반도체는 4차 산업혁명의 핵심 주체이자 ‘산업의 쌀’이라고 불립니다. PC, 스마트폰, 클라우드, 각종 인공지능 서비스 등 우리 일상 속 많은 분야에서 반도체가 핵심 소재로 사용되기 때문이죠. 대한민국은 명실상부한 반도체 강국으로서 전세계 반도체 시장의 선두를 달리고 있는데요. SK는 글로벌 종합반도체 기업 SK하이닉스와 국내 유일의 웨이퍼 제조기업 SK실트론을 필두로 반도체 강국의 명성 유지에 큰 역할을 하고 있습니다. 오늘 Media SK에서는 반도체 기업, SK하이닉스와 SK실트론의 이야기를 준비했습니다.
미래 기술의 중심, 디지털 혁명을 이끌 D램
SK하이닉스의 반도체 사업을 이해하기 위해, 먼저 반도체에 대해 간단히 알아보겠습니다.
우리가 일상적으로 사용하는 전자 기기에 들어가는 반도체는 크게 두 가지로 나뉩니다. 메모리 반도체와 비메모리(시스템) 반도체인데요, 단기 또는 장기적인 기억 저장에 쓰이는 반도체가 램(RAM), 롬(ROM)이라고 불리는 메모리 반도체이고 계산, 추론, 정보처리 등에 쓰이는 CPU나 AP 등의 반도체를 비메모리 반도체라고 부릅니다.
메모리 반도체는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리로 나누어지는데요. 말 그대로 전원을 끌 때 데이터가 사라지면 휘발성 메모리, 전원을 껐다 다시 켜도 데이터가 남아 있는 메모리를 비휘발성 메모리라고 부릅니다.
SK하이닉스가 전세계 반도체 시장에서 선두를 달리고 있는 D램은 대표적인 휘발성 메모리로, CPU/GPU와 같은 정보처리장치의 데이터를 임시보관하고 전달하는 보조역할을 합니다. CPU와 GPU가 빠르게 데이터를 처리하는 만큼 D램도 빠르게 데이터를 제공하고 전송할 수 있어야 하기에, CPU와 GPU가 발전할수록 이를 보조하는 D램 역시 발전을 거듭해야 합니다.
이처럼 전자기기의 필수 구성요소로써, 핵심적인 역할을 하는 D램은 초기 버전 이후 한 번의 클릭에 두 번의 데이터를 전송할 수 있는 D램인 DDR(Double Data Rate), 휴대용 전자기기에 사용되는 저전력 램인 LPDDR(Low Power DDR), AI 등 빅데이터를 다룰 수 있는 고대역 메모리 HBM(High-Bandwidth Memory)까지 계속해서 발전을 이룩하고 있습니다.
SK하이닉스, 세계 최초를 거듭하는 D램 개발
전세계적으로 D램 기술력을 인정받은 SK하이닉스는 최신 기술 트렌드에 맞춰 끊임없는 기술 개발을 거듭하고 있습니다. 앞서 설명한 D램의 일종인 DDR은, 1세대 등장 후 발전을 거듭하며 DDR5까지 개발되었는데요. 2020년 7월 국제반도체표준협의기구(JEDEC)의 발표에 따르면 DDR5는 DDR4에 비해 2배 성능이 개선되었다고 합니다. 또한, 작년 초 인텔이 DDR5를 지원하는 CPU를 출시하면서 D램 시장 내 DDR5 수요도 확대되고 있습니다.
이러한 시장 환경 속에서 SK하이닉스 역시 DDR5 열풍에 합류했습니다. 2022년 12월, 세계 최고속 서버용 D램 ‘DDR5 MCR DIMM’의 샘플을 세계 최초로 개발한 것인데요. SK하이닉스가 개발한 MCR DIMM은 기존 DDR4보다 동작 속도를 높이기 위해 새로운 개념이 적용되어 있습니다. D램과 CPU 사이의 신호 전달 성능을 최적화하는 부품, ‘버퍼’를 사용해 더 많은 양의 데이터를 빠르게 CPU로 내보낼 수 있게 개발된 것인데요. 특히 기존 DDR4 대비 전력 소모량이 최대 20% 절감되고 성능은 70% 이상 향상되었기 때문에 서버 고객들에게 우수한 전성비*를 제공하고 동시에 탄소 감축 효과도 제공할 수 있습니다.
SK하이닉스 DDR5의 우수한 기술력, 곧 일상생활에서도 만나볼 수 있습니다. 2023년 5월 ‘인텔 데이터센터 메모리 인증 프로그램’ 검증 절차에 돌입했기 때문입니다. 해당 프로그램은 인텔의 서버용 플랫폼에 사용되는 메모리 제품의 호환성을 공식 인증하는 절차인데요, 이번 검증을 성공적으로 통과하여, SK하이닉스의 고성능 메모리가 탑재된 제품을 만나보게 될 날을 고대해 봅니다.
* 전성비: 일정 전력 단위당 처리할 수 있는 초당 데이터 용량을 계산한 상대적 지표
한편 SK하이닉스는 2023년 4월, 세계 최초 12단 적층 D램 ‘HBM3’를 개발해 또 한 번 세계를 놀라게 했습니다. 메모리를 ‘적층’했다는 것은 여러 개의 D램을 수직으로 연결해 기존의 D램보다 데이터 처리 속도를 끌어올리고 용량까지 높였음을 의미합니다. 같은 면적의 땅에서 주택보다 고층 빌딩에서 더 많은 사람들이 살 수 있는 것과 동일한 원리죠.
SK하이닉스는 지난 2022년 6월 세계 최초로 HBM3를 양산한 데에 이어, 12층의 D램을 적층한 고용량의 신제품을 개발했습니다. 용량을 50% 높인 12단 적층 HBM3는 영화 163편을 1초만에 전송할 수 있는 최대 819GB/s의 속도를 구현하며 세계 최고의 기술력을 글로벌 시장에 증명했습니다.
SK하이닉스는 모바일용 D램인 LPDDR의 개발도 소홀히 하지 않았습니다. SK하이닉스는 2022년 11월 세계 최초로 LPDDR에 HKMG(High-K Metal Gate) 공정을 도입해 동작 속도를 13%나 개선하였는데요. 개발에 참여한 담당자들은 반도체 기술력 향상에 기여한 노력을 인정받아, 기술 혁신으로 그룹에 귀감이 되는 도전과 성과를 이뤄낸 구성원에게 수여되는 SUPEX추구상 수상의 영광도 안았습니다. SK하이닉스가 글로벌 반도체 시장에서 더 큰 도약을 이뤄낼 수 있기를 Media SK가 응원합니다.
모든 반도체의 기반이 되는 웨이퍼
지금까지 SK와 함께한 반도체 D램 발전의 양상을 알아보았는데요, 여기서 잠깐, 반도체가 어떻게 만들어지는지 궁금하지 않으신가요?
반도체를 만드는 과정은 대표적으로 8대 공정으로 구분할 수 있습니다. 이때 반도체의 가장 기본이 되는 원형 판을 ‘웨이퍼’라고 부릅니다. 웨이퍼는 실리콘이나 실리콘 카바이드 등 다양한 소재로 만들어지는 원기둥을 얇게 썰어서 만들 수 있죠. 반도체 뉴스를 접할 때 볼 수 있는 동그랗고 얇은 판이 바로 웨이퍼입니다.
일반적으로 반도체를 만들 때 사용되는 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼입니다. 지구상에 가장 풍부하게 존재하는 규소(실리콘)로 제작하기 때문에 안정적인 재료 수급이 가능하고, 독성이 없어 환경적으로도 우수하죠. 그 역사가 오래된 만큼 기술도 보편화되어 있고 비용도 저렴합니다. 하지만, 최근 전기차나 5G 등의 산업이 발달하면서 높은 전압과 고온 환경에서도 작동이 가능한 고성능 반도체에 대한 수요가 늘어나고 있습니다. 때문에 실리콘에 탄소를 구성하여 고온, 고전압에 강한 SiC(실리콘 카바이드) 웨이퍼가 차세대 웨이퍼로 각광받고 있습니다.
SK실트론, 실리콘 웨이퍼와 SiC 웨이퍼를 총망라하다
앞으로의 시장 수요가 늘어날 것으로 예측되는 SiC 웨이퍼 시장에 SK실트론이 성공적으로 진입했습니다. 2020년, 미국 듀폰 웨이퍼 사업부를 인수해 미국 현지에 SK실트론CSS를 설립하며 SiC 전력반도체 시장에 선제적으로 진입했죠. SK실트론은 연구와 개발을 쉬지 않으며 200mm SiC 웨이퍼의 2024년 하반기 양산을 목표로 하고 있습니다. 앞으로 전기차, 인공지능, 5G 등 초고속 통신이 계속 발전하며 고성능 반도체에 대한 수요가 급격히 증가할 것으로 예상되는 만큼, 고품질의 웨이퍼를 생산하는 SK실트론의 활약이 기대되는 부분입니다.
반도체 생산의 가장 기본이 되는 웨이퍼, 그 중에서도 실리콘 웨이퍼를 제조할 수 있는 기업이 세계적으로도 손에 꼽힌다는 점에서 SK실트론의 기술력을 확인할 수 있습니다. 이처럼, SK실트론은 국내의 유일한 실리콘 웨이퍼 제조 기업으로서 세계 3위, 국내 1위의 시장 점유율을 보유하며, 반도체 강국인 대한민국에서 굳건히 웨이퍼 생산을 이어가고 있습니다. 국내 웨이퍼 생산을 담당하는 SK실트론이 SiC 웨이퍼 등 차세대 고품질 웨이퍼 생산에 성공해 대한민국 반도체의 품질을 더욱 향상시킬 수 있기를 Media SK가 응원합니다.
나날이 세상을 놀라게 하는 기술과 서비스가 등장하고 있는 만큼, 고성능 반도체의 중요성이 더욱 강조되고 있는데요. 국내 반도체 산업을 대표하는 SK가 앞으로도 세계적인 경쟁력을 제고하고 선도적인 입지를 공고히 할 수 있기를 바랍니다.
