HBM까지 만드는 中…韓, CXL D램 양산 통해 격차 벌린다

[이데일리 김응열 기자] 중국의 메모리 추격 속에 삼성전자와 SK하이닉스 등 국내 기업들은 메모리 1위 국가 지위를 지키기 위해 다양한 제품을 연구해 왔다. CXL 메모리가 그 중 하나다. 특히 이는 메모리 용량을 획기적으로 늘릴 수 있다는 점에서 ‘넥스트 HBM’으로 꼽혔다. 삼성전자와 SK하이닉스의 CXL D램 양산이 임박하면서 시장 개화를 목전에 두고 있는데, 이는 고도의 D램 기술력이 필요하고 높은 CXL 이해도가 요구된다는 점에서 중국 추격을 따돌릴 발판을 마련했다는 게 중론이다.

(그래픽=이미나 기자)

최근 국내 반도체 업계에는 중국의 기술력이 삼성전자와 SK하이닉스를 턱밑까지 따라왔다는 우려가 만연하다. 업계 관계자는 “그나마 기술 난도가 낮은 낸드플래시부터 그보다 제조가 까다로운 범용 D램까지 중국 공세가 거세다”고 언급했다.

HBM 굴기까지…위협 커지는 中 메모리

중국 메모리 굴기를 보여주는 단적인 예는 중국 1위 D램 기업 창신메모리(CXMT)가 지난해 말부터 양산한 것으로 알려진 DDR5 D램이다. DDR5는 삼성전자와 SK하이닉스가 주력으로 삼고 있는 D램 제품이다. 특히 구공정 제품이 된 DDR4에서 중국 기업들이 물량을 쏟아내면서 삼성전자와 SK하이닉스는 DDR5로 공정을 전환해 프리미엄 수요를 공략하려 했다. CXMT의 DDR5 D램 수율이 어느 정도인지 파악하기는 어렵지만, 어쨌든 중국이 K반도체의 주력 먹거리까지 침범하고 있다는 점을 분명하다는 관측이 나온다.

게다가 중국이 DDR4를 추격하는 데는 6년이 걸렸는데 DDR5는 국내 기업이 출시한 지 4년 만에 따라잡았다. 중국의 D램 발전 속도가 빨라진 셈이다.

YMTC의 하이브리드 본딩 기술 엑스태킹. (사진=YMTC)

낸드는 더 위태롭다. 중국의 대표 낸드기업 양쯔메모리(YMTC)는 이달 294단 낸드 양산에 돌입했다. 실제 데이터를 저장하는 활성층 단수에 관해서는 의견이 갈리지만 두 웨이퍼를 직접 붙여 쌓는 고난도 하이브리드 본딩을 도입했다는 면에서 업계에 큰 충격을 안겼다. 현재 삼성전자는 286단을, SK하이닉스는 321단 낸드를 각각 양산 중이다. 단순히 단수로만 보면 삼성전자를 넘어섰다.

낸드 역시 중국의 추격 속도가 상당하다. 삼성전자가 128단에서 286단 양산으로 넘어가기까지는 약 4년 7개월이 걸렸다. 반면 YMTC가 128단에서 294단으로 도약한 기간은 약 3년 5개월이다.

중국은 HBM 시장마저 위협하고 있다. CXMT는 이미 HBM2 및 HBM2E 제품을 양산하는 것으로 전해졌다. D램 적층 기술은 고난도로 꼽히는데 중국이 HBM 기술마저 차츰 정복하고 있다. D램이든 낸드든 안정적인 수율이 나오지 않더라도 중국 정부의 지원을 업고 기술 개발을 넘어 양산에 나서는 상황이다.

첨단 D램에 CXL 이해 필요한 CXL 메모리

그러나 중국이 CXL 메모리까지 넘보기는 쉽지 않다는 게 전문가들의 분석이다. CXL 인터페이스를 이해하고 이에 맞는 고품질 D램을 적용해야 하기 때문이다. 소프트웨어와 하드웨어의 결합이다. 단순히 제조 역량만 받쳐준다고 따라올 수 없다는 것이다.

CXL은 중앙처리장치(CPU)와 그래픽처리장치(GPU) 등 각 반도체 칩의 연산을 위해 딸려 있는 메모리를 보다 효율적으로 활용할 수 있는 차세대 인터페이스 기술이다. 현재는 각 칩이 소통하는 언어가 달라 CPU는 CPU의 메모리만, GPU는 GPU에 붙은 메모리만 활용할 수 있다.

메모리 풀링 개념도. (사진=삼성전자)

이 언어를 CXL이란 하나의 인터페이스로 통합하면 각 칩은 다른 칩의 메모리도 연산에 이용할 수 있다. CPU 연산을 위해 GPU에 붙은 메모리도 쓸 수 있는 것이다. 이것이 ‘메모리 풀링’이다. 메모리 용량 확장 효과를 낼 수 있는 셈이다. 이런 기술적 특징 때문에 CXL 및 CXL 메모리가 각광받게 됐다. AI의 급격한 발전으로 AI 가속기와 이에 필요한 HBM 수요는 폭발하는데 HBM 공급이 따라가지 못한 탓이다.

이규복 한국전자기술연구원(KETI) 석좌연구위원은 “CXL 메모리는 칩 설계부터 상당한 기술력이 필요하고 소프트웨어적인 면도 있다”며 “당장 중국이 따라오기는 어려울 것”이라고 내다봤다. 유회준 카이스트 전기전자공학부 석좌교수는 “CXL 메모리는 D램 기반이 메인”이라며 “CXL 기술을 알고는 있어도 실제 양산까지는 시간이 걸릴 것”이라고 했다.

시장 개화 시작…“3년 뒤 150억달러로 성장”

국내 기업들이 양산에 나서더라도 CXL 메모리 시장이 주요 수익원이 될 정도로 성장하기까지는 다소 시일이 걸릴 전망이다. 여전히 엔비디아 GPU가 AI 칩 주류인 탓이다. 다만 중장기적인 성장세가 예상되는 만큼 국내 기업들이 양산 노하우를 쌓고 시장을 지속 선점할 필요성은 크다. 시장조사업체 욜 인텔리전스는 CXL 시장이 2022년 170만달러에서 오는 2028년 150억달러로 커질 것으로 예상했다.

이 석좌연구위원은 “CXL 메모리는 데이터센터 외에도 제한된 상황에서 메모리 활용을 높여야 하는 모빌리티, 로봇 등 다양한 응용처에서 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.