뉴스룸에서는 대구경북과학기술원 교수 7명과 함께 반도체 기본 모듈과 반도체 적용 사례, 메모리, 인터페이스 회로 등을 주제로 총 7편의 칼럼을 연재하고 있다.
 

이번 3편에서는 로봇 및 기계전자공학과 김회준 교수로부터 미래 로봇과 로봇의 발전을 이끄는 반도체 기술에 대해 알아볼 것이다.
 

※대구경북과학기술원(DGIST, Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology): 반도체 융합기술, 뇌공학, 마이크로레이저 등 다양한 첨단 과학 기술을 연구하고 있다. 특히 반도체 분야에서는 전문적인 연구개발(R&D)과 함께 캠퍼스 내 반도체 제조 시설을 구축 운영하고 있다.

출근길, 자율주행 차량의 운전으로 조수석에서 편안히 휴식을 취하고, 로봇 집사가 집안일을 하는 모습을 상상해 보라. 로봇 기술이 우리의 요구에 부응하기 위해 빠르게 발전하고 있기에 가능한 상상이다. 이런 발전을 실현하기 위해서는 로봇 시스템이 감지, 구동, 데이터 처리, 의사 결정을 할 수 있게 만드는 정교한 반도체 기술이 필요하다.

자율성 향상부터 에너지 효율성까지: 로봇공학의 미래

로봇 기술은 이미 다양한 산업 분야에서 활용되고 있으며, 고도화된 로봇에 대한 수요는 그 어느 때보다 높은 수준이다. 앞으로 로봇 기술이 발전함에 따라 정의될 6가지 중요한 특징을 살펴보자.

첫 번째로 미래 로봇 기술의 중요한 발전 방향은 ‘자율성 증가’이다. 현재 대부분의 로봇은 작업을 수행하기 위해 인간의 감독이나 프로그래밍이 필요하다. 그러나 미래 로봇은 자율성이 강화되어 환경을 통해 학습하고 독립적으로 의사결정도 할 수 있을 것으로 예상된다. 이렇게 스스로 사고하는 로봇은 인공지능(Artificial Intelligence, 이하 AI), 머신러닝, 컴퓨터 비전* 등 첨단 기술의 통합으로 가능해질 것이다.

* 컴퓨터 비전(Computer Vision) : 인공지능 분야 중 하나로, 컴퓨터와 시스템이 디지털 이미지, 비디오 및 기타 시각적 입력에서 의미 있는 정보를 추출해 해당 정보를 기반으로 직접 행동하거나 제안할 수 있는 기술

두 번째로 ‘다재다능’하다는 점도 다음 세대 로봇의 핵심 특징이 될 것이다. 현재 로봇은 제조업, 헬스케어, 스포츠 및 엔터테인먼트 등 광범위한 산업 분야에서 여러 작업을 수행할 수 있도록 개발되고 있다. 따라서 미래의 로봇은 모듈식 설계를 통해 다양한 환경과 상황에 적응하도록 쉽게 맞춤화하고 재구성할 수 있도록 설계될 것이다.

세 번째는 ‘안전성 개선’이다. 로봇이 여러 산업에서 사용되고 인간과 함께 작업하는 경우가 늘어나자 안전성 개선이 매우 중요한 사항이 되고 있다. 미래에는 상해 위험을 최소화하는 안전 기능이 탑재된 로봇이 개발될 것이다. 이미 충돌 감지, 압력 측정, 경보 시스템 같은 안전 기능은 많은 로봇에 상용화된 상태다.

네 번째는 ‘인간과의 상호작용 능력 향상’이다. 로봇이 우리의 일상에서 점점 더 중요한 역할을 하면서, 자연스럽고 직관적으로 인간과 상호작용할 수 있는 로봇을 설계하는 것도 중요해지고 있다. 인간-로봇 상호작용 기술(Human-Robot Interaction, HRI)에는 자연어 처리 및 음성 인식 기술과 함께, 로봇이 인간의 동작을 모방할 수 있도록 고급 센서 및 액추에이터(Actuator)*가 필요하다.

* 액추에이터(Actuator) : 전기, 기계, 유압, 공기압 등을 이용하여 움직이는 기계장치로, 입력 신호에 따라 움직임을 제어하거나 일정한 동작을 수행하는 장치. 로봇공학 분야에서는 액추에이터가 로봇의 팔, 다리, 머리 등과 같은 부분을 움직이는 등 로봇의 동작을 구현하는 핵심 장치다.

다섯 번째는 ‘연결성 증가’이다. 로봇은 인간과 상호작용하는 것뿐만 아니라 다른 로봇이나 디바이스와도 소통할 수 있어야 한다. 따라서 여러 디바이스가 원활히 통신할 수 있도록 지연시간이 짧고 신뢰성 높은 무선 통신 기술이 요구된다.

여섯 번째로 ‘향상된 전력 효율성’도 주요 발전 방향이다. 긴 시간 동안 작동해야 하는 로봇을 고려한다면 에너지를 효율적으로 사용할 방법을 개발해야 한다. 이에 따라 배터리, 연료 전지 같은 더 효율적인 전력 시스템이나 주변 에너지를 전력으로 변환해 사용할 수 있는 에너지 하베스팅(Energy Harvesting)* 기술이 함께 개발되고 있다.

* 에너지 하베스팅(Energy Harvesting) : 자연적인 에너지원으로부터 발생하는 에너지를 수집하고 저장하여 전기 에너지로 변환하여 사용하는 기술. 예를 들어 태양광이나 풍력과 같은 재생 에너지, 진동이나 열과 같은 대기 에너지 등을 수집하여 전기 에너지로 사용할 수 있다. 에너지 하베스팅 기술은 이동성이 있는 장치에 적용될 때 특히 유용해 핸드폰 충전기나 스마트워치, 무선 센서 및 로봇과 같은 장치에서 사용될 것으로 전망된다.

앞에서 언급한 모든 속성은 미래 로봇공학 발전에 결정적인 요소다. 위 모든 기능을 실현하려면 사고(프로세서), 로봇의 감지(센서), 움직임(액추에이터)에 필요한 첨단 반도체 기술이 통합되어야 한다.

미래 로봇공학에서 반도체 기술의 중요성

로봇이 더 똑똑하고, 빠르고, 뛰어난 적응력을 갖추게 되면서 감지, 구동, 데이터 처리를 효과적으로 할 수 있는 컴포넌트를 통합해야 할 필요성이 커지고 있다. 미래 로봇 기술의 잠재력을 실현하기 위한 컴포넌트는 반도체 기술에 크게 의존하고 있다. 각 컴포넌트와 반도체 기술이 어떻게 연관되어 있는지 살펴보자.

프로세서: ‘로봇의 두뇌’는 어떻게 로봇공학의 진화를 촉진할까?

▲ 로봇의 사고 기능을 구현하는 프로세서와 기술

로봇공학의 발전을 이끌 핵심 반도체는 AI 프로세서로, AI 알고리즘을 빠르게 처리하기 위해 설계된 반도체다. AI 프로세서 덕분에 로봇이 의사결정을 하고 주변 환경과 실시간으로 상호작용할 수 있게 되는 것이다. 자율적으로 작동하는 로봇은 센서를 통해 실시간 데이터를 수집하고 이를 기반으로 의사결정을 하므로 AI 프로세서가 필수적이다.

의사결정 능력과 더불어, 근 몇 년 내에 로봇은 뉴로모픽 컴퓨팅*을 통해 인간과 더욱 유사하게 발전할 것이다. 뉴로모픽 컴퓨팅은 최신 반도체 기술로써 인간 두뇌의 구조와 기능을 모방하도록 설계됐다. 이 기술은 특히 로봇공학에서 빛을 발하는데, 로봇이 기존의 컴퓨팅 방식보다 더 빠르고 효과적으로 새로운 상황을 학습하고 적응할 수 있게 만든다.

* 뉴로모픽 컴퓨팅(Neuromorphic Computing) : 생물학적 뇌의 작동 원리를 모방해 만들어진 컴퓨팅 기술. 인간 두뇌의 뉴런과 시냅스를 모방하여 컴퓨터 구조와 알고리즘을 설계하며, 생물학적인 뇌처럼 병렬 처리와 자기 학습 기능을 갖추어 복잡한 패턴 인식과 분류, 추론 등의 작업을 수행할 수 있다.

앞으로 로봇은 더 많은 산업 분야에서 사용될 것이기 때문에 그래픽 처리장치(GPU) 및 FPGA*와 같은 고성능 컴퓨팅 기술을 사용해 실시간으로 방대한 양의 데이터를 처리 및 분석할 수 있어야 한다. 이러한 기술은 고도의 계산 능력이 필요한 이미지 및 음성 인식 등의 애플리케이션에 있어 특히 중요하다. 또한 엣지 컴퓨팅*은 연결이 제한되거나 원격 서버와의 실시간 통신이 불가능한 환경에서도 로봇이 작동할 수 있도록 해 준다.

* FPGA(Field Programmable Gate Array) : 사용자가 직접 프로그래밍하여 사용할 수 있는 반도체. 일반적인 프로세서처럼 회로가 고정적으로 설계되어 있지 않아, 사용자가 원하는 논리 회로를 직접 프로그래밍할 수 있다.

* 엣지 컴퓨팅(Edge Computing) : 클라우드 컴퓨팅과 반대되는 개념으로, 데이터 처리와 분석을 클라우드가 아니라 로컬 서버나 디바이스 자체에서 수행하는 것. 엣지 컴퓨팅은 데이터 전송과 처리 지연 시간을 줄이고 데이터 보안 측면에서도 이점이 있어 사물 인터넷(IoT)에서 많이 사용된다.

미래의 로봇공학에는 향상된 통신 기능도 필수적이다. 따라서 로봇이 실시간으로 작동 및 통신할 수 있도록 고속 5G 무선 기술을 충분히 활용해야 한다. 이를 통해 로봇은 복잡하고 역동적인 환경에서 이뤄지는 여러 가지 작업도 더욱 신속히 반응하고 처리할 수 있을 것이다.

또한 로봇은 상당한 전력이 필요하다. 로봇의 발전에 따라 장시간 작동을 위해 더욱 진보한 전력 관리 기술이 필요할 것이다. 앞서 언급한 에너지 하베스팅, 향상된 배터리, 무선 충전 기술로 외부 전원과의 물리적 연결이 없이도 작동 가능해질 것으로 보인다.

센서: 미래 로봇은 인간처럼 세상을 인식할 수 있을까?

첨단 반도체 기술은 로봇의 의사결정 및 의사소통 능력 향상은 물론 센서로 환경을 감지하여 행동하는 능력도 강화시킬 것이다.

▲ 미래 로봇의 다양한 잠재 감각

CMOS 이미지 센서(이하 CIS)*는 카메라를 비롯해 여러 이미지 애플리케이션에서 널리 사용되고 있다. 로봇공학 관점에서, 로봇은 CIS를 통해 환경을 ‘보고’ 해석할 수 있게 될 것이다. CIS는 저전력 센서로 가볍고, 고품질 이미지를 캡처할 수 있어 로봇 사용에 이상적이다. SK하이닉스는 미래 로봇이 물체를 인식하는 방식을 혁신적으로 개선할 수 있는 ToF* 기술을 개발하고 있다.

* CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS) : CMOS** 기술을 사용하여 빛을 전기 신호로 변환하는 이미지 센서. 전력 소비가 적고 크기가 작아 대부분의 디지털 카메라와 스마트폰에서 사용되고 있다.

** CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) : 집적회로를 만드는 기술로 전력 소비를 줄이고 더 높은 집적도를 실현할 수 있다. 이 때문에 주로 이미지 센서, 프로세서, SRAM의 집적회로를 만드는 데 쓰인다.

* ToF(Time-of-Flight) : 파동이나 입자가 이동하는 거리를 측정하는 기술. ToF 기술이 적용된 센서는 광신호가 센서에서부터 물체까지 이동하고 돌아오는 시간을 측정해 거리를 계산한다.

환경을 인식하는 데 쓰이는 또 다른 센서는 LiDAR*가 있는데, LiDAR는 레이저를 사용하여 주변 환경의 3D 지도를 생성하며, 이미 자율주행 차량에 활용되고 있어 앞으로 더욱 중요해질 것이다. LiDAR는 로봇이 복잡한 환경을 탐색하고 실시간으로 장애물을 피할 수 있게 해 준다.

* LiDAR(Light Detection and Ranging) : 레이저를 사용해 거리를 측정하는 기술. 레이저를 쏘아 반사되는 광선의 시간 차이를 이용해 대상물과의 거리를 계산한다.

센서는 환경을 탐지해 경고를 발령할 수 있어 안전 목적에도 사용할 수 있다. 예를 들어 가스 센서는 반도체 기반 센서로서 특정 가스의 존재를 감지할 수 있다. 이를 로봇에 적용하면 가스 센서로 독성가스, 기타 유해 물질의 존재를 탐지하고 환경 변화를 감지해 대응할 수 있게 된다. 물론 독성가스 외에도 다양한 화학 센서를 로봇에 탑재할 수 있을 것이다. 최근에는 대기오염을 측정하기 위해 미세먼지 센서를 탑재한 드론도 상용화되었다.

센서는 외부 환경 감지는 물론, 그 환경 속에서 움직이는 로봇 자신의 동작도 식별해야 한다. 미세 전자기계 시스템(Micro-Electromechanical Systems, 이하 MEMS)* 센서는 가속도, 회전, 압력을 포함해 여러 물리적 매개변수를 감지한다. MEMS 센서는 로봇이 방향, 움직임 및 기타 물리적 매개변수를 감지할 수 있게 해주며, 이미 스마트폰, 웨어러블, 자동차 시스템 등에 탑재돼 다양한 용도로 사용되고 있다.

* 미세 전자기계 시스템(Micro-ElectroMechanical Systems, MEMS) : 전자기계 소자를 반도체 미세 공정 기술을 활용해 제작하는 것. 실리콘 기판 위에 센서, 액추에이터, 전기 회로를 밀리미터에서 마이크로미터의 크기로 한 기판에 탑재한다.

액추에이터: 미래의 로봇은 어떻게 움직일까?

센서는 로봇이 환경을 인식하게 해준다면, 액추에이터는 로봇이 주변 세계와 상호 작용할 수 있게 해준다.

▲ 로봇의 이동을 가능하게 하는 액추에이터 유형

미래의 로봇은 오늘날의 일반적인 로봇과 달리 더 유연하고 섬세한 동시에 효율적인 작동 체계를 갖출 것으로 예상된다. 앞으로 개발될 ‘소프트’ 로봇은 유기체의 유연한 움직임을 모방하기 위해 설계되고, 전기 활성 폴리머(이하 EAP)*로 된 유연한 인공 근육으로 구현될 것이다. 전기 자극에 반응해 모양이 변하는 EAP는 인공 근육을 만드는 데 이상적인 소재로, EAP로 가볍고 유연한 액추에이터를 만들어 다양한 움직임을 구현할 수 있을 것이다. 추가로 온도나 전류에 의해 변형할 수 있는 형상기억합금*이 있다. 형상기억합금은 우주탐사용 그리퍼* 및 액추에이터 등 일부 로봇 애플리케이션에서 이미 적용되고 있으며 로봇의 발전에 따라 더 보편화될 것으로 보인다.

* 전기 활성 폴리머(Electroactive Polymers, EAP) : 전기 신호에 반응하여 변형되는 고분자 구조체. EAP는 전기 자극에 따라 확장, 수축, 굴곡, 회전 등의 운동을 할 수 있다.

* 형상기억합금(Shape Memory Alloy, SMA) : 형태를 기억해 열을 가하면 원래의 형태로 돌아가는 합금. 다른 재료와 달리 변형되어도 다시 원복 되기 때문에 우주 산업, 자동차 부품, 의료기기 등 다양한 분야에서 활용된다.

* 우주탐사용 그리퍼 : 물체를 쥘 수 있는 손 모양 로봇 팔을 부착한 기기나 이동 수단. 외계 행성에서 주로 샘플을 수집하거나 환경을 탐색하는 데 쓰인다.

전기 에너지를 직접적으로 선형 운동으로 변환하는 압전 액추에이터*도 로봇공학 분야에서 널리 사용되고 있으며, 미래에 더욱 보급될 것으로 예상된다. 압전 액추에이터는 작고 가볍고 정밀하다는 특징을 가지고 있어, 마이크로 로봇 및 의료기기와 같은 응용 분야에 쓰기 더욱더 이상적이다. 또한 최근 고성능 압전 박막 증착 기술의 발전으로 압전 액추에이터 채택이 더욱 대중화될 것으로 보인다. 비슷하게 MEMS 액추에이터도 작고 움직임이 정밀하다는 특징이 있다. 현재 센서와 스위치를 비롯한 다양한 장치에서 사용되고 있는 MEMS 액추에이터 역시 로봇에 더 보편적으로 탑재될 것으로 예상된다.

* 압전 액추에이터(Piezoelectric Actuator) : 압력이 가해질 때 물질의 전기적 특징이 변하는 압전 효과를 이용한 액추에이터. 전기 신호를 가하지 않고도 제어할 수 있으며 높은 정확도와 반응 속도를 가지고 있어 로봇공학과 자동화 분야에서 많이 사용된다.

로봇공학의 미래를 여는 열쇠

반도체 기술은 미래 로봇 센서의 능력을 실현하게 하는 핵심 역할을 할 것이다. 이러한 반도체 기술이 AI, 액추에이터, 센서 및 기타 영역의 발전과 결합하면서 로봇은 더욱 발전해 우리의 일상생활에 파고들 것이다. SK하이닉스는 구성품의 설계, 제조 및 시스템화에 필요한 최고 수준의 자원을 갖추고 있어 미래 로봇공학용 반도체 제품의 글로벌 리더가 될 것으로 기대된다.

※ 본 칼럼은 반도체에 관한 인사이트를 제공하는 외부 전문가 칼럼으로, SK하이닉스의 공식 입장과는 다를 수 있습니다.

SK하이닉스가 국내 업계 최초로 반도체 필수 원료인 ‘네온(Ne) 가스’ 국산화에 성공한 후 공정 도입 비중을 40%까지 확대했다고 밝혔다.

이를 통해 SK하이닉스는 불안정한 국제정세에도 안정적으로 네온을 수급 중이며, 구매 비용도 큰 폭으로 절감할 수 있게 됐다고 설명했다. 향후 SK하이닉스는 2024년까지 네온 국산화 비중을 100%로 확대한다는 계획이다.

지금까지 국내 반도체 기업은 네온 공급을 수입에만 의존해왔다. 지난 몇 년 간 해외 주요 생산 지역의 국제정세가 불안해지며 네온 가격이 급등할 조짐을 보이자 SK하이닉스는 수급 불안 리스크를 선제적으로 해소하기 위해 협력사인 반도체용 가스 제조기업 TEMC 및 포스코와 협력해 네온을 국내에서 생산할 방법을 찾았다.

공기 중에 희박하게 있는 네온을 채취하기 위해선 대규모 ASU플랜트(Air Separate Unit: 공기 분리 장치)가 필요해 초기 투자 비용이 많이 발생한다. 하지만 SK하이닉스의 네온 국산화 취지에 공감한 TEMC와 포스코가 동참해 기존 설비를 활용, 적은 비용으로 네온을 생산하는 기술을 개발했다. 이를 통해 생산된 국산 네온을 SK하이닉스가 평가/검증하는 방식으로 올해 초 국산화에 성공했다. 국산 네온은 포스코에서 생산된 후 TEMC의 가공을 거쳐 최우선으로 SK하이닉스에 공급되고 있다.

네온은 반도체 노광공정에 사용되는 엑시머 레이저 가스(Excimer Laser Gas)의 주재료다. 엑시머 레이저 가스는 매우 짧은 파장의 자외선인 엑시머 레이저를 발생시키며, 엑시머 레이저는 웨이퍼 위에 미세한 회로를 새길 때 쓰인다. 엑시머 레이저 가스 성분의 95%가 네온이지만, 네온은 공기 중에 0.00182% 밖에 존재하지 않는 희귀자원이다.

SK하이닉스는 올해 4월부터 국내 업계 최초로 반도체 노광공정에 국산 네온을 도입했으며, 현재까지 전체 네온 사용량의 40% 수준을 국산으로 대체했다. 2024년에는 네온 전량을 국산품으로 대체할 예정이다.

이 밖에도 SK하이닉스는 내년 6월까지 식각공정*에 쓰이는 크립톤(Kr)/제논(Xe) 가스를 국산화해 원자재 수급 리스크를 최소화하고, 글로벌 일류 기술기업으로서 첨단 반도체 기술 개발에 필요한 자원을 지속 확보해 나간다는 계획이다.

*식각공정: 노광공정을 통해 웨이퍼 위에 새겨진 회로 외부의 불필요한 부분을 깎아내는 공정

SK하이닉스 FAB원자재구매담당 윤홍성 부사장은 “불안정한 국제정세로 불안한 공급상황에서도 국내 협력사와의 협업으로 수급 안정화에 크게 기여한 사례”라고 말하며, “지속적인 협력을 통해 반도체 원재료 공급망을 강화할 계획”이라고 밝혔다.

오늘날 대한민국의 성장을 이끌어온 많은 업적 중 무(無)에서 유(有)를 창조하는 ‘발명 의식’은 특히 중요한 의미가 있다. 매년 5월 19일은 ‘발명의 날’로, 범국민적으로 발명 의식을 확산하기 위해 지정된 기념일이다. 이날은 대한민국 역사상 위대한 발명품 중 하나로 꼽히는 측우기가 발명된 날이기도 하다.

SK하이닉스 역시 발명의 중요성을 인식하고 구성원들의 특허 출원을 독려하고 있으며, 구성원이 개발한 기술을 보호할 수 있도록 특허등록 시스템도 만들어 운영하고 있다. 이에 뉴스룸은 발명의 날을 맞아 SK하이닉스 구성원 중 반도체 산업의 성장과 발전에 공헌한 구성원을 찾아 나섰다. 남다른 집념과 끈기로 무장한 쟁쟁한 후보 중 회로 설계 분야에서 20년간 무려 200여 개의 기술 특허를 탄생시킨 김경훈 PL을 인터뷰하고, 그간의 노력과 성과를 함께 되짚어봤다.

“특허는 곧 회사의 경쟁력” 김경훈 PL이 ‘반도체 특허 전문가’로 거듭난 사연은?

그래픽용 메모리(Graphics DDR, 이하 GDDR) 설계·분석 업무를 담당하고 있는 김경훈 PL(Graphic Design팀)은 자타공인 GDDR 전문가이자 ‘반도체 특허 전문가’로 통한다. 신입사원 시절부터 자신이 개발한 기술들을 하나씩 특허로 출원해, 지금까지 무려 200건이 넘는 특허를 보유하고 있기 때문. 자신의 업무 영역뿐만 아니라 기술 개선이 필요한 분야라면 가리지 않고 연구에 몰두한 끝에 얻어낸 결실들이다.

김 PL의 이 같은 노력은 회사뿐만 아니라 국가에서도 인정하고 있다. 특허 출원을 통해 SK하이닉스의 기술 위상을 높이고, 이를 통해 국가로부터 훈장까지 수훈한 것. 실제로 김 PL은 2019년 제54회 발명의 날 기념식에서 국가산업 발전에 기여한 공로가 뚜렷한 자에게 주어지는 ‘석탑산업훈장’을 수훈하며, SK하이닉스 역사의 한 페이지에 이름을 올렸다.

김 PL이 처음 특허에 관심을 갖게 된 계기는 무엇일까? 그가 처음 특허를 작성하기 시작했던 2002년은 SK하이닉스에게 시련기로 기억되던 해다. IMF를 겪으며 고전하던 하이닉스반도체(SK하이닉스 전신)는 미국 메모리 기업 마이크론(Micron)에 매각이 진행되고 있었다. 동시에 수많은 특허를 갖고 있었던 미국 컴퓨터 기업 램버스(Rambus)와 특허 분쟁도 한창이었다. 당시 인터페이스 기술의 선두주자였던 램버스는 자사가 가진 특허기술을 바탕으로 다른 회사에 소송을 걸었고, 보유 특허가 부족했던 SK하이닉스(당시 하이닉스반도체)는 대응에 어려움을 겪었다.

이에 김 PL은 특허의 중요성을 절실히 깨닫게 됐고, 특허를 통해 설계 업무에 필요한 기술을 보호해야겠다고 결심했다. 그리고 자신이 작성한 특허들이 SK하이닉스의 경쟁력을 강화하고, 나아가 국가의 기술 위상을 높이는 미래를 꿈꿨다.

“당시 신문과 잡지에서는 매년 특허 출원의 수를 집계해 기업의 순위를 매기곤 했습니다. 이 지표는 기업의 기술 경쟁력을 나타내는 척도였죠. 신입사원 시절부터 특허의 중요성을 깨닫게 되는 여러 사건들을 겪으면서, 자연스레 특허 출원에 사활을 걸게 됐습니다. 그런 열의를 갖고 개발에 몰두하고, 특허 작성을 반복하다 보니 자연스럽게 다수의 특허를 보유하게 됐습니다”

특허 출원에 열정을 다했던 그는 많게는 하루에 2~3건씩 특허를 작성하곤 했다. 김 PL은 특허를 작성하기 위해 먼저 문제를 발굴하는 데 많은 시간을 투자했다. 다른 사람이 찾지 못한 문제나 혹은 문제라고 생각하지 못한 일들을 다시 확인하는 과정을 거친 것. 그리고 이에 대한 해결책을 도출하기 위해 많은 논문과 반도체 서적들을 주경야독했다.

“문제를 발견하기 위해 ‘왜?’라는 질문을 많이 했습니다. 그리고 지금은 문제가 없지만 향후 문제가 될 만한 것들도 함께 찾았습니다. 현재에 안주하기보다 더 나은 기술을 만들어야 한다는 노력이었죠”

지금까지 김 PL이 낸 수백 건의 특허 중 그에게 가장 의미 있는 특허는 무엇일까? 그는 GDDR5 회로 관련 특허와 메인 메모리 저전력 고속동작에 관한 특허를 가장 기억에 남는 특허로 꼽았다.

“어떤 반도체든 성능을 조금이라도 개선하기 위해서는 많은 시간과 무수한 시행착오의 과정이 필요합니다. 그런 점에서 새로운 형태의 회로 개발을 통해 GDDR5의 동작 속도의 한계를 뛰어넘기까지 고생했던 과정이 참 많이 기억에 남습니다. 또한 메인 메모리의 저전력 고속 동작을 개선해 기존 대비 전력 소모를 80% 줄인 성과도 기억에 남는데, 힘들게 개발한 기술이 실제 시장에 큰 반향을 가져온 것을 확인했을 때 느꼈던 뿌듯함은 앞으로도 잊기 힘든 기억이 될 것 같습니다”

SK하이닉스 ‘GDDR6’, 반도체 회로계의 올림픽 ‘ISSCC’에서 정상을 차지하다

고해상도 및 3차원 그래픽(3D Graphics)을 처리하는 GDDR은 CG(Computer Graphic)의 발전을 이끄는 핵심 요소로, 최근에는 인공지능(AI), 머신러닝(Machine Learning) 등 첨단 기술 전반에 다양하게 활용되고 있다. 김 PL 남다른 발명가 정신으로 자신의 업무 영역인 GDDR 설계 분야에서도 지속적으로 의미 있는 성과를 내왔다.

특히 지난해에는 국제반도체회로 학술회의인 ISSCC(International Solid-State Circuits Conference) 메모리 분과 DRAM 세션에서 논문이 채택되는 쾌거도 이뤘다. ISSCC는 주요 반도체 기업들이 첨단 반도체 기술을 뽐내는 ‘반도체 회로계의 올림픽’으로 불린다. 이곳에서 현존하는 그래픽용 메모리 중 가장 빠른 속도의 GDDR6과 이를 구현하는 기술을 논문으로 발표해, 학계로부터 의미 있는 성과로 인정받은 것. 이를 통해 SK하이닉스의 기술이 GDDR 분야에서 세계 최고 수준임을 입증했다.

“GDDR6 동작 속도의 한계를 극복하기까지 기술적인 어려움이 많았지만, 이를 모두 해결하고 기존 20Gbps(Gigabit per second)에서 24Gbps까지 속도를 높이는 데 성공할 수 있었습니다. 특히 이를 위해 필요한 기술들을 내재화하고 시스템과 테스트(Test) 단계까지 최적화한 것은 큰 의미를 갖습니다. 이처럼 기술의 한계를 극복한 것도 뿌듯했지만, ISSCC에 참가해 우리 회사의 우수함을 알리고 고객과 신뢰를 더 단단하게 쌓을 수 있었던 것이 더 큰 의미로 다가옵니다”

논문을 작성하는 과정이 쉽지만은 않았다. 주어진 시간이 여유롭지 않았음에도, 기술 개발에 더해 논문까지 작성해야 했기 때문. 김 PL은 이런 어려움을 많은 구성원과의 협업으로 극복할 수 있었다.

“빡빡한 개발 일정에도 기술을 개발에 성공할 수 있었던 건 모두 함께한 프로젝트 팀원들의 헌신 덕분입니다. 기술의 완성도를 높이기 위해 업무에 집중하고, 최선을 다해준 팀원들에게 큰 고마움을 느끼고 있습니다. 우리가 만든 이 기술이 앞으로 개발할 제품에서 더 우수한 결과를 도출할 것이라고 믿어 의심치 않습니다”

“반도체 산업을 이끌어가려면 발명 의식을 갖고 기술 혁신 거듭해야”

이처럼 김 PL이 일궈낸 수많은 성과들은 SK하이닉스가 글로벌 일류 기술 기업으로 성장하고, 함께 일하고 싶은 기업으로 거듭나는 데 매우 핵심적인 역할을 했다.

“첨단 기술의 등장으로 보다 더 혁신적인 메모리 기술이 요구되고 있습니다. 최근 다양한 IT 기기 제품이 출시되고 있고, 기업은 자신들만의 독립적인 시스템을 구축하고 있습니다. 이에 따라 각 시스템에 최적화된 메모리를 필요로 하는 고객의 니즈(Needs) 충족시켜야 합니다. 여태까지 쌓아온 성과들은 고객에게 기술력을 담보할 수 있게 됐고, 우리 회사가 함께 일하고 싶은 회사로 변모할 수 있었습니다”

최근 초저전력, 고성능의 반도체 수요가 늘어나면서 반도체 패권 경쟁은 갈수록 심화되고 있다. 김 PL은 치열한 경쟁 구도 속에서 경쟁 우위를 가져오기 위해서는 ‘발명 의식’이 무엇보다 중요하다고 강조했다.

“우리는 눈을 뜨면 새로운 기술이 등장하는 시대에 살고 있습니다. 여러 기업들은 경쟁에서 살아남기 위해 더 좋은 기술을 끊임없이 개발하고 완성도를 높여가고 있습니다. 물론 늘 새로운 것을 발명하는 일은 매우 어렵고 고통스러운 일이죠. 하지만 이러한 과정을 통해 우수한 기술이 탄생하고, 자신도 함께 성장할 수 있습니다. 이것이 바로 발명이 주는 진정한 가치가 아닐까요?”

마지막으로 김 PL의 향후 계획에 대해서도 들어봤다.

“다른 여러 제품들을 성공적으로 개발하고, 더 나아가 최적화된 메모리를 즉각적으로 대응할 수 있는 구성원이 되고 싶습니다. 아울러 열정과 창의력이 넘치는 MZ세대들이 자신의 능력을 잘 발휘해 우수한 기술을 발명할 수 있도록 열심히 도와 함께 성장하는 게 또 다른 목표입니다. 이를 통해 SK하이닉스가 더 높이 도약할 수 있도록 노력하겠습니다”

반도체의 기본 재료가 되는 실리콘 웨이퍼는 제품 생산뿐 아니라 장비의 유지·관리, 성능 테스트 등 다양한 목적으로 사용된다. SK하이닉스는 하루에도 계속 사용되고 버려지는 웨이퍼에서 사회적 가치를 창출하기 위한 방법으로, 웨이퍼 재생(Wafer Regeneration) 기술에 주목했다. 고가의 재료인 웨이퍼를 재활용하면 비용을 절감할 수 있을 뿐 아니라 기존 방식 대비 공정 절차를 줄여 환경 영향도 최소화할 수 있기 때문.

SK하이닉스는 2019년 폐기 웨이퍼 재생 기술 확보를 위해 전담 개발 TF 구성하고 성공적인 업무를 수행했다. 이후 TF를 확대해 재생 웨이퍼(Regen Wafer)의 전사 횡전개 및 표준화를 추진 중이다. 뉴스룸은 이 과정을 함께한 구성원들을 만나 기술 개발 히스토리와 사회적 가치 창출 성과들을 살펴보고, 재생 웨이퍼를 통해 꿈꾸는 미래의 모습을 함께 들어봤다.

SK하이닉스, 메모리 업계 최초 웨이퍼 재생 기술 개발에 도전하다

SK하이닉스에서 사용되는 웨이퍼(Virgin Wafer)는 품질 등급에 따라 크게 프라임(Prime), 테스트(Test), 더미(Dummy) 등으로 분류된다. 최고 품질을 요하는 프라임 웨이퍼는 실제 양산되는 제품에 사용되며, 웨이퍼 중 가장 가격이 비싸다. 그 외 테스트 웨이퍼와 이하 등급의 웨이퍼는 장비 유지·관리와 엔지니어 실험 등의 목적으로 다양하게 사용된다.

제품 양산용으로 투입되는 웨이퍼 외 폐기되는 NPW(Non Pattern Wafer)의 규모는 월평균 수십만 장. 이 중 재활용이 가능한 웨이퍼는 외부 업체로 보내져, 박막을 제거하고 웨이퍼 표면을 연마하는 등 일련의 재생 공정을 거친다. 재생된 웨이퍼 중 품질 및 사용 기준을 만족하는 웨이퍼는 Reclaim Wafer로 다시 반입된다.

▲C&C기반기술 황응림 TL

“매월 SK하이닉스에서 수만 장의 웨이퍼가 외부 업체를 통해 Reclaim Wafer로 재생됩니다. 웨이퍼를 외부 업체로 운송할 때 드는 물류비, 외부 업체가 보유한 공정 기술에 대한 사용료 등이 추가되는 만큼 Reclaim Wafer 자체에 큰 비용이 들었고, 이에 따라 비용 절감에 대한 니즈가 컸습니다. 또한 장비 유지·관리 목적 외 엔지니어의 실험용으로 사용하는 웨이퍼의 경우 높은 품질이 요구돼, 테스트 웨이퍼 급을 구현할 수 있는 기술 확보도 필요했습니다.

이에 2019년 미래기술연구원(이하 미기원)과 제조기술 조직의 월간 교류회에서 웨이퍼 재생 기술에 대한 아이디어가 최초로 제안됐고, SK하이닉스가 보유한 개발 인력과 기술력을 바탕으로 본격적으로 자체 기술 개발을 추진하게 됐습니다”

두께 손실 줄이고 재생 횟수 대폭 개선… 기술력과 팀워크로 탄생한 ‘웨이퍼 재생 기술’

▲(윗줄 왼쪽부터) R&D시스템개발 박찬재 TL, 미래전략 경영혁신 허익 TL, R&D시스템개발 김성진 TL, (아랫줄 왼쪽부터) R&D장비기술 C&C 이대희 TL, C&C기술혁신 조창훈 TL, C&C기반기술 황응림 TL, 시스템 내재화 배미경 TL

SK하이닉스는 기술에 대한 아이디어가 제안된 이후 인프라를 구성하고 본격적인 기술 개발에 돌입해, 이듬해 메모리 업계 최초로 웨이퍼 재생 공정을 개발하는 데 성공했다.

SK하이닉스가 자체 개발한 공정은 1차로 각종 박막(Film)에 증착된 자재를 벗겨낸 뒤(Wet Strip), 베어 웨이퍼(Bare Wafer, 가공 전의 웨이퍼) 표면의 전면에 존재하는 각종 결함(Defect)과 내부의 손상된 레이어를 연마(Polishing) 작업을 통해 제거하는 방식이다. 여기서 가장 핵심은 웨이퍼 표면을 최대한 두께 손실(Loss) 없이 깎아내는 CMP* 기술이다.

* CMP(Chemical Mechanical Polishing, 화학적 기계적 연마): 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 공정.

▲C&C기술혁신 조창훈 TL

“기존에 반도체 제조 공정에서 쓰이던 CMP 방식으로는 표면의 제어가 불가능했습니다. 이에 수차례의 시행착오 끝에 연마에 적합한 전용 소재와 부품을 이용한 공정기술을 개발했습니다. 이 과정에서 Reclaim Wafer 대비 두께 손실을 대폭 줄여, 재생 횟수를 기존 수 회에서 수백 회 이상으로 개선했습니다.

또한 개발에 소요되는 자원을 최소화하기 위해 잉여 장비를 활용했습니다. 미기원과 제조기술의 가용 잉여 장비의 모델이 달라 장비 각각의 조건을 확보하는 데 어려움이 있었지만, TF 구성을 통해 유기적으로 협업해 경쟁사 대비 최소의 자원과 인력으로 기술 개발에 성공할 수 있었습니다”

SK하이닉스가 개발한 Regen* Wafer는 사용 후 폐기되는 NPW 표면의 품질을 Wet Strip과 CMP 공정으로 테스트 웨이퍼 수준까지 개질(改質)한 웨이퍼다. 기존의 Reclaim Wafer 대비 Regen Wafer는 연마하는 두께가 달라 100배 더 많은 재생이 가능하다.

* Regen : Regeneration의 약자로, 외부 업체에서 재생하는 Reclaim Wafer와 구분하기 위해 사용.

자체 기술로 탄생한 Regen Wafer는 2020년 미기원에 최초 제공되기 시작했고, 제조기술 공정장비에도 보급돼 사용 범위를 확장하기 시작했다. 이후 미기원과 제조기술의 협업으로 전사 표준화를 이뤄 우시와 청주 캠퍼스, 최근에는 신설 팹(Fab)의 장비 셋업(Set-up) 용도로도 활용되고 있다.

▲시스템 내재화 배미경 TL

이와 더불어 미기원에서는 사용한 웨이퍼 재생을 요청해 Regen Wafer를 수급하기까지의 일련의 과정을 자동화해 엔지니어의 업무 효율을 높이는 불출 시스템을 구축했다.

“엔지니어가 사용한 웨이퍼를 선별해 Regen을 신청하고, Regen 처리된 웨이퍼를 수급하기까지 과정을 자동화하기 위해 기존의 메뉴를 활용해 접근성을 높였습니다. 불출 가능 및 대기 상태를 확인할 수 있는 화면을 추가하고, 시스템 개발 이후 Regen Wafer 활용을 확대하기 위해 사용된 웨이퍼(Dirty Wafer) 공급 확대를 목표로 라인에서 사용되는 모니터링 웨이퍼에 대해서도 웨이퍼 재생 및 불출 시스템을 추가 구축해 현재의 시스템이 완성됐습니다”

비용 절감과 환경 문제 해결을 동시에… 재생 웨이퍼가 창출하는 경제적·사회적 가치

SK하이닉스는 Regen Wafer의 전사 횡전개를 추진하면서 올해 1월부터 기존의 TF를 확대해, 청주, 우시 캠퍼스의 Regen 담당자와 경영혁신, 구매, DT에 이르기까지 유관 부서의 구성원들이 추가로 참여하는 전사 Regen 실행 TF를 운영하고 있다.

Regen Wafer를 팹에 본격적으로 도입하기 시작한 지난해의 경우, 전체 NPW 중 Regen Wafer의 사용 비중이 약 10% 초반에 그쳤지만, 올 연말까지 사용 비중을 점차 늘려나갈 전망이다.

저비용으로 고품질을 구현한 Regen Wafer는 실제로 수백억 원의 경제적, 사회적 가치를 창출하고 있다. 2021년 Regen Wafer 사용으로 100억 원이 넘는 비용을 절감했으며, 향후 수백억 원의 경제적 가치를 창출할 수 있을 것으로 예상하고 있다.

▲미래전략 경영혁신 허익 TL

“Regen Wafer의 생산 비용은 대체 가능한 테스트와 Reclaim Wafer 단가에 비해 저렴합니다. 최근의 전 세계적으로 수급 가능한 웨이퍼가 부족한 환경임을 고려할 때 Regen Wafer의 경제적 가치는 더욱 커질 것으로 전망됩니다”

많은 양의 자원을 소비해 필연적으로 환경적 영향을 고민할 수밖에 없는 반도체 기업 입장에서 웨이퍼 재생 기술은 용수 사용량과 폐수 배출량을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 전력 소모를 줄여 이산화탄소 배출량 저감할 수 있어 그만큼 사회적 가치를 창출할 수 있다는 장점이 있다. SV성과관리팀에 따르면 현재 자체 기술로 생산된 Regen Wafer는 장당 약 2만 원의 사회적 가치를 창출하고 있는 것으로 파악된다.

SK하이닉스는 여기서 그치지 않고 보다 효율적인 Regen Wafer 사용을 위해 ‘전사 폐기 웨이퍼 통합 관리 시스템’을 구축하고 있다. 전사 Regen Wafer의 생산과 사용 현황을 NPW 사용 실적과 연계해 실시간으로 모니터링함으로써 자사 웨이퍼 수급 상황을 통합적으로 관리하기 위한 노력이다.

“지난해까지는 Regen 기술 개발과 확대 적용에 집중했다면, Regen Wafer 공급과 수요를 NPW 사용량과 연계해 전사 차원의 폐기 웨이퍼 관리 시스템을 구축함으로써 향후 3년간 862억 원의 경제적 비용과 370억 원의 사회적 비용을 절감하는 것이 목표입니다. 이를 실현하기 위해 오늘도 전사 Regen 실행 TF는 끊임없는 기술 개발을 통해 프라임 웨이퍼급 품질 실현으로 대체 웨이퍼의 적용 범위를 확대해 나가겠습니다”

기술의 발전은 비즈니스 방식의 변화를 이끌었고, 의사소통 방식을 비롯한 우리의 일상을 새로운 모습으로 바꿔가고 있다. SK하이닉스, 그리고 하이지니어들은 단순히 이러한 혁신을 받아들이는 데서 그치지 않고 ICT 기술의 발전을 이끌며 이런 변화를 주도하고 있다.

SK하이닉스의 메모리 솔루션(Memory Solution)은 자율주행(Automotive), 인공지능(AI), 증강현실/가상현실(AR/VR) 등 마법과도 같은 첨단 기술을 구현하는 데 필수적이다. 지난해에는 업계 최고 속도를 자랑하는 HBM3 개발에 성공한 것을 포함해 여러 차례 ‘업계 최초’ 타이틀을 차지하며 기술력을 입증했다. SK하이닉스는 이에 안주하지 않고 끊임없이 혁신을 추구하는 자세로 연구개발(R&D)에 헌신적인 노력을 기울이고 있으며, 이를 통해 차세대 반도체 기술을 실현하기 위한 여러 아이디어들을 구체화하고 있다.

SK하이닉스는 DRAM과 NAND 분야에서 수많은 개발 성공 사례를 바탕으로 4차 산업혁명을 이끌 미래지향적인 기술들을 발굴하고, 이를 고객들에게 제공하기 위해 혼신의 힘을 다하고 있다. 그리고 그 중심에는 빅데이터가 있다. 온라인에서는 구매, 메시지 전송, 업로드, 검색 등 매일 수많은 상호작용이 이뤄진다. 이 과정에서 방대한 양의 데이터가 생성되고, 고객들은 이를 효과적으로 처리하기 위해 더 빠른 속도, 더 안전한 저장 방식, 더 편리한 접근 방식을 요구하고 있다.

SK하이닉스는 이 같은 도전에 발빠르게 대응하며 ‘진화의 길(Evolutionary Path)’에서 ‘혁신의 길(Revolutionary Path)’로 나아가고 있다. 2022년, 그리고 그 이후에도 SK하이닉스는 혁신을 거듭하며 글로벌 ICT 산업을 선도해갈 것이며, 기술로 우리의 일상을 바꿔가는 데에도 앞장설 것이다.

매년 새해가 되면 지나간 일보다 앞으로 다가올 일에 집중하며, 밝은 미래를 기대한다. 그런 측면에서 앞으로 우리의 삶에 영향을 줄 제품, 기술, 서비스를 전 세계에 선보이는 세계 최대 가전·IT 박람회인 ‘CES(Consumer Electronic Show)’가 매년 1월 초, 새해를 맞이하는 시점에 열리는 건 시의적절하다.

지난해 CES는 코로나19의 여파로 비대면 가상 박람회로 진행됐지만, 올해는 다시 라스베이거스 컨벤션 센터에서 진행돼 세간의 이목을 끌었다. CES에서 소개된 제품들도 모처럼만에 오랫동안 헤드라인을 장식했다.

SK하이닉스 역시 SK그룹 6개사(SK㈜, SK이노베이션, SK텔레콤, SK E&S, SK하이닉스, SK에코플랜트)와 함께 ‘동행(탄소 없는 삶, 그 길을 함께 걸어갈 동반자 SK)’을 주제로 이번 CES 2022에 참가해 ‘친환경 반도체 생태계를 위한 노력’을 선보였다.

SK하이닉스는 온실가스 및 탄소 배출 저감에 기여할 수 있는 친환경 공정기술인 워터프리 스크러버, 저전력 메모리 반도체인 eSSD와 HBM3, 그리고 친환경 생분해성 제품포장 등을 전시했다. SK하이닉스는 이처럼 반도체 생산공정부터 소비자에 전달되는 반도체 가치사슬 전방위에 걸쳐 환경영향을 최소화하고 탄소 감축에 기여할 수 있는 활동을 더욱 강화한다는 방침이다.

뉴스룸은 이번 CES에서 소개된 사례 중 SK하이닉스가 제품, 공정, 패키지 등 세 가지 개별 영역에서 각각 진행 중인 친환경 노력들을 자세히 살펴봤다.

제품: 저전력 반도체

일반적으로 SSD(Solid State Drive)는 HDD(Hard Disk Drive)보다 60% 적은 전력을 소비한다고 알려져 있다. 전 세계 데이터 센터의 기존 4세대 3D NAND 플래시 기반 eSSD(Enterprise SSD)를 5세대 eSSD로 교체할 수 있다면, 2030년에는 이산화탄소 배출량을 약 5만 톤 줄일 수 있다.

SK하이닉스가 최근 개발에 성공한 현존 최고 사양의 DRAM ‘HBM3(4세대 High Bandwidth Memory)’ 역시 SK하이닉스의 이산화탄소 절감 노력에 기여할 것으로 기대된다. AI Accelerators와 고성능 그래픽 카드에 사용되는 HBM3는 기존 GDDR DRAM 대비 전력 효율을 약 50% 향상시킨 제품으로, GDDR DRAM을 HBM3 교체하는 작업이 완료되면 2030년에는 이산화탄소 배출량을 약 83만 톤을 절감할 수 있을 것으로 기대된다.

이처럼 SK하이닉스는 차세대 반도체 메모리 솔루션을 개발해 기존 저장장치(Storage)를 SSD로 전환하는 작업에 속도를 내며, SK그룹의 주요 친환경 목표 중 하나인 탄소 배출량 감소에 기여하고 있다.

공정: 워터프리 스크러버(Water-free scrubber)

지속가능한 미래를 위한 SK하이닉스의 노력을 잘 보여주는 또 다른 사례는 수자원을 더 효율적으로 관리하기 위해 공정에 고효율 ‘워터프리 스크러버(Water-Free Scrubber)’를 도입한 것이다.

SK하이닉스는 반도체 공정에 사용되는 각종 화학물질의 안전한 폐기를 위해 친환경 공정 기술 개발과 도입에 적극적으로 나서고 있다. 반도체 제조과정에서 온실가스의 원인이 되는 공정가스를 제거하는 친환경 스크러버를 통해 온실가스 배출량을 약 90% 저감하는 효과를 가져왔다 (2020년 기준). 또한 최근 기존 스크러버 기술과 달리 처리 과정에서 물을 사용하지 않고 공정가스를 제거하는 워터프리 스크러버를 협력사와 공동 개발해 용수 저감 효과를 가져왔다.

패키지: 생분해성 포장재

“친환경을 추구하겠다”는 SK하이닉스의 약속은 제품과 제조공정뿐만 아니라, 소비자에게 배송되는 SSD 패키지에도 적용된다.

SK하이닉스는 지난해 Gold P31 SSD 국내 출시 발표 당시, 생분해성 비닐봉지와 콩 잉크 및 산림관리협의회(Forest Stewardship Council, FSC) 인증 용지를 사용한 포장재를 언급한 바 있다. FSC 인증은 수질 보호, 유해 화학 물질 방지, 산림 생태 및 야생 동물 서식지 보호 등을 통해 환경 영향을 줄이는 방식으로 목질 섬유를 수확했음을 나타내는 지표로, 이 친환경 패키지는 180일 안에 90% 분해된다.

▲ SK하이닉스 Gold P31 SSD

친환경 반도체 생태계 구축을 위한 SK하이닉스의 노력

SK하이닉스는 반도체 생산과정에서 탄소 배출을 최소화하고 환경 문제를 해결하기 위해 에코 얼라이언스(Eco Alliance)를 구축하고, 협력사와 함께 지속가능한 반도체 생태계를 만드는 데 앞장서고 있다. 에코 얼라이언스는 SK하이닉스가 친환경 반도체 생태계 구축을 위해 지난 2019년 40여 개 협력사와 함께 구성한 연합체다. 회원들은 각자 환경에 미치는 영향을 줄이는 중장기 환경 목표를 수립하고, 이를 달성하기 위해 모든 책임을 다하고 있다.

또한 SK하이닉스는 폐열을 회수하고 냉각 시스템을 최적의 상태로 운영하는 등 협력사와 함께 제조 공정의 에너지 효율 극대화하는 데에도 많은 노력을 기울이고 있다.

친환경 경영에 최선을 다하고 있는 SK그룹의 진정성

탄소 감축을 위한 SK하이닉스의 노력은 SK그룹 관계사들이 실천하고 있는 노력의 일부에 불과하다. SK그룹은 2030년까지 전 세계 탄소 감축 목표인 210억 톤의 1%에 해당하는 2억 톤의 탄소 배출량을 감축하겠다는 목표를 달성하기 위해 이번 CES 2022를 글로벌 탄소 감축을 위한 약속을 공표하는 장이자, 향후 ‘여정’을 시작하는 출발점으로 의미를 부여했다.

(탄소 배출량 절감을 위한 SK 그룹의 비전에 대해 자세히 알아보려면 여기를 클릭하세요!)

이러한 노력은 경제적 가치와 사회적 가치를 동시에 추구하는 SK그룹의 철학과 신념에서 비롯된다. 코로나19로 일상에 많은 변화가 있었지만 첨단기술로 밝은 미래를 개척하기 위해 쉼없이 노력하고 있는 SK그룹 멤버사들과 SK하이닉스의 행보에 응원이 필요한 시점이다.

▲SK하이닉스가 11일 경기도 이천 본사에서 독일 튀프노르트(TUV Nord)와 화상으로 자동차 기능안전 국제표준 ISO 26262 : 2018 FSM 인증식을 가졌다. (왼쪽부터)SK하이닉스 윤석철 PL, 곽호승 TL, 조정아 PL, 이재호 PL, 송준호 품질시스템담당 부사장, 튀프노르트 요제프 노이만 수석심사원, 비앙카 푸프 인증기관장, SK하이닉스 심대용 오토모티브사업담당 부사장, 김근국 TL

SK하이닉스가 자동차용 반도체 제품의 기능안전 국제표준인 ‘ISO 26262: 2018 FSM(Functional Safety Management)’ 인증을 획득했다고 12일 밝혔다. 심사는 세계적인 자동차 기능안전 인증기관인 독일 튀프노르트(TUV Nord)가 진행했다. 양사는 이를 기념하기 위해 11일 오후 화상으로 인증식을 가졌다. 인증식에는 SK하이닉스 심대용 오토모티브사업담당 부사장, 송준호 품질시스템담당 부사장, 튀프노르트 비앙카 푸프 인증기관장, 요제프 노이만 수석심사원 등이 참석했다.

ISO 26262는 자동차에 탑재되는 전기·전자 시스템의 고장으로 인한 사고를 예방하기 위해 2011년 ISO(국제표준화기구)가 제정한 자동차 기능안전 국제표준이다. 이번에 SK하이닉스가 인증받은 ISO 26262: 2018은 자동차용 반도체에 대한 요구사항이 추가된 최신 표준이다. 안전, 품질과 신뢰성이 중요한 자동차 산업에서 전장 부품의 ISO 26262 표준 준수는 필수적인 요소다.

SK하이닉스는 이번 인증을 통해 향후 자동차용 메모리 시장을 선도해 나갈 수 있는 기반과 제품 경쟁력을 확보하게 됐다고 설명했다. 특히, ISO 26262에서 규정한 자동차 안전 무결성 수준(ASIL: Automotive Safety Integrity Level)도 최고등급인 ASIL-D(A에서 D까지 4등급으로 구성)를 획득해 업계 최고 수준의 안전성까지 검증받았다고 밝혔다.

이번에 SK하이닉스가 FSM 인증을 받은 제품은 8Gb(기가비트) LPDDR5이다. LPDDR5는 자율주행과 ADAS(Advanced Driver Assistance System, 첨단운전보조시스템)에 필수적인 고용량·고성능·저전력 메모리로 주목받고 있다. SK하이닉스는 향후 자동차용 메모리 제품군에 UFS(Universal Flash Storage)와 HBM(High Bandwidth Memory)2E/3 등을 확대하며 해당 시장에서의 위상을 높여간다는 방침이다.

SK하이닉스 오토모티브사업담당 심대용 부사장은 “이번 인증을 계기로 세계 최고 수준의 자동차용 반도체 기능안전 기술 수준이 입증된 만큼 자동차 업계 고객사와 전략적 파트너십을 확대해 나가겠다”고 말했다. SK하이닉스 품질시스템담당 송준호 부사장은 “성장세가 큰 자동차용 메모리 시장에서 주도권을 확보할 수 있도록 안전, 품질 및 신뢰성 경쟁력을 지속 강화하겠다”고 말했다.

한편, 시장조사기관 스트레티지 애널리틱스(Strategy Analytics Inc.)의 분석에 따르면 ADAS에 채용되는 전체 메모리 시장 규모(매출 기준)는 연 평균 24.5%의 성장률(CAGR)을 보이며 2028년에는 올해 대비 3배 가까이 성장할 것으로 예측되고 있다.

행복·소통(Happiness & Communication)

2020년 SK하이닉스의 가장 중요한 화두 중 하나로는 단연 ‘행복’을 첫 손에 꼽을 수 있다. 그렇다면 뉴스룸에서 ‘행복’ 키워드를 대표하는 콘텐츠는 무엇일까? 행복을 다룬 여러 콘텐츠가 있지만, 각 조직의 리더들을 만나 그들의 행복 철학을 공유한 ‘Top TL’ 인터뷰 시리즈를 빼놓을 순 없다.

특히 올해는 개발제조총괄, 품질보증, NAND개발, Solution개발, DRAM개발 등 각 담당 조직의 리더들을 만나 그들의 ‘행복론’을 들어보는 데 더욱 집중했다. 이들이 구성원 행복 증진을 위해 지금 하고 있는 다양한 노력들을 상세히 소개했고, 각 조직의 현안에 대한 이들의 고민과 생각을 꾸밈없이 담아내며 리더들과 구성원의 소통 창구 역할도 톡톡히 했다.

뉴스룸은 지난 1년 간 SK하이닉스가 구성원 행복 실현을 위해 고민하고 노력해온 과정도 상세히 담아냈다. 회사가 구성원 성장을 위해 하고 있는 일들을 소개했고(관련기사: “구성원 성장 위해 학습 플랫폼 개편”_SKHU, mySUNI와 만나다), 구성원의 행복 데이터를 측정해 만들어진 ‘행복 레시피’도 꼼꼼히 살펴봤다(관련기사: SK하이닉스가 행복을 요리하는 방법, ‘행복 레시피’ 그 첫 번째 이야기). 미술관으로 새롭게 단장한 일터를 직접 찾아가 보기도 했다(관련기사: 어느 날 회사 건물이 미술관으로 바뀐다면?! 구성원을 위한 힐링 공간 ‘행복 미술관 Gallery H’를 가다).

MZ세대 구성원과 소통하고 공감대를 형성하기 위한 노력도 지속했다. 세대 분석 리포트 ‘SK하이닉스, MZ세대를 만나다’ 편을 통해, MZ세대 구성원에 발맞춰 변화하고 있는 SK하이닉스의 기업문화를 살펴봤고, 특유의 유머 코드와 탄탄한 세계관으로 팬덤을 만들어낸 브랜디드 콘텐츠 영상 시리즈도 꾸준히 선보였다.

이밖에도 △이천과 청주캠퍼스의 다양한 시설과 구성원들의 라이프스타일을 미션 수행 컨셉으로 재미있게 풀어낸 ‘슼!스타일’ 시리즈 △다양한 테스트를 통해 구성원 간 ‘케미’를 검증해본 ‘케미달달 속마음 토크’ 시리즈 등 MZ세대 구성원에게 ‘핏(Fit)’한 콘텐츠를 새롭게 선보이며, MZ세대와의 거리감도 계속 좁혀가고 있다.

기술(Technology)

올해는 ‘기술’ 분야에서도 그 어느 때보다 ‘뉴스’가 많은 해였다. 코로나19로 인해 언택트 관련 수요가 급증하면서 글로벌 기업들 간 전례 없는 빅딜(Big Deal)이 성사되는 등 업계 판도가 완전히 뒤바뀌었기 때문. 글로벌 기업들과 어깨를 나란히 하는 SK하이닉스 역시 그 변화의 중심에서 연일 업계를 깜짝 놀라게 하는 뉴스를 발표했다.

먼저 7월에는 뉴스룸을 통해 ‘초고속 D램’ 솔루션 HBM2E의 양산 소식(관련기사: SK하이닉스, 초고속 D램 ‘HBM2E’ 본격 양산)이 세상에 알려졌다. 뒤이어 지난 2018년 개발에 성공한 DDR5 D램의 출시 소식(관련기사: SK하이닉스, 세계 최초 DDR5 출시)과 업계 최고층 176단 4D 낸드 개발 성공 소식(관련기사: SK하이닉스, 업계 최고층 ‘176단 4D 낸드’ 개발)이 연달아 발표되며, 누구보다 빠르게 기술 한계를 뛰어넘고 있는 SK하이닉스의 앞선 기술력을 널리 알렸다.

올 하반기 최고의 빅 뉴스였던 인텔(Intel) 낸드 사업 인수 계약도 빼놓을 수 없다. 뉴스룸은 지난 10월 SK하이닉스가 인텔의 낸드 메모리와 저장장치 부문 인수를 위해 90억 달러 규모의 양도 계약을 체결했다고 공식 발표했다(관련기사: SK하이닉스, 인텔 낸드 메모리 사업 인수). 국내 M&A 역사상 최대 규모를 자랑하는 이번 딜은 빅데이터 시대를 맞아 급성장하고 있는 낸드와 솔루션 분야의 경쟁력 강화를 위한 승부수로 평가받고 있다.

또한, 뉴스룸은 각 조직 리더들의 기고문을 통해 △디지털 전환(Digital Transformation, DT) △차량용 메모리 반도체(Automotive) △CIS(CMOS Image Sensor) 등 포스트 코로나 시대 반도체 산업을 책임질 차세대 기술 분야에 대한 전망과 대응 전략도 상세히 소개했다.

기획기사 시리즈 ‘반도체가 만드는 세상(이하 반만세)’을 통해서는 이러한 반도체 기술의 미래 트렌드를 전체 산업 변화의 흐름 안에서 보다 깊이 있게 다뤘다. ‘스마트 아이’ 편에서는 인공 안구 속 CIS 반도체의 역할을 다뤘고, ‘휴머노이드’ 편에서는 인간과 유사한 로봇을 만들기 위해 반도체 분야에서 이뤄지고 있는 다양한 기술적 진전들을 소개했다.

이러한 ‘기술 맛집’ SK하이닉스의 면모는 배우 문태유와 박성준이 출연해 화제를 모은 기업PR 영상 캠페인 ‘언택트 편’을 통해서도 잘 드러났다. 영상 속에서 사람들의 일상 속 다양한 업무를 대신 수행하는 반도체들은 포스트 코로나 시대를 맞이해 더욱 중요해질 반도체 기술과 그 중심에 서 있는 SK하이닉스의 역할을 잘 보여줬다.

집념(Tenacity)

뉴스룸은 다양한 조직 리더들의 실패와 극복, 성공 스토리를 다룬 인터뷰 기사를 통해 SK하이닉스의 대표적인 기업 정신 중 하나인 ‘집념’의 가치를 전달했다.

제품 개발 히스토리와 그 시절 추억의 명곡을 함께 소개하는 임원 인터뷰 시리즈 [띵작은 회로를 타고]도 그중 하나. ‘띵작’은 명작(名作)을 ‘야민정음(한글 자모를 모양이 비슷한 것으로 바꾸어 단어를 다르게 표기하는 MZ세대의 인터넷 밈)’ 형태로 바꾼 단어다. 엔지니어들의 피땀 어린 노력으로 탄생한 SK하이닉스의 주력 제품군과 유명 가수들의 명곡(名曲)을 함께 일컫는 중의적 표현이기도 하다.

올해는 △30나노급 4Gb D램(김동균 담당) △40나노급 2Gb 그래픽 DDR5(조주환 담당) △128GB DDR4 모듈(김선순 담당) 세 가지 제품의 개발 히스토리가 소개됐다. 원더걸스의 <Nobody>를 전투식량 삼아 가족과 떨어진 낯선 미국 땅에서의 외로움을 극복한 김동균 담당부터, 버스커버스커의 <벚꽃엔딩>과 함께 세계 최초 초고용량 128GB DDR4 모듈 개발에 성공한 김선순 담당의 이야기까지, 하나의 완벽한 제품을 완성하기 위해 현장에서 치열하게 고군분투한 개발자들의 집념 어린 모험담을 생생하게 담아냈다.

탄탄한 스토리 텔링과 세계관으로 수많은 팬덤을 보유한 <테너시티 신드롬(Tenacity Syndrome)>시리즈도 이러한 SK하이닉스의 기업 정신인 ‘집념(Tenacity)’을 잘 보여준 사례 중 하나다. <테너시티 신드롬>은 사소한 일이라도 한번 시작하면 끝을 본다는 가상의 ‘집념 증후군’을 지닌 주인공 한희수의 일상을 통해 SK하이닉스의 기업문화와 인재상을 전달하는 브랜디드 영상 콘텐츠.

1편에서는 어린 시절 의사로부터 집념 증후군을 진단받은 한희수가 ‘세상을 바꾸고 싶다’는 꿈을 이루기 위해 SK하이닉스에 입사하게 되는 과정을 담았다. 2편은 한희수가 첫사랑 수인이와의 재회하는 과정을 통해, 그가 하이지니어가 된 이유를 보여줬다. ‘반도체로 세상을 바꾸고 싶다’는 그의 꿈이 사실은 10년 전 첫사랑에게 했던 말을 지키기 위해서였던 것. 3편에서는 과거의 선배 하이지니어들로부터 현재의 한희수에 이르기까지 유산처럼 전해 내려온 SK하이닉스만의 ‘위기극복 DNA’를 보여줬다. 끈기와 집념으로 똘똘 뭉친 그가 SK하이닉스의 구성원이 된 것은 단순한 우연이 아니라, 숱한 위기 속에서도 열정과 패기로 도전을 멈추지 않는 하이지니어만의 특성을 가지고 있었기 때문이라는 것을 암시했다.

올해 발행된 <테너시티 신드롬> 4편 영상에서는 주인공 한희수의 성장 과정을 보다 면밀히 살피며 실패에도 굴하지 않는 SK하이닉스의 ‘집념’ 유전자를 더욱 강조했다. 집념 증후군(Tenacity Syndrome) 때문에 게임 덕후가 된 주인공 한희수가 그 특성을 발휘해 끊임없이 도전하며 주어진 미션을 해결하는 하이지니어로 거듭나는 모습을 그려낸 것. 특히 동료들과 힘을 합쳐 까다로운 난제를 해결하는 과정을 ‘롤 플레잉 게임(RPG)’에 비유하는 탁월한 스토리텔링으로 네티즌의 큰 호응을 받았다.

직무(Career)

뉴스룸은 미래의 하이지니어를 꿈 꾸는 MZ세대 독자를 위한 다양한 직무를 소개하는 콘텐츠도 지속적으로 선보이고 있다. 올해는 △Digital Platform 팀 △Infra구매담당 통관 팀 △Enterprise UX/UI 팀 △NAND QA 팀 △D-Test 기술 담당 등 5개 조직 및 팀 구성원들을 만나, 그들이 하고 있는 업무와 일을 하면서 느끼는 보람 등 다양한 직무 관련 이야기를 담았다.

같은 학과 출신이지만 회사 내 다양한 부서에서 활약하고 있는 선배들을 인터뷰하는 ‘00학과 전공하면’ 시리즈도 취준생 독자들에게 좋은 반응을 얻었다. △경영학 △산업공학 △전기전자공학을 전공한 4년 차 미만 신입사원들의 생생한 취업 경험담을 통해, 단순 직무 관련 정보뿐만 아니라 필요한 스펙이나 역량 등 실제 입사 준비에 도움이 되는 다양한 꿀팁들을 전수했다.

채용시즌에는 인사담당자와 실제 합격자의 면접 사례와 자소서를 심층 분석하는 특집 기획기사를 통해 취준생의 고민을 덜어줬다. 이와 더불어 인사담당자와 각 부서 신입사원들이 직접 출연해 입사 준비 팁을 공유하는 ‘랜선 멘토멘티’ 토크쇼 영상 또한 높은 조회수를 기록했다.

MZ세대뿐만 아니라 시니어 독자들이 공감할 수 있는 직무 관련 콘텐츠도 발행됐다. 지난 11월 SK하이닉스가 국내 반도체 업계 최초로 도입한 DE(Distinguished Engineer)와 HE(Honored Engineer)를 소개한 인터뷰 기사는 다수 언론에도 인용되며 많은 5060 세대 독자들의 호응을 얻었다(관련기사: 반도체 장인, SK하이닉스에서 기술 전문가로서 ‘인생 2막을 열다’).

사회적 가치(Social Value)

△환경(Environment) △사회(Social) △지배구조(Governance) 문제를 해결하는 ESG 경영이 기업 생존의 핵심 역량으로 주목받고 있다. 이러한 흐름에 발맞춰, 올해 뉴스룸은 DBL(Double Bottom Line, 경제적 가치와 사회적 가치를 동시에 추구하는 경영철학) 경영을 실천하고 있는 SK하이닉스의 다양한 가치창출 활동을 기획기사로 상세히 소개했다.

지난 10월 발행된 특집 기사 ‘기업을 보는 눈, ESG…SK하이닉스는 어디까지 왔을까’는 아직 ESG의 개념이 낯선 사내 구성원과 일반 독자들에게 길라잡이 역할을 수행했다. ESG가 포스트 코로나 시대의 경영 트렌드로 떠오른 배경부터, SK그룹의 DBL 경영철학을 바탕으로 SK하이닉스가 추진하고 있는 관련 활동 내용, CEO 직속 ESG TF 출범 소식까지 두루 다루며, ESG에 대한 깊이 있는 인사이트를 전달했다.

치매 어르신과 발달장애인을 위한 배회감지기 지원 사업 ‘행복 GPS’, 인공지능 스피커를 활용한 독거 어르신 돌봄 서비스 ‘실버프렌드’ 등 다양한 사회공헌 활동 소식도 소개됐다. 특히 지난 11월에는 실버프렌드가 글로벌 ICT 돌봄 모범사례로 선정, UN 웹 세미나에 초청되며 그 사회적 가치를 국제적으로 인정받기도 했다(관련기사: 독거 어르신들의 친구 ‘실버프렌드’, UN 선정 글로벌 ICT 돌봄 모범사례가 되다). 또한, 기억을 잃어가는 엄마와 이를 지켜보는 딸을 행복 GPS가 연결한다는 내용의 브랜디드 영상 콘텐츠 <행복 GPS 4편>은 감동적인 스토리로 온라인상에서 화제를 모았다.

같은 달 19일 열린 국가품질경영대회에서 국가품질혁신상 사회적가치창출 부문으로 대통령 표창을 수상한 것은 이러한 노력들을 대외적으로 인정받은 가장 큰 성과였다. 사회적 거리두기를 위해 소수의 인원만 참석한 엄숙한 분위기의 시상식이었지만, 뉴스룸은 영광의 순간을 가장 가까이에서 포착해 생생한 현장 스케치 기사로 독자들에게 전달했다(관련기사: SK하이닉스, 국가품질혁신상 대통령 표창 수상_‘사회적 가치’ 창출 선도 기업으로 우뚝 서다!).

변화하지 않으면 도태하는 세상입니다. 최근 대내외적으로 불확실성이 지속되고 있는 반도체 시장에서는 더더욱 그렇습니다. 이러한 가운데 SK하이닉스는 얼마 전 세계 최초로 128단 1Tb TLC 4D 낸드플래시를 선보이며 그 저력을 입증했습니다. 업계 최고 적층, 최고 용량임에도 불구하고 투자비용은 줄이고 생산성은 높였습니다. 더 놀라운 건, 이 모든 장점이 집약된 반도체가 96단 이후 단 8개월 만에 탄생했다는 것! 지금 바로 128단 1Tb TLC 4D 낸드 개발의 주역들을 만나 궁금했던 이야기를 들어보도록 할게요.

‘세계 최초’ 128단 1Tb TLC 4D 낸드의 탄생

▲ (왼쪽부터) 심근수 PL, 천기창 PL, 정성훈 PL, 전유남 PL
Q. 안녕하세요, 인터뷰에 응해주셔서 감사합니다. 먼저 간단한 자기소개 부탁드립니다.
천기창 PL 안녕하세요, 이번 프로젝트에서 설계를 담당한 천기창 PL입니다. 아이디어를 제품화하기 위해서는 수많은 단계를 거치는데, 그중 개발의 기초인 제품의 회로를 Design하는 일을 합니다.
심근수 PL 저는 제품 PJT에서 소자를 담당하는 심근수 PL입니다. 소자의 특성과 동작을 개발함으로써 성능과 신뢰성의 기본 토대를 구축하는 역할을 하고 있습니다. 소자들이 설계에서 원하는 표준으로 동작할 수 있도록 각 소자를 디자인하는 일을 맡고 있죠.
정성훈 PL 저는 공정 담당 정성훈 PL입니다. 공정 엔지니어로서 설계 그대로 실제 제품으로 구현하는 역할을 맡고 있습니다.
전유남 TL 저는 PI(Process Integration) 담당 전유남 PL입니다. 프로젝트에는 다양한 부서가 있지만, 제품이 나오기까지 앞서 말씀드린 세 부서의 역할이 매우 중요한데요, 저는 프로젝트 전체를 관리•감독하는 컨트롤타워 역할을 맡고 있습니다.

Q. 세계 최초로 128단 1Tb TLC 4D 낸드플래시 제품 개발에 성공하셨습니다. 개발자분들께서 직접 이번 제품에 대해 간단하게 소개해주세요.
천기창 PL 이번에 개발한 128단 1Tb(테라비트) TLC(Triple Level Cell) 4D 낸드플래시는 업계 최고 적층이자, TLC 낸드로는 최고 용량인 1Tb를 구현한 제품입니다. 기존 5세대 96단 4D 낸드와 비교했을 때 같은 면적에서 저장 용량은 30% 증가되었고 데이터 읽기 쓰기 속도는 16% 향상되었습니다. 기술적으로는 자체 개발한 4D 낸드 기술에 초균일 수직 식각 기술, 고신뢰성 다층 박막 셀 형성 기술, 초고속/저전력 회로 설계 등 혁신 기술이 적용된 제품인데요. 96단 4D 낸드에 비해 생산성은 40%, 투자 효율은 60%나 향상되었습니다.
업계 최고 적층, 최고 용량을 구현하다

Q. 지난해 말 96단 4D 낸드 이후, 단 8개월 만의 일입니다. 이렇게 짧은 기간 내 개발에 성공할 수 있었던 비결은 무엇인가요?
전유남 TL 보통 업계에선 하나의 기술을 개발할 때 소요되는 기간을 2년 이상으로 예상합니다. 이번에 개발 기간을 혁신적으로 단축할 수 있었던 이유는, 전세대의 ‘4D 낸드’라는 플랫폼을 유지하고, 층수 증가에 따른 핵심 공정 및 설계 기술 확보에 집중했기 때문입니다. 덕분에 개발과정에서 발생할 수 있는 문제들을 미리 파악할 수 있었고, 그만큼 빠르게 대응할 수 있었죠.

Q. 기존의 96단에서 '업계 최고' 수준인 128단으로 적층을 심화했다는 것이 이번 제품의 핵심인 듯합니다. 층을 높이 쌓으려면 어떠한 기술이 필요한가요?
정성훈 PL 반도체에서 층을 쌓는다는 것은, 고층 아파트를 짓는 것과 비슷합니다. 높이 지으려면 조금의 오차도 나지 않게 잘 정렬해서 지어야 하죠. 하지만 반도체는 쌓기도 하지만 파내기도 하는데요. 예를 들어 아파트를 지을 때, 아래층은 24평인데 위층은 36평이면 공평하지 않아 입주자들의 불만이 쌓이겠죠. 반도체 셀(Cell) 역시 자기가 느끼는 면적이 다르면 성능도 달라집니다. 이를 똑같이 만들기 위해서는 균일하게 식각하는 기술이 필요합니다.
심근수 PL 또한, 아파트를 지을 때 층간소음을 막기 위해 방음처리도 중요한데요. 반도체에서도 역시 셀 두께가 얇아지면 셀 저항 및 셀 간 간섭현상이 생깁니다. 따라서 층마다 박막을 균일하게 증착하는 기술도 적용돼야 합니다.

Q. 용량 또한 크게 늘었습니다. TLC 낸드로는 업계 최고 용량인 1Tb라고 하는데, 이러한 초고용량 낸드를 구현할 수 있었던 비결은 무엇인가요?
전유남 PL NAND는 용량이 증가하더라도 Market에 표준화된 패키지(Package) 규격안에 fit-in을 하는 것이 관건입니다. 512Gb에서 1Tb으로 용량을 키웠지만 96층에서 128층으로 층수를 증가시키고 더불어 4D 낸드를 활용한 것이 가장 큰 비결입니다. 기존에는 주변 회로를 셀 옆에 배치했다면, 4D 낸드에서는 그 회로를 셀 밑으로 넣는 PUC(Peri Under Cell) 기술이 적용되었습니다. 쉽게 말해 아파트 옥외주차장을 지하주차장으로 구조 변경해서 공간효율을 극대화시킨 것이죠. 즉, 면적은 줄이면 그만큼 만들 수 있는 Cell의 개수가 늘어나기 때문에 초고용량을 구현할 수 있게 되었습니다.

Q. 앞서선 96단을 적층해 QLC 방식으로 1Tb를 구현했는데요, 이번엔 TLC 방식으로 1Tb를 구현했습니다. 두 제품은 어떤 차이가 있나요?
심근수 PL 셀 하나당 TLC는 3비트를, QLC는 4비트를 구현합니다. 96단 QLC는 동일한 사이즈에 1Tb를 구현하기 위해 한 셀에 더 많은 데이터를 저장할 수 있도록 만든 것이고, 128단 TLC는 동일한 아래 면적을 활용하되 층수를 더 높이는 방법을 적용했어요. 그럼에도 불구하고 성능과 신뢰성은 이전 세대 제품보다 더 좋아요. 그런 측면에서 같은 1Tb라도 부가가치가 훨씬 높죠.
정성훈 PL 예를 들어 설명하면 집을 만들 때 똑같은 단위면적에 수용할 수 있는 사람 수가 다른 거죠. 원래는 4명이 살던 공간에 이젠 3명이 살게 된 거에요. 같은 공간에 사는 사람이 3명에서 4명으로 늘면 1명당 주거비용이 줄어들지만 더 불편해지듯이, 반도체에서는 한 셀에 넣은 비트 수가 많아질수록 데이터 저장량이 늘어 가격경쟁력은 좋아지지만, 속도가 느려지고 수명이 짧아집니다. 이 제품은 셀당 데이터 저장량을 늘린 게 아니라 전체 셀 수를 늘려, 기존과 같은 용량을 구현하면서도 기존 제품보다 빠른 속도와 긴 수명을 확보할 수 있게 된 거죠.

Q. 기술이 고도화되고 개발 난이도가 높아지면서 공정수도 증가하고 있는데요. 이번 제품에서는 오히려 공정수도 줄이고 투자효율도 높였다고요. 그 비결은 무엇인가요?
심근수 PL 개발 초기부터 개발 효율을 고려하여 Process Integration을 단순화 하는 실험을 추진한 결과 기존 Tech. 대비 공정수를 줄일 수 있었습니다. 이러한 공정 최적화를 통해 96단 대비 셀을 32단 추가 적층 하면서도 전체 공정수를 5% 줄일 수 있었습니다.
정성훈 PL 통상적으로 개발 난이도가 높아지면 공정수가 늘어나는 것이 당연합니다. 하지만, 동일 플랫폼을 활용하는 만큼 이전 Device의 문제점을 다각도로 분석하며 문제점을 개선하면서 공정을 늘리지 않도록 목표를 설정하였고, 여러 팀에서 함께 고민하고 검토한 결과 공정수를 줄일 수 있었습니다. 그 결과 난이도가 높은 공정의 장비 투자가 이뤄졌음에도 투자비용을 60%로 절감할 수 있었습니다.
한마음 한뜻으로 혁신을 계획하다

Q. 제품 개발에 대한 아이디어는 어떻게 얻으셨나요?
정성훈 PL 고성능 낸드를 개발하기 위해 여러 가지 도전해왔던 것들과 시장에서 요구하는 것들이 합쳐져 나아가고자 하는 방향성이 정해진 것 같습니다. 단위 면적당 칩 사이즈는 작게, 용량은 크게. 이것이 메모리 업계의 방향성이자 지상과제이기 때문에, 이를 해결하기 위해 여러 가지 아이디어가 나오고 있고요. 4D 낸드에 대한 아이디어는 96단에서, 그리고 저희는 4D 낸드라는 훌륭한 플랫폼을 활용하여 더 높게 쌓는 기술을 개발한 것이고요.
전유남 PL 방향성은 모두 같지만, 이걸 어떻게 구현할까가 관건인데요. 이번 제품에 대한 아이디어는 한 순간에 간단하게 튀어나온 게 아니라 거의 5년가량을 꾸준히 준비해왔습니다. 수많은 시도가 이뤄지며 부서별로 조각조각 개발이 진행되고 있었죠. 그런 의미에서 반도체 개발은 종합예술과 같습니다. 얼마나 먼저 준비하고 실행하느냐, 그게 핵심인 것 같습니다.

Q. 개발 과정에서 겪었던 어려움이나 시행착오는 없었나요?
전유남 PL 초기부터 1년이상 개발해온 Cell 크기가 있었는데 층수가 올라가면서 공정 구현이 어려워지는 등 문제가 있어 과감하게 변경했습니다. 변경 과정에서 이에 맞춰 다시 실험하고 최적화하는 데 고민이 많았죠.
정성훈 PL 시행 착오는 문제점을 얼마나 빨리 파악하고 얼마나 빨리 개선 조건을 적용하냐가 중요하며, 엔지니어는 시행착오를 만났을 때 오뚝이처럼 빨리 일어나는 능력이 있어야 합니다. 또 이런 엔지니어의 능력은 협업이 잘 이루어 질 때 좋은 결과로 나오는 것이며 이번 프로젝트는 이러한 환경이 아주 잘 이루어져 있어 어려움을 빠르게 극복할 수 있었습니다.
천기창 PL 최종 설계 점검 시 많은 시간이 들었습니다. 아무래도 이전 제품 대비 신기술이 적용되다 보니 점검해야 할 사항이 증가되었죠. 그런데 생각지도 못 한 영역에서 신호 간섭 현상이 발생하고 있는걸 보고 절망한 일이 있습니다. 해결책을 찾기 위해서 설계 전원이 매달렸고 하늘이 무너져도 솟아날 구멍이 있다는 속담이 있듯이 후속 공정이 지나가기 전에 아이디어를 찾아서 해결했습니다. 해결책을 찾았을 때의 그 기쁨은 평생 잊을 수 없고 지금도 가끔 술 한잔할 때 그 순간을 떠올리면 즐거운 술안주가 되곤 합니다.
전유남 PL 저희 TF는 팀워크가 매우 좋았습니다. 함께 오랫동안 호흡을 맞춰 온 동료들이기도 하고요. 옆에 있는 심근수 PL과는 입사 때부터 멘토-멘티로 인연을 맺어 지금까지 20년을 함께 일했습니다. 정성훈 PL과도 6년 정도 일했고요. 또 이전 Tech 개발에 참여하셨던 분들이 많아 여러모로 호흡이 잘 맞았습니다.

Q. 새로운 프로젝트를 진행하면서 업무 방식에 어떤 변화가 있었나요?
심근수 PL 특성이나 현상에 대해 가능한 수치화하여 정량적으로 표현하려고 합니다. 수치화를 하니 문제점을 정확히 파악할 수 있고, 보는 사람이 공감하기도 쉬워졌죠. 또, 보고서 형식도 많이 변화했습니다. 예전에는 분량이 너무 길어 읽는 데 시간이 오래 걸렸는데, 이번 프로젝트에서는 TF장님의 제안으로 최대한 단순하고 가독성을 높일 수 있는 포맷을 갖추게 되었습니다. 따로 설명이 없어도 누구나 이해하기 쉬운 보고서가 되었죠.
정성훈 PL 이번 프로젝트에서는 기존과는 달리 조직을 소규모로 많이 만들었어요. 총 24개 조직이 참여했고, 한 조직당 10명 내외의 구성원으로 구성되었죠. 그리고 조직마다 전문적이고 구체화된 PL들을 배치했어요. PL들이 바로 의사결정을 하고 실행에 옮기다 보니 협업을 할 때도 수월했습니다.
위기를 기회로 바꾸는 힘

Q. 128단 4D 낸드는 어떤 제품에 탑재되며, 어느 분야에서 활용될 수 있을까요?
천기창 PL 현재 스마트폰 업계 최대 용량인 1TByte(테라바이트) 제품을 512Gb 낸드로 구현할 때보다 낸드 개수가 반으로 줄어들어 소비전력은 낮아지고, 칩의 두께는 얇아진 모바일 솔루션을 제공할 수 있게 됩니다. 저희 제품 16개를 하나의 패키지로 구성하면 자체 컨트롤러와 소프트웨어를 탑재하여 업계 최고인 2TB의 초고용량 5G 스마트폰도 구현이 가능하게 됩니다. 또한 4차 산업혁명 시대를 맞아 데이터 양이 폭발적으로 늘고 있습니다. 그만큼 고용량 낸드가 요구되며 서버시장도 커지겠죠. 이전 세대 대비 20% 향상된 전력 효율을 기반으로 AI와 빅데이터 환경에 최적화된 첨단 클라우드 데이터센터향 16TB, 32TB SSD 제품을 꾸리고 있습니다.

Q. 메모리 시장의 다운턴(하강국면)이 이어지고 있습니다. 이러한 위기의 상황 속에서 이번 제품이 반도체 업계 및 시장에서 갖는 의미는 무엇일까요?
정성훈 PL 다운턴은 곧 치킨게임입니다. 다운턴에서 가격경쟁력이 없으면 살아남기가 힘들어요. 과거에도 치킨게임이 있었으며, 그때 살아남은 메모리 회사 중 하나가 SK하이닉스이고요. 이번 디바이스가 세계 최초라는 데 의미를 두자면, 이제 가격경쟁력이 생긴 것입니다. 메모리 반도체 시장에서는 누가 먼저 기술을 선점하느냐가 중요하기 때문입니다.
Q. 128단 4D 낸드를 통해 SK하이닉스는 낸드 사업의 근원적인 경쟁력을 확보하게 됐다는 말씀 같은데요. 그만큼 이번 기술 개발 성공이 SK하이닉스에서 갖는 의미도 클 것 같습니다.
전유남 PL 세계 최초의 기술을 개발함으로써 시장의 우위를 선점했다는 점에서 가장 큰 의미를 가질 것 같습니다.
정성훈 PL 처음 프로젝트를 시작하면서 “인생 디바이스를 만들어보겠다”고 소감을 밝히기도 했는데요. SK하이닉스에게도 낸드 시장에서 역전의 기회를 준 ‘인생 디바이스’가 되지 않을까 생각합니다.

Q. 앞으로의 계획과 목표에 대해서도 이야기해주세요.
천기창 PL 다양한 응용처 및 고객별로 신뢰성, 성능 최적화를 통해 사업을 확대하는 것이 첫 번째 목표이며, 파생 제품 개발 기간도 단축하여 조기에 제품 line-up을 구축하는 게 두 번째 목표입니다.
심근수 PL 고품질 및 고신뢰성 제품을 위한 개선 실험을 추진하고, 제품의 성능과 품질을 안정적으로 확보해서 성공적으로 양산이 이루어지도록 하겠습니다.
정성훈 PL 저도 공정 측면에서 높은 수율과 좋은 품질이 확보 될 수 있도록 단위 공정 산포를 개선하고, 가용장비를 늘려 안정적으로 물량이 확보 될 수 있도록 최선을 하겠습니다.
전유남 PL 축구에서 전반전이 끝났다고 생각합니다. 이제 후반전을 준비할 시간입니다. 후반전에서는 사업화를 하기 위해 많은 제품이 똑같은 특성을 낼 수 있도록 수율을 향상시켜 물량 확보에 힘을 쏟을 예정입니다.

우리는 36단, 48단, 72단, 96단 그리고 오늘의 128단에 이르기까지 거듭되는 기술혁신을 지켜보고, 또 느껴왔습니다. 오늘 만나본 주인공들이 위기를 기회라고 확신할 수 있는 건, 그동안 쉬지 않고 묵묵히 달려온 결과일 것입니다. 이렇게 한층 한층 집념으로 쌓아 올린 개발자의 ‘인생 디바이스’는 SK하이닉스가 또 한 번의 도약을 꿈꿀 수 있게 합니다.

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