[CHAPTER 3. 메모리반도체를 모르면 국내 주식은 못 산다.]
이 부분을 요약한 글이다.
메모리 반도체는 무엇일까?
메모리 반도체는 데이터를 영구 저장하거나 임시 저장하기 위한 반도체이다. 우리나라 대표기업 삼성전자와 SK하이닉스가 메모리 반도체 세계 시장 점유율 60% 이상을 꾸준히 유지하며 반도체 산업을 이끌어온 효자 품목이다. 무엇에 쓰이기에 이렇게 잘 나가는 것일까?
요즘은 펜으로 글을 쓰는 것보다 타이핑을 더 많이 사용하는 시대다. 우리는 타이핑을 치면서 문서를 작성한다. 이 작성된 문서는 컴퓨터의 어딘가에 저장이 된다. 단, 영구적으로 저장되지 않고 D램 같은 휘발성 메모리 반도체에 임시 저장된다. 임시 저장된 데이터는 전력이 공급될 때까지만 저장이 된다. 이후 컴퓨터가 꺼지면 저장됐던 데이터는 모두 삭제된다.
때문에 임시로 저장된 것을 영구히 보관하려면 별도로 저장을 실행해야 한다. SSD 또는 하드디스크와 같은 비휘발성 메모리에 옮겨야 하는 것이다.
그런데 왜? 자동으로 비휘발성 메모리에 저장하지 않고 휘발성 메모리에 저장하게 한 것일까? 그것은 속도 때문이다. 휘발성 메모리와 섞어 사용해야만 전자기기의 동작이 빨라지고 효율적인 작업이 가능해 지기 때문이다. 때문에 무엇을 연구하겠는가? D램보다 속도가 빠르면서 데이터가 영구 저장되는 메모리 반도체 개발을 연구하는 것이다.
비휘발성 반도체의 대표 [낸드 플래시]
낸드 플래시는 데이터가 영구 저장이 가능하다. 이것이 상용화되면 좋지만 가격이 높은 편이다. 그래서 낸드 플래시는 소형 모바일 기기를 중심으로 출시되어 고가에 상품이 판매되면서 사용처가 확대되게 된다.
D램 시장에서는 앞선 글에서 이야기한 것처럼 삼성전자와 SK하이닉스 미국의 마이크론이 3강을 이루며 막강한 진입 장벽을 형성했다. D램은 매우 오랜 시간 제조 기술이 발전해온 만큼 후발주자가 따라잡기기 쉽지 않다. 그러나 낸드 플래시는 다르다.
낸드 플래시는 기술적 진입 장벽이 낮다. 그렇기에 경쟁사도 2021년 삼성, 키옥시아, 웨스턴디지털, 인텔, 마이크론, SK하이닉스가 6강을 형성하다가 SK하이닉스가 인텔의 낸드 플래시를 인수하며 5강으로 재편되었다. 그러나 낸드 플래시도 점점 산업이 발전하면서 제조 기술의 개발과 함께 진입 장벽이 점점 높아지고 있다. 앞으로 기술 장벽이 높아지면 D램 산업과 마찬가지로 과점화가 더욱 공고하게 나타나게 될 것으로 보인다.
D램의 진입장벽을 높이는 캐패시터
D램은 휘발성 메모리를 대표하는 제품이다. 데어터가 저장되는 공간에는 D램이 전부다 다 사용된다고 해도 과언이 아니다. D램은 진입장벽이 높아 3사가 독점하여 시장을 독식하고 있다. 왜 이렇게 D램의 장벽은 높은 것일까? 그것을 높이는 주된 요인 중 하나는 캐패시터(전기를 저장하는 장치)이다.
전기를 모으는 장치인 캐패시터는 D램에서 매우 중요한 역할을 담당한다. D램은 캐패시터상에 전하를 축적하며, 1과 0이라는 데이터를 저장한다. 전자기기가 1과 0의 신호를 명확히 구분하기 위해서는 충분히 많은 양의 전하가 캐패시터에 담겨야 한다. 그렇지 못하면 1과 0의 구분이 모호해지고 D램의 성능이 낮아지기 때문이다.
때문에 D램의 사양이 높아질수록 캐패시터를 구성하는 소재도 꾸준하게 변화하고 있다. D램의 3사도 고사양 캐패시터를 구현하는데 어려움을 겪어 왔으며 지금도 캐패시터의 성능을 향상시기키 위해 상당한 노력을 기울이고 있다.
D램이 미세화 되고 작아질수록 D램의 중요한 구성 요소인 캐패시터 역시 표면이 줄어든다. 그럼에도 그 작은 표면적을 유지하며 충분히 많은 양의 전자를 담는 것이 기술이다. D램의 발전은 바로 이런 캐패시터의 발전과 함께 하고 있다.
즉, 캐패시터는 소재 기술과 오랜 제조 공정 노하우를 바탕으로 지금까지 온 것이다. 그렇기에 다른 기업이 돈을 투자하더라도 현재의 기술을 갖추기가 쉽지 않다. 앞으로 캐패시터의 개발은 지속적으로 이루어질 것이지만 다른 기업이 이제 시작하여 3사를 따라잡기는 쉽지 않은 것이 진입장벽이 높은 이유다.
DDR의 의미가 무엇인가?
D램은 작동 방식이 PCB 기판과 신호를 주고받는 방식이다. 즉, 기판에 맞는 D램이 제작되어야 한다. 그래서 PCB와 맞추기 위해 D램을 표준화한 것이 DDR이다. DDR은 PC와 노트북용 RAM에 도입되기 위한 표준으로 시작되었다.
초기 DDR로 시작해서 세대가 거듭될수록 DDR2, DDR3 DDR4 등 숫자로 바뀐다. 아마도 뉴스나 다른 보도를 통해서 많이 접한 것이다. 보통 한 세대 진보할 때마다 동작 속도와 용량은 모두 2배 정도 향상되어 왔다. 이제 2020년 반도체 시장에 향상된 D램이 다음 버전인 DDR5이다.
이런 변화는 D램의 고성능화되어 가는 것이다. 사람들은 고성능 게임이나 빠른 영상 편집을 원한다. 아이폰이나 갤럭시 같은 스마트 폰도 제품의 질을 높이기 위해서 D램에 관심을 많이 가진다. D램이 향상된 것을 도입하여 사용할수록 더욱 질 높은 제품을 생산할 수 있기 때문이다.
반도체 공부
반도체를 알고 공부하는 것이 쉽지 않다. 용어 하나도 생소하며 왜 그것이 경쟁력을 만드는지 알아도 그 의미를 완전히 이해하지는 못하는 것 같다. 그럼에도 받아들이고 그렇구나 하며 소화하려 한다. 이번에는 D램과 낸드 플래시의 용어를 잘 습득하였다. 이미 책을 어느 정도 읽었기에 앞으로 나올 다양한 반도체의 종류가 얼마나 많은지 머릿속에서 생각하며 보고 있다. 계속해서 하나하나 정리하면 좀 더 우리 산업의 핵심인 반도체 산업을 잘 이해하게 될 것이라 생각한다.