멀지 않은 미래 ‘DDR5’

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현재 메모리 시장 주력 제품은 DDR4다. 국제 표준화 기구인 JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council) 규격에 따라 DDR4 D램 속도는 1600-3200Mbps로 규정돼 있다. 주요 D램 업체인 삼성전자와 SK하이닉스, 마이크론 등은 최고 속도 DDR4-3200 D램을 출하하고 있다. 3200Mbps를 넘는 제품은 오버클록 메모리로 분류된다. 다음은 DDR5다. DDR4 공정이 ‘최종 진화’ 단계에 들어서며 DDR5 메모리에 대한 기대감이 높아지고 있다.

JEDEC이 DDR5 최종 규격 발표를 미루고 있지만 SK하이닉스와 삼성전자는 이미 일부 고객사들을 대상으로 DDR5 샘플 출하를 진행 중이다. 규격이 최종 제정되면 본격적인 양산은 올해 하반기가 될 것으로 업계는 예상하고 있다. 메모리 플랫폼이 DDR4에서 DDR5로 이동되는 만큼 CPU 제조사 인텔, AMD도 대응에 나선다. 인텔은 타이거레이크, AMD는 젠4에서 지원한다. DDR3에서 DDR4로 넘어가는 데 2-3년이 걸렸던 점을 미뤄 봤을 때 2022년 ‘대중화’ 단계에 들어설 전망이다.

전송 속도 2배, DDR5 연내 양산

DDR5는 DDR4 대비 대용량과 고성능, 저전력이 장점이다. 대역폭은 DDR4-3200과 비교해 DDR5-3200이 1.36배 높고, DDR5-4800은 1.87배 높아진다. 최대 전송 속도는 6400Mbps다. 1.1V 전압에 3%(0.033V)의 변동 폭을 지원하며 모듈당 2개의 독립된 32/40비트 채널을 갖춘다.

| SK하이닉스가 작년 2월 공개한 DDR5-6400 칩은 최대 6400Mbps 속도로 작동한다. 3세대 10나노급(1y) 공정에서 제작된다.

공정 측면에서 보면 삼성전자는 지난해 10나노 중반대 공정인 ‘1z(3세대 10나노급)’ D램 개발을 완료하고 9월부터 양상에 돌입했다. SK하이닉스와 마이크론이 따라가는 상황이다. SK하이닉스는 작년 3분기 콘퍼런스 콜에서 3세대 10나노급 공정 관련해 “안정적으로 양산할 수 있도록 차질없이 준비하겠다”라며 “1z 기술을 기반으로 2020년 초중반 DDR5를 포함한 파생 제품에 적용할 계획”이라고 밝혔다. 향후 LP(Low Power) DDR5 메모리와 초고속 D램 ‘고대역폭 메모리(HBM)3’ 등에 3세대 10나노급 공정을 확대 적용한다는 의미다. 3세대 나노급 공정은 2세대 나노급(1y) 공정 대비 생산성이 약 27% 향상된다.

그래픽 카드용 메모리 GDDR은 ‘GDDR6’가 가장 최신이다. SK하이닉스와 마이크론은 최고 속도 16Gbps이고, 삼성전자가 18Gbps로 악간 앞서 있다. GDDR6 표준(JESD250B)에는 따로 최고 속도 제한을 두지 않는다. 다시 말해 3세대 10나노급 공정에서 18Gbps 이상 제품이 나올 가능성이 있다. GDDR7은 테크니컬 그룹이 결성돼 표준화 준비 작업이 한창이다. 2022년 샘플 양산이 가능할 전망이다.

2TB SSD 대중화…기록 밀도 향상 기대

작년 낸드 시장은 100단 시대를 열었다. SK하이닉스는 2019년 6월 세계 최초 128단 1테라비트 TLC 4D 낸드 양산을 시작했다. 128단 1테라비트 낸드는 한 개의 칩에 3비트를 저장하는 셀 3천6백억개 이상이 집적된다. 삼성전자의 ‘기업용 250GB SATA PC SSD’는 ‘6세대(1xx단) 256기가비트 3비트 V낸드’ 기반 제품으로 작년 8월 양산에 성공했다. 웨스턴디지털(WD)도 올해 제품 출시에 돌입할 예정이다.

| SK하이닉스 2TB cSSD

| 삼성전자 ‘T7터치’, 5세대 512기가비트 V낸드와 NVMe 컨트롤러를 탑재했다. 2테라바이트 399.99달러, 1테라바이트 229.99달러, 500기가바이트 129.99달러다.

올해 2테라바이트 이상 대용량 SSD 대중화에도 속도가 붙을 전망이다. 데스크톱PC와 노트북용으로 만들어진 SK하이닉스 2TB 용량 cSSD는 1200Mbps 전송 속도를 저전압 1.2V에서 구현했다. 96단 SSD에서 6W이던 소비전력을 3W 수준으로 낮춰 모바일 기기에서 요구되는 빠른 전송 속도와 낮은 소비 전력을 모두 만족한다. 올 상반기 양산을 앞두고 있다.

| 3D 반원형 플래시 메모리 셀 구조인 ‘트윈 빅스 플래시’

작년 12월 IEDM(IEEE 국제반도체소자학회)에서 키옥시아(구 도시바)가 3D 반원형 플래시 메모리 셀 구조인 ‘트윈 빅스 플래시’ 기술을 공개해 셀 밀도 향상도 올해 낸드 시장의 관전 포인트다. 적층형 낸드는 기존 단층형(2D) 낸드를 생산하는 미세공정 기술이 10나노대에 이르면서 데이터가 저장되는 셀 간의 간섭현상으로 오류가 발생하자 이를 대처하기 위한 방안으로 나왔다. 하지만 최근 100단을 넘어서며 식각 프로필 컨트롤과 사이즈 일률성, 생산성 사이의 상충관계를 관리하는 일이 점차 더 어려워지고 있다. 키옥시아에 따르면 기존 원형 셀의 게이트 전극을 둘로 나눈 새로운 반원형 셀 디자인은 2배 가까운 저장 밀도를 구현한다.

한편 현재 낸드 시장은 후발주자인 SK하이닉스와 웨스턴디지털, 마이크론 등이 기술 개발 박차를 가하면서 삼성전자와 치열한 경쟁을 펼치고 있다. 삼성전자를 포함한 업체 모두가 100단 이상 기술력을 보유하고 있다.