“가장 얇은 두께 구현”…삼성전자, ‘저전력 D램’ 시장 리더십 이어간다

백랩 공정 등 패키징 기술 최적화
두께 약 9%↓ㆍ열 저항 21.2%↑
'마하' 칩에도 LPDDR D램 탑재

▲삼성전자 LPDDR5X 0.65㎜ 제품 (자료제공=삼성전자)

삼성전자가 업계에서 가장 얇은 저전력 D램(LPDDR) 양산을 시작했다. 본격적인 온디바이스 인공지능(AI) 시대가 도래하면서 저전력·고성능 제품 수요가 크게 늘고 있다. 이에 삼성전자는 차세대 기술로 시장 리더십을 이어갈 계획이다.

삼성전자는 업계 최소 두께인 12나노미터(㎚, 1㎚=10억분의 1m)급 LPDDR5X D램 12·16기가바이트(GB) 패키지 양산을 시작했다고 6일 밝혔다. 이 제품의 두께는 0.65㎜다. 현존하는 12GB 이상 LPDDR D램 중 가장 얇다.

삼성전자는 업계 최소 크기 12㎚급 LPDDR D램을 4단으로 쌓고 패키지 기술, 패키지 회로 기판 및 반도체 회로 보호재(EMC) 기술 등 최적화를 통해 이전 세대 제품 대비 두께를 약 9% 감소시켰다. 열 저항도 약 21.2% 개선했다.

또한 패키지 공정 중 하나인 백랩(Back-lap) 공정의 기술력을 극대화해 웨이퍼를 최대한 얇게 만들어 최소 두께 패키지를 구현했다. 백랩 공정이란 웨이퍼 뒷면을 연마하여 두께를 얇게 만드는 공정을 말한다.

LPDDR은 주로 스마트폰, 노트북 등에 탑재되는 모바일 D램이다. 기기는 작아지고 있지만, 내부 부품 수는 증가하면서 모바일 D램 또한 두께가 얇아지는 추세다. 여기에 AI를 기기 안에 자체 탑재하는 방식인 온디바이스 AI가 트렌드로 떠오르면서 전력 효율이 좋은 메모리 수요도 크게 늘고 있다. 모바일 D램이 얇아지면 기기 자체를 얇게 설계할 수 있고, 내부 발열도 안정적으로 관리할 수 있다.

이번 제품은 얇아진 두께만큼 추가로 여유 공간을 확보할 수 있다. 이에 공기 흐름을 원활하게 유도하고, 내부 온도 제어에도 도움을 준다. 일반적으로 높은 성능을 필요로 하는 온디바이스 AI는 발열로 인해 기기 온도가 일정 구간을 넘기면 성능을 제한하는 온도 제어 기능이 작동한다. 이번 제품을 탑재하면 발열로 인해 온도 제어 기능이 작동하는 시간을 최대한 늦출 수 있고, 속도·화면 밝기 저하 등의 기기 성능 감소를 최소화할 수 있다.

▲삼성전자 LPDDR5X 0.65㎜ 제품 (자료제공=삼성전자)

삼성전자는 과거에도 업계 최소 두께의 모바일 D램을 구현한 바 있다. 2013년 4월 20㎚급 2GB LPDDR3를 세계 최소 두께인 0.8㎜로 만들었다. 이후 약 10년 만에 LPDDR5X 제품에서 더 얇게 구현하는 데 성공한 것이다.

삼성전자는 이번 0.65㎜ LPDDR5X D램을 모바일 애플리케이션 프로세서 및 모바일 업체에 적기에 공급할 예정이다. 최근에는 대만 반도체 설계 기업인 미디어텍과 업계 최고 속도인 10.7Gbps(초당 기가비트) LPDDR5X D램 동작 검증에 성공한 바 있다.

또한 향후 6단 구조 기반 24GB, 8단 구조 32GB 모듈도 가장 얇은 LPDDR D램 패키지로 개발해 고객의 요구에 최적화된 솔루션을 지속 공급할 방침이다.

온디바이스 AI 시대가 본격적으로 개화하면서 모바일 D램 시장은 빠르게 성장하고 있다.

시장조사기관 옴디아에 따르면 고성능 스마트폰에 탑재되는 모바일 D램이 유닛당 2023년 7.02GB에서 2028년 15.22GB로 약 2.16배 증가할 것으로 전망했다. 올해 1분기 삼성전자의 모바일 D램 시장 매출 점유율은 57.9%로, 옴디아가 집계를 시작한 2012년부터 12년 연속 선두를 달리고 있다.

최근에는 LPDDR D램이 서버 시장에서까지 주목받고 있다. AI 서버 시장에서 전력을 낮출 수 있는 효율성 문제가 대두하고 있는데 전력 소모가 상대적으로 적은 LPDDR이 그 해법으로 떠오른 것이다.

엔비디아는 최근 자체 개발한 서버용 중앙처리장치(CPU) ‘그레이스’에 고대역폭메모리(HBM)가 아닌 LPDDR D램을 탑재해 화제가 되기도 했다. 삼성전자 역시 현재 개발 중인 AI 추론 칩 ‘마하’에 LPDDR D램을 적용할 예정이다.

배용철 삼성전자 메모리사업부 상품기획실장 부사장은 "고성능 온디바이스 AI의 수요가 증가함에 따라 LPDDR D램의 성능뿐만 아니라 온도 제어 개선 역량 또한 중요해졌다"며 "삼성전자는 기존 제품 대비 두께가 얇은 저전력 D램을 지속적으로 개발하고 고객과의 긴밀한 협력을 통해 최적화된 솔루션을 제공하겠다"고 말했다.