[기술주산책] 메모리 반도체의 이해 #1

기술주 산책, 메모리 반도체의 이해 #1

메모리 반도체라는 단어를 들어 보지 못한 사람이 있을까? 우리나라 전체 주식시장 시가총액의 20%를 차지하는 것이 메모리 반도체 관련 업종이고 또한 수출의 10%를 차지하는 것이 또 메모리 반도체이다.

삼성전자에서 5년간 4조원이 넘는 자금을 비메모리 부문에 투자하겠다고 말했지만, 이는 위기감의 발현일 뿐 역시 국내 반도체 산업의 핵은 여전히 메모리 반도체이다. 수 만 개의 상품군이 존재하여 각기 다양한 시장 특성을 나타내는 비메모리 반도체와 달리 메모리 반도체는 세계 반도체 시장의 1/3을 차지하면서도 거의 단일한 트렌드를 따르고 있다.

첨단 산업 현장에서 쓰이는 메모리라고 해서 일반 PC 메모리와 크게 다른 것이 아니기 때문에 마치 시장 전체가 하나의 상품인 것처럼 움직이고 그만큼 시장의 흐름을 읽는 것이 투자의 선택을 결정하는데 중요한 요인이 된다. 단순히 `메모리 반도체는 이런 것이다'에서 그치는 것이 아니라 기술 트렌드의 흐름을 아는 것이 이런 단순하면서도 거대한 기술주를 보는 방법일 것이다.

소프트웨어에서 요청한 작업의 수행이 메모리와의 명령어 교환 과정을 통해 이루어지는 컴퓨터의 태생적 특성상 메모리의 존재는 먼 미래에 이르러도 아마 사라지지 않을 것이다. (프로세서만으로 모든 작업 가능한 Embedded Chip도 개발되었으나 이 역시 CPU내에 메모리를 내장한 것에 불과하다.) RAM과 ROM의 차이가 재기록의 가능성 여부라는 것은 주지의 사실일테고, 메모리의 대명사이자 상시 기록/재생이 가능한 RAM에서 DRAM는 부동의 위치를 차지하고 있는 메모리 반도체의 핵심이다.

DRAM의 D는 Dynamic을 의미하는 것으로, DRAM은 저가의 고밀도 집적을 실현하는 대가로 정보를 기록하기 위해 수시로 내부의 데이터를 복원시키는 작업(Dynamic)을 수반한다. 컴퓨터에서 DRAM의 존재는 마치 작업을 하기 위해 마련된 책상과도 같다. 간단한 일기나 쓰는 정도라면 모르지만, 조금 큰 일을 하려면 아무래도 큰 책상과 무거운 무게에도 잘 견디는 튼튼한 책상이 작업의 능률을 올려주는 것이 당연할 것이다. 하지만 그동안 DRAM이라는 매체가 좋은 책상으로서 역할을 다해주지 못한 것이 사실이다. 메인프로세서나 주변기기의 눈부신 발전을 달리 DRAM의 성능 향상을 따르지 못했기 때문이다.

세계 최대의 반도체 메이커인 인텔의 공동 창업자, 고든 무어(Gordon Moore)는 오랫동안의 경험적 관찰을 통해 프로세서의 성능은 18개월 마다 두 배씩 늘어난다는 `무어의 법칙(Moore's Law)'를 설파했다. 무어의 법칙은 IT산업의 지속적인 비용 감소 추세를 지지하는 한 때 미국 신경제(New Economy)의 한 축을 이루는 논리가 되어 왔다.

지난 10년 간 메인 프로세서의 클럭 스피드(Clock Speed-1초에 프로세서가 수행가능한 연산식의 수)는 무어의 법칙에 준해 발전해 왔다. 하지만, DRAM의 성장은 그래프에서 보듯이 지지부진한 것이 사실이었다. 컴퓨터의 내부 구조를 이야기할 때 등장하는 단어 중에, 대역폭(Bandwidth) 이라는 것이 있다. 컴퓨터는 CPU와 메모리 그리고 여타 주변기기 간의 끊임없이 정보가 오고 가는데 대역폭은 이 정보의 흐름이 얼마나 원활한가를 의미한다.

요새 많이 쓰이는 3D 그래픽 카드가 초당 1기가 바이트가 넘는 명령어를 쏟아 내고 첨단 CPU는 2GHz이상의 속도로 동작한다. 하지만 얼마 전까지만 해도 시장의 주력 상품이었던 PC133 SDRAM은(사진 참도) 고작 133Mhz로 동작할 뿐이다. 메모리 대역폭으로 인한 컴퓨터 내부의 병목현상은 의외로 심각한 수준으로 현대 첨단 기술의 발목을 잡고 있는 주범으로 인식되고 있다.

2000년 시장에서 DRAM 시장의 최대 수요처는 36.8%를 차지하고 있는 데스크탑 컴퓨터메이커였다. 하지만 2005년의 예측치에서 통신장비에서 20%를 소비하고 전체 파이의 크기 역시 현저히 확대되는 모습을 보이고 있다. 갈수록 그 쓰임이 확대되는 DRAM 시장에서, 늘어난 파이와 새로운 수요를 획득하는 키워드는 바로 첨단 산업의 지진아인 DRAM의 성능을 어떻게 싼 값으로 끌어 올릴 것인가에 달려 있다.


DDR, Rambus기술 : DRAM의 새 시대

성능의 비대칭으로 전반적인 성능의 목덜미를 짓누르고 있었던, 메모리 반도체 성능을 비약적으로 향상시키는 기술이 21세기에 들어 연달아 상용화되었다. DDR(Double Date Rate)기술과 Rambus램이 그것이다.

DDR램은 기존의 DRAM 구조를 그대로 계승하는 대신 주파수의 상승과 하강 시에 모두 신호를 전달하는 기술을 채택하여 기존의 대역폭을 두 배 가까이 향상시켰다(음향기술에서 스테레오를 떠올리면 이해하기 쉽다).

보통 RDRAM이라고 부르는 Rambus램은 기존의 DRAM과 다른 구조를 갖는다. 일반적인 DRAM이 여러 개 메모리 반도체들이 병렬로 나열되어 하나의 대역폭을 이루는 데 반해 RDRAM은 개개의 메모리 반도체가 직렬 연결 방식으로 컨트롤러에 의해 직접 통제를 받게 된다. 기존의 DRAM 연결 방식이 병렬식이라 대역폭을 늘리려면 메모리와 컨트롤러 간의 연결 회선을 무작정 확대해야 하는 것과는 달리 RDRAM은 고속의 직렬 연결방식으로 연결 회선 수를 극단적으로 낮춤으로서 회선 간의 간섭 현상과 전력 소모를 줄였다. 여기에 각각의 메모리 장치가 제각각 움직이는 것이 가능해 혁신적인 성능향상을 가능케 하였다.

한 때, DDR기술과 Rambus기술 간의 우열을 놓고 대대적인 논쟁이 벌어진 적이 있었다. 기존의 DRAM구조에서 최대한의 성능개선을 짜낸 DDR기술에 비해 연결 구조 자체를 혁신시킨 RDRAM은 향후의 지속적인 성능 향상 가능성에 있어서 탁월한 것이 사실이다.

하지만 법정 소송까지 이어진 양 기술 진영 사이의 분쟁과 RDRAM의 최대 지원자인 인텔이 시장 진입 초기 단계에 실수를 범하는 사이에(인텔이 발표한 RDRAM을 지원하는 최초의 칩셋에 중대 결함이 발견되어 대량 리콜되는 사태가 발생했다. 이 사건으로 인텔과 RDRAM 자체의 이미지가 크게 훼손되었고 결과적으로 DDR메모리와 AMD의 애슬론 프로세서의 점유율 확대를 야기하게 되었다.) 차세대 DRAM의 주도권이 DDR쪽으로 기울어 가고 있는 듯 하다.

전세계 반도체 시장을 50% 가까이 차지하고 있는 국내 반도체 업체들의 경우 DDR램과 RDRAM의 라이센스를 모두 갖고 있지만 역시 DDR램의 생산 비중이 압도적으로 높은 편이다. DDR램과 RDRAM간의 경쟁을 보고 있으면 과서 마츠시타의 VHS와 소니의 베타 방식 비디오 테이프 간의 표준 경쟁이 떠오른다. 더 컴팩트하고 화질면에서도 우수했던 소니의 베타 방식이 VHS에 패배한 것과 비슷한 구도로 메모리 반도체의 시장 구도가 진행되는 듯 하다.

하지만 비디오 테이프 표준과는 달리 DDR의 기존 구조로는 성능 향상이 조만간 벽에 부딪히기 된다. 비디오 테이프의 대안으로 최근 DVD가 부상한 것처럼 DDR과 RDRAM 모두에 대한 대안으로서 새로운 기술이 나오기 전까지 RDRAM의 생명력은 유지될 것으로 생각한다.











To be continued...

















메모리 반도체 2회
예고




- 새로운 메모리 반도체, 플래시 메모리





- 시장 표준안을 위한 전쟁과 메모리 반도체의 미래