日本 엘피다, 25나노 7월 양산이 허세가 된 이유?

세계 최초에 대한 일본의 열망을 보여준 엘피다의 25나노 D램 반도체 생산이 결국, 거짓이 된 사연

세계 3위의 메모리 반도체 업체인 일본 엘피다가 지난 5월에 세계 최초로 25나노급 반도체를 7월에 양산하겠다는 이야기를 공공연하게 밝혔습니다.

 하지만 어찌 된 일인지 8월이 되었는데도 양산에 대한 이야기가 없습니다. 결국 양치기 소년 엘피다가 되는 것 같습니다. 오늘은 이 이야기를 해볼까 합니다.

1980년대의 반도체 강국 일본은 어디에?
엘피다는 세계 3위급 업체지만 실제 전체 시장을 삼성과 하이닉스가 거의 50% 가까운 점유율을 기록하고 있어서 규모면에서 D램등 메모리 반도체 분야에서는 사실 한국 기업들에게 적수는 아닙니다.

일본은 과거 세계 DRAM 시장에서 80% 점유율이라는 인텔보더 더한 기업들이 많았습니다. 그야말로 독무대였습니다. 이런 철용성을 1990년대까지 근 10여년 이상 유지했죠. 이런 상황에서 한국의 삼성, 하이닉스등이 세계 1위를 차지하며 역전 현상이 일어났습니다. 거의 기적에 가깝다고 밖에 할 수 없는 일입니다.

이런 실적 때문인지 삼성 한개사의 영업 이익이 일본 상위 9개 전자 회사 영업 이익과 맞먹을 정도라고 하니 그 얼마나 대단한 상황이 된 것입니까?

일본의 반도체 산업이 이렇게 진행 된 것은 과잉 생산 문제도 있었지만 스피드와 저비용 고효율로 변화하던 반도체 산업에서 고집스럽게 고성능, 고품질을 추구하던 과거 일본식 산업 문화가 큰 영향을 미쳤기 때문이란 분석도 있습니다.

시장은 대량 생산체제로 전환하던 시점에 싸게 대량으로 생산하는 기술이 필요한데 비해 일본은 비싸며 고효율이지만 생산량에서도 한계가 있는 접근법을 시도한 것이 한국/대만 기업에 추월 당한 궁국적인 이유라는 분석이지요.

물론, 이런 분석들 이외에 여러 이유가 있겠지만 오늘은 이 이야기를 하려는 것이 아니니 이쯤에서 정리해 보겠습니다.


엘피다가 25나노급 반도체 생산을 공언한 이유는?
우선 나노미터(1나노미터=10억분의 1) 공정은 반도체 생산에 있어 기술력을 입증하는 중요한 기술적 토대로 보시면 될 것 같습니다. 반도체 원판인 웨이퍼에 반도체를 집적 시킬때 반도체 회로의 집적 폭을 10억분의 1m까지 줄이는 것이죠.

성인 머리카락의 10만분의 1에 해당하는 두께로 20나노미터면 200만분의 1정도가 되나요? (이거 머리가 굳어서 계산도 안되네요. 대충 알아들으세욧 ㅠㅠ) 암튼 이정도 수준이 되는거죠.

업체들이 이렇게 나노미터 공정에 열 올리는 이유는 이 공정을 통해 10나노씩 단축 할 경우 웨이퍼 한 장당 반도체 생산 비율이 50~60% 이상 배로 늘어나서 저비용 고효율은 물론 시장에서도 더 큰 부가가치를 만들어 낼 수 있습니다.

여기에 전력 소비도 30~40% 이상 줄어 여러모로 도움이 되기 떄문에 원가 절감 측면에서 이런 노력들을 기울이는 것이지요.

엘피다의 25나노급 양산은 사실 기술 개발을 못했다기 보다, 개발이 되어도 제품 단가를 맞추는데 얼마나 효율적인 기술인가가 중요한데 업계 전반의 평가는 불가능 할 것이라고 단정하고있습니다.

또, 현재 엘피다 주력이 50나노입니다. 2009년 40나노급 개발하고 2010년 30나노급등을 양산하겠다고 계속 뻥쳤는데 효과가 없었던 것이죠.

결국 이것은 엘피다가 현재 상황에서 살아 남기 위해 일본 정부로부터의 지원과 대만 업체와의 제휴 협상에서 유리한 고지를 점하기 위한 정치적 술수에 더 가깝지 않냐라는게 업계의 예상인 것 같습니다. 엘피다가 그만큼 급박한 상황이란 걸 반증하는 것이겠죠.


메모리 반도체 나노미터 공정 전환이 어려운 이유는?
음.. 생각해 봅시다. 이런 예를 들면 좋을까요? 쌀 한톨에 이름을 1개 써넣을때와 10개 써넣을때 어떤 경우가 더 기록하기 쉽겠습니까? 반도체 공정도 결국 이런 문제가 있죠?

이걸 기술적으로 설명드리면 회로 선폭이 줄어들면 성능은 업그레이드 되지만, 반대로 회로간 선폭 간섭과 이에 따른 전력 증가등으로 발열과 오류가 생기는 현상이 증가하고 있다고 합니다.

그래서 반도체 연구소에서는 최대 20나노급이 현재 기술 가지고 할 수 있는 최대 공정이라고 하는 것입니다.

또, 현재까지는 속도 향상이 과제였기에 트랜지스터로 대변되는 증폭 작용과 스위칭 역할을 하는 반도체 소자를 최대한 많이 끼워넣어 전류를 증폭시켜 신호 세기를 높여 반도체 소자가 빠른 속도로 데이터 처리를 할 수 있게 도와주고 스위칭 소자를 이용해 이렇게 제공되는 수 많은 데이터를 저항 발생을 최소화해 데이터 병목이나 삭제를 최소화하는 기술적 방향으로 기술이 바전해 왔습니다.

생각해 보세요. 이런 작은 트랜지스터를 수천만개를 집적해야 하는 과정이니 언젠간 한계가 다다를 수밖에 없었겠죠? 결국 이런 트랜지스터 집적 분야에서도 한계 상황이 다가오고 있어 단순한 나노미터를 줄이는 방법으론 앞으로 더 좋은 반도체 생산은 불가능하게 된거죠.

업체들도 이런 상황을 너무 잘 알고 있기에 앞으로 새로운 반도체를 개발해 이런 기술적인 문제를 극복하려고 노력하고 있는 것이지요.


현재 개발중인 차세대 반도체들은 어떤 것들이 있는가?
D램의 경우 공정대비 효율성과 비용에서 유용하지만 전원을 끄면 정보가 사라진다는 단점이 있고 플래시 메모리는 처리 속도가 느린 단점이 있습니다. 현재 이런 문제들을 해결하기 위해 반도체의 단점을 극복을 위한 많은 기술이 개발되고 있습니다.

IBM은 P램 기술을 개발했다고 합니다. P램은 데이터 저장과 로딩을 1000만번 이상 반복 할 수 있고 내구성과 용량면에서도 기존 플래시 메모리를 대채 할 수 있는 기술이라고 발표했답니다.

삼성전자의 경우는 이미 작년(2010년)에 양산을 시작해서 국내의 모 휴대폰 업체에 이미 납품을 하고 있다고 합니다.

삼성전자는 R램을 공개했습니다. 데이터를 읽고, 쓰는데 1조번 반복 가능하고 전력 소모도 기존 반도체보다 적게하는 기술이라고 합니다. 이 이외에도 하이닉스도 M램이란 기술을 도시바와 합작사를 설립해 개발한다고 하고 있고 삼성전자도 M램을 개발중에 있다네요.

이런 노력들이 지속되고 있지만 역시 상용화 시점은 가격 경쟁력이 가능한 2016년 이후가 되지 않을까 생각됩니다.


최근 이슈가 되는 3D 반도체 기술은 무었인가?
반도체의 강자인 인텔과 삼성이 이야기하는 기술입니다. 기존 평면적인 반도체 설계 방식에 3D 적 반도체 셀을 추가해 누설 전류 억제와 작동 전력 절감, 트랜지스터 속도 향상, 소형화를 이루어 낼 수 있는 기술로 평가 받고 있는 차세대 반도체 기술을 대표하는 기술이라고 합니다.

선점 경쟁도 치열합니다. 인텔은 22나노 공정에 3D 트랜지스터 기술인 트라이 게이트를 사용해 위의 장점을 극대화하는 반도체를 만들어 냈다고 합니다.

위 이미지처럼 게이트 웨이만 있는 단순한 반도체 셀 구조를 3D 방식처럼 소스, 전류통로, 핀과 드레인을 추가해 좀 더 효율적인 반도체 구조를 만드는 것입니다.  이런 기술 변화가 필요한 이유는 현재 트랜지스터 구조가 조만간 생명력을 다할 시점이 다가오고 있기 때문입니다.

MPU(마이크로 프로세서)용 제조 공정에서는 15~11나노급 공정이 최대 한계라고 합니다. 기존 트랜지스터 구조를 변경하지 않으면 더이상 기술 발전이 어려워 3D 트랜지스터 같은 구조 변화를 어쩔 수 없이 시도하게 된 것이죠.

위 이미지를 보면 좀 더 3D 트랜지스터 구조가 어떻게 변화하는지 아실 수 있으실 겁니다.

한국의 삼성도 3D -TSV(Through Silicon Via) 기술이라고 해서 3D 기술 개발을 이미 작년 12월 완료하고 8GB 급 DDR3, D램 개발해 양산 시기를 8월로 보고 준비중이라고 합니다.


메모리 반도체 시장의 향후 판도는?
세계 반도체 시장은 비록 반도체의 미세화란 큰 벽앞에 노여 있고 저전력 고효율 MPU에 대한 요구가 높아지고 있는 상황입니다.

하지만 이런 상황에서 미세화 공정이 진전이 없더라도 당분간 반도체 시장이 크게 퇴보하는 일은 없을 것이란 것이 업계 전문가들의 지적입니다. 그 이유는 선진국 시장은 이미 포화 상태라 추가적인 매출 신장이 어렵고 새로운 반도체 수요가 당장 일어나지 못하지만 신흥국가들은 빠른 경제 성장으로 선진국에서 수급 못 할 물량을 충분히 흡수 할 여력이 있다는 것이죠.

특히 향후 아시아 시장을 중심으로 7~8%의 성장을 계속 할 것이고, 이 이외에도 Brics를 중심으로 매출이 지속적으로 확대 될 것이기에 여전히 반도체 산업의 미래는 매우 밝다고 전망 하는 것 같습니다.


결론, 엘피다 같은 양치기 기업이 안되려면 결국 기술력 확보가 관건
엘피다는 결국 이런 양치기 짓을 계속하는 것은 살아 남기 위한 어쩔 수 없는 행동이라고 보여집니다. 시장에서 이미 엘피다의 진실성엔 의문을 품고 있지만 그래도 살아남기 위해서 협력사에게 좋은 조건을 끌어내기 위한 어쩔 수 없는 선택인 것이죠.

이렇게 엘피다 처럼 도태되지 않으려면 역시 기술을 확보해야 합니다. 현재 모바일 시장에서도 TI, ARM, Nvdia, 퀄컴등 다양한 업체들이 시장을 장악하고 있지만 인텔과 AMD가 조금 느슨하게 대응하는 이유도 현재 이에 대응 할 마땅한 제품 라인업이 없어서이기도 하지만 기술에 대한 자신감도 한몫하기 때문이란 분석이 있습니다.

결국 기술력이 중요한 시장이기 떄문입니다.

나는가수다란 프로그램에서 옥주연이란 아이돌 가수가 이런 이야기를 한적이 있습니다. "노력은 절대 배반하지 않는다. 난 그래서 내 노력의 결과를 믿는다"라고 말이죠?

IT 업계에서 노력이란 결국 R&D 투자이고 이것이 기술력으로 대변되 시장에서 강자로 살아 남을 수 있는 것입니다. 앞으로는 어떻게 된다 예단하기 쉽지 않지만 기존에 잘나가는 기술력 있는 업체를 합병하지 않는한 단순하게 제조업에서 아이디어 하나만 가지고 초대형 일류 회사로 발돋움하기는 어려울 것입니다.

그것은 기술의 진보가 너무 빨라서 과거식 접근으로 급격하게 이 IT 기술 흐름을 따라가기가 쉽지 않기 때문입니다. 그래서 지금 좀 잘나간다고 경쟁사를 무시하거나 스스로가 느슨해지면 토퇴의 길을 걸을 수 있기 때문에 더 노력해야하는 것입니다.