▲ SK하이닉스 김진국 부사장이 2020년 기준 40%가량의 소재만이 연구된 현실에 대해 소개하고 있다.

SK하이닉스 김진국 부사장(CTO)이 반도체 메모리의 기술적 한계를 극복하기 위한 핵심 열쇠로 신소재 사용 확대, 구조 다변화, 협력 등을 거론했다.

산업통상자원부 주최, 한국산업기술진흥원과 전자신문사가 주관하는 ‘글로벌테크 코리아 2021’ 세미나에서 김진국 부사장은 6일 코엑스에서 열린 온라인 생중계를 통해 ‘SK하이닉스의 차세대 메모리 기술과 기술협력방안’을 발표, 미래 차세대 메모리 시대의 비전과 기술협업 패러다임을 공개했다.

김 부사장은 ICT 산업은 지난 10년간 20배에서 많게는 40배까지 급격히 변화해왔으며 데이터 트래픽 분야의 경우 40배 이상 활용이 커졌다고 전했다. 5G, AR, VR, AI, 빅데이터 등 매단계마다 데이터는 어딘가에 저장되고 가공 처리하게 된다. 그 속에서 핵심역할을 하는 것이 메모리 반도체이기 때문에 급속도로 수요가 확대될 전망이다.

국내의 경우 2019년에서 2020년을 지나오며 5G를 기반으로 2천배 이상 커졌으며 데이터를 바탕으로 한 헬스케어 및 온라인 뱅킹 산업 등이 급속히 확대되고 더 빠르게 변화하고 있다고 말했다.

이어 새로운 시대를 준비하는 차세대 메모리 기술을 이끌어갈 미래 동력 가치로 △Scaling(공정미세화) △Smart △Social 을 거론했다.

공정미세화 한계는 구조 변경, 신소재 적용 등으로 극복 중이며 차세대 메모리도 마찬가지일 것으로 전망했다.

D램은 2017년 10나노대 기술 장벽을 허물고 지속적인 연구개발을 하고 있고 낸드플래시의 경우 2D에서 3D로 플랫폼을 변경했다. SK하이닉스는 4D로 200단과 300단 수준의 기술력을 준비하고 있다. D램의 경우 기술한계를 돌파하기 위해 미세패턴 캐퍼시터를 추진 중이다.

저장배선기술과 층간 절연막 기술의 혁신을 통해 하이스피드 로우파워 기술을 구현한다. 낸드 테크놀로지는 단수가 계속 올라가는 기술장벽 돌파를 위해 Etch 기술과 전압, 적층 기술을 통해 새로운 진화의 모습을 만들어 가고 있다.

낸드플래시의 경우는 물질을 쌓아올려 고층건물을 짓듯 구현하기 때문에 높이를 높여가며 필름의 스트레스를 줄여가는 기술을 소재와 구조의 혁신을 통해 나아가고 있다.

김 부사장은 “SK하이닉스는 4D 낸드의 플랫폼을 가지고 300, 400, 500단까지 600단 그리고 1000단까지 도전할 수 있는 물질과 구조의 혁신을 기술로드맵에 담아내고 구현해 나가고자 한다”고 밝혔다.

특히 “차세대 메모리의 기술적 한계를 위해서는 인텔 CEO가 언급한 것처럼 주기율표의 모든 원소를 소진해야 한다”며 “SK하이닉스는 118개의 주기율표 원소 중에 처음엔 10%를 연구에 활용, 2000년도에 접어 들어서는 20%를, 현재는 40%의 원소를 가지고 연구를 하고 있다”고 밝혔다.

Social은 ESG 경영과 동조하는 가치다. 데이터를 만들고 분석하는데 개입하는 메모리 업계의 지구환경 및 에너지 절감에 관한 사회적 책임에 대한 직접적 개입이 필요하다고 전했다. 이를테면 2030년까지 하드디스크를 HDD에서 SSD로 변환하면 4,100만톤의 CO2를 절감하고, 38억불의 사회적 가치를 창출할 수 있다.

SK하이닉스는 전통적인 기술관점 고객이 필요로 하는 메모리 프로덕트를 제공하는 것을 넘어, 지구환경과 에너지 절감이라는 과제를 수행하기 위한 솔루션을 준비 중이다.

Smart는 각종 기기의 초연결을 통해 새로운 가치를 만들어내는 디지털트랜스포메이션을 의미한다. 컴퓨팅 환경에선 CPU 성능이 전체를 지배하던 시대는 지나갔으며 앞으로 컴퓨팅 성능은 메모리 성능이 결정할 전망이다. 이를 위해 CPU와 메모리는 얼마만큼 가까이 있느냐에 따라 성능이 좌우된다. 이 둘을 하나의 패키징안에 넣는다면 성능은 더욱 향상된다.

김 부사장은 “하나의 웨이퍼에 로직과 메모리를 같이 넣는 기술을 구현한다면, 성능은 훨씬 비약적으로 증가하며 비욘드 메모리 시대가 올 것”이라며 “향후 10년 이내 메모리와 CPU의 경계가 옅어지고 메모리와 스토리지의 경계가 가까워지는 새로운 컨버전스의 시대가 올 것”이라고 전했다.

비욘드 메모리의 시대, 퀀텀 컴퓨팅과 같은 새로운 시대에는 수평적 협업 구조로 전환이 요구된다. 기술의 한계 극복, 안정적인 공급망 확보, 천문학적인 개발비용 등을 메모리 반도체 업체 혼자 감당할 수는 없다는 게 그의 의견이다.

김 부사장은 “과거 수직적 협업 체계를 벗어나 동반자적 협력관계 아래, 반도체 메모리업체와 소부장 업체들 그리고 나아가 학교와 민간연구기관, 정부가 수평적 협업에 패러다임으로 전환해야 우리의 3대 가치를 실현할 수 있을 것”이라고 말했다.

▲ SK하이닉스의 디램과 낸드플래시의 기술로드맵