저자: 양성필·전은형 · 한국인
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SK하이닉스 DDR5 소개 영상. DDR5는 DDR4 대비 전송속도·대역폭 2배, 동작전압 낮아 전력 20% 감소. 3DS DDR5는 모듈당 128GB 이상 고용량 제공, 데이터센터·AI 수요 강함. LPDDR5T는 LPDDR5X 대비 속도 13% 향상, 고객사 인증 진행. 하이케이 메탈게이트 공정으로 누설전류 감소. 차세대 DDR5 MCR 샘플은 기존 대비 약 2배 속도 구현.
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반도체라고 하면 너무 어렵게 느껴지는 것 같아요. 너무 기술적이고 나와는 먼 얘기 같은 느낌이 강하죠. 노트북, TV, 자동차까지 반도체가 다 들어가 있는 건 알겠는데, 막상 메모리 시스템 이야기를 들으면 한 귀로 들어왔다가 한 귀로 흘러나가더라고요. 그래서 오늘은 우리 실생활에 항상 붙어 있는 반도체 이야기를 해보려고 합니다. 우리 삶을 혁신적으로 바꿔온 DDR, 그중에서도 가장 많은 관심을 받고 있는 DDR5에 대해 이야기 나눠보겠습니다. 보다 재미있고 자세하게 이야기 나눠 주실 두 분을 모셨습니다. 양성필 님, 전은형 님 나와주셨습니다. 안녕하세요.
가장 궁금한 건 DDR 개념입니다. 설명해 주실 수 있을까요? DDR은 더블 데이터 레이트의 줄임말이고, 램에 적용되는 고속 메모리 기술입니다. 그렇다면 SK하이닉스가 개발한 DDR5는 어떤 특징이 있을까요?
최근 개발을 완성한 DDR5 제품은 10나노급 5세대 1b 기술이 적용된 제품입니다. 전 세대인 DDR4와 비교하면 전송 속도와 대역폭이 두 배씩 증가했고, 반대로 동작 전압은 더 낮아져서 한 비트를 보내는 데 쓰이는 전력량이 20% 줄었습니다.
DDR5가 실제로 얼마나 빠른지 궁금하긴 하거든요. DDR5로 영화 한 편을 다운받는 데는 얼마나 걸릴 것 같으세요? 영화 한 편 다운로드에는 굉장히 긴 시간이 걸리지만, DDR5라면 10초 정도면 충분합니다. 클라우드로 영화를 많이 보는데, 그 열한 편을 1초 만에 전송할 수 있을 정도로 빠릅니다.
램은 컴퓨터 시대에서 정말 중요한데, 서버와 요즘 핫한 키워드인 인공지능과도 관련이 있죠. 이 D램이 두 곳에서 어떻게 활용되고 있을까요?
고성능, 고용량 D램에 대한 요구가 커지고 있어서 DDR5에 대한 고객 수요가 많은 상황입니다. 데이터 액세스가 잦은 메모리 집약적 워크로드에서 굉장히 유용하고요. 특히 AI 학습이나 추론 같은 경우 데이터의 읽기와 쓰기가 굉장히 빈번하기 때문에 DDR5 같은 고성능 메모리가 필수적이라고 할 수 있습니다.
인공지능에서 파워풀한 성능을 내려면 AI 모델의 파라미터 수가 많아져야 합니다. 그만큼 모델의 크기가 굉장히 크고, 학습하는 데이터의 양도 엄청나다는 뜻이죠. SK하이닉스의 TSV 공정이 적용된 3DS DDR5 제품은 모듈당 128GB 이상의 고용량을 제공하기 때문에 최근 고객 수요가 특히 큰 영역 중 하나입니다.
데이터센터의 서버 수가 많아지다 보니 소비되는 전력량도 굉장히 많아졌습니다. 저전력에 대한 요구가 계속 이어지고 있는데, DDR5는 DDR4 대비 동작 전압이 낮아서 고객의 니즈를 만족시켜 줄 수 있다는 장점이 있습니다. 현재 호환성 검증 중인 데이터센터용 DDR5 제품은 동작 속도가 6.4Gbps로, 현재 시장에 나와 있는 DDR5 중 최고 속도를 구현했습니다. DDR5 초창기 제품보다 데이터 처리 속도가 무려 33% 향상된 성능입니다.
기술 집약적인 램 중에서 모바일에 쓰이는 제품도 있다고 들었습니다. PC와 서버에는 DDR 계열 메모리를 사용하고, 스마트폰이나 저전력이 필요한 곳에는 로우파워 메모리인 LPDDR을 사용하고 있습니다. 스마트폰에는 뉴럴 엔진 같은 AI 기술이 적용된 모바일 AP가 탑재되고 있어서, 이에 따라 LPDDR 성능도 점차 강화되는 추세입니다. 스마트폰 성능이 빠르게 향상되면서 이제는 커뮤니케이션 기기를 넘어 엣지 디바이스로서의 역할도 점점 커지고 있습니다. IT 산업의 기술 발전 속도가 빨라지면서 최고 수준의 전력과 성능이 요구되고 있고요.
모바일, AI, 가상현실, 오토모티브 등 많은 곳에서 LPDDR 제품이 쓰일 것으로 보입니다. 모바일 제품 성장의 한 축을 담당해 온 SK하이닉스는 어떻게 성능과 전력이라는 두 마리 토끼를 모두 잡을 수 있었을까요? 10나노급 4세대 LPDDR5X 제품부터 적용된 하이케이 메탈 게이트 공정 덕분입니다.
조금 어렵지만 간단히 설명드리겠습니다. 램은 데이터를 저장하는 커패시터와, 그 입구를 열고 닫는 트랜지스터로 구성되어 있습니다. 트랜지스터 내부에는 누설 전류를 막는 절연막이 있는데, 공정이 미세해질수록 이 절연막의 두께가 얇아질 수밖에 없습니다. 그렇게 되면 누설 전류가 늘어나 신뢰성이 떨어지게 됩니다. 이 문제를 해결하려고 절연 효과가 높은 하이케이 물질을 사용하고, 그 물질 특성에 맞춰 게이트를 메탈로 바꿨습니다. 이것이 하이케이 메탈 게이트 공정입니다. 이를 적용해 누설 전류를 줄이고 신뢰성도 높일 수 있었습니다.
2022년에 8.5Gbps를 지원하는 LPDDR5X를 개발해 시장을 이끌었고, 최근에는 세계 최초로 9.6Gbps를 지원하는 LPDDR5T 제품을 개발했습니다. 동작 속도는 LPDDR5X 대비 13% 빨라졌고, 소비 전력은 표준이 정한 최저 전압 기준을 만족하는 초저전력 특성을 구현했습니다. 특히 LPDDR5T는 아직 표준화가 완료되지 않았는데, SK하이닉스가 선제적으로 커스텀 스펙을 제시해 고객사 인증을 순조롭게 진행하고 있습니다.
그렇다면 앞으로 DDR 개발 방향은 어떨까요? 2022년 SK하이닉스는 DDR5 MCR 딥 샘플을 세계 최초로 개발했습니다. 이 제품은 랭크 두 개가 동시에 작동하면서 CPU가 한 번에 받는 데이터 전송량이 늘어납니다. 그 결과 기존 DDR5 단품보다 두 배 가까이 빠른 8Gbps 이상의 속도를 구현했습니다.
이처럼 SK하이닉스는 기술 한계를 지속적으로 돌파하고 있습니다. 하이케이 메탈 게이트 공정 개발 성공 경험을 적극 활용해서 후속 제품뿐 아니라 차세대 기술 제품에서도 더 큰 혁신을 가져올 것입니다. 늘 새로운 도전과 성공으로 일상을 마법처럼 바꿔 준 SK하이닉스가 앞으로 우리 일상에 어떤 변화를 가져올지 더 기대가 됩니다. 두 분도 열심히 참여하고 계시니 응원하겠습니다. 앞으로 더 높이 비상할 반도체 선두 주자 SK하이닉스의 반도체 이야기였습니다. 함께해 주신 여러분 고맙습니다.
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