[10대 경제 희망키워드 ③반도체 부활] "투자 축소 없다"…삼성전자, 초격차 기술로 불황 정면돌파

"미래 대비 중요" 공격적 투자
속도ㆍ용량ㆍ소비전력 기술 갖춰
30년간 메모리반도체 왕좌 지켜
'2030년 시스템반도체 1위' 목표
파운드리 사업 초미세화로 승부

삼성전자가 ‘초격차 DNA’로 반도체 한파를 정면돌파한다. 그동안 회사를 지탱해온 버팀목을 불황 타개의 최고 무기로 앞세웠다.

최근 반도체의 부진은 글로벌 경기 침체로 인한 모바일, PC 등 전방산업 위축이 주요 원인이다.

삼성전자 관계자는 3일 “이미 수차례 밝힌 대로 인위적인 감산과 투자 축소는 없다”고 재확인했다. 삼성전자가 혹한기에도 오히려 공격적으로 나서는 것은 반도체가 고저(高低)가 있는 ‘사이클 산업’인 만큼 미래 대비 차원이 큰 것으로 풀이된다.

삼성전자의 반도체 불황 극복 전략은 메모리반도체와 파운드리(반도체 위탁생산)로 대변되는 시스템반도체 분야에서 차이는 있지만, ‘초격차 기술’이라는 공통분모를 갖고 있다.

◇‘최고속’, ‘고용량’, ‘저전력’ 삼박자가 기술력

1992년 세계 최초로 64메가(M) D램을 개발한 삼성전자는 이듬해인 1993년부터 30년간 세계 메모리반도체 시장의 ‘왕좌’를 지켜왔다. 낸드플래시 시장에선 지난 20년간 1위 자리를 지켰다. 이변이 없는 한 지난해에도 삼성전자의 막강한 ‘글로벌 지위’는 유지된 것으로 보인다.

메모리반도체 기술력은 ‘속도’와 ‘용량’, ‘소비전력’이 좌우한다. 삼성전자의 메모리반도체 기술은 이러한 삼박자를 고루 갖춘 ‘세계 최초’ 타이틀을 늘 달고 다닌다.

삼성전자의 메모리반도체 기술 개발 전략은 인공지능(AI), 고성능컴퓨팅(HPC) 시대에 맞춰져 있다.

지난해 삼성전자는 메모리 용량 한계와 서버의 유연성을 확장하는 인터페이스인 차세대 고용량 512GB CXL(컴퓨트 익스프레스 링크) D램을 개발했다. 삼성전자에 따르면 기존 서버 시스템에서 CPU(중앙처리장치)당 꽂을 수 있는 D램 모듈은 16개로 최대 8테라바이트(TB) 수준이었다. AI, 머신러닝과 같은 대규모 데이터를 처리하기엔 역부족이었다.

CXL은 컴퓨팅 시스템에서 CPU와 메모리, 그래픽처리장치(GPU), 저장장치 등을 효율적으로 활용한다. PCIe 5.0에 적용되는 차세대 인터페이스의 일환으로 기존의 여러 인터페이스를 하나로 통합해 각 장치를 직접 연결하고 메모리를 공유하게 하는 것이 핵심이다.

삼성전자는 HPC(고성능컴퓨팅), 자율주행차 등 분야에서 활용 가능한 업계 최고 속도인 3세대 10나노급 ‘24기가비트(GB) GDDR6 D램’도 개발했다. 이 제품에는 누설전류를 최소화하기 위해 금속 소재 신물질을 게이트단에 적용하는 하이케이 메탈 게이트 기술을 적용해 기존 18Gbps GDDR6 D램 대비 약 30% 이상 동작 속도를 높였다.

24Gbps GDDR6 D램을 프리미엄급 그래픽 카드에 탑재할 경우 최대 초당 1.1TB의 데이터를 처리할 수 있다. 풀HD급 영화 275편을 1초 만에 처리할 수 있는 속도다.

삼성전자는 저전력 동적 전압 기술(DVS)을 적용해 20% 이상 향상된 전력효율을 제공하는 솔루션도 마련했다.

삼성전자는 조만간 5세대 10나노급 16Gb DDR5 D램을 양산한다. 내년에는 9세대 V낸드를 양산하고, 2030년까지 1000단 V낸드를 개발할 것이라고 밝혔다. 지난해 말에는 세계 최고 용량의 8세대 V낸드 기반 1Tb TLC(트리플레벨셀) 제품 양산을 시작했다. V낸드는 수직으로 쌓아 올린 3차원 공간에 구멍을 내어 각 층을 연결하는 반도체로 ‘단수’가 곧 기술력이다.

◇파운드리 ‘초미세화’ 승부수… 두뇌 같은 반도체

삼성전자는 ‘2030년 시스템반도체 시장 1위’ 달성이라는 뚜렷한 목표가 있다. 핵심 동력은 파운드리 사업이다.

지난해 양산을 시작한 3나노미터(㎚·10억분의 1ｍ) 파운드리 공정은 세계에서 가장 앞선 기술이다.

반도체는 초미세화 공정이 가장 중요하다. 웨이퍼(반도체 원판)에 회로의 선폭을 가늘게 만들수록 더 많은 소자를 집적할 수 있다. 소비전력이 줄어들고 생산효율과 성능은 좋아진다. 고객사인 글로벌 IT 기업들이 반도체 업체의 초미세화 공정에 주목하는 이유이기도 하다. 삼성전자는 2024년 2나노, 2027년 1.4나노 공정을 도입한다.

삼성전자는 시스템반도체 분야에서 제품 간 시너지 극대화를 통해 ‘통합 솔루션 팹리스(반도체 설계)’를 바라보고 있다. 시스템온칩(SoC), 이미지센서, 전력 반도체(PMIC) 등 현재 보유한 약 900개 시스템반도체 포트폴리오를 융합한 솔루션을 제공한다.

기술적으로는 인간 수준에 가까운 기능을 구현하는 첨단 반도체를 개발한다. 두뇌 역할을 하는 CPU 등 SoC부터 사람의 눈에 가까운 초고화소 이미지센서, 사람의 오감(미각, 후각, 청각, 시각, 촉각)을 감지하고 구현할 수 있는 센서를 개발한다.

업계 관계자는 “이제는 삼성전자가 그동안 쌓아온 주요 기술을 어떤 식으로 융합 발전시켜 나갈지가 최대 관전 포인트가 될 것”이라고 말했다.