보폭 넓히는 '뉴메모리'..미래 반도체 기술 패권은 누가 쥘까

세계 메모리 반도체 시장을 양분하고 있는 D램과 낸드플래시의 대체제로 꼽히는 상변화메모리(P램), 스핀주입자화반전메모리(STT-M램) 등 뉴메모리 기술이 저변을 넓혀나가고 있다. 반도체업계에서는 오는 2020년경부터 뉴메모리 기술이 의미있는 시장 규모를 형성할 것으로 내다보는 분위기다.

인텔의 반도체 생산라인. /인텔 제공

20일 시장조사업체 MKW에 따르면 인텔이 지난 2015년 발표한 3D 크로스포인트 기술 기반의 제품(P램의 일종) 매출액이 올해 7억5000만달러(한화 8409억원)에 달할 것으로 예상된다. 오는 2020년경에는 시장 규모가 2배 더 커져 15억달러(1조6819억원) 수준에 달할 것이라는 전망이다.

인텔의 3D 크로스포인트 기술은 P램의 일종으로 알려져 있다. P램이란 물질의 상(相) 변화를 이용한 차세대 메모리다. 물질 상이 비결정에서 결정질로 변할 때 1비트를 얻는 방식으로 동작한다. P램을 구성하는 재료는 게르마늄(Ge), 안티몬(Sb), 텔루륨(Te) 등으로 비교적 널리 알려져 있어 차세대 메모리 가운데 기술 구현이 그나마 쉬운 것으로 평가된다.

인텔은 이 기술을 2015년에 발표한 이후 상용화를 위해 2년 넘게 연구개발에 투자해왔다. 또 제품의 생산단가를 낮추기 위해 중국 다롄에 55억달러를 들여 반도체 생산 공장을 설립했다. 현재는 공장 확대를 위한 추가 투자가 진행 중인 것으로 알려졌다.

STT-M램의 경우 삼성전자, SK하이닉스, 도시바 등 대부분의 대형 메모리 반도체 기업들이 연구하고 있는 기술이다. STT-M램은 D램과 구조는 유사하지만 커패시터(capacitor) 대신 복잡한 구조의 자성층을 쓴 메모리다. 이 자성체가 스핀(Spin)하면서 빠른 속도로 전자(電子)를 이동시키며 데이터를 읽고 쓰는 방식으로 작동한다.

STT-M램은 휘발성 메모리인 D램과 달리 비휘발성이다. D램보다 10배 가량 데이터 처리 속도가 빠르지만 생산단가는 오히려 낮다. 구조도 단순해 최대 2나노미터(㎚)까지 미세 공정이 가능하다. D램의 경우 10나노 공정 이하의 미세 공정은 적용하기 어려울 것으로 알려져 있다. 일각에서는 STT-M램이 중장기적으로 인메모리뿐만 아니라 D램 등 메인 메모리(Main Memory) 제품까지 대체할 것이라는 전망이 나온다.

STT-M램의 또 다른 강점은 수명이 사실상 영구적이라는 점이다. 낸드플래시의 경우 쓰기, 읽기를 반복하다 보면 수명이 다한다. 기술 발전으로 수명이 많이 늘어나긴 했지만 반영구적이지는 않다. 반도체업계 관계자는 "이론적으로는 성능, 용량, 내구성 등 모든 평가 기준에서 기존의 D램, 낸드플래시의 단점을 극복한 메모리"라고 설명했다.

이 분야에서 유일하게 상용 제품을 내놓은 건 미국의 에버스핀이다. 이 기업은 작년 4분기부터 글로벌파운드리(GF)의 생산라인을 통해 STT-M램 생산을 시작한 이후 지속적으로 시장 규모를 늘려나가고 있다.

삼성전자의 경우 임베디드(내장형) M램을 위탁생산하는 방식으로 뉴메모리 분야에 발을 들여놓고 있다. D램, 낸드플래시처럼 범용 메모리 제품을 만드는 것이 아니라 마이크로컨트롤러유닛(MCU)에 M램을 적층시키는 방식이다.

반도체업계 관계자는 "삼성전자의 경우 아직 뉴메모리 시장이 충분히 무르익지 않았다는 판단을 내리고 시장 상황을 지켜보며 파운드리 등 일부 분야에만 뉴메모리 기술을 적용하고 있는 것으로 보인다"며 "늦어도 1~2년 안에는 삼성도 이 분야에 본격적으로 뛰어들어 인텔과 경쟁구도를 나타낼 것"으로 전망했다.

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