[분석정보] 엘피다 메모리의 한계는 DRAM 종언의 상징?

 

 

DRAM의 4대 메이커의 일각이 마침내 무너져

　엘피다 메모리가 고민이라기 보다는 DRAM의 끝이 가까워지고 있다. 엘피다의 "사건"은 그런 상황을 상징하고 있는 것처럼 보인다.

　엘피다 메모리는 2월 27일, 회사 갱생 수속 개시를 제기했다고 밝혔다. 그러나 문제가 있었던 것은 엘피다의 경영 이라기 보다는 오히려 DRAM 이라는 산업 자체의 상황이다. DRAM 시장과 기술이 점점 막다른 골목 결국 끝이 보이기 시작했기 때문이다.

　엘피다의 회생 신청으로 일본에 남는 마지막 DRAM 벤더가 마침내 무너졌다가 된다. DRAM 시장은 상위 2강 Samsung Electronics와 Hynix Semiconductor의 한국 기업 2개사를 일본의 엘피다와 미국 Micron Technology가 쫓는 태세가 되고 있었다. 그 중에서, 엘피다가 탈락한 가장 큰 이유는 DRAM 전업으로 여기까지 온것에 있을 것 같다. 다른 업체들은 모두 NAND 플래시를 가지고 (합작 포함)있는데, 엘피다만 DRAM 온리 (NAND를 개발하기 시작했지만 늦었 던)로 싸우고 있었다.

　DRAM을 둘러싼 상황은 지난 몇년 동안 크게 변화했다. 현재는 다양한 의미로 DRAM이 끝나 가고 있다고 지적되고 있다.

　첫째, 프로세스의 미세화와 함께 메모리 셀의 소형화가 점점 어려워지고 있으며, 가까운 장래에 메모리 셀을 줄일 수 없는 한계에 도달 할 것으로 알려져 있다. 메모리 공정 기술의 미세화에 의한 대용량화와 저비용 화에 드라이브 되어 왔지만, DRAM에서는 그 흐름이 끝나려 하고 있다. 미세화의 속도도 지금은 NAND에 벌어져 있다. 미세화의 죽음은 그 장치 기술의 종언을 의미한다.

　시장 자체도 PC의 성장에 힘입어 있던 DRAM의 총 비트 수요 성장을 기대할 수 없게되고 있다. Windows Vista 수요 2007년경까지 파도가 있어도 급등으로 추이하고 있었다. DRAM 수요 성장은 지금은 완전히 둔화했다. 앞으로도, DRAM 용량이 작은 모바일 디바이스의 성장이 PC 시장의 성장을 억제해 갈 경우, DRAM의 총 비트 수요의 성장은 둔화 된다.

　메모리 시장의 주역은 현재 공정 기술에서도 규모도 NAND가 대신해 버렸다. 게다가, NAND는 아직 시장 자체가 확산되고 있다. 현재 NAND는 엔터프라이즈 SSD라는 거대한 시장의 문이 열리고 있으며, 따라서 메모리 업체들은 점점 NAND에 주력하고 있다. 또한 포스트 DRAM과 포스트 NAND를 시야에 넣은 차세대 비 휘발성 메모리 개발 레이스도 치열해지고 있다.

　DRAM의 그림자는 점점 희미해 지고 있어 메모리 업체가 DRAM만으로 싸우는 것은 어려운 상황이다.

 

DRAM 로드맵

 

늑대 소년인 DRAM 기술의 종언론

　DRAM은 과거에도 몇 차례 기술 끝이 예언되어 왔다. 그리고 그 때마다 기술 혁신에 의해 연명을 거듭해 왔다. 그러한 역사를 되돌아 보면, DRAM 메모리 셀 기술의 한계라는 말은 조금 늑대 소년 발언의 '또 하나'라는 분위기도 있다.

　그러나 이번에는 종언을 주장하는 목소리가 많아 더 절박감이 강한 것으로 보인다. DRAM 미세화의 종말이라고 까지 말하지 않아도 미세화에 따른 기술 장벽이 점점 높아지는 것을 지적하는 목소리가 더 많다. 미세화를 계속할 수 있었다고 해도, 개발은 더 어려울 것이다.

　현재는 미세화와 함께 아무것도 대책하지 않으면 DRAM 셀 커패시터의 용량은 작아지고 데이터를 저장 가능한 보존 시간은 짧아지고 on 전류는 작아지고, off 누설 전류 (Leakage)는 늘어난다. 이러한 문제를 손쓰고 손써 억누르고 있는 것이 지금의 DRAM 개발이다. 한 걸음 기술의 선택을 잘못하면, 제조 할 수 없어 최악은 회사가 무너져 버리는 무서움이 있다.

　가장 큰 벽은 셀 면적을 작게하면서 셀 커패시터의 용량을 유지하지 않으면 안되는 것에 있다. 답은 단지 하나로 캐패시터를 세로로 가늘고 길게해 용량을 벌 수 밖에 없다. 따라서 스택 형의 경우 캐패시터를 원통 (pillar)으로 높은 비율로 쌓아있다. 그러나 여기에는 구조적 한계가 있어 일정 이상의 비율로 하는 것이 어렵다. 또한, 캐패시터 절연막의 박막화도 필요하고 장애물은 점점 높아지고 있다고 한다.

　현재 알려져 있는 것은, DRAM이 10nm대로 미세화가 멈출 가능성이 높다는 이론이다. 어느 메모리 업계 관계자는 "19nm 당 소위 1x nm 세대 (10nm 대 후반)는 갈 것 같고, 10nm 대 중반의 1y nm 세대도 고생하지만 갈 수 있을지도 모른다고 말하고 있다.하지만 10nm 대 전반 의 1z nm 세대는 지금의 DRAM의 스펙으로는 무리 아닐까 보고있다 "고 말했다.

　사실, 뚜껑을 열지 않으면 알수 없고 사람에 따라 예측은 다르다. 따라서 확실히는 말할 수 없지만, 장애물이 매우 높아지고 있는 것만은 확실하다. "20nm 공정에서 제대로 생산 가능은 엘피다와 다른 사 밖에 없다"는 엘피다의 주장은 결코 과장이 아니다. 물론, 다른 회사는 Samsung을 가리키고 있다.

　미세화의 장애물 이야기는 리소그래피 기술의 변화도 얽혀있다. 10nm 공정 다이는(웨이퍼)  액침다중에서 EUV의 전환기에 들어갈 것으로 보이고 있다. EUV 도입은 엄청난 비용이 소요된다. 그리하여 제조업체에 따라서는 이익이 오를수 없어, 행선지도 보이고 있는 DRAM을 위해 고가의 장비를 도입 할 수있는 체력이 있는가 하는 문제도 있다. NAND와 DRAM을 모두 안고있는 공급 업체는 고가의 리소그래피 장비를 먼저 NAND에 도입하고 DRAM 사용에 돌릴 수 있다. 그 점에서도 유리하다.

　일단 DRAM 업체들은 연명책으로 DRAM은 "실리콘 관통 비아 (TSV : Through Silicon Via) '에 따르며 3D 다이 스택으로 패키지당 용량을 늘리려고 하고있다. 하지만 근본 해결책이 아니다.

 

비용 절감을 위한 미세화가 자신의 목을 조르다

 

　미세화의 장벽이 높아짐에 따라 DRAM의 미세화의 진행 속도도 감속하기 시작했다. 라고 해도, DRAM 벤더는 여기서 당분간은 미세화을 서두르고 있었다. 그것은 DRAM 가격이 폭락했기 때문이다. 메모리 시장조사 업체인 DRAMeXchange의 Web 사이트를 보면 DDR3 칩의 가격은 DDR3 2G-bit 용 x 8 1,600 Mbps의 현물 가격으로 1.07 달러다. 이만큼 저렴한 가격에 도달하면 생산 비용을 최대한 억제하고 적자를 줄일 수 밖에 달리 대응책이 없다. 비용을 낮추려면 다이 (반도체 본체)를 줄일수 밖에 없고, 그러기 위해서는 미세화를 서두를 필요가 있었다.

　DRAM은 공급 업체에서 공정 기술의 차이가 크지만, 상위 업체들은 2010년이 40nm 대 공정, 2011년 30nm 대의 공정으로 가고 있다. 노드에서는 20% 정도씩 미세화를 진행 해왔다. 그러나 이 노력은 자기 모순이 있다. 비용을 낮추기 위해 미세화를 진행하고 다이를 줄이면 1매의 웨이퍼로 부터 얻는 다이의 수가 증가 생산할 수 있는 DRAM의 총 비트 양이 증가해 버리기 때문이다. 따라서 시장이 확대되고 총 비트 수요가 증가해 주지 않으면, 미세화에 따른 총 비트량 증가를 흡수 할 수 없다. 수요가 늘지 않으면 생산량이 늘어날 만큼 시장이 점점 공급 과잉이 되어 버린다.

　기술이 20% 축소하면 다이의 수가 약 40% 증가하므로 수요도 그만큼 증가해 주지 않으면 어울리지 않는다. 그런데 PC의 메모리 수요 증가는 둔화되고 있기 때문에 거기까지는 크게 수요가 늘지 않는다. 따라서 모처럼 미세화 중 축소하여 비용을 낮춰도 그만큼 시장이 공급 과잉으로 출렁거려 더욱 가격 하락 압력이 가해져 버린다. 부정적인 연쇄로서 가격 하락이 멈추지 않는 현재가 바로 이 상태라고 생각된다.

　하지만 장기적으로 보면 DRAM의 미세화는 속도가 둔화되고 있다. DRAM은 이전에는 첨단 공정으로 제조되며, NAND는 DRAM보다 1세대 늦은 프로세스 기술로 제조되고 있었다. DRAM에서 설비 투자를 어느 정도 회수한 Fab에서 NAND를 생산하는 것으로 알려져 있었다. 그것이 2002 ~ 2004 년경에 역전, NAND 쪽이 DRAM보다 앞선 공정 기술로 생산되게 되었다. 현재는 DRAM은 NAND보다 1세대 또는 그 이상 지연된 공정으로 제조되게 돼있다.

　그리고 앞에서 언급한 미세화의 장애물 증가를 위해, 앞으로의 미세화는 더 둔화 될 전망이다. 아래는 반도체 로드맵 ITRS 2012년 1월 테이블이 수정된 것을 기본으로 일부를 보완한 것이다. 실제로는 이것보다 빠를 가능도 많지만, 현재의 예상으로는 둔화되고 있다. 그리고 10nm 공정대의 중반 이후 DRAM의 미세화가 막히면 2020년 까지 DRAM의 발전이 정지하게 된다. 정지하지 않았다 하더라도 둔화로 진행되는, 그 중 포스트 DRAM을 노리는 메모리 기술 (STT-RAM 등?)이 따라 올 가능성이 높다.

 

DRAM 공정 기술 및 용량 세대 로드맵

 

원 사이즈 피츠 올에서 누락되고 있는 DRAM

　DRAM은 수년 동안 1 품종의 상품 DRAM 만이 시장을 지배하는 '원 사이즈 피츠 올'의 세계였다. 그러나 지금에 와서 모바일 장치의 성장으로 모바일 DRAM으로 DRAM의 다양화가 가속되기 시작했다. 또한 모바일 DRAM 자체가 LPDDR 계와 Wide I / O 시스템으로 분화되고 있어, DRAM은 기존의 비즈니스 모델이 통용되지 않는 다양화의 시대에 들어서 있다. 앞으로는 Wide I / O 형 3D 다이 스택뿐만 아니라 TSV 인터 포저를 사용한 2.5D 스택 등 다양한 솔루션이 등장 할 가능성이 있다.

 

모바일 메모리 대역 로드맵

　다양화가 나아가기 시작한 것은, 일반품 DRAM에서는 저전력 및 광대역 등의 요구에 응답할수 없기 때문이다. 모바일 기기의 급속한 발달로 전력 소비를 늘리지 않고 메모리 대역폭을 늘리는 일이 절실히 요구되고 있다. 또한 PC나 보다 고성능 컴퓨터 시스템에서 메모리 대역은 이기종 (Heterogeneous : 이종 혼합) 멀티 코어화 하는 프로세서의 가장 큰 병목이 되고 있다. 따라서, 일반품 DRAM의 속도보다 넓은 메모리 대역폭이 요구되고 있다.

　시장이 이런 상황에 있으므로 메모리 공급 업체에게 유리한 전략은, 일반품 DRAM에서 어느 정도 떨어져 늘어가는 새로운 DRAM에 주력하게된다. 모바일 계의 LPDDR 계 메모리 등은 좋은 예로서 DRAMeXchange의 조사에서는 LPDDR1 / 2 4G-bit 제품은 계약 가격에서 현재 7.5 달러라고 한다. 일반품 DDR3보다 훨씬 높은 가격에 충분히 이익을 낼수 있다.

　향후 예를 들어, Intel과 같은 주요 고객이 어느 정도 맞춤형 메모리 솔루션을 생각했을 때에 거기에 잘 타는 일이 가능한가? 라고 하는 전략적인 움직임도 강하게 요구되게된다. CPU 패키지 2.5D 솔루션에서 그래픽 버퍼 DRAM을 싣는것 같은 상황이 등장하는 경우다. 이러한 제휴도 해외 기업 쪽이 자랑으로 여기는 부분이다. 최근 구체적인 예는 TSV 기술을 사용한 메모리 기술 "Hybrid Memory Cube (HMC) '에서 Intel과 협력하여 시작한 것은 Micron Technology 였다. (하스웰 eDRAM에 기댄 부푼 꿈이 여기 있었구나... 그러나 인텔은 자사 제조를 하였지....)

　이러한 DRAM을 둘러싼 움직임 속에서 DRAM 전업에서 벗어나지 못했던 엘피다가 자금적으로도 한정된 가운데 할 수 있는 범위는 적었다고 할수 있다. 사실, 엘피다는 일본기업 이라고는 생각되지 않는 유연한 제휴 전략을 내세워 돌파하려고 노력했다. 그러나 DRAM을 둘러싼 상황은 거기서 어떻게 되는 범위를 넘은 모양이다. 이 먼저 하고도 곤란한 쪽의 미세화와 고액의 리소그래피의 혁신, 포스트 DRAM 메모리 개발 등 난제가 산더미 처럼 쌓여있다.

 

 

2012년 3월 1일 기사 입니다.

 

 

 

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