이번 포스팅에서는 IEEE Spectrum에 게재된 글을 바탕으로, 메모리 및 스토리지 분야에서 선도적인 역할을 하고 있는 마이크론 테크놀로지의 최신 DRAM 기술 발전에 대해 다룹니다. 마이크론은 전력 효율성과 밀도를 크게 개선한 16기가비트 DRAM 칩 샘플을 출하하며, 극자외선 리소그래피(EUV) 같은 첨단 기술을 사용하지 않고도 이를 실현했습니다. 이번 포스팅에서는 IEEE Spectrum에 소개된 내용을 바탕으로, 마이크론의 새로운 1-베타 제조 공정이 모바일 시스템 및 데이터 센터에 미치는 영향과 DRAM과 NAND 플래시의 통합 활용, 그리고 향후 고대역폭 메모리 생산 계획까지 자세히 알아보겠습니다.
마이크론의 기술력 향상
마이크론 테크놀로지는 현재까지 가장 비트 밀도가 높은 DRAM 메모리 칩 샘플을 출하하고 있다고 밝혔습니다. 이 회사의 이전 세대와 비교했을 때, 16기가비트 DRAM 칩은 15퍼센트 더 효율적이며 35퍼센트 더 밀도가 높습니다. 특히 마이크론은 가장 진보된 칩 제조 기술인 극자외선 리소그래피를 사용하지 않고도 이러한 개선을 달성했습니다. DRAM 셀을 구성하는 특성들은 로직 칩의 그것들만큼 작지는 않지만, 이번 발전은 DRAM의 밀도가 미래에 더 줄어들 수 있음을 보여줍니다.
마이크론은 전력 제한이 있는 시스템, 예를 들어 스마트폰을 위해 제작된 LPDDR5X 칩 샘플을 출하하고 있다고 합니다. LPDDR5X는 저전력 버전의 5세대 이중 데이터 전송 속도 메모리 통신 표준을 개선한 것으로, 초당 8.5기가비트를 전송할 수 있습니다. 이 칩은 마이크론의 새로운 제조 공정인 1-베타를 사용하여 만들어진 첫 칩으로, 회사는 삼성과 SK 하이닉스를 포함한 경쟁사들에 대한 1년 전의 선두 자리를 유지하고 있다고 합니다.
매우 오랜 시간 전에 DRAM과 로직 칩의 제조 공정은 갈라졌으며, 로직 칩은 점차적으로 트랜지스터를 훨씬 더 공격적으로 축소했습니다. 이에 대한 설명을 제공하는 로스 가토스, 캘리포니아에 위치한 Objective Analysis의 메모리 및 스토리지 분석가 짐 핸디는 DRAM의 구조와 관련이 있다고 설명합니다. DRAM은 커패시터에 전하를 저장하여 비트를 저장합니다. 각 커패시터에 대한 접근은 트랜지스터에 의해 제어됩니다. 그러나 트랜지스터는 완벽한 장벽이 아니어서 전하가 결국 새어 나갑니다. 따라서 DRAM은 주기적으로 새로 고침이 필요하며, 그 전에 비트를 복원해야 합니다. 메모리의 밀도를 늘리면서도 새로 고침 주기를 합리적으로 유지하기 위해 DRAM 제조업체들은 커패시터의 구성에 상당히 급진적인 변경을 해야 했습니다. 마이크론과 다른 주요 제조업체들의 경우, 이제 커패시터는 높은 기둥 모양을 하고 있으며 로직 칩에서는 찾아볼 수 없는 재료를 사용하여 제작됩니다.
그럼에도 불구하고 메모리 제조업체들은 로직 칩 회사들이 사용하는 최신 핵심 제조 도구인 극자외선 리소그래피(EUV)에 투자해 왔습니다. 그러나 마이크론은 이번 최신 칩을 개발하는 데 EUV가 필요하지 않았습니다. 대신, 회사는 오랜 기간 사용해온 193나노미터 침지 리소그래피를 유지하면서 “멀티패터닝” 기술의 독자적인 버전을 사용했습니다. 멀티패터닝은 패턴을 투사하고, 식각하고, 물질을 증착한 다음 또 다른 패턴을 투사하는 과정을 반복하는 기술로, 이러한 상호작용을 통해 단일 패턴으로는 구현할 수 없는 더 미세한 구조를 만들어냅니다. 마이크론의 DRAM 공정 통합 부사장인 티 트란에 따르면, 이 멀티패터닝 버전은 마이크론의 NAND 플래시 사업에서 사용된 것을 응용한 것입니다. 그녀는 “우리는 그것을 받아들여 적극적으로 확장했습니다. DRAM과 NAND 플래시를 모두 활용할 수 있다는 것은 매우 큰 가치를 지닙니다.”라고 설명했습니다.
짐 핸디는 EUV를 사용하지 않은 것은 “대단한 성과”라고 평가했습니다. 그러나 이는 일종의 트렌드를 따르는 것이라고 덧붙였습니다. “마이크론은 10년 넘게 다른 업체들보다 더 스마트하게 오래된 공정 기술과 장비를 사용해 왔습니다.”
티 트란은 회사가 다음 공정인 1-감마 단계에서 EUV를 사용하기 시작할 것으로 예상하고 있다고 밝혔습니다.
이번 초기 제품은 모바일 시스템을 위한 것으로, 전력 절감을 우선시합니다. 이를 가능하게 한 부분 중 하나는 “향상된” 동적 전압 및 주파수 스케일링 기술의 사용입니다. 이 기술은 에너지를 절약하기 위해 칩이 느린 클럭과 낮은 전압으로 작동한 후, 더 많은 작업을 처리하기 위해 주파수와 전압을 높일 수 있도록 합니다. 마이크론의 이전 제조 공정인 1-알파 기술은 전력 절약 모드에서 초당 1,600메가비트를 전송할 수 있었다고 마이크론의 모바일 제품 관리 부사장인 로스 더못이 설명했습니다. 1-베타 공정으로 제작된 LPDDR5X DRAM은 저전력 상태에서 초당 3,200메가비트로 작동할 수 있습니다. 더 빠른 속도로 실행되는 기능이나 애플리케이션이 있는 스마트폰 제조업체들은 저전력 모드로 전환하여 전력 소비를 더욱 줄일 수 있다고 그는 덧붙였습니다.
티 트란은 마이크론이 이후 1-베타 공정을 사용해 데이터 센터 프로세서 및 AI 가속기를 구동하는 고대역폭 메모리를 포함한 다른 유형의 DRAM을 제조할 계획이라고 말했습니다.
마무리
이번 포스팅에서는 IEEE Spectrum에 실린 기사를 바탕으로, 마이크론 테크놀로지의 최신 DRAM 기술 발전과 그 영향력에 대해 살펴보았습니다. 특히, 극자외선 리소그래피(EUV)를 사용하지 않고도 메모리 밀도와 전력 효율성을 크게 향상시킨 1-베타 공정의 혁신적 접근 방식을 소개했습니다. 이러한 기술적 진보는 모바일 장치뿐만 아니라 데이터 센터와 AI 가속기 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. 앞으로도 DRAM 및 NAND 플래시 기술의 통합과 진보가 어떤 변화를 가져올지 주목할 필요가 있습니다.