”라며 LPDDR5T 개발 초기에 상황을 회상했다.

김기룡 TL은 이와 관련해 “사실 저 역시 ‘LPDDR5T를 찾는 수요가 있을까?’ ‘시장성이 확보될까?’라는 질문을 하기도 했고, 확신이 들지 않았던 순간도 있었는데요. 정승현 TL을 비롯한 상품기획 구성원들이 우리의 도전의지를 보며 적극적으로 고객사들과의 소통을 통해 수요가 많다는 점과 시장성이 분명하다는 점을 확인해 줬습니다. 덕분에 저 역시 확신을 가지고 LPDDR5T를 테스트할 수 있었습니다”라고 개발 당시 상황을 설명했다.

특히, 지금까지 그 누구도 구현하지 못한 현존 최고 속도의 제품이기 때문에 경험한 난제도 있었다. LPDDR5 회로 설계를 담당한 Interface 조선기 TL은 LPDDR5T의 검증단계에서 느꼈던 난제를 다음과 같이 말했다.

“가장 어려웠던 점은 이 제품의 빠른 속도가 구현 가능한지 실물 검증이 어려웠다는 점입니다. 제품 자체가 9.6Gbps를 구현할 수 있다고 해도, 이것을 검증하기 위한 테스트 장비가 없으며, 시스템에서 조차 속도제한이 걸려있는 경우가 많아서 정확한 확인이 어려웠습니다. 이런 어려움을 해결하기 위해 속도 특성에 영향을 주는 항목들을 하나하나 도출하고 각 항목의 속도별 목표치를 설정해 관리하고 측정했습니다.”

김현승 TL은 LPDDR5T 프로젝트의 성공 가능성에 대해 “실패할 것이라고 의심한 적은 한순간도 없었습니다”라고 밝혔다. 그는 “이미 동작 속도는 충분히 나오고 있었기 때문에 큰 어려움을 예상하지는 않았습니다. 빠른 속도에 의해 불량이 발생하긴 했지만, 우리가 힘을 합치면 충분히 해결할 수 있다고 믿어 의심치 않았습니다”라며 함께 프로젝트를 진행한 구성원들에 대한 절대적인 신뢰를 보여주기도 했다.

최초와 최고의 가치, 구성원 모두 one-team이 되어 함께 만드는 것

▲ LPDDR5T 개발 성공을 SK하이닉스의 ‘one-team spirit’ 덕분이라고 말하며 함께 개발한 모든 구성원들에게 감사함을 전하고 있는 조선기 TL(좌측)

한편, 조선기 TL은 LPDDR5T 개발 성공의 공을 SK하이닉스만의 ‘one-team spirit’ 덕분이라고 했다. 그는 “LPDDR5T가 현존 최고의 동작 속도와 초저전압 제품이라는 점 때문에 주목받고 있고, 개발 프로젝트에 참여한 우리들이 대표로 인터뷰를 진행하고 있는데요. 저는 이번 제품 개발의 성공 포인트로 함께 일하는 구성원 모두가 글로벌 초일류 반도체 회사를 향한 목표에 도전하는 ‘one-team spirit’을 뽑고 싶습니다. 이를 통해 우리는 한 단계 레벨업하며 성장할 수 있었다고 생각합니다. 특히 HKMG 공정 적용을 가능하도록 소자를 만들어준 구성원들에게 고맙다는 인사를 꼭 전하고 싶습니다”라며 소감을 전했다.

김기룡 TL 역시 “LPDDR5T는 이제 개발에 성공한 것이고, 제품을 양산하기까지는 또 많은 과정이 필요합니다. 우리 SK하이닉스 구성원 모두가 one-team이 되어 LPDDR5T의 성공적인 출시를 이뤄내 최초와 최고의 가치를 함께 만들 수 있도록 도전을 멈추지 않겠습니다”라고 말했다.

▲ LPDDR5T 개발을 통해 기술 리더십을 확보할 수 있어 자부심을 느꼈다고 말하고 있는 송경근 TL(가운데)

송경근 TL은 마지막으로 LPDDR5T를 통해 모바일용 D램 시장을 선도하겠다는 포부를 드러냈다. “LPDDR5T를 통해 기술 리더십을 확보할 수 있었다는 점에 대해 자부심이 느껴집니다. 물론 앞으로도 끊임없는 혁신을 통해 최초와 최고의 가치를 만들어 나가겠다는 의지 역시 더욱 강해졌습니다. 이번에 개발한 LPDDR5T가 빠르게 양산되고 실제 소비자들의 다양한 모바일 디바이스에 사용될 수 있도록 최선의 노력을 다하겠습니다.”

SK하이닉스, 세계 최고속 모바일용 D램 ‘LPDDR5T’ 출시

SK하이닉스 — Wed, 25 Jan 2023 14:00:00 +0000

· 최고속 LPDDR5X 발표 2개월 만에 속도 13% 빨라진 신제품 개발 성공… 초고속·초저전력 동시 구현

· HKMG 공정 적용해 성능 극대화

· “계속해서 초격차 기술개발에 박차, IT 업계 게임 체인저 될 것”

SK하이닉스가 현존 최고속 모바일용 D램 ‘LPDDR5T(Low Power Double Data Rate 5 Turbo)’를 개발해 고객사에 샘플을 제공했다고 25일 밝혔다.

LPDDR5T는 SK하이닉스가 지난해 11월 공개한 모바일 D램 LPDDR5X*의 성능을 업그레이드한 제품이다. 회사는 이번 신제품의 동작속도를 LPDDR5X 대비 13% 빨라진 9.6Gbps(초당 9.6 기가비트)까지 높였다. 이처럼 최고속도를 구현했다는 점을 부각하기 위해 회사는 규격명인 LPDDR5 뒤에 ‘터보(Turbo)’를 붙여 제품명을 자체 명명했다.

* LPDDR : 스마트폰과 태블릿 등 모바일용 제품에 들어가는 D램 규격으로, 전력 소모량의 최소화를 목적으로 하고 있어 저전압 동작 특성을 갖고 있음. 규격명에 LP(Low Power)가 붙으며, 최신 규격은 LPDDR 7세대(5X)로 1-2-3-4-4X-5-5X 순으로 개발됨. LPDDR5T는 SK하이닉스가 최초 개발한 버전으로, 8세대 LPDDR6가 업계에 공식 출시되기 전 7세대인 LPDDR5X의 성능을 업그레이드한 제품임

또, LPDDR5T는 국제반도체표준화기구(JEDEC)가 정한 최저 전압 기준인 1.01~1.12V(볼트)에서 작동한다. 회사 측은 속도는 물론, 초저전력 특성도 동시에 구현해낸 제품이라고 강조했다.

SK하이닉스는 “당사는 초당 8.5Gb 속도의 LPDDR5X를 내놓은 지 불과 두 달 만에 기술 한계를 다시 한번 돌파했다”며 “앞으로 이번 신제품을 기반으로 고객이 필요로 하는 다양한 용량의 제품을 공급해 모바일용 D램 시장의 주도권을 더욱 견고히 할 것”이라고 밝혔다.

실제로 최근 SK하이닉스는 LPDDR5T 단품 칩들을 결합해 16GB(기가바이트) 용량의 패키지 제품으로 만들어 샘플을 고객에게 제공했다. 패키지 제품의 데이터 처리 속도는 초당 77GB로, 이는 FHD(Full-HD)급 영화 15편을 1초에 처리하는 수준이다.

SK하이닉스는 10나노급 4세대(1a) 미세공정 기반으로 올 하반기부터 이 제품 양산에 들어갈 계획이다.

한편, SK하이닉스는 LPDDR5X에 이어 이번 제품에도 ‘HKMG(High-K Metal Gate)’* 공정을 적용했다. 회사는 “HKMG 공정 기술력을 통해 신제품이 최고의 성능을 갖추게 됐다”며 “다음 세대인 LPDDR6가 나오기 전까지는 기술력 격차를 획기적으로 벌린 LPDDR5T가 이 시장을 주도해 갈 것”이라고 자신했다.

* HKMG : 유전율(K)이 높은 물질을 D램 트랜지스터 내부의 절연막에 사용해 누설 전류를 막고 정전용량(Capacitance)을 개선한 차세대 공정. 속도를 빠르게 하면서도 소모 전력을 줄일 수 있음. SK하이닉스는 지난해 11월 HKMG 공정을 모바일 D램에는 세계 최초로 도입함

IT 업계는 앞으로 5G 스마트폰 시장이 확대되면 속도, 용량, 저전력 등 모든 스펙이 고도화된 메모리 수요가 늘어날 것으로 보고 있다. 이런 흐름에서 SK하이닉스는 이번 LPDDR5T의 활용 범위가 스마트폰뿐 아니라 인공지능(AI), 머신러닝(Machine Learning), 증강/가상현실(AR/VR)까지 확대될 것으로 기대하고 있다.

SK하이닉스 류성수 부사장(DRAM상품기획담당)은 “이번 신제품 개발을 통해 초고속을 요구하는 고객들의 니즈(Needs)를 충족시키게 됐다”며 “앞으로도 차세대 반도체 시장을 선도할 초격차 기술 개발에 힘써 IT 세상의 게임 체인저가 될 것”이라고 말했다.