1. 최초, 최고의 기술력 선보인 ‘SK하이닉스’

2023년, 전 세계에서 가장 큰 이슈가 된 ICT 키워드는 단연 ‘AI(인공지능)’이다. 2022년 등장한 챗GPT를 중심으로 생성형 AI에 대한 관심은 폭발적으로 늘어났으며, 관련 서비스 역시 우후죽순 등장하기 시작했다. 생성형 AI의 특성상 방대한 데이터를 더 빠르게 처리해야 하는 만큼 고성능 반도체에 대한 관심도 상승했다. SK하이닉스는 2023년 놀라운 기술력을 선보이며 이러한 관심에 부응했다. AI 시대를 이끌어가는 글로벌 반도체 기업 SK하이닉스의 주요 성과를 되돌아봤다.

12단 HBM3 그리고 HBM3E 개발
SK하이닉스는 HBM*분야의 강자다. 높은 시장점유율과 압도적인 기술력으로 최초, 최고의 기록을 만들어가는 중이다. 2023년 4월에는 세계 최초로 D램 칩이 12단으로 수직 적층된 HBM3 개발에 성공하며, 기존 최대 용량이었던 16GB(기가바이트)를 뛰어넘는 24GB 제품을 개발해 냈다[관련기사]. SK하이닉스의 기술 혁신은 여기서 끝나지 않았다. 같은 해 8월, 다음 세대 제품인 HBM3E를 개발해 내며, 기술 리더십을 증명했다. HBM3E는 초당 최대 1.15TB(테라바이트) 이상의 데이터를 처리할 수 있는 동작 속도를 자랑하는 한편, 발열 제어와 고객 사용 편의성 측면에서 세계 최고 수준을 충족하기도 했다[관련기사].

* HBM(High Bandwidth Memory): 여러 개의 D램을 수직으로 연결해 기존 D램보다 데이터 처리 속도를 혁신적으로 끌어올린 고부가가치, 고성능 제품. HBM은 1세대(HBM)-2세대(HBM2)-3세대(HBM2E)-4세대(HBM3)-5세대(HBM3E) 순으로 개발됨. HBM3E는 HBM3의 확장(Extended) 버전

모바일용 D램의 혁신 ‘LPPDR5T’
2023년, SK하이닉스는 스마트폰 등 모바일 디바이스에 적용되는 LPDDR*의 기술혁신도 이뤄냈다[관련기사]. 2023년 1월 공개된 SK하이닉스의 LPDDR5T는 국제반도체표준화기구(JEDEC)가 정한 최저 전압 기준인 1.01~1.12V(볼트)에서 정상 작동하면서도 업계 최고 속도인 9.6Gbps(초당 9.6기가비트)를 기록하며, 압도적인 성능을 보여줬다. LPPDR5T는 최근 주목받는 온디바이스 AI*를 위한 최적의 제품으로 큰 기대를 받고 있다.

* LPDDR(Low Power Double Data Rate): 스마트폰과 태블릿 등 모바일용 제품에 들어가는 D램 규격으로, 전력 소모량의 최소화를 목적으로 하고 있어 저전압 동작 특성이 있음. 규격명에 LP(Low Power)가 붙으며, 최신 규격은 LPDDR 7세대(5X)로 1-2-3-4-4X-5-5X 순으로 개발됨. LPDDR5T는 SK하이닉스가 최초 개발한 버전으로, 8세대 LPDDR6가 업계에 공식 출시되기 전 7세대인 LPDDR5X의 성능을 업그레이드한 제품
* 온디바이스 AI(On-Device AI): 외부 서버나 클라우드에 연결돼 데이터와 연산을 지원받았던 기존의 클라우드 기반 AI에서 벗어나, 디바이스 자체에 탑재된 AI 기술을 말함. 이는 통신 상태의 제약을 받지 않으며, 보안성이 높고 정보 처리 속도가 빠르다는 점에서 차세대 기술로 주목받고 있음

세계 최초 300단 돌파, ‘321단 낸드’ 개발
2023년 8월, 미국 산타클라라에서 개막된 ‘플래시 메모리 서밋(Flash Memory Summit, FMS) 2023’에서는 SK하이닉스의 321단 4D 낸드플래시 개발 소식이 처음 발표되며, 샘플이 공개됐다. 300단 이상의 개발 성과는 SK하이닉스가 업계 최초이며, 회사는 오는 2025년 양산을 목표로 제품의 완성도를 높이기 위한 개발을 이어간다는 계획을 밝혔다. 생성형 AI 시장이 더욱 성장할 것으로 예상되는 가운데, 폭발적으로 늘어나는 데이터를 더 빠르게 처리하고 더 많이 저장하기 위한 고성능, 고용량 메모리의 수요가 늘어날 것이고, SK하이닉스의 321단 낸드는 그 수요를 맞출 수 있는 최적의 낸드플래시가 될 것이라는 전망이다[관련기사].

AI의 AI에 의한 AI를 위한 ‘AiMX’
2023년 9월, 미국 산타클라라에서 열린 ‘AI Hardware & Edge AI Summit(AI 서밋) 2023’에서 SK하이닉스의 AI 가속기*용 카드 시제품인 AiMX*가 공개됐다[관련기사]. 이 제품은 일반적인 GPU 시스템과 비교해 동작 속도는 10배 이상 빠르지만, 전력 소모는 80% 이상 감소된 성능을 나타내 많은 주목을 받았다. SK하이닉스는 AiMX 공개와 함께, AI 시대를 이끌어갈 메모리 기술을 계속 개발할 것이라는 포부를 밝혔다.

* AI 가속기: AI의 학습 및 추론에 관여하는 하드웨어를 통칭
* AiMX(AiM based Accelerator): SK하이닉스의 차세대 지능형 메모리 ‘GDDR6-AiM(Accelerator-in-Memory)’ 칩이 탑재된 AI 가속기용 카드 시제품. GDDR6-AiM은 데이터 저장 외에도 프로세서처럼 연산까지 가능한 메모리로, 기존 D램 제품 대비 동작속도가 최대 16배 이상 빠름

2. 행복하게 성장하는 SK하이닉스

SK하이닉스는 구성원 행복을 위한 기업문화 업그레이드의 일환으로 2023년에도 다양한 활동을 이어왔다. 조금 더 웃고, 충분히 쉬고, 행복감을 느끼며 구성원이 성장하는 환경을 마련한 SK하이닉스의 2023년 소식들을 살펴봤다.

세계 어디서나 일할 수 있는 SK하이닉스
SK하이닉스는 구성원들이 세계 여러 나라에서의 근무 경험을 제공하는 글로벌 역량 강화 프로그램(GXP, Global eXperience Program)을 실시했다. 자사의 해외 법인과 글로벌 파트너사 등 세계 각지(미국, 유럽, 중국, 일본 등)에서 5주간의 근무 경험을 통해 구성원의 글로벌 역량을 강화하는 한편, 시공간 제약이 없는 업무환경을 위한 ‘글로벌 거점 오피스(Global Work from Anywhere)’ 구축을 위한 목적으로 시행돼 구성원들의 큰 호응을 얻었다[관련기사].

SK하이닉스의 새로운 행동양식 ‘NEW CoC’
2023년 3월, SK하이닉스는 새로운 행동양식 ‘NEW CoC(Code of Conduct)’를 공개했다. ‘NEW CoC’는 의견수렴 과정에서부터 강령 수립까지 구성원이 모든 과정에 직접 참여한 것이 특징이다. ‘초기술로 세상을 더 행복하게’를 핵심 가치로 삼고 더 나은 수준의 일하는 방식을 공유해 개인과 회사가 함께 발전하자는 의지가 담겨있다[관련기사].

제1호 마스터의 등장
SK하이닉스는 생산 현장의 구성원들에게 유능감을 제고하고 우수한 인재에게 명예와 대우를 최대한 보장하기 위해 ‘마스터’ 제도를 도입했다. SK하이닉스의 ‘마스터’는 사내에서 최고의 스승이 되어 제조 현장의 지식을 후배들에게 전수하고 문제의 솔루션을 제시하는 고문(Advisor) 역할이며, 정년이 없다는 특징이 있다. SK하이닉스의 1호 마스터로 선정된 마경수 마스터는 30년 근속을 자랑한다. 그는 뉴스룸과의 인터뷰에서 “30년간 계속해서 실력 발휘를 할 수 있게 해준 회사에 감사하고, 사내 최고의 현장 전문가로 인정받게 된 저 자신도 칭찬해 주고 싶다”며 소감을 밝혔다[관련기사].

음악으로 힐링해요, ‘비긴어게인’
2023년 10월, 지친 구성원들의 일상을 음악으로 치유하는 ‘2023 캠퍼스 비긴어게인(이하 비긴어게인)’ 뜨거운 관심을 받았다. 이천, 청주, 분당캠퍼스에서 각각 진행된 비긴어게인은 구성원의 아이디어 공모로 기획되고, 구성원과 가족이 직접 참여하는 등 기존에 버스킹 방식에서 벗어나 모두가 즐기고 힐링할 수 있는 축제가 됐다. 초대 가수로 무대에 오른 헤이즈와 경서예지, KCM, 스탠딩에그 등도 구성원들과 함께 호흡했다[관련기사].

가족과 더 행복한 SK하이닉스
2023년 4월부터 진행한 <The OPEN> 행사는 구성원의 가족이나 지인을 회사로 초대하는 프로그램이다. ▲캠퍼스 및 팹(FAB) 투어 ▲체육/문화 시설 체험 ▲점심 및 편의식 체험 등 SK하이닉스 구성원의 일터와 복지 시설 등을 직접 눈으로 보고 경험해 볼 수 있는 소중한 기회가 됐다[관련기사].

이와 함께 구성원들의 더 특별한 휴가를 위해 <자녀 영어캠프>와 하계 휴양소를 지원하는 <The 캠프>가 진행됐다. 가족과의 행복한 휴가를 회사에서 지원했던 만큼 프로그램에 참여한 구성원들은 높은 만족감을 드러냈다[관련기사].

3. 지속가능한 세상을 꿈꾸다

기후변화에 대응하기 위한 넷제로 추진, 지역사회 취약계층 및 중소 협력사와의 상생 등 더 나은 세상을 만들기 위해 SK하이닉스는 2023년에도 다양한 ESG 추구 활동을 펼쳤다.

행복나눔기금 누적액, 300억 원 돌파
2023년 5월, SK하이닉스 구성원들의 자발적 기부금과 회사에서 동일한 금액을 더하는 ‘매칭 그랜트(Matching Grant)’ 방식의 ‘행복나눔기금’ 누적액이 300억 원을 돌파했다. 1만여 명의 SK하이닉스 구성원이 자발적으로 참여해 모인 행복나눔기금은 이천, 청주 지역사회를 비롯해 다양한 취약계층을 돕고 ICT 사회안전망 구축 및 미래 인재 양성 등에 사용된다. 대표적으로 치매 노인, 발달장애인 실종 방지를 위한 ‘행복GPS’ 지원사업, 지역사회 교육격차를 해소하고 ICT 인재로의 성장을 돕는 ‘하인슈타인’ 등이 있다[관련기사].

사내 탄소관리위원회 통해 ‘넷제로’ 가까워지다
기후변화 문제로 인해 기업들의 탄소 저감은 선택이 아닌 필수가 됐다. 기업의 명운이 ‘환경’에 달렸다 해도 과언이 아닌 만큼, SK하이닉스는 사내 탄소관리위원회(탄관위)를 설치하고 자체적으로 ‘넷제로*’ 달성을 위한 노력을 이어오고 있다. 2023년 5월, 뉴스룸은 SK하이닉스 탄관위 위원장인 김영식 제조/기술담당 부사장을 만나 탄관위의 운영 성과에 대한 이야기를 들었다. SK하이닉스는 탄관위 출범 이후 ▲협력사와 저전력 장비 개발 ▲공정가스 저감 ▲AI/DT(Digital Transformation) 기반 에너지 절감 등 다방면에 걸쳐 탄소 저감 활동을 펼치고 있으며, 2050년까지 넷제로를 달성하겠다고 밝혔다[관련기사].

* 넷제로(Net Zero): 이산화탄소를 포함한 모든 온실가스의 순 배출량을 제로(0)로 만든다는 개념

생물다양성 프로젝트 ECOSEE 현장 대공개
2023년 4월, SK하이닉스의 용인 반도체 클러스터 생물다양성 프로젝트의 일환으로 진행된 용인 안성천 ECOSEE 프로그램 현장이 공개됐다. 생물다양성은 지구에 있는 모든 유전자, 생물종, 생태계의 총체를 지칭하며 더 자세히는 ‘지구상에 있는 모든 생명의 풍요로움을 뜻하는 말로, 생태계의 안전망 구축과 지속가능성 유지에 중요한 역할을 한다. 용인 반도체 클러스터 조성에 따라 주변 환경의 변화를 모니터링하고 생물다양성의 중요성을 강조하고자 진행된 이 프로그램에서는 SK하이닉스 구성원 가족 등 시민 과학자들이 직접 안성천의 생물 탐사를 나서는 등 다양한 활동이 펼쳐졌다. 이들은 각각 ▲물속 생물 ▲식물 ▲새 등 안성천 주변 환경의 생물다양성을 탐구했다[관련기사].

협력사와 함께 사회적가치(SV) 실현해요
SK하이닉스는 2023년 6월, SK그룹 관계사 최초로 협력사가 만들어 내는 사회적가치(Social Value, SV)를 측정하고 공개했다. 협력사들이 창출한 SV는 1조 4,698억 원 규모였으며 ▲고용, 납세, 배당 등 경제 간접 분야 ▲온실가스, 폐기물, 수자원 등 환경 분야 ▲노동 및 인권, 공정거래, 사회공헌 등 사회 분야 등으로 구분됐다. 또 SK하이닉스는 SV의 활용법이나, 창출 방법 등을 컨설팅하는 ‘협력사 SV 측정 컨설팅’을 진행했다. 이를 통해 협력사를 포함한 국내 반도체 생태계가 더 나은 세상을 위한 SV 창출에 본격적으로 동참하게 됐다고 회사는 설명했다[관련기사].

더 따뜻한 세상을 위해 정기 봉사활동 나선 SK하이닉스
SK하이닉스 구성원들은 올초 앤데믹 전환으로 인한 대면 봉사가 본격화되면서 2023년 7월부터 발달장애인의 자립을 위한 스마트팜인 ‘푸르메소셜팜’에서 정기 봉사활동을 시작했다. 또 발달장애인으로 구성된 제과기업인 ‘행복만빵’에서 단기 봉사활동을 나서기도 했다. 뉴스룸은 봉사활동 현장을 직접 찾아가 휴가조차 뒤로하고 구슬땀을 흘린 구성원들의 모습을 기록했다[관련기사].

지금까지 2023년, SK하이닉스의 빛나는 순간들을 되돌아봤다. 기술 혁신뿐 아니라, 구성원들이 성장하고 행복해지는 기업문화, 모든 이해관계자가 공감하고 신뢰할 수 있는 ESG 추구 노력을 엿볼 수 있었다. 다가오는 2024년 갑진년(甲辰年)에도 더 나은 세상을 만들기 위한 SK하이닉스의 노력은 계속될 것이다.

▲ FMS 전시장 내 SK하이닉스 부스 모습

8월 8일부터 10일(이하 현지시간)까지 사흘간 열린 이번 행사에 회사는 “기술로 하나가 되다(United Through Technology)”라는 슬로건과 함께 혁신적인 메모리 솔루션을 공개했다.

멀티모달 AI 시대의 핵심, 업계 최고의 4D 낸드 솔루션

▲ FMS 2023에서 기조연설하는 SK하이닉스 최정달 부사장(NAND개발 담당)

▲ FMS 2023에서 기조연설하는 SK하이닉스 안현 부사장(솔루션개발 담당)

행사 첫날인 8일, 최정달 부사장(NAND개발담당)과 안현 부사장(솔루션개발담당)은 “멀티모달 AI(Multimodal AI)* 시대를 구현하는 업계 최고의 4D 낸드 기술 및 솔루션”이라는 주제로 기조연설을 진행했다.

최정달 부사장은 이번 기조연설에서 “당사는 4D 낸드 5세대 321단 제품을 개발해 낸드 기술 리더십을 공고히 할 계획”이라며 “AI 시대가 요구하는 고성능, 고용량 낸드를 시장에 주도적으로 선보이며 혁신을 이끌어가겠다”고 말했다.

안현 부사장은 이를 기반으로 개발한 데이터센터 및 PC용 초고성능 UFS 4.0 및 PCIe 5세대(Gen5) SSD 제품을 소개했다. 멀티모달 AI가 다양한 플랫폼에서 방대한 데이터를 분석하고 계산하기 위해서는 SSD 제품이 필수적인 스토리지(Storage) 솔루션이 될 것으로 전망하며 지속적인 발전의 필요성을 강조했다.

이를 위해 진일보한 회사의 자체 솔루션 개발 기술력을 바탕으로 SK하이닉스는 UFS 5.0 및 PCIe 6세대 SSD 등을 개발하여 업계 기술 트렌드를 선도하겠다고 밝혔다.

한계를 뛰어넘다: 선도적인 세계 최고 4D 낸드 기술력과 SSD 솔루션 공개

▲ SK하이닉스 4D 낸드 솔루션 제품 전시 모습

SK하이닉스는 4D 낸드 기술의 성능과 신뢰성을 기반으로 신제품 개발을 이어가고 있다. 2018년 CTF* 기반의 업계 최초 96단 4D 낸드 개발에 이어, 4년 뒤 238단 4D 낸드를 개발하며 혁신의 발판을 마련했다.

이번 전시에서는 321단 1Tb(테라비트) TLC*(Triple Level Cell) 4D 낸드 개발 경과를 발표하고 개발 단계의 샘플을 공개했다. 현재까지 300단 이상 낸드의 개발 경과를 공개한 것은 SK하이닉스가 처음이며, 이전 세대인 238단 512Gb(기가비트) 대비 생산성이 59% 높아졌다. 데이터를 저장하는 셀을 더 높은 단수로 적층, 한 개의 칩으로 더 큰 용량을 구현할 수 있어 웨이퍼 한 장에서 생산할 수 있는 전체 용량이 늘었기 때문이다.

SK하이닉스는 전시 부스를 통해, 321단 낸드 개발 샘플 외에도 다양한 제품을 선보였다. 이 중 V7 낸드를 활용한 PCle* 5세대 eSSD(enterprise SSD, 기업용 SSD)인 PS1030이 관람객들의 눈길을 끌었다. 시연을 위해 슈퍼마이크로 서버에 적용된 PS1030의 순차 읽기(Sequential Read) 속도는 14,800MB/s로 업계에서 가장 빠른 속도를 구현했다. 또한, 고성능 eSSD로서 3,300kIOPS*의 랜덤 읽기(Random Read) 성능도 보여주었다.

이외에도 V8 낸드 기반 cSSD(client SSD, 일반 고객용 SSD) 중 첫 번째 제품인 PCIe 4세대 PC811과 고사양의 Platinum P41, 높은 전력 효율을 보여준 Gold P31, SK하이닉스 최초의 일반 소비자용 포터블(Portable) SSD인 비틀(Beetle) X31 등 다양한 SSD를 선보였다.

KV-CSD를 활용한 HPC의 강력한 성능

▲ SK하이닉스 정우석 PL(메모리시스템솔루션)이 KV-CSD의 성능 발표하는 모습과 전시된 시연 제품

SK하이닉스는 지난해 FMS에 이어 올해도 주문형 키값 저장소 전산 저장장치(Key Value Store Computational Storage Device, KV-CSD)의 시연을 진행했다. KV-CSD는 회사와 미국 로스앨러모스국립연구소(Los Alamos National Laboratory, LANL)가 공동 개발한 제품으로, 고성능 컴퓨팅(HPC)의 읽기 및 쓰기 성능을 향상시키는 차세대 지능형 스토리지 제품이다.

관련하여 정우석 PL(메모리시스템솔루션)은 10일 열린 세션에 참석하여 KV-CSD의 성능에 대해 발표했다. “HPC 시스템에서 쿼리를 가속하는 KV-CSD 아키텍처(Architecture of a Query Accelerating KV-CSD in a HPC System)”을 주제로 KV-CSD가 소프트웨어 키 값 저장장치의 한계를 어떻게 극복하는지 공개했다.

고성능 모바일 및 오토모티브 솔루션

▲ SK하이닉스 모바일 및 오토모티브 기술 제품 전시 모습

SK하이닉스는 ‘모바일 및 오토모티브 기술’도 공개했다. 이번에 전시된 V7 512Gb(기가비트) 범용 플래시 스토리지(UFS) 제품군에는 UFS* 2.2, UFS 3.1 및 UFS 4.0 기반 제품도 포함됐다. 향상된 대역폭 속도와 전력 효율을 제공하는 최신 사양 제품이다. 또한, 모바일 D램 LPDDR과 UFS를 결합한 uMCP(Universal Multichip Package)* 제품도 선보였다.

오토모티브 솔루션 부스에서는 모바일 D램 LPDDR5X와 HBM2E가 ADAS*(첨단 운전자 보조 시스템)의 필수 구성 요소로 전시되었다. 특히 SK하이닉스는 모빌리티 산업을 위해 HBM 제품군을 개발한 ‘유일한’ 회사로 HBM2E는 이러한 강점을 여실히 보여주었다.

ADAS 관련 기술 외에도 차량 내 연결을 지원하는 eMMC 5.1 내장형 멀티미디어 카드, 차량 내 인포테인먼트 및 스토리지에 적용되는 UFS 3.1 기반 SSD 제품 등 다양한 모빌리티 솔루션을 선보였다.

미래를 향한 멈추지 않는 혁신

FMS 2023에서 보여준 성과가 증명하듯, SK하이닉스는 미래를 위해 끊임없이 도전하고 있다. 업계를 선도하는 다양한 메모리 솔루션을 제공하고 있는 현재에 안주하지 않고 멈추지 않는 혁신으로 고성능 메모리 제품군의 선도적 기술 입지를 공고히 할 것이다.

64GB, 128GB, 256GB… 스마트폰을 구매할 때 살펴보게 되는 이 용량은 바로 플래시 메모리의 용량을 뜻한다. 우리가 자그마한 스마트폰에 고화질 영상을 저장하고 빠르게 재생할 수 있는 것은 모두 플래시 메모리 덕이다.

UFS(Universal Flash Storage)는 플래시 메모리의 최신 국제 규격으로, 데이터 읽기/쓰기 속도를 획기적으로 발전시킨 인터페이스다. 인터페이스를 어떻게 바꿨길래 우리가 스마트폰에서 고해상도의 영상을 빠르게 볼 수 있게 된 걸까? 알고 보면 원리는 매우 간단하다.

UFS의 작동 원리부터 SK하이닉스의 초박형 4D낸드 이야기까지, 지금 바로 아래 영상에서 확인해보자.

SK하이닉스 NAND개발 최정달 담당이 FMS 2022(Flash Memory Summit 2022) 참석 후 소회를 밝혔다. FMS 2022는 SK하이닉스가 메모리 반도체 기술을 선도하는 회사로서의 위상을 다시 한번 확인한 자리였다. 아울러 D램 · 낸드 양 날개를 주축으로 미래 ICT 기술의 근간이 되는 첨단 반도체 기술 경쟁력도 여실히 보여줬다는 평가다.

FMS 2022에서 기술력을 증명한 SK하이닉스는 이번 성과를 통해 향후 ICT 기술 발전을 이끌 것이라는 포부를 내비쳤다. 글로벌 일류 기술 기업으로의 도약과 1등 마인드를 앞세운 개발 인력들의 끊임없는 노력을 통해 현재 4D 낸드 기술이 업계 표준처럼 인식되게 한 것에 이어, 향후에도 4D 낸드 기술의 차세대 표준을 주도할 수 있도록 기술 혁신에 박차를 가한다는 계획이다.

뉴스룸은 FMS 디브리핑(Debriefing) 자리를 마련하고 최정달 담당(NAND개발), 김점수 담당(238단 개발), 심재성 담당(NAND QLC), 정우표 담당(NAND설계), 노금환 담당(NAND PE C&R)을 만났다. 다섯 명의 임원들을 통해 ‘SK하이닉스의 근거 있는 자신감, 글로벌 혁신 낸드 기술력’에 대해 들어봤다.

Debriefing#1 “4D 낸드 핵심 경쟁력, 전 세계에 알려”

최정달 담당에 따르면 SK하이닉스는 FMS 2022 키 플레이어로 참석, ‘238단 512Gb(기가비트) TLC* 4D 낸드(이하 238단 낸드)’를 비롯해 다양한 제품과 신기술을 선보였다. 특히 SK하이닉스는 수직 적층의 한계를 극복한 4D^2.0 기술로 더욱 많은 관심을 받았다.

* 낸드 플래시는 한 개의 셀(Cell)에 몇 개의 정보(비트 단위)를 저장하느냐에 따라 SLC(Single Level Cell, 1개)-MLC(Multi Level Cell, 2개)-TLC(Triple Level Cell, 3개)-QLC(Quadruple Level Cell, 4개)-PLC(Penta Level Cell, 5개) 등으로 규격이 나뉨. 정보 저장량이 늘어날수록 같은 면적에 더 많은 데이터를 저장할 수 있음.

이번 행사를 진두지휘한 최 담당은 “차별화된 낸드 기술로 SK하이닉스의 위상을 드높인 자리”라고 총평했다. 또한, “SK하이닉스의 기술 방향성과 ‘4D 낸드 핵심 경쟁력’을 전 세계에 알린 소중한 기회”였다며 참석 의미와 성과를 밝혔다.

▲ 최정달 NAND개발 담당이 산하 조직 임원들과 함께 4D 낸드 핵심 경쟁력에 관해 이야기하고 있다.

▲ 최정달 NAND개발 담당

Q. 4D 낸드 핵심 경쟁력은 무엇인지 궁금하다.

최정달 담당 낸드 핵심 경쟁력은 일정, 원가, 품질, 성능 면에서 업계 최고 수준을 보유하고, 차별화된 고유의 기술로 경쟁 우위의 제품을 구현하는 데 있다. 당사는 2018년 96단에서 업계 최초로 당사 고유의 4D 낸드 제품화에 성공해 업계 최고의 기술 수준을 달성했다. 또한 96단 낸드부터 쌓은 노하우를 바탕으로 업계 최초 128단 · 176단 · 238단 낸드를 개발해 경쟁 우위를 점하고 있다.

이런 결과를 이끈 4D 낸드의 핵심 기술은 크게 세 가지로 대표된다.

1) Sideway Source는 전자의 이동 통로인 Source를 수평으로 연결하는 기술이다. 이를 통해 수직 구조인 셀 적층과 Source간 정렬에 덜 구애받게 되고, 결과적으로 수율을 확보하기가 용이해진다.

2) All PUC(Peri. Under Cell)는 구동회로(Peri.) 전체를 셀 하부로 넣는 기술이다. 이를 통해 기존보다 칩 사이즈를 더 줄일 수 있고, 생산 효율을 극대화하는 효과를 얻을 수 있다.

3) Advanced CTF는 전하를 플로팅게이트(Floating Gate, 도체)가 아닌 CTF(Charge Trap Flash, 부도체)에 저장하는 기술이다. 플로팅게이트 저장 방식 대비 단위당 셀 면적을 줄이고 읽기 · 쓰기 성능을 향상할 수 있다.

Q. 참관객 반응도 궁금하다. 가장 많은 관심을 받은 제품 · 기술은 무엇인가?

최정달 담당 세계 최고층 · 최소 면적 238단 낸드에 높은 관심을 보였다. QLC와 더불어 플로팅게이트 기반의 PLC와 CXL(Compute Express Link)* 성능을 극대화할 수 있는 소프트웨어 솔루션에 대한 질문도 많았다. 고객 평가 1등 품질과 초고층 낸드 기반의 SSD 제품을 소개할 때도 많은 이목이 집중됐다. 아울러 당사는 셀 적층 한계를 극복하면서도 고용량 · 고성능을 구현하는 차세대 4D 낸드를 4D^2.0 기술로 정의해 기술 혁신의 방향성을 제시하고 낸드 분야를 선도하는 모습을 보여줬다. SK하이닉스 기술과 제품이 주목받고 있다는 것을 몸소 느낄 수 있었다.

* CXL: 고성능 컴퓨팅 시스템을 효율적으로 활용하기 위한 차세대 인터페이스. 대역폭(Bandwidth)과 용량을 경제적으로 늘릴 수 있는 메모리 솔루션으로 SK하이닉스는 최근 DDR5 DRAM 기반 96GB CXL 메모리 샘플을 개발함.

최정달 담당 이러한 진보적이고 혁신적인 기술은 비즈니스 파트너와의 긴밀한 협업과 고객 만족을 이룰 때 달성할 수 있다. 무엇보다 중요한 것은 하이지니어(SK하이닉스 구성원)의 VWBE*한 주도성, 그리고 패기 있는 도전 정신에 기반한다고 본다. 지금까지 당사가 독자적인 기술을 개발하고, 빠르게 성장할 수 있었던 것은 모두 하이지니어의 집념과 열정으로 이뤄낸 결과다. 앞으로도 이에 만족하지 않고 지속적인 성장을 함께 이뤄나가겠다.

* VWBE: 자발적(Voluntarily)이고 의욕적(Willingly)인 두뇌활용(Brain Engagement)을 의미하는 것으로, SKMS(SK Management System, SK경영체계)에서 강조하는 구성원에게 필요한 덕목 중 하나

Debriefing#2 “238단 TLC 4D 낸드 깜짝 공개, 기술 우위 빛나”

최 담당의 언급대로 행사에서는 238단 낸드에 많은 눈길이 쏠렸다. 개발을 이끈 김점수 238단 개발 담당은 “칩 사이즈 30% 이상 감소, All PUC 구조 등 고난도 기술이 적용된 만큼 관심이 남달랐다”고 언급했다.

또, 김 담당은 셀 기록 속도(tPROG, the Programing Time), 입출력 속도(I/O Speed), 읽기 전력 효율, 비트 그로스(Bit Growth) 등에서 기술 우위에 있는 제품이라고 강조했다.

Q. 238단 낸드의 특장점을 조금 더 상세히 설명해 달라.

김점수 담당 SSD 성능에서 가장 중요한 부분은 셀 기록 속도와 입출력 속도다. 이 제품의 셀 기록 속도는 이전 세대 대비 10% 향상됐고, 입출력 속도는 초당 2.4Gb로 50% 향상됐다. 읽기 전력 효율도 20% 개선됐다. 고객이 저전력 제품으로 눈길을 돌리는 상황에서 시장 수요에 대응하는 제품으로 볼 수 있다.

비트 그로스(Bit Growth)*도 우수하다. SK하이닉스는 칩 사이즈를 획기적으로 줄이면서 34% 비트 그로스를 기대할 수 있게 됐다.

* 비트 그로스: 비트(bit) 단위로 환산한 생산량 증가율. 예를 들어, 지난해 1Gb(기가비트) 반도체를 1개 생산했고 올해 4Gb 반도체를 1개 생산했다면 3Gb만큼 증가했으므로 연간 비트 그로스는 전년 1Gb 기준 대비 3배인 300%가 됨

Debriefing#3 “QLC · PLC 개발도 순항… 미래 낸드 시장 정조준”

SK하이닉스는 176단 QLC, 모바일향 238단 QLC, 플로팅게이트를 활용한 192단 QLC 등도 대거 공개하며 FMS를 뜨겁게 달궜다. 특히 176단 1Tb(테라비트) QLC는 96단 1Tb QLC 대비 입출력 속도(1.6Gbps)는 2배 증가했고, 읽기 · 쓰기 성능은 각각 42%, 18% 향상된 점이 돋보였다.  심재성 NAND QLC 담당은 “QLC 영역에서도 세계 최고 기록이 빛났다”며 행사에서 공개된 주요 제품에 관해 설명했다.

▲ 심재성 NAND QLC 담당이 176단 1Tb QLC를 비롯해 FMS에서 공개한 주요 제품에 관해 설명하고 있다.

Q. 모바일향 238단 QLC, 192단 QLC 개발 현황은?

심재성 담당 QLC는 모바일을 중심으로 본격화할 전망이다. 이에 SK하이닉스는 모바일향 238단 QLC 낸드를 개발 중이다. TLC · QLC 등 멀티 비트(Multi-bit) 저장(Retention) 특성이 우수한 플로팅게이트 기술을 활용하여 cSSD(client SSD, 고객용 SSD) · eSSD(enterprise SSD, 기업용 SSD)향 192단 QLC도 개발하고 있다. QLC 대비 셀당 비트 집적도가 25% 증가한 PLC 역시 준비하고 있다.

Q. 적층수 및 비트 집적도를 높이기 위해 어떤 노력을 하고 있는지?

심재성 담당 SK하이닉스는 4D 낸드 기술을 선제적으로 개발하고, 멀티 로우(Multi-Row)* 기술을 적용하는 동시에 QLC · PLC 등 멀티 비트로 기술 방향을 빠르게 전환했다. 그 결과 셀 적층수와 비트 집적도를 업계 최고 수준으로 달성했다. 이는 품질 유지 공정과 더불어 설계 · 테스트 기술이 뒷받침되었기에 가능했다.

* 멀티 로우(Multi-row): 셀 적층 구조 여러 개를 연속적으로 배치하는 기술. 아파트 단지에 여러 동의 건물을 배치하는 것과 같은 개념

Debriefing#4 “4D^2.0 기술 공개… 차세대 기술 표준 기대해”

심 담당의 설명에서 짐작할 수 있듯 SK하이닉스는 한계를 돌파하는 차세대 기술을 지속해서 개발 중이다. 같은 맥락에서 탄생한 것이 4D^2.0이다.

4D^1.0은 낸드 구동회로(Peri.)를 셀 영역 밑으로 넣어 칩 사이즈를 줄이는 기술을 말한다. 동일한 면적에 고용량을 구현할 수 있는 장점이 있지만, 칩 사이즈를 줄이는 만큼 셀 적층수를 올려야 하기 때문에 기술이 언젠가 한계에 다다를 수 있다. SK하이닉스는 셀 집적도를 수평적으로 증가시키는 데서 답을 찾았다. 이러한 개념을 반영한 기술이 바로 4D^2.0이다. 정우표 NAND설계 담당에 따르면 차세대 표준으로 기대되는 기술이다.

▲ 정우표 NAND설계 담당이 수평적 집적도 증가를 통해 적층 한계를 극복하는 4D^2.0 기술에 관해 설명 중이다.

Q. 4D^2.0의 핵심 기술이 궁금하다.

정우표 담당 기존 셀을 미세 공정을 통해 2개의 작은 셀(Small Size Cell)로 나누어 데이터를 저장하는 MSC(Multi Site Cell)가 핵심이다. 셀 집적도를 높이면서 적층수를 줄이는 효과가 있다. 예컨대 하나의 셀에 6bit의 데이터를 저장한다고 가정하자. 이는 0과 1이라는 2개의 신호를 2⁶=64개의 서로 다른 State(전압 상태)로 조합해야 구현할 수 있다. 하지만 제한된 전압 구간에 64개의 State를 만들기는 매우 어렵다.

이를 극복하기 위해 셀 2개를 조합한 MSC 기술을 활용하면, 셀당 3bit 즉 2³=8개의 State를 만드는 것으로 8×8=64개의 State 구현이 가능하다.

결과적으로 3bit의 MSC를 통해 단일 셀로는 구현하기 어려운 6bit 셀과 동일한 용량을 확보하게 되는 셈이다.

Q. 4D^2.0이 만들 낸드 시장의 미래가 궁금하다

정우표 담당 수직 적층 및 사이즈 축소가 반복되면 셀 품질은 떨어질 수밖에 없다. 때문에 미래에는 적층 기술만으로는 데이터 용량을 증가시키기 어려워질 것이다. 수평적으로 집적도를 높이는 MSC를 핵심으로 하는 4D^2.0은 이런 한계를 극복할 수 있다. 추후 업계 표준으로 자리 잡을 수 있을 것으로 기대된다.

Debriefing#5 “기술 난이도 향상… 품질 확보도 최우선”

낸드 기술이 고도화됨에 따라 품질 확보에도 어려움이 예상된다. SK하이닉스 역시 개발 과정에서 여러 난제에 맞닥뜨렸고, 품질 향상에 더 많은 공을 들일 수밖에 없었다. 이에 노금환 NAND PE C&R 담당은 품질평가 1위 성과를 강조하며 “앞으로도 SK하이닉스의 높은 품질은 유지될 것”이라고 언급했다.

최근 주요 모바일 · SSD 업체의 품질평가에서 SK하이닉스 128단 · 176단 제품이 1위를 기록했다. 노 담당은 4D 낸드 개발 플랫폼 및 양산 안정화가 주효했다고 분석한다. 불량 건수도 현저히 감소했다. 현재 SK하이닉스는 안정화된 프로세스에 기반해 신제품을 개발 중이며, 다양한 품질 향상 기술과 솔루션을 도입할 예정이다.

▲ 노금환 NAND PE C&R 담당이 낸드 품질 향상과 관련된 도전 과제를 밝히고 있다.

Q. 품질 관련 최대 현안과 앞으로의 도전 과제가 궁금하다.

노금환 담당 셀 적층수 증가와 더불어 셀 간 간격이 계속해서 좁아지고 있다. 때문에 셀 영역 내 불량이 증가할 우려가 높다. SK하이닉스는 이런 현안에 대응하고자 낸드의 DFM(Design For Manufacturing)*, Inline 관리 강화, AI 머신러닝(Machine Learning)을 활용한 원천 품질 고도화, 솔루션 알고리즘을 활용한 불량 제어 등 다양한 방안을 추진 중이다.

* DFM: 제조 상황을 고려해 설계하는 것. 신뢰성 높은 제품을 만들기 위한 설계 또는 생산성 설계도로 부른다.

이번 FMS 디브리핑에서는 SK하이닉스의 낸드 분야 최고 전문가인 임원 5인 인터뷰를 통해 회사 성장의 한 축을 담당하고 있는 낸드 기술 핵심 경쟁력과 더불어, 글로벌 일류 기술 기업으로서의 위상을 강화해나가는 낸드 혁신 기술과 미래 ICT 시장에 선제적으로 대응할 수 있는 전략 그리고 가능성을 엿볼 수 있었다.

SK하이닉스는 기술 방향성에 맞춰 제품을 고도화하는 한편, 내년 상반기 238단 낸드를 양산하고, 이를 응용한 모바일향 제품 및 cSSD와 eSSD를 차례로 출시한다는 계획이다. 고용량 수요에 대응하기 위해 238단 1Tb QLC 제품도 준비하고 있으며, QLC에서 PLC로 멀티 비트 저장 능력을 강화하는 것은 물론, 그간 주도해온 4D 기술을 고도화한 차세대 기술 4D^2.0 시대를 예고하며 미래 수요에 대응해 나가고 있다.

최정달 담당은 디브리핑을 마치며 “최근 10년 이상의 ICT 업계를 돌아보면 자기만의 고유한 기술을 가진 기업만이 글로벌 일류 기술 기업으로의 위상을 확보할 수 있었다”며 “4D^1.0 낸드 기술을 기반으로 성공적인 램프-업(Ramp-up, 수율 향상)을 통해 경쟁력을 유지하고, 우리만의 4D^2.0 낸드로 기술 혁신을 이뤄나가겠다”고 밝혔다.

3차원을 뜻하는 3D 낸드플래시가 4D로 진화했습니다. SK하이닉스는 최근 세계 최초로 4D 낸드 구조의 96단 512Gbit TLC(Triple Level Cell) 낸드플래시 개발에 성공해 연내 초 양산에 진입한다고 밝혔습니다. 128단부터 향후 200단 이상의 차세대 로드맵에서도 4D 기술을 적용할 계획이라고 하는데요. 업계 최고의 성능과 생산성을 갖춘 96단 512Gbit 4D 낸드의 핵심 기술에 대해 알아보도록 하겠습니다.

4D 낸드플래시 개발의 일등공신, PUC

SK하이닉스가 ‘4D 낸드플래시’란 이름을 붙인 이유는 기존 3D 낸드의 CTF(Charge Trap Flash) 구조에 PUC(Peripheral Under Cell) 기술을 결합했기 때문입니다. 셀 작동을 관장하는 주변부(peri) 회로를 셀 아래로 옮겨 면적을 줄인 것이죠. 아파트 옥외주차장을 지하주차장으로 구조변경해 공간의 효율성을 높인 셈입니다. 반도체 업계의 지상과제인 면적 문제를 해결해 생산 효율(단위 웨이퍼당 생산가능 칩의 수)을 높이기 위해서입니다.

▲SK하이닉스는 셀 옆에 붙어있던 주변회로(Peri)를 셀 아래로 배치해 공간 효율성을 확보했다.

여기서 주변부(peri) 회로란 데이터를 저장하는 셀들을 선택하고 컨트롤하는 역할을 하는 로직(Logic) 회로를 뜻합니다. 주로 Row와 Column Decoder, Sense Amplifier와 컨트롤러 회로 등을 의미하는데요. ‘주변부’라 불리지만 메모리 제품에서 반드시 필요한 영역으로, 통상 전체 메모리 제품에서 20~30%의 큰 면적을 차지한답니다. SK하이닉스에 따르면, 이 제품은 72단 512Gbit 3D 낸드보다 칩 사이즈는 30% 이상 줄었고, 웨이퍼(Wafer) 당 비트(bit) 생산은 1.5배 향상됐습니다. 동시 처리 가능한 데이터는 업계 최고 수준인 64KByte로 2배 늘었죠. 작은 사이즈 덕에 스마트폰용 모바일 패키지에도 탑재가 가능합니다. 4D 낸드 1개로 기존 256Gbit 3D 낸드 2개를 대체할 수 있게 됐습니다.

이 같은 혁신을 가능하게 한 PUC 기술은 면적을 줄여 생산효율을 높이기 위한 돌파구입니다. 현재 SK하이닉스를 비롯해 경쟁사인 미국 마이크론은 이를 ‘CMOS Under the Array (CUA)’로, 삼성전자는 ‘Core Over Periphery (COP)’로 부르며 개발 중입니다.

이처럼 반도체 업계가 낸드플래시를 3D로 쌓아올리고, 이제는 아래 면적까지 활용해 4D로 나아가려는 이유는 생산효율을 확보하면서 저장용량을 높이는 일이 매우 어렵기 때문입니다. 3차원 구조의 3D 낸드플래시 기술은 회로 선폭을 줄여 집적도를 높여온 기존의 2D 낸드 기술이 10나노대에서 막히면서 탈출구로 나온 해법이었죠. 반도체를 아파트처럼 쌓아올려 집적도를 높이고 저장 용량을 늘린 것입니다.

2D 낸드 vs 3D 낸드 기술의 차이점은?

2D 낸드와 3D 낸드의 차이점은 크게 공정, 물질, 소자구조 등 3가지로 요약할 수 있습니다.

▲평면(2D)으로 펼쳤던 셀(cell)을 수직으로 쌓는 기술을 적용한 3D 낸드플래시는 미세공정의 한계를 극복하고 용량을 빠르게 끌어올릴 수 있게 되었다.

먼저 공정 측면에서는 수직 적층이 핵심입니다. 기존 반도체가 1층짜리 주택이라면 96단 3D 낸드는 96층짜리 아파트라고 이해하면 됩니다. 적은 전력으로 동작 속도가 빠르고 수명도 오래가죠. 3차원은 2차원과 비교해 동일한 면적에서 더 많은 셀을 저장할 수 있어 원가절감에 유리하다는 강점이 있습니다.

두 번째로는 사용하는 물질입니다. 전하를 저장하는 게이트 형태를 기존 플로팅게이트(Floating Gate, FG)에서 차지 트랩 플래시(Charge Trap Flash, CTF)로 바꾼 것이 핵심입니다. 기존 플로팅게이트는 ‘폴리실리콘’에 전하를 저장했지만, CTF에서는 ‘나이트라이드’라는 부도체에 전하를 저장합니다. 나이트라이드가 전하를 붙잡고 있는 힘이 강해서 누설전류를 줄이는 장점이 있습니다. 이러한 CTF 기술은 1971년 비휘발성 메모리가 처음 개발된 이래 35년간 상용화에 적용돼온 ‘플로팅 게이트’ 기술의 한계를 극복한 혁신적인 기술로 꼽히고 있습니다.

마지막 세 번째는 ‘소자 구조’입니다. 기존 평면형 구조를 벗어나 3차원의 원통형 적층으로 구조가 바뀌면서 셀을 구성하는 채널도 게이트에 의해 손으로 쥐어싸듯 감싸지는 구조가 됐습니다. 이를 전문용어로 GAA(Gate-All-Around) 구조라고 합니다. 96단 낸드의 경우 먼저 전류가 흐르는 도체와 전류가 흐르지 않는 부도체를 순서대로 각각 96개(도체·부도체 한 쌍이 1단)를 쌓아올립니다. 그다음 통조림 파인애플처럼 위에서 아래로 구멍을 뚫고(에칭 공정), 그 구멍을 측벽부터 순차적으로 셀을 구성하는 물질로 발라 메우는 작업을 합니다.

이렇게 해서 만들어진 원통 셀 하나가 0, 1 이진법으로 표시되는 기억단위 하나가 됩니다. 이러한 셀들이 수억 개 모여서 특정한 저장용량을 가진 하나의 칩이 되는 것이죠.

차세대 기술 개발의 장벽

앞으로 반도체 업계는 적층에 따른 기술적 문제를 해결하는 것이 관건입니다. 기술이 진화한다 해도 양산시 수익을 낼 수 있을 정도로 효율이 받쳐주어야 하기 때문이죠. D램과 마찬가지로 낸드플래시도 경제적 이유로 스케일링(미세화)의 한계가 올 것이며, 이를 극복하는 혁신기술에 낸드플래시의 성패가 달려있다고 합니다.

우선 200단에 근접하게 되면 완전히 새로운 기술적 돌파구가 필요해집니다. 낸드플래시의 스택(stack) 수가 높아지면 스트레스가 증가하는 등 부정적 영향이 발생하기 때문입니다. 200단 근처가 되면 양산시 수익을 내기 어려울 정도가 될 것이란 게 대체적인 전망입니다. 이를 위해 반도체 업계에서는 적층 단수가 올라갈수록 생기는 ‘High Aspect ratio’ 이슈와 그에 따라 쌓아올릴수록 구조가 휘는 문제, 각 층의 천정 높이를 낮춰야 하는 문제 등 여러 기술적 한계를 보완해야 할 것입니다.

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