SK하이닉스가 지난 19일(현지시간)부터 이틀간 미국 캘리포니아주 산호세에서 열린 ‘인텔 이노베이션 2023’에 참가해 최신 메모리 기술과 제품을 선보였다고 22일 밝혔다.

인텔 이노베이션은 2019년부터 인텔과 고객 및 파트너사가 매년 한자리에 모여 각자의 반도체 기술 개발 성과를 공유하는 글로벌 IT 전시회이다. 이 행사에서 SK하이닉스는 ‘최고의 메모리 기술을 통해 미래를 개척하다(Pioneer Tomorrow with the Best)’라는 슬로건을 걸고, 생성형 AI 시대에 필수적인 첨단 메모리 반도체 제품을 선보였다.

▲ ‘인텔 이노베이션 2023’에 전시된 SK하이닉스 첨단 메모리 제품인 CXL, HBM3, DDR5 모듈

AI 가속기의 고속 성능을 지원하는 HBM3*와 10나노급 5세대(1b) 기반 서버용 DDR5 모듈(RDIMM)이 가장 큰 관심을 받았다. HBM3로 AI 메모리 선도기업으로 부상한 SK하이닉스는 내년 양산 예정인 HBM3E(Extended) 시장에서도 독보적인 지위를 이어갈 것으로 기대를 모았다.

SK하이닉스는 10나노급 5세대(1b) 기반의 DDR5 RDIMM도 공개했다. 이 제품은 업계 최고 수준인 초당 6400Mb(메가비트) 이상의 전송 속도를 지원하고, 특히 저전력 특성으로 고객의 비용 절감과 ESG 가치를 동시에 창출할 수 있는 제품으로 관심을 모았다.

SK하이닉스는 DDR5 기반 96GB(기가바이트) CXL* 메모리 모듈 제품도 전시했다. 회사는 CXL이 적용된 AI 가속 시스템 등의 응용 모델을 소개하고, CXL을 통해 성능 향상은 물론, 신뢰성, 보안, 관리 측면에서 고객이 얻을 수 있는 이점을 부각했다.

▲ ‘인텔 이노베이션 2023’에서 DDR5와 CXL 메모리를 주제로 발표 중인 SK하이닉스 DRAM상품기획 김진평 TL, DRAM기술기획 브라이언 윤 TL(왼쪽부터)

SK하이닉스는 현장에서 미래 메모리 솔루션에 관한 발표 세션도 진행했다. 미주법인 DRAM기술기획 브라이언 윤 TL과 DRAM상품기획 김진평 TL은 ‘데이터 기반의 혁신을 이끄는 DDR5와 CXL 메모리’를 주제로 발표를 진행하며, AI와 빅데이터 시대에 핵심적인 역할을 맡게 될 제품이라고 소개했다.

SK하이닉스 DRAM상품기획 류성수 부사장은 “향후에도 앞선 기술력을 선보여 고객과의 파트너십을 강화하고, 시장을 선도하는 글로벌 일류 기술기업으로서의 위상을 더욱 공고히 해나가겠다”고 밝혔다.

▲ ‘SUPEX추구상’ 시상식에서 이노베이션상과 시너지상을 수상한 SK하이닉스 임직원들이 SK그룹 최태원 회장과 기념촬영을 하고 있다.

▲ ‘SUPEX추구상’ 시상식에서 이노베이션상과 시너지상을 수상한 SK하이닉스 임직원들이 SK그룹 최태원 회장과 기념촬영을 하고 있다.

“인간의 능력으로 도달할 수 있는 최고 수준(Super Excellent Level)인 ‘SUPEX’를 이루기 위해 끊임없이 도전해 혁신을 만들고 있습니다.”

SK그룹은 30일 서울 서린동 본사에서 그룹 내 여러 멤버사 구성원들이 참석한 가운데 ‘SUPEX추구상’ 시상식을 열었다. 이날 시상식에는 이노베이션(Innovation)상과 시너지(Synergy)상을 받은 SK하이닉스 임직원들이 참석해 수상의 영예를 안았다.

SUPEX추구상은 SK그룹 내 가장 권위 있는 상으로 새로운 도전을 두려워하지 않고, 혁신을 이뤄낸 멤버사 구성원들에게 수여된다.

먼저, 이노베이션상은 기술혁신을 통해 그룹 내 귀감이 되는 도전과 성과를 이뤄낸 사례에 주어지는 상으로, LPDDR5(Low Power Double Date Rate 5) 개발을 성공적으로 이끈 DRAM개발 이상권 부사장, 권언오 부사장(펠로우), 홍윤석 팀장, 조성권 팀장, 미래기술연구원 손윤익 팀장이 수상했다.

SK하이닉스는 2022년 11월 세계 최초로 모바일용 D램인 LPDDR에 HKMG(High-K Metal Gate)* 공정을 도입해 성공적으로 LPDDR5X*를 개발한 데[관련기사] 이어, 올해 1월 LPDDR5X보다 동작 속도가 13% 빨라진 LPDDR5T 개발에 성공했다.[관련기사] 과감한 도전으로 혁신을 이뤄낸 성과를 인정받은 것이다.

* HKMG 공정 : 유전율(K)이 높은 물질을 D램 트랜지스터 내부의 절연막에 사용해 누설 전류를 막고 정전용량(Capacitance)을 개선한 차세대 공정. 속도를 빠르게 하면서도 소모 전력을 줄일 수 있음. SK하이닉스는 2022년 11월 HKMG 공정을 모바일 D램에는 세계 최초로 도입했다.

* LPDDR5X는 이전 세대(LPDDR5) 대비 33% 향상된 동작 속도인 8.5Gbps 이면서도, 국제반도체표준협의기구(JEDEC, Joint Electron Device Engineering Council)가 정한 초저전압 범위인 1.01~1.12V에서 작동하면서 이전 세대 대비 소비전력을 25% 줄이는 데 성공했다.

또, 원팀(One Team)으로 함께 문제를 해결해 나가는 협업을 바탕으로 성과를 이룬 사례에 주어지는 시너지상은 SK하이닉스와 SK머티리얼즈 퍼포먼스 임직원들이 공동으로 받았다. SK하이닉스에서는 반도체 공정의 핵심 소재인 EUV PR*의 국산화에 기여한 공적을 인정받은 EUV소재기술 김재현 부사장(펠로우), FAB원자재구매 윤홍성 부사장, 미래기술연구원 길덕신 부사장(펠로우), 손민석 팀장이 수상했다.

* EUV PR(Extreme Ultraviolet Photo Resist) : 극자외선 공정으로도 불리는 EUV 공정은 반도체를 만드는 데 있어 중요한 과정인 포토(노광) 공정에서 극자외선 파장의 광원을 사용하는 리소그래피(Lithography) 기술 또는 이를 활용한 제조공정을 말한다. EUV 공정에 사용되는 PR(Photo Resist)은 반도체 칩의 성능과 수율에 영향을 끼치는 핵심 소재

SK하이닉스는 그룹 멤버사인 SK머티리얼즈 퍼포먼스와 긴밀하게 협업해 EUV PR의 국산화를 이끌며 소재 수급 정상화를 이루고, 91%에 달하던 수입 의존도를 낮춘 공로를 인정받았다.

뉴스룸은 SUPEX추구상을 수상한 SK하이닉스 임직원들을 직접 만나 SUPEX를 이루기 위한 그들의 노력과 비하인드 스토리, 그리고 수상소감을 들어봤다.

새로움을 두려워 않는 도전 정신에서 혁신은 시작된다” – 이노베이션상

▲ SUPEX추구상 이노베이션상을 수상한 조성권 팀장, 홍윤석 팀장, 이상권 부사장, 손윤익 팀장, 권언오 부사장(펠로우)(좌측부터)이 인터뷰를 진행하고 있다.

“최근 SK하이닉스는 LPDDR뿐만 아니라 혁신을 이룬 다양한 제품들을 개발했습니다. 저희 LPDDR이 수상한 이노베이션상은 SK하이닉스가 이뤄낸 모든 혁신을 대표해서 받는 상이라고 생각합니다. 앞으로도 실패를 두려워하지 않는 도전 정신으로 끊임없는 혁신을 이뤄내겠습니다.”

▲ SK하이닉스의 모든 혁신들을 대표해 이노베이션상을 수상하는 것이라고 말하는 이상권 부사장(오른쪽)과 경청하고 있는 홍윤석 팀장

이상권 부사장은 이노베이션상 수상의 영광을 SK하이닉스 전 구성원에게 돌렸다. 그러면서도 자신들이 이룬 성과에 대해 자랑스러워하며 소감을 전했다.

“LPDDR5X와 LPDDR5T 등을 통해 이뤄낸 압도적인 혁신은 VWBE*와 적극적인 협업, 그리고 새로운 것을 두려워하지 않는 도전 정신 덕분에 가능했습니다. 당연히 구성원들의 뼈를 깎는 노력도 중요했습니다. 하지만 그중에서도 가장 중요한 것은 ‘더 이상 개선이 불가능할 정도로 압도적인 제품을 개발하겠다’는 구성원들의 SUPEX 정신이었다고 생각합니다.”

* VWBE : SK그룹 경영철학 중 하나로, 자발적(Voluntarily)이고 의욕적(Willingly)인 두뇌 활용(Brain Engagement)을 의미

▲ 권언오 부사장(펠로우)이 LPDDR5X와 LPDDR5T 개발 성공이 갖는 의미에 대해 설명하고 있다.

지난 개발 과정을 돌아보면, 시작부터 난관의 연속이었다. 기존의 방법으로는 획기적인 성능 향상이 어려웠기 때문이다. 권언오 부사장(펠로우)은 개발 초기 당시를 다음과 같이 회상했다.

“시장에서는 더 뛰어난 성능의 모바일용 D램에 대한 수요가 있었는데요. 더 작은 크기와 더 낮은 소비전력이 핵심인 LPDDR의 성능을 끌어올리기에는 어려움이 있었습니다. 기존 반도체 소자를 통한 미세화가 한계에 다다르고 있었기 때문입니다. 이러한 한계를 뛰어넘기 위해서 지금까지 시도하지 않았던 새로운 방법이 필요했고, HKMG 공정이 그 답이 될 수 있다고 생각했습니다. 어떻게 보면 큰 도전일 수 있었던 결정을 한 것입니다.”

▲ 구성원들이 보여준 SUPEX 정신 덕분에 SUPEX추구상을 수상할 수 있었다고 말하는 손윤익 팀장

손윤익 팀장은 다음과 같이 덧붙였다. “LPDDR에 HKMG 공정을 접목하는 것은 새로운 기술을 개발한다는 것보다는 패러다임을 바꾼다는 의미였기 때문에, 정말 큰 도전이었습니다. D램의 경우, 기술 개발이나 장비 투자 등에서 비용 증가에 대한 부담이 있었고, HKMG를 우리 제품에 최적화하기 위해서는 더 큰 노력이 필요했습니다. 물론, 구성원들의 자발적인 협업과 최고의 능력을 발휘하고자 하는 SUPEX 정신 덕분에 지금의 성과를 낼 수 있었다고 생각합니다.”

▲ 기술 혁신을 위한 구성원들의 자발적인 TFT 구성이 지금의 성과를 이루는 데 큰 도움이 됐다고 말하는 홍윤석 팀장

LPDDR 설계를 담당하는 홍윤석 팀장은 많은 어려움이 있었음에도 구성원들이 자발적으로 나서서 개발을 이끌었다는 점이 혁신의 원동력이었다고 설명했다. “새로운 시도에는 당연히 리스크가 따르게 마련인데요. 이를 최소화하기 위해 구성원들은 본격적인 개발을 시작하기 수개월 전부터 자발적으로 TFT(Task Force Team)를 구성했습니다. 누가 특별히 시킨 일이 아니었지만, 더욱 뛰어난 제품을 개발하고자 하는 도전 정신으로 철저히 준비했던 것입니다.”

조성권 팀장은 구성원들에게 감사의 인사를 건넸다. “우리가 지금의 성과를 이루기 위해 그동안 쌓아왔던 데이터나 발자취를 살펴보면 정말 많은 분이 함께 고민했다는 것을 알 수 있습니다. SUPEX추구상을 수상한 우리뿐 아니라, SK하이닉스의 전사 구성원들, 그리고 지금의 기술이 가능하게끔 길을 열어주신 수많은 선배님이 있었기에 현재의 성과도 존재한다고 생각합니다. SK하이닉스의 모든 분들에게 이 자리를 빌려 감사 인사를 드리고 싶습니다.”

위기를 기회로 바꾸는 ‘적극적인 협업’ – 시너지상

▲ SUPEX추구상 시너지상을 수상한 윤홍성 부사장, 김재현 부사장(펠로우), 길덕신 부사장(펠로우)(좌측부터)

“우리만 잘한다고 받을 수 있는 상이 아니기에 더욱 큰 의미가 있다고 생각합니다. 특히, SK하이닉스와 SK머티리얼즈 퍼포먼스의 다양한 구성원들이 각각의 역할을 잘 해냈고, 이것이 모여 큰 성과를 냈다는 점에서 더욱 뜻깊은 상인 것 같습니다.” 김재현 부사장은 SUPEX추구상 시너지상 수상과 관련해 이와 같이 소감을 전했다.

소재 국산화가 필요했던 SK하이닉스와 반도체 소재 사업에 본격적으로 뛰어든 SK머티리얼즈 퍼포먼스는 서로에게 도움을 줄 수 있는 상황이었다. 양사는 협업을 통해 높은 품질의 EUV PR 개발에 성공했으며, 높은 수준으로 제품화했다. 양사의 협업을 통해 반도체 소재 수급에 대한 불안감을 해소했다는 점 등 공을 인정받아 양사는 시너지상을 수상한 것이다.

▲ 길덕신 부사장(펠로우)이 SK하이닉스와 SK머티리얼즈 퍼포먼스의 협업 과정에 대해 설명하고 있다.

길덕신 부사장은 양사 협업 과정에서 나타난 시너지 효과를 강조했다.

“SK머티리얼즈 퍼포먼스는 새롭게 EUV PR 시장에 진출한 후발주자인 만큼 기술 개발에 더욱 많은 노력이 필요했습니다. SK하이닉스와 SK머티리얼즈 퍼포먼스는 적극적인 협업을 통해 다양한 아이디어를 공유했고, 비약적인 기술력 향상을 이뤄냈습니다.”

▲ 반도체 소재 국산화와 내재화의 중요성에 대해 강조하고 있는 윤홍성 부사장

윤홍성 부사장은 앞으로도 멤버사 간의 협업을 통해 더 많은 것을 이룰 수 있을 것이라는 전망을 내놓았다.

“당사는 원자재 및 소재의 국산화와 내재화에 대한 필요성을 절실히 느꼈고, 이러한 절실함 덕분에 지금의 성과를 낼 수 있었던 것 같습니다. 이번 성과는 안정적으로 소재를 공급할 수 있다는 이슈를 넘어, 원가 절감 효과도 기대할 수 있기 때문에 더욱 큰 의미가 있다고 생각합니다. 이제 시작입니다. 앞으로도 해외 의존도가 높았던 품목들을 국산화 및 내재화함으로써 건전한 경쟁 체제를 구축하고, 더욱 경쟁력 있는 제품을 공급받아 생산할 수 있는 체계를 만들도록 적극적인 협업이 필요하다고 생각합니다.”

▲ SUPEX추구상 시너지상의 의미를 잊지 않고 더욱 적극적인 협업을 펼쳐야 한다고 설명하는 김재현 부사장(펠로우)

김재현 부사장은 “서로의 의견을 적극 수용하는 협업을 통해 우리는 위기를 새로운 기회를 만들었다”며 “이번에 수상한 시너지상의 의미를 잊지 않고 적극적으로 협업을 이어가 제품 생산 단계에서의 원가 경쟁력을 제고하는 등 SUPEX를 추구하기 위한 노력을 이어가겠다”고 소감을 전했다.

마지막으로 손민석 팀장은 “반도체 강국에서 소재 강국까지 함께 이루어내는 날을 꿈꾼다”고 말했다.

“가장 어려웠던 일은 속도를 검증하는 것이었습니다. 모바일용 D램에 HKMG 공정을 도입했는데 이 제품 속도를 측정하는 테스트 장비가 없는 거에요. 세계 최고 속도 9.6Gbps를 개발하는 것이라서… 측정 시스템에서도 속도제한이 걸려 검증이 쉽지 않았습니다. 결국 속도에 영향을 주는 항목들을 하나하나 뽑아내 목표치를 맞추면서 개발하게 되었습니다.”

지난 2022년 11월 SK하이닉스는 8.5Gbps 동작 속도와 함께 세계 최저 구동 전력인 1.01~1.12V를 구현한 모바일용 D램 LPDDR5X(Low Power Double Data Rate 5X)를 출시했다. 이어 올해 1월에는 다시 세계 최고속 9.6Gbps의 LPDDR5T 개발에 성공, 모바일용 D램의 역사를 새롭게 썼다.

스마트폰에 들어가는 모바일용 D램은 크기가 작아야 하고 소비전력이 낮아야 한다. 또 더 많은 기능을 수행하기 위해 속도는 더욱 빨라져야 한다. 하지만 미세화(Scaling)*의 한계에 다다른 현시점에서 기술 난이도는 점점 더 높아지고 있다.

그럼에도 불구하고 SK하이닉스가 모바일용 D램 강자 지위를 공고히 할 수 있었던 ‘기술력의 비밀’은 무엇일까? High-K Metal Gate(이하 HKMG) 공정을 세계 최초로 모바일용 D램에 적용했다는 것이다. 바로 그 HKMG 공정의 원리부터 LPDDR5X, LPDDR5T 도입 과정까지, 뉴스룸에서 정리했다.

세계 최고속, 저전력 모바일용 D램을 완성한 ‘HKMG 공정’

사실 HKMG는 10여 년 전부터 상용화되어 왔다. 획기적인 기술임에도 불구하고 1)기술 자체의 높은 난이도 2)기존 소재 대비 공정 비용 증가 3)예측할 수 없는 리스크 4)전자 누출을 제어하기 위한 기술 개발의 어려움 등 다양한 난제들이 있었다. 무엇보다 모바일용 D램 분야에는 한번도 적용된 적 없던 기술이기에, SK하이닉스 역시 긴 고민이 필요했다.

결국 실패 가능성이라는 리스크를 감수하고, SK하이닉스는 모바일용 D램의 패러다임을 바꿀 ‘도전’을 감행했다. 이는 모바일용 D램의 두뇌와 심장을 바꾸는 것과 맞먹는 일이었다.

모바일용 D램 주변부(Peri) 트랜지스터에 HKMG를 적용하는 건 큰 도전이었다. 일반적으로 D램은 데이터 저장이 이뤄지는 셀 트랜지스터와 데이터의 입출력을 담당하는 주변부 트랜지스터로 이뤄지는데, 주변부에 HKMG를 적용하면서 동시에 셀과 주변부 간의 연결 문제를 고려해 셀에는 영향을 최소화해야 했기 때문이다.

셀(Cell) 공정이 미세화 됨에 따라 셀을 구동하는 주변 회로의 면적도 줄어들었다. 이로 인해 전하를 공급하는 트랜지스터의 크기가 줄어들면서 게이트 절연막의 두께가 감소하는데 여기서 문제가 발생된다. 기존 모바일용 D램의 절연막 소재인 실리콘옥사이드(SiON)가 ‘속도’ 측면에서 한계를 드러내고 있는 것. 게다가 절연막의 두께가 감소할수록 누설 전류량이 증가하여 전력 손실이 발생되기 때문에 효율성 측면에서 문제가 드러났다.

솔루션을 찾기 위해 SK하이닉스는 절연막에 기존 절연막보다 5배 정도 유전율*이 높은 High-K 물질을 적용했다. 똑같은 전압을 가하더라도 같은 면적과 두께라면 High-K 물질을 적용한 절연막이 기존 실리콘옥사이드(SiON)보다 5배 더 많은 전하를 모을 수 있게 된다. 즉 유전율이 높은 High-K 물질로 절연막을 만들어 두께와 누설 전류를 줄일 수 있는 것이다.

그런데 기존 게이트에 적용된 폴리실리콘(poly-Si)과 High-K 물질을 함께 사용하면 게이트의 저항이 높아져 오히려 높은 전압이 필요하고 또한 전자의 속도가 느려지는 문제가 발생했다. 이를 해결하기 위해 게이트 물질을 금속 게이트(Metal Gate)로 교체하였다. 이로써 높은 유전율을 가진 게이트 산화물과 금속 전극을 결합한 HKMG 통합 솔루션을 완성했다.

세계 최초, 모바일용 D램 HKMG 기술 적용을 위한 여정

SK하이닉스는 가장 먼저 개발-연구-제조 부문의 소자 및 공정 전문가로 구성된 TF를 구성, 개발 업무에 착수했다. 동시에 파생(Derivative) 제품* 최초로 공정 개발 초기 단계부터 소자 설계, PE 팀 내 프로젝트 원팀 조직을 구성, 신뢰성과 품질 리스크를 점검하며 함께 이슈를 해결해 나갔다. TF의 가장 큰 목표는 기존 공정을 최대한 유지하여 비용을 최소화하면서 HKMG 기술을 접합한 통합 솔루션을 개발하는 것이었다.

단, HKMG의 특성을 이용해 속도를 높이면서 동시에 파워를 줄이는 방안이 필요했다. 하지만 파워를 줄이기 위해 전기 용량을 낮추는 것은 칩 크기의 한계 때문에 불가능했고, 결국 전압을 낮추는 설계 외에는 방법이 없던 상황. 이를 위해 설계 내부 전원을 낮추는 전력 설계(Power Architecture)와 절전모드에서 게이트 레벨을 낮추어 전력 소모를 크게 줄이는 등 혁신적인 설계 기술 아이디어를 적용했고, 마침내 저전력 경쟁력을 확보하게 되었다.

SK하이닉스, 모바일용 D램 LPDDR5X, LPDDR5T로 신화를 새롭게 쓰다. 세계 최고속, 초저전력 동시 구현

이렇게 출시된 LPDDR5X 제품은 누설 전류를 효과적으로 제어해 이전 세대 대비 33% 속도 향상(8.5Gbps)과 함께 21% 전력 감소 효과를 나타내어 환경적 측면에서도 업계의 목표 사양을 충족하면서도 에너지 효율을 높여 탄소 저감에도 기여하였다.

그리고 두 달 뒤 개발된 LPDDR5T는 LPDDR5X와 동일한 초저전압 범위에서 작동하면서 동작 속도는 13% 빠른 9.6Gbps로 현존하는 모바일용 D램 중 최고속 제품이다.

현재 HKMG 공정을 적용한 SK하이닉스의 모바일용 D램은 여러 고객으로부터 세계 최고의 성능이라는 긍정적인 피드백을 받고 있다. 또, 회사는 JEDEC(국제반도체표준협의기구)에 모바일용 D램의 신규 스펙을 제정하는 것을 추진하고 있다.

이제 SK하이닉스의 다음 목표는 HKMG 공정 개발 성공의 경험을 적극적으로 활용해 후속 제품뿐만 아니라 차세대 기술 및 제품에 더 큰 혁신을 가져오는 것이다. LPDDR5X와 LPDDR5T는 시작일 뿐이다.

SK하이닉스는 현존 최고 속도를 자랑하는 LPDDR5T를 통해 모바일용 D램 시장을 선도하겠다는 계획이다. 특히 LPDDR5T는 동작 속도 향상과 동시에 저전력, 저전압 부문에서도 압도적인 효율을 보인다. SK하이닉스가 최초로 HKMG* 공정을 도입해 속도 개선과 함께 전력 소모량도 감소된 초저전력 특성을 동시에 구현해낸 것으로, LPDDR5X를 내놓은 지 불과 두 달 만에 기술 한계를 다시 한번 돌파했다는 데 의미가 있다.

* HKMG 공정: 유전율(K)이 높은 물질을 D램 트랜지스터 내부의 절연막에 사용해 누설 전류를 막고 정전용량(Capacitance)을 개선한 차세대 공정. 속도를 빠르게 하면서도 소모 전력을 줄일 수 있음. SK하이닉스는 지난해 11월 HKMG 공정을 모바일 D램에는 세계 최초로 도입함

뉴스룸은 최초와 최고의 가치를 또 한 번 만들어낸 LPDDR5T 개발 주역(송경근 TL, 김현승 TL, 김기룡 TL, 조선기 TL, 정승현 TL)을 직접 만나봤다. 이제 LPDDR5T 제품과 그 기술력에 대한 자신감으로 시장을 선도하겠다는 포부를 드러낸 그들만의 이야기를 들어보자.

현존 최고 속도 모바일용 D램, ‘LPDDR5T’

SK하이닉스가 새롭게 개발에 성공한 LPDDR5T는 제품명에서 알 수 있듯, 모바일용 D램 규격인 LPDDR5에 터보(Turbo)의 T를 붙인 것으로 동작 속도의 혁신을 이룬 제품이다. 이는 초고속 모바일용 D램을 만들어냈다는 SK하이닉스만의 자신감이 담긴 것이다. 이 제품은 LPDDR5X의 동작 속도인 8.5Gbps(초당 8.5기가비트)보다 13% 빨라진 9.6Gbps(초당 9.6기가비트)의 속도를 자랑한다. 현존하는 모바일용 D램 중 가장 빠르다.

동작 속도는 더 빨라졌고, 국제반도체표준협의기구(JEDEC, Joint Electron Device Engineering Council)가 정한 최저 전압 기준인 1.01~1.12V(볼트)에서 작동하는 초 저전력 특성 역시 구현했다. ESG 중심 경영의 의지를 담아 초고속, 초저전력 구동이 가능한 이유는 HKMG(High-K Metal Gate) 공정 덕분이다. HKMG 공정은 모바일용 D램 중에서는 SK하이닉스가 세계 최초로 적용한 공법으로 유전율(K)이 높은 물질을 D램 트랜지스터 내부 절연막에 사용해 누설 전류를 막고 정전 용량을 개선한 차세대 공정이다.

LPDDR5T를 통해 또 한 번의 기술혁신을 만들어낸 개발 주역들은 “지금의 성과에 만족하지 않고 최고와 최초의 가치를 만들어내기 위해 끊임없는 도전을 이어갈 것”이라는 포부를 전했다.

우리가 하는 혁신에 ‘만족’이란 없다

이미 업계 최고 성능의 LPDDR5X를 공개한 만큼 SK하이닉스의 LPDDR5T 개발 소식에 다소 놀란 반응이 나오기도 했다. 보통 D램의 성능 향상을 위해선 적정한 수준의 기간이 필요하기 때문이다. 2개월 만에 더 빨라진 제품의 개발 소식을 전한다는 것은 상당히 이례적인 일이다. 이와 관련해 LPDDR5X와 LPDDR5T의 개발을 이끌었던 설계품질혁신 김현승 TL은 이렇게 말했다.

“저희는 앞서 개발한 LPDDR5X에서 모바일용 D램에 세계 최초로 HKMG 공정을 도입하면서 성능을 비약적으로 끌어올렸는데요. 이 과정에서 JEDEC에서 정한 LPDDR5X의 기준인 8.5Gbps를 상회하는 동작 속도를 구현해냈습니다. 당시 저희는 더 빨라진 속도의 제품을 개발할 수 있을 것이라는 확신이 생겼고, 더 빠른 제품 개발을 위해 연구를 계속 이어나가 LPDDR5T를 개발하게 된 것입니다.”

▲ LPDDR5T 개발 과정에서 더 빠른 동작 속도의 제품에 안정성을 더하기 위해 다양한 옵션을 변경했던 상황에 대해 이야기하는 김기룡 TL(가운데)

제품의 테스트를 진행했던 Mobile PE1 김기룡 TL은 “LPDDR5X 개발 과정에서 표준 동작 속도인 8.5Gbps보다 더 빠른 속도를 구현해 냈지만, 속도가 빨라지면 안정성이 떨어지는 문제가 있습니다. 저희는 제품의 설계 옵션을 변경해가며 제품에서 발생할 수 있는 문제들을 최소화했습니다. 그렇게 개발한 것이 LPDDR5T입니다”라고 덧붙여 설명했다.LPDDR5X의 개발 과정에서 더욱 빠른 동작 속도를 구현할 수 있다는 자신감과 함께 도전하는 마음을 모아 추가 개발에 착수했다는 설명이다. LPDDR5T는 더 빠른 동작 속도의 제품에 안정성을 더하기 위해 다양하게 옵션을 변경해가며 최적화한 제품인 것이다.

▲ LPDDR5T의 최고 동작 속도(9.6Gbps)의 의미와 그에 대한 자긍심을 표현하고 있는 정승현 TL(가운데)

DRAM상품기획 정승현 TL은 “LPDDR5T에서 구현 가능한 9.6Gbps라는 동작 속도는 다음 세대인 LPDDR6에서나 달성할 수 있는 수준이었는데요. LPDDR5T를 개발하면서 또다시 우리 SK하이닉스가 모바일용 D램 시장을 선도할 수 있게 됐다고 생각합니다”라며 자긍심을 보이기도 했다.LPDDR5T 개발 프로젝트를 총괄했던 DRAM PMO 송경근 TL은 “만약 우리가 LPDDR5X 개발에 만족하고 아무것도 하지 않았다면 LPDDR5T는 이 세상에 존재할 수 없었을 것입니다”라며 “이미 세계 최고의 성능과 전력 효율성을 보유한 제품을 개발했으면서도 더욱 향상된 성능의 제품을 시장에 내놓고자 했던 우리 구성원들의 도전정신이 돋보인 제품이라고 생각합니다”라고 소감을 전했다.

수많은 기술 난제, 혁신 DNA로 이겨낸 SK하이닉스

언제나 그렇듯 LPDDR5T 개발에도 많은 난제가 있었다. 가장 먼저, 내부 구성원들을 설득하기 위한 노력이 필요했다. 정승현 TL은 “내부에서도 ‘LPDDR5T를 굳이 개발해야 하는가?’라는 의문이 나오기도 했었습니다. LPDDR5X를 개발하고 공개한 지도 얼마 되지 않았고, 다음 세대인 LPDDR6 개발에 집중하는 게 좋지 않겠냐는 의견이었죠”라며 LPDDR5T 개발 초기에 상황을 회상했다.

김기룡 TL은 이와 관련해 “사실 저 역시 ‘LPDDR5T를 찾는 수요가 있을까?’ ‘시장성이 확보될까?’라는 질문을 하기도 했고, 확신이 들지 않았던 순간도 있었는데요. 정승현 TL을 비롯한 상품기획 구성원들이 우리의 도전의지를 보며 적극적으로 고객사들과의 소통을 통해 수요가 많다는 점과 시장성이 분명하다는 점을 확인해 줬습니다. 덕분에 저 역시 확신을 가지고 LPDDR5T를 테스트할 수 있었습니다”라고 개발 당시 상황을 설명했다.

특히, 지금까지 그 누구도 구현하지 못한 현존 최고 속도의 제품이기 때문에 경험한 난제도 있었다. LPDDR5 회로 설계를 담당한 Interface 조선기 TL은 LPDDR5T의 검증단계에서 느꼈던 난제를 다음과 같이 말했다.

“가장 어려웠던 점은 이 제품의 빠른 속도가 구현 가능한지 실물 검증이 어려웠다는 점입니다. 제품 자체가 9.6Gbps를 구현할 수 있다고 해도, 이것을 검증하기 위한 테스트 장비가 없으며, 시스템에서 조차 속도제한이 걸려있는 경우가 많아서 정확한 확인이 어려웠습니다. 이런 어려움을 해결하기 위해 속도 특성에 영향을 주는 항목들을 하나하나 도출하고 각 항목의 속도별 목표치를 설정해 관리하고 측정했습니다.”

김현승 TL은 LPDDR5T 프로젝트의 성공 가능성에 대해 “실패할 것이라고 의심한 적은 한순간도 없었습니다”라고 밝혔다. 그는 “이미 동작 속도는 충분히 나오고 있었기 때문에 큰 어려움을 예상하지는 않았습니다. 빠른 속도에 의해 불량이 발생하긴 했지만, 우리가 힘을 합치면 충분히 해결할 수 있다고 믿어 의심치 않았습니다”라며 함께 프로젝트를 진행한 구성원들에 대한 절대적인 신뢰를 보여주기도 했다.

최초와 최고의 가치, 구성원 모두 one-team이 되어 함께 만드는 것

▲ LPDDR5T 개발 성공을 SK하이닉스의 ‘one-team spirit’ 덕분이라고 말하며 함께 개발한 모든 구성원들에게 감사함을 전하고 있는 조선기 TL(좌측)

한편, 조선기 TL은 LPDDR5T 개발 성공의 공을 SK하이닉스만의 ‘one-team spirit’ 덕분이라고 했다. 그는 “LPDDR5T가 현존 최고의 동작 속도와 초저전압 제품이라는 점 때문에 주목받고 있고, 개발 프로젝트에 참여한 우리들이 대표로 인터뷰를 진행하고 있는데요. 저는 이번 제품 개발의 성공 포인트로 함께 일하는 구성원 모두가 글로벌 초일류 반도체 회사를 향한 목표에 도전하는 ‘one-team spirit’을 뽑고 싶습니다. 이를 통해 우리는 한 단계 레벨업하며 성장할 수 있었다고 생각합니다. 특히 HKMG 공정 적용을 가능하도록 소자를 만들어준 구성원들에게 고맙다는 인사를 꼭 전하고 싶습니다”라며 소감을 전했다.

김기룡 TL 역시 “LPDDR5T는 이제 개발에 성공한 것이고, 제품을 양산하기까지는 또 많은 과정이 필요합니다. 우리 SK하이닉스 구성원 모두가 one-team이 되어 LPDDR5T의 성공적인 출시를 이뤄내 최초와 최고의 가치를 함께 만들 수 있도록 도전을 멈추지 않겠습니다”라고 말했다.

▲ LPDDR5T 개발을 통해 기술 리더십을 확보할 수 있어 자부심을 느꼈다고 말하고 있는 송경근 TL(가운데)

송경근 TL은 마지막으로 LPDDR5T를 통해 모바일용 D램 시장을 선도하겠다는 포부를 드러냈다. “LPDDR5T를 통해 기술 리더십을 확보할 수 있었다는 점에 대해 자부심이 느껴집니다. 물론 앞으로도 끊임없는 혁신을 통해 최초와 최고의 가치를 만들어 나가겠다는 의지 역시 더욱 강해졌습니다. 이번에 개발한 LPDDR5T가 빠르게 양산되고 실제 소비자들의 다양한 모바일 디바이스에 사용될 수 있도록 최선의 노력을 다하겠습니다.”

▲ 최근 판매를 시작한 SK하이닉스의 초저전력 LPDDR5X

SK하이닉스가 세계 최초로 모바일용 D램에 ‘HKMG’* 공정을 도입한 LPDDR5X(Low Power Double Data Rate 5X) 개발을 완료하고 최근 판매를 시작했다.

이 제품은 국제반도체표준협의기구(JEDEC, Joint Electron Device Engineering Council)가 정한 초저전압 범위인 1.01~1.12V에서 작동하면서 이전 세대 대비 소비전력을 25% 줄이는 데도 성공해 업계 최고의 전력사용 효율성을 확보했다.

모바일용 D램으로 불리는 LPDDR의 경우 규격명에 LP(Low Power)라는 표현이 사용된 만큼 낮은 전력 소비가 최대 관건이다. 모바일의 경우 전력이 한정돼 있기 때문에 제품의 사용 시간을 늘리기 위해선 전력소비를 최대한 줄여야 한다.

빨라진 동작 속도만큼 낮아진 소비전력이 중요한 이유다. 이번에 SK하이닉스에서 개발에 성공한 LPDDR5X는 모바일용 D램 중에서는 최초로 HKMG 공정을 도입해  속도 향상은 물론 소비전력 감소라는 두 마리 토끼를 모두 잡았다.

LPDDR5X를 통해 D램의 소비전력이 더욱 낮아지면서 해당 제품이 적용된 모바일 디바이스는 한번 충전으로 더욱 오랜 시간 사용할 수 있을 것으로 보인다. 이와 같은 제품의 소비전력 감소는 결국 소비자들이 사용하는 전력의 감소로 이어질 수 있어 SK하이닉스가 추구하고 있는 ESG 중심 경영의 가치와도 일맥상통한다. 또한 이번 LPDDR5X는 이전 세대 대비 33% 빠른 8.5Gbps의 동작 속도를 자랑한다.

업계에서는 세계 최초로 LPDDR에 HKMG 공정을 도입했다는 점에서 크게 주목하고 있다. 과감하고 도전적인 시도로 또다시 놀라운 개발에 성공했다는 평가도 나온다. SK하이닉스의 구성원들은 도대체 어떤 사람들이길래 이처럼 최고의 제품들을 계속 만들어내는 걸까?

뉴스룸은 LPDDR5X의 개발을 성공적으로 이끈 이재혁 TL(Mobile & Auto기획), 남기봉 TL(Function Device), 조성권 PL(CP LPD5 PE), 김현승 TL(설계품질혁신), 이욱재 PL(MCP/MO Enablement)을 직접 만나 개발 과정의 비하인드 스토리와 이들의 도전 정신에 대해 들어봤다.

* HKMG(High-K Metal Gate): 유전율(K)이 높은 물질을 D램 트랜지스터 내부의 절연막에 사용해 누설 전류를 막고 정전용량(Capacitance)을 개선한 차세대 공정. 속도를 빠르게 하면서도 소모 전력을 줄일 수 있음

▲ 세계 최초, 최고를 만들어낸 SK하이닉스의 LPDDR 개발 히스토리, 더 빠른 동작 속도와 소비전력 감소를 이뤄냈다.

모바일용 D램으로 불리는 LPDDR(Low Power Double Data Rate)은 주로 스마트폰이나 노트북, 태블릿 PC 등 무선 전자기기에 사용되는 D램이다. 일반적인 D램과 비교해 크기도 작고 전력도 더 적게 필요하다는 특징 덕분에 무선 전자기기의 크기와 무게를 줄이고 사용시간을 늘려준다는 장점이 있다. 최근 스마트폰을 비롯한 모바일 디바이스의 수요가 폭발적으로 늘어나며 LPDDR 역시 빠르게 발전했다. 게다가 환경의 중요성이 강조되며 더욱 적은 전력을 필요로 하는 LPDDR에 대한 관심이 높아지고 있다.

▲ LPDDR5 대비 33% 더욱 빨라진 LPDDR5X, 1초 동안 5GB 영상을 13개 처리할 수 있다.

SK하이닉스는 이런 시장의 흐름을 놓치지 않고 LPDDR 개발을 끊임없이 이어왔다. 지난해 업계 최대 용량인 18GB LPDDR5를 양산했으며, 올해는 업계 최고 속도(4,266MHZ/8.5Gbps)의 LPDDR5X를 개발해 메모리 반도체의 절대 강자임을 다시 한번 보여줬다. 매번 최고의 제품을 개발하고 판매하며 반도체 생태계를 이끌어가는 SK하이닉스의 주역들을 모두 함께 만나보자.

▲ LPDDR5X 개발 주역 5명이 당시를 회상하며 웃고 있다(좌측부터 남기봉 TL, 조성권 PL, 김현승 TL, 이재혁 TL, 이욱재 PL).

세계 최고속 자랑하는 LPDDR5X, 이렇게 만들어졌습니다

외계인을 고문해서 만든다는 농담까지 있는 반도체 기술, 그만큼 새로운 반도체를 개발하는 것은 어려운 일이다. 새로운 반도체를 개발하고 생산하기 위해선 기획에서부터 설계, 생산, 판매까지 수없이 많은 사람의 노력이 필요하다. LPDDR5X 개발의 기획 단계에서 상품기획을 담당한 이재혁 TL은 기획 당시를 회상하며 이렇게 말했다.

▲ 이재혁 TL이 웃으며 LPDDR5X를 기획했던 당시 상황을 설명하고 있다.

“보통 새로운 제품의 상품기획은 수년 전부터 진행되는데요. LPDDR5X를 기획할 당시 8.5Gbps의 스펙을 맞춘다는 것이 쉬운 일은 아니었습니다. 이와 관련해 내부 여러 부서에서도 의견이 분분했습니다. 하지만 저희는 할 수 있을 것이란 자신감이 있었고, 결국 업계 최고 속도 · 최저 전력을 자랑하는 LPDDR5X의 개발을 정해진 기간 내에 성공적으로 마무리할 수 있었습니다.”

지금이야 서로 웃으며 이야기할 수 있지만 LPDDR5X를 개발하는 과정에는 당연히 고난의 시간도 많았다. 실제로 LPDDR5X의 제품 설계를 담당한 김현승 TL은 “기술 개발 과정에서 수많은 어려움이 있었습니다. ‘어떻게 하면 속도를 더 올릴 수 있을까?’ ‘어떻게 하면 필요 전력을 더 줄일 수 있을까?’ 매일 고민과 회의의 연속이었죠”라고 당시 상황을 회상했다.

▲ LPDDR5X 개발 성공 과정에 대해 설명하고 있는 김현승 TL

김현승 TL은 많은 어려움에도 불구하고 LPDDR5X 개발을 성공할 수 있었던 이유에 대해 다음과 같이 설명했다. “이번 LPDDR5X의 개발 과정은 다소 자유로운 분위기에서 진행이 됐는데요. 일반적으로 LPDDR과 같은 파생 제품의 경우 기존의 회로를 크게 수정하지는 않거든요. 근데 이번에는 좀 자유롭게 회로 수정도 해보고 새로운 기술들도 도입하면서 설계를 진행했습니다. 이런 자유로운 분위기와 새로운 기술을 도입하려는 도전 정신이 개발에 큰 도움이 됐던 것 같아요.”

LPDDR5X의 개발과정을 살펴보면 단순히 더 빨라진 동작 속도의 제품을 개발해야 한다는 부담감만 있었던 것은 아니었다. 현재 LPDDR이 주로 사용되는 곳은 스마트폰 시장인데, 스마트폰 시장의 경우 일정 주기마다 새로운 제품이 출시되는 타임 투 마켓(Time to Market)이라는 점도 큰 부담이었다. 이는 시장의 시기에 맞춰서 LPDDR5X 개발을 성공해야 한다는 의미이기도 했다.

이와 관련해 PE(Product Engineering)를 담당했던 조성권 PL 역시 큰 부담을 느꼈다고 토로했다. 스마트폰의 신제품 개발 시기에 맞춰 적절하게 시장에 제품을 제공하는 것이 경쟁력 확보로 이어지기에 더욱 부담스러웠다고. “제한된 시간 내에 LPDDR5X를 개발할 수 있어서 만족스럽습니다. 특히 양산성과 관련해서도 지금까지 제가 진행했던 어떤 제품보다 뛰어나 더 큰 자부심이 느껴집니다.” 조성권 PL은 많은 어려움 끝에 개발에 성공한 소감을 이렇게 전했다.

▲ 개발 당시 느꼈던 부담감에 대해 설명하는 조성권 PL(우측에서 두 번째)

테스트 과정에서도 예상치 못한 난관과 고민을 마주하는 순간들이 있었다. 반도체 생산의 수많은 공정 흐름을 설계하는 PI(Process Integration) 담당 남기봉 TL은 “이번에 LPDDR5X를 개발하는 과정에서도 다양한 이슈들이 발생했었는데요. 그럴 때마다 여러 유관 부서들이 적극적으로 나서서 다 함께 문제가 무엇인지 분석하고 대안을 찾았죠. 함께한 동료들이 모두 적극적으로 대응해 준 덕에 성공적인 개발이 가능했습니다”라고 당시 상황을 설명했다.

더욱 중요해지는 ESG, 환경보호를 위한 LPDDR5X

SK하이닉스의 LPDDR5X 개발 성공은 단순히 더 빨라진 D램을 개발했다는 것에서 끝나지 않는다. 이 제품은 JEDEC*이 정한 초저전압 범위인 1.01~1.12V에서 작동하며 기존 제품 대비 소비전력을 25%나 줄였다.

LPDDR5X의 개발 과정에서도 ESG 경영을 위한 노력이 숨어있었다. 이재혁 TL은 “단순히 모바일 디바이스의 사용 시간을 늘리기 위한 것이 아니라 ESG 측면도 함께 고려해 보다 획기적인 소비전력 감소를 기획했습니다. 덕분에 전 세대 대비 25% 이상의 소비전력 감소를 기대할 수 있게 됐죠”라고 말했다.

* JEDEC : Joint Electron Device Engineering Council, 반도체 표준 규격을 정하는 기관.

▲ LPDDR5X의 소비전력 감소에 대해 설명하는 이욱재 PL

이욱재 PL은 이와 관련해 “LPDDR5X가 적용된 스마트폰의 경우 이전 세대의 스마트폰과 비교해 사용시간이 더욱 늘어날 것”이라며 “이는 소비자 입장에서 1회 충전으로 더 오래 사용할 수 있다는 장점도 되겠지만 그만큼 충전 빈도수도 줄어드는 것이기 때문에 전기를 덜 쓰게 되는 것이고 이는 결국 탄소 절감 효과로도 이어질 수 있습니다”라고 설명했다.

특히 SK하이닉스가 ESG 경영을 강화하는 것과 관련해 회사의 구성원으로서 ESG 가치 실현을 위한 적극적인 자세가 필요하다는 의견이 나왔다. 이재혁 TL은 “상품 개발의 경우 기획 단계에서 ESG 요소를 적절히 적용해야 실제 개발 단계에서도 ESG 가치 실현이 이뤄질 수 있을 것이라 생각합니다”라고 밝혔다.

조성권 PL도 “개발과정에서 제품을 테스트할 때도 예전보다 테스트 시간을 좀 더 줄이게 되고, 설계 단계에서도 최대한 저전력으로 작동할 수 있도록 설계하는 등 기획과 설계, 그리고 개발 모든 단계에서 전체적으로 ESG 가치 실현을 위해 함께 노력하고 있습니다”라고 말했다.

“더 나은 SK하이닉스 위해 도전 정신 필요해”

더욱 향상된 속도를 자랑하지만 소비전력은 더욱 줄어든 LPDDR5X, SK하이닉스 구성원들의 많은 고민과 노력이 없었다면 개발은 절대 불가능했을 것이다. “LPDD5X의 경우 20% 이상의 소비전력 감소를 이뤄냈는데, 고객사에서도 이와 관련해 좋은 피드백을 많이 받고 있어 뿌듯합니다.” 마케팅을 진행하고 있는 이욱재 PL은 실제로 SoC 업체 등 고객사들이 SK하이닉스의 새로운 LPDDR5X에 많은 칭찬을 보내왔다는 소식을 전했다.

▲ SK하이닉스의 긍정적인 미래에 대해 이야기하는 남기봉 TL(가운데)

특히 SK 하이닉스의 구성원들은 더욱 발전될 새로운 반도체에 대해서도 긍정적인 의견을 내비쳤다. 더욱 빠르고 강력한 반도체를 개발할 수 있다는 자신감 역시 함께였다. “지금까지 SK하이닉스를 다녀보니까 알겠습니다. 새로운 개발을 시작할 때 처음에는 ‘뭐가 이렇게 힘들지?’ 생각하는 일들이 많았는데요. 결국 몇 개의 허들을 넘으면 그 뒤로는 허들을 잘 넘을 수 있겠더라고요. LPDDR5X 개발이 성공적으로 이뤄냈으니 다음에는 더욱 좋은 성능의 반도체를 개발할 수 있을 것이라 기대하고 있습니다” 남기봉 TL은 추후 개발될 반도에 대해서도 큰 기대감을 내비쳤다.

김현승 TL은 마지막으로 SK하이닉스 구성원들에게 도전 정신을 갖자는 당부의 메시지를 전했다. “후배들에게 꼭 하고 싶은 이야기가 있는데요. 반도체 생태계를 이끌어가고 있는 SK하이닉스의 구성원이라면 도전 정신을 갖고 높은 목표를 설정했으면 좋겠습니다. 여러 방면으로 많은 아이디어도 내보고, 꾸준히 다양한 도전을 해봐야 한다고 생각합니다. 저희가 새로운 것들을 계속 시도한다면 정말로 외계인이 아니면 만들지 못할 것 같은 혁신적인 반도체들도 만들 수 있을 것이라고 확신하고 있습니다.”