[CXMT 4F² 해부 ①] 서버용 D램 ‘2년 추월’…성적표는 백지

▲중국 CXMT가 4F² 구조의 서버용 DDR5 메모리를 연내 출시하겠다고 발표한 가운데, 삼성전자와 SK하이닉스는 관련 기술 개발을 이어가고 있다. 그래픽은 3사 로고와 4F² D램 기술 경쟁을 형상화했다. 그래픽=김하나 기자

중국 메모리 업체의 차세대 D램 공세가 거세지는 가운데 '2년 추월론'이 시장을 흔들고 있다. 창신메모리(CXMT)가 삼성전자·SK하이닉스도 아직 양산하지 못한 4F² 구조 D램을 연내 내놓겠다고 밝혔고, 그 여파로 국내외 메모리 업체 주가까지 출렁였다. 다만 발표에서 핵심 정보가 대거 빠진 만큼 기술 추월보다는 상장 이후 이어진 '몸값 띄우기'의 연장선이라는 해석에 무게가 실린다.

◇ '4F² 카드' 꺼낸 CXMT

25일 외신과 업계에 따르면 CXMT는 지난 10일 상하이에서 열린 제4회 집적회로·칩렛 콘퍼런스에서 4F² 구조로 만든 서버용 DDR5 메모리를 연내 출시하겠다고 밝혔다. 국내 업체들은 아직 시제품 단계에 머물러 있다. 삼성전자는 올해 2월 국제고체회로학회(ISSCC)에서 4F² 기반 16Gb D램 시제품의 작동에 성공했다고 발표했고, 2028년 양산을 목표로 하고 있다. SK하이닉스도 지난해 6월 VLSI 심포지엄에서 4F² 수직 게이트(VG) 기술 로드맵을 공개하는 데 그쳤다. 발표된 일정만 놓고 보면 CXMT가 약 2년 앞서는 셈이어서, “중국이 한국을 2년 앞질렀다"는 평가가 잇따랐다. 발표 이후 첫 거래일인 13일 삼성전자와 SK하이닉스 주가는 각각 6.59%, 8.54% 급락했다.

4F² 구조는 D램 셀 하나를 가로·세로 2F인 정사각형 면적 내에 구현하는 방식이다. F는 해당 공정에서 구현할 수 있는 최소 선폭을 뜻한다. 현재 주력인 6F²(가로 2F·세로 3F)보다 셀 면적이 3분의 1 줄어, 같은 면적에 셀을 50% 더 넣을 수 있다. 셀 하나가 이론상 도달할 수 있는 최소 면적이다. 다만 주변회로까지 포함한 칩 전체로 보면 실제 효과는 이보다 작다.

구현 방식도 다르다. 2F×2F의 좁은 공간에는 트랜지스터 단자 3개를 바닥에 나란히 둘 수 없어, 실리콘 기둥을 세우고 전류를 아래에서 위로 흘린다. 기둥 아래에는 비트라인을 묻고, 옆면에는 워드라인을, 꼭대기에는 커패시터를 올린다. 삼성전자는 이를 VCT, SK하이닉스는 VG, CXMT는 VSG라고 부르지만 원리는 같다.

새로운 기술은 아니다. 업계는 20년 넘게 4F²를 연구해 왔다. 삼성전자는 이미 2009년에 테스트 칩을 공개했고, CXMT도 2021년부터 관련 논문을 꾸준히 내놨다. 그런데도 아직 양산에 성공한 곳은 없다. 진종문 경남대 반도체부트캠프사업단 교수는 “4F²는 아이디어가 없어서 못 만든 게 아니라 너무 어렵고 비싸서 아무도 양산하지 못한 기술"이라고 설명했다.

▲중국 CXMT의 4F² D램 출시 발표를 둘러싼 기술 경쟁력 논란을 시각화한 그래픽. CXMT가 핵심 성능 지표를 공개하지 않은 가운데 국내 업체와의 셀 면적 차이를 비교했다. 그래픽=김하나 기자

난관은 트랜지스터를 세우는 구조 자체에서 비롯된다. 비트라인을 기둥 아래 땅속에 묻다 보니 저항이 커져 신호가 느려진다. 머리카락 굵기의 수천분의 1에 불과한 기둥 수십억 개를 휘거나 쓰러지지 않게 똑같이 깎아내는 것도 어렵다. 기둥을 데이터가 통과하면서 내부가 밑의 영역과 전기적으로 끊기는 '플로팅 바디' 현상도 생긴다. 셀이 전하를 붙잡아 두는 시간이 짧아지고, 그만큼 자주 다시 충전해야 해 전력 소모가 늘어난다.

◇ '셀 면적 33% 축소'의 함정

다만 발표 내용만으로는 실제 기술 수준을 판단하기 어렵다는 지적이 나온다. 칩 용량·속도·수율·선폭이 모두 공개되지 않았고, '양산'이라는 단어도 없었다. 4F²를 제품 전체에 적용했는지조차 분명하지 않다.

'셀 면적 33% 축소'라는 수치도 따져볼 부분이 있다. 셀 면적 축소 효과는 선폭이 같을 때만 성립한다. 15㎚ 선폭으로 만든 CXMT의 4F² 셀은 약 900㎚²다. 반면 국내 업체가 11~12㎚ 공정으로 제조하는 6F² 셀의 면적은 약 730~860㎚²로, 양산 공정과 이론적 면적을 기준으로 추산하면 오히려 더 작거나 비슷한 수준이다. 2년 뒤 삼성전자가 'D0a' 공정으로 만들 4F² 셀은 361㎚²로, CXMT 셀의 40% 크기에 그친다. 진 교수는 “선폭에서 뒤처진 만큼 구조를 바꿔 얻은 이득이 상쇄된다"며 “4F²라는 이름만으로 더 앞선 제품이라 보기는 어렵다"고 지적했다.

발표 시점을 두고도 해석이 엇갈린다. CXMT는 지난 7월 상하이 증시에 상장했고, 9월에는 주력 미세공정 D램 양산을 알렸다. 이번에는 소비자용을 넘어 진입 장벽이 가장 높은 서버 시장을 첫 무대로 내세웠다. 세계 D램 점유율 10% 안팎으로 4위에 오른 기세를 이어가려는 행보로 풀이된다. 이 점유율 수치 역시 중국 내수 판매 비중과 가격 산정 방식을 따져 정확성을 검증해 봐야 한다는 지적이 나온다.

진 교수는 “연내 출시는 대량 양산과 다르고, 서버용 메모리는 고객사의 까다로운 장기 인증을 통과해야 비로소 팔린다"며 “해외 빅테크의 인증 문턱을 넘기 전까지 이번 메시지가 겨냥한 청중은 중국 밖이 아니라 중국 안의 고객일 가능성이 크다"고 말했다.

김하나 기자 uno@ekn.kr