삼성, 1a D램 재설계 고심…HBM 경쟁력 회복 '초강수' 두나

[삼성 D램의 과제 abc ①] HBM 부진에 대응책 마련…이르면 연내 윤곽

삼성전자를 둘러싼 위기론이 또 다시 고개를 들고 있습니다. 위기의 근원지로는 대체로 반도체로 모아지는 듯합니다. 그중에서도 HBM 사업을 중심으로한 메모리 경쟁력 회복과 지지부진한 파운드리가 지목되고 있습니다. 신뢰와 소통의 조직문화 재건도 관건입니다. 이에 지디넷코리아는 삼성 위기설에 대한 근원적인 문제를 살펴보고 재도약의 기회를 함께 모색해 보고자 합니다. [편집자주]

삼성전자가 위기를 맞았다. 반도체를 비롯해 가전, MX, SDC 등 전 사업부가 난항을 겪고 있지만, 주력 사업인 메모리 분야가 올 3분기 호황 사이클에서도 빛을 발하지 못했다는 점이 특히 뼈아프다.

그 중에서도 HBM(고대역폭메모리) 사업에 대한 시장의 실망감은 컸다. 삼성전자는 당초 엔비디아향 HBM3E 공급을 올해 3분기부터 본격화하기 위한 물밑 작업을 진행해 왔다. 그러나 아직까지 8단 제품의 퀄 테스트도 통과하지 못한 상황이며, 12단의 경우 내년 2·3분기까지 지연될 가능성이 농후하다.

삼성전자의 HBM 사업화 지연에는 복합적인 이유가 작용한다. 그러나 근본적으로 HBM의 문제는 코어(Core) 다이인 D램의 문제라는 게 전문가들의 지적이다. 여러 개의 D램을 수직으로 쌓아 연결하는 HBM 구조 상, D램의 성능이 HBM 성능으로 직결될 수밖에 없다.

삼성전자가 지난 2021년 10월 양산에 돌입한 1a D램 기반 DDR5 모듈(사진=삼성전자)

EUV 선제 적용했지만…1a D램 경쟁력 흔들

이러한 관점에서 삼성전자가 D램 기술력 1위의 지위가 크게 흔들린 시점은 '1a D램' 부터로 지목된다.

10나노급 D램은 1x(1세대)-1y(2세대)-1z(3세대)-1a(4세대)-1b(5세대) 순으로 진화해 왔다. 1a D램은 선폭이 14나노미터(nm) 수준이다. 삼성전자의 경우 지난 2021년 하반기부터 양산을 시작했다.

삼성전자는 1a D램을 경쟁사 대비 빠르게 양산하지는 못했으나, EUV(극자외선) 등 첨단 기술을 더 적극적으로 도입하는 방식으로 경쟁력을 높이고자 했다. 삼성전자가 1a D램에 적용한 EUV 레이어 수는 5개로, 경쟁사인 SK하이닉스(1개) 대비 많았다.

그러나 이 같은 시도는 현재로선 성공적인 결과로 이어지지 않았다는 평가가 지배적이다. EUV는 기존 노광(반도체에 회로를 새기는 공정) 공정인 ArF(불화아르곤) 대비 선폭 미세화에 유리하다. 때문에 공정 효율성을 높여, 메모리의 핵심인 제조 비용을 저감할 수 있다는 게 EUV가 지닌 장점이었다.

다만 EUV는 기술적 난이도가 높아, 실제 양산 적용 과정에서 공정의 안정성을 떨어뜨리는 요인으로 작용했다. 이로 인해 삼성전자 1a D램의 원가가 당초 예상대로 낮아지지 않았다.

D램 설계 자체도 완벽하지 못했다는 평가다. 특히 서버용 제품 개발에서 차질을 겪어, 경쟁사 대비 DDR5 적용 시점이 늦어진 것으로 알려졌다. 실제로 SK하이닉스는 지난해 1월 인텔로부터 1a D램 기반의 서버용 DDR5 제품을 가장 먼저 인증받기도 했다.

전영현 삼성전자 DS부문장 부회장(사진=삼성전자)

HBM 사업화 지연 속 '재설계' 논의…대변혁 시도하나

삼성전자가 최근 부진을 겪고 있는 엔비디아향 HBM3E 양산 공급에도 1a D램의 성능이 발목을 잡고 있다는 지적이 나온다.

최근 삼성전자는 평택캠퍼스에서 엔비디아와 HBM3E 8단 제품에 대한 실사를 진행한 바 있다. 엔비디아 측은 실사 자체에 대해 별 문제없이 마무리했다. 그러나 HBM의 데이터 처리 속도가 타 제품 대비 낮다는 평가를 내린 것으로 알려졌다.

삼성전자 안팎의 이야기를 종합하면, 삼성전자 HBM3E 8단의 데이터 처리 속도(Gbps)는 SK하이닉스·마이크론 대비 10%대 수준으로 떨어진다. 구체적인 수치는 테스트 결과 및 고객사에 따라 차이가 있으나, 1b D램을 활용하는 두 경쟁사 대비 성능이 부족하다는 데에는 이견이 없다.

이에 삼성전자는 전영현 부회장 체제 하에서 서버용 D램 및 HBM의 근원적인 경쟁력 회복을 위한 '초강수'를 고려하고 있다.

전 부회장은 최근 3분기 잠정실적 발표 후 사과문을 통해 "무엇보다, 기술의 근원적 경쟁력을 복원하겠다"며 "기술과 품질은 우리의 생명이며, 결코 타협할 수 없는 삼성전자의 자존심"이라고 언급했다. 또 "단기적인 해결책 보다는 근원적 경쟁력을 확보하겠다"며 "더 나아가, 세상에 없는 새로운 기술, 완벽한 품질 경쟁력만이 삼성전자가 재도약하는 유일한 길이라고 생각한다"고 했다.

사안에 정통한 복수의 관계자에 따르면, 최근 삼성전자는 1a D램의 회로 일부를 재설계(revision)하는 방안을 내부적으로 논의하고 있는 것으로 파악됐다.

업계 한 관계자는 "메모리 전략을 고심 중인 삼성전자가 1a D램을 재설계해야한다는 결론을 내놓고 있다"며 "다만 최종 결정은 나오지 않았고, 이를 위해서는 여러 위험 부담을 안아야하기 때문에 과감한 결단력이 필요한 상황"이라고 설명했다.

실제로 삼성전자가 1a D램을 재설계하는 경우, 제품이 완성되려면 최소 6개월 이상이 소요될 것으로 전망된다. 내년 2분기는 돼야 양산이 가능해지는 셈이다. 재설계가 문제없이 마무리 되더라도, 시장 상황을 고려하면 제품을 적기에 공급하기가 사실상 쉽지 않다.

또 다른 관계자는 "일정이 늦더라도 HBM3E 공급망 진입을 끝까지 시도하느냐, 아니면 HBM3E를 사실상 포기하느냐는 1a D램 개조 여부에 달려있다"며 "전영현 부회장도 이러한 문제점을 인식하고 있기 때문에, 조만간 구체적인 변화가 있을 것으로 기대한다"고 말했다.