N줄 요약
- 공정의 미세화로 종래의 메모리 반도체 발전이 한계를 맞이하고 있음
- SCM 분야에서 삼성의 Z-NAND SK하이닉스의 PRAM 그리고 인텔의 옵테인이 경쟁 중임.
- 차세대 메모리는 SCM을 거쳐 NVRAM으로 향할 것임.
요약
JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)는 지난 20년 7월에 DDR5 규격을 발표했다. 이미 양산 준비를 마친 삼성전자, SK하이닉스 등 주요 메모리 반도체 플레이어는 시장 플랫폼 형성과 동시에 DDR5 양산 및 대중화를 이뤄낼 것이다. GDDR을 대체하기 위한 움직임도 활발하다. DRAM을 여러 겹으로 쌓아 대역폭을 대폭 늘리는 방식인 HBM 역시 HBM3 표준화 발표를 앞두고 있다. 현재 SK하이닉스에서는 HBM2의 변형인 HBM2E를 양산하고 있고 삼성전자에서는 HBM-PIM을 발표했다.
NAND 역시 빠르게 발전하고 있다. 삼성전자는 2020년에 이미 3D NAND 2개를 겹쳐 적층 단 수를 2배로 증가시킬 수 있는 기술인 더블스택을 적용한 세대 NAND를 발표해 256단의 가능성을 보였다. SK하이닉스도 2020년 말에 CTF(Charge Trap Flash)에 PUC(Peripheral Under Cell)을 결합한 4D NAND를 공개했다.
하지만 이미 미세화를 이용한 적층 방식의 발전형태는 한계가 있다. 따라서 새로운 방식의 메모리인 SCM에 대한 요구가 커지고 있다. SCM (Storage Class Memory)은 DRAM과 같은 빠른 속도와 NAND가 갖는 비휘발성이라는 장점을 동시에 제공하는 메모리를 말한다. SCM 분야는 삼성의 Z-NAND SK하이닉스의 PRAM 그리고 인텔의 옵테인이 경쟁 중이다. SCM은 1) 주기억장치와 보조기억장치 사이의 병목을 개선하기 위한 캐시로 사용하거나 2) 그 자체로 주기억장치로 활용할 수 있다. 이 중 삼성전자와 SK하이닉스는 전자를, 인텔과 마이크론은 후자를 중심으로 연구하고 있다. 향후 메모리와 스토리지를 통합함으로써, SSD가 차지하고 있는 보조기억장치의 자리를 대체해 나갈 것이라는 의견이 지배적이다.
스토리지의 발전은 점점 NVRAM (Non Volatile RAM)으로 향하고 있다. 기존 DRAM의 refresh 동작이 필요없다는 점에서 전력 효율성과 속도 문제를 해결할 수 있다는 것이 장점이다. 하지만 DRAM을 대체하기에 충분한 속도를 제공하는 것은 삼성전자의 MRAM 정도다. 욜 디벨롭먼트의 예측에 따르면 MRAM 시장은 기업용 스토리지를 중심으로 시장을 확대해 2018년부터 2024년까지 매년 54%의 성장을 거듭해 2024년에는 6억 달러의 시장을 형성할 전망이다. 반면 인텔과 마이크론은 공동 개발한 3DXpoint 기술(= 옵테인 기술 = PRAM)로 SCM 분야에서 독보적인 위치를 차지하고 새로운 시장을 만들기 위해 노력하고 있는 중이다. 인텔은 SK하이닉스에 NAND 플래시 사업을 팔면서도 옵테인만은 제외함으로써, 인텔이 옵테인 기술에 거는 기대를 보여주고 있다.
감상 및 의견
메모리 반도체가 발전하기 위해 필요한 자본과 연구력 그리고 난도가 기하급수적으로 증가하고 있다는 사실은 이미 관련 분야에서 종사하거나 공부하는 사람이라면 모두 알고 있는 사실이다. 메모리 반도체에 기존 charge based memory에서 벗어나 새로운 패러다임이 필요하다는 사실은 알고 있었다. 그 후보로 삼성전자의 MRAM, SK하이닉스의 PRAM 그리고 인텔의 옵테인이 있다는 정도까지 알고 있었다.
이 기사는 SCM을 소개하며 삼성전자-SK하이닉스 그룹과 인텔-마이크론 그룹의 서로 다른 전략에 대해서 설명하고 있다. 차세대 메모리의 선두 플레이어 자리를 차지하려는 공동의 목표를 달성하기 위해 전자는 주메모리를 대체하기 위한 기술을, 후자는 주메모리와 보조 메모리 간의 병목현상을 해결하기 위한 캐시 기술을 연구한다. 정답은 정해져 있지 않겠지만, 현재 메모리가 안고 있는 문제를 해결하기 위해서는 두 가지 방향 모두 유효하다. 왜냐하면 주메모리와 보조 메모리가 SCM 또는 NVRAM으로 대체된다고 할지라도 여전히 CPU와 메모리 사이의 병목현상이 남아있기 때문이다. 그러므로 메모리의 발전은 앞으로도 계속돼야 하며 전망도 밝다고 판단한다.
