'절치부심' 삼성 1b D램 수율 향상 본궤도...HBM 로드맵엔 없어

[삼성 D램의 과제 abc ②] 서버향으로 수율 개선 진전…범용 D램에만 집중 아쉬워

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]

현재 국내 D램 업계는 중국 후발주자들로부터 거센 추격을 받고 있다.

DDR5·LPDDR5X(저전력 D램) 등 최선단 분야에서는 여전히 기술 격차가 공고하지만, DDR4·LPDDR4 등 레거시(성숙)는 현지 중국 정부의 막대한 지원 하에 생산량을 확대해 왔다.

특히 중국 최대 메모리 제조업체로인 창신메모리(CXMT)의 약진이 눈에 띈다. CXMT는 D램 생산능력을 2022년 월 7만장에서 2023년 12만장, 올해 20만장 수준으로 늘릴 계획이다.

중국이 D램 출하량을 급격히 확대하는 경우, 삼성전자·SK하이닉스 등 기존 업체들의 매출 및 수익성은 감소할 수밖에 없다. 실제로 삼성전자는 최근 발표한 3분기 잠정실적 자료에서 "중국 메모리 업체의 레거시 제품 공급 증가에 따른 실적 하락"을 언급한 바 있다.

삼성전자 평택캠퍼스 조감도(사진=삼성전자)

■ 中 추격에 최선단 1b D램 공정 전환 속도

삼성전자는 이 같은 상황을 타개하기 위한 방안으로 '1b D램(5세대 10나노급 D램)'에 주목하고 있다. 해당 D램은 삼성전자가 개발에 어려움을 겪었던 이전 세대 제품, 1a D램의 부진을 만회하기 위해 절치부심의 심정으로 개발한 메모리다.

삼성전자는 지난해 5월 16Gb(기가비트) 1b DDR5의 양산을 시작했으며, 이후 9월에는 32Gb 1b D램을 개발하는 데 성공했다. 생산능력 역시 빠르게 확대할 전망이다. 올해 말까지 1b D램의 생산능력을 월 10만장 수준까지 확대하기 위한 투자가 진행되고 있다.

업계 관계자는 "삼성전자도 협력사에 중국 D램 제조기업의 동향을 물어볼 만큼 관련 사안에 관심이 많다"며 "현재 1b D램으로 공정 전환을 서두르는 이유 중 하나가 중국 기업들 때문"이라고 설명했다.

1b D램이 삼성전자에게 더욱 중요한 이유는 AI 산업 확대에 있다. 삼성전자의 32Gb D램은 서버 시장을 메인 타깃으로 개발된 제품으로, 128GB(기가바이트) 모듈을 TSV(실리콘관통전극) 공정 없이도 제조할 수 있도록 설계됐다.

기존 메모리 업계에서는 128GB 모듈 제작을 위해 TSV로 16Gb D램 칩 2개를 연결한 패키지를 만들어야 했다. 이 공정을 생략하면 제조비용을 크게 줄이면서도, 소비 전력을 약 10% 개선할 수 있다.

■ 수율 향상 본궤도 올랐지만…HBM 로드맵엔 배제

메모리 경쟁력의 핵심인 수율은 비교적 견조한 수준으로 끌어올린 것으로 관측된다. 삼성전자 안팎의 이야기를 종합하면 올 3분기 말 기준으로 삼성전자 1b D램의 평균 수율은 60%를 넘어선 것으로 전해졌다.

세부적으로 16Gb 제품의 수율은 더 높고, 32Gb 제품 수율은 아직 60% 수준에는 미치지 못한 것으로 알려졌다. 통상 D램 양산에 이상적인 수율(80~90%)보다는 낮지만, 올해 초중반 대비 수율을 향상시키는 데에는 성공했다는 평가다.

다만 삼성전자 1b D램이 HBM(고대역폭메모리) 로드맵에서 배제돼 있다는 점은 한계로 지적된다. 삼성전자는 HBM3와 HBM3E에 1a D램을 채용하고 있다. 경쟁사인 SK하이닉스·마이크론이 HBM3E에 1b D램을 채용하고 있다는 점을 감안하면 한 세대 뒤쳐졌다.

반대로 내년 말 양산을 목표로 하고 있는 HBM4와 관련해, 삼성전자는 차세대 1c D램을 적용할 계획이다. 성능 극대화를 위한 전략으로도 볼 수 있으나, 기술적인 면에서도 1b D램이 HBM에 적용될 가능성은 현재로선 매우 낮은 것으로 관측된다.

사안에 정통한 관계자는 "1b D램은 설계 당시부터 HBM 적용을 고려하지 않아, 현재 계획 상에서는 HBM향 개조 등이 어려운 상황"이라며 "범용 D램 쪽에서 수율 향상에 집중하고 있다"고 말했다.