중국 CXMT, 4F²로 차세대 D램 도전···삼성·SK가 보는 양산 장벽

메모리 셀 면적 줄인 혁신적 설계삼성·SK하이닉스와 기술 추격전수율과 생산 안정성 과제 남아

그래픽=박혜수 기자

중국 메모리 반도체 업체 창신메모리테크놀로지(CXMT)가 차세대 D램 기술을 앞세워 시장 공략에 나선다. 기존 D램보다 메모리 셀 면적을 줄이는 4F스퀘어(4F²) 구조를 적용한 서버용 제품을 연내 선보이겠다는 계획이다. 삼성전자와 SK하이닉스가 주도해온 메모리 시장에서 중국 업체의 기술 추격이 빨라지는 모습이다. 업계에서는 기술 구현 자체보다 수율과 원가 경쟁력을 확보해 안정적인 대량생산에 성공할 수 있을지가 관건이라는 분석이 나온다.

14일 반도체 업계와 중국 현지 언론 등에 따르면 차오칸위 CXMT 사장은 최근 중국 상하이에서 열린 제4회 집적회로 및 칩렛 콘퍼런스에서 올해 말까지 4F² 아키텍처를 적용한 서버용 DDR5 RDIMM 제품을 선보이겠다는 계획을 밝혔다. CXMT는 자체 개발한 수직 게이트 구조의 트랜지스터 등을 활용해 메모리 집적도를 높이고 기존 D램 구조의 한계를 극복한다는 구상이다.

4F²는 D램에서 데이터를 저장하는 최소 단위인 메모리 셀의 면적을 줄이는 차세대 아키텍처다. 반도체 회로의 최소 선폭을 나타내는 F를 기준으로 셀 면적을 4F²로 설계하는 방식이다. 현재 주류인 6F² 구조와 비교하면 셀 면적을 이론적으로 약 33% 줄일 수 있다. 같은 면적에 더 많은 메모리 셀을 배치할 수 있어 집적도를 높이는 데 유리하다.

메모리 업체들이 4F²에 주목하는 이유는 기존 미세화 기술만으로 집적도를 높이는 데 한계가 있기 때문이다. 셀 면적을 줄이면 동일한 칩 면적에 더 많은 데이터를 저장할 수 있고, 공정과 설계가 뒷받침될 경우 생산 효율을 높이고 원가를 낮출 가능성도 있다.

핵심은 설계상의 이점을 실제 생산에서도 구현할 수 있느냐다. 셀 구조가 복잡해질수록 트랜지스터의 전기적 특성을 정밀하게 제어하고 누설 전류와 셀 간 간섭을 억제하는 일이 까다로워질 수 있다. 웨이퍼 전반에서 균일한 품질을 확보하지 못하면 수율이 떨어지고 생산 비용이 늘어나 집적도 향상에 따른 이점이 상쇄될 수 있다. 기술 구현과 경제성을 갖춘 양산 체계 확보는 별개의 문제인 셈이다.

한 반도체 업계 관계자는 CXMT의 발표와 관련해 "일단 확인할 수도 없고 4F²는 쉬운 기술이 아니"라며 "4F² 기술을 적용하면 수율이 크게 떨어질 수 있어 양산하기도 어려울 것"이라고 말했다. 그러며 해당 기술의 본격적인 적용 시점으로 2030년을 내다봤다.

삼성전자와 SK하이닉스도 4F²를 비롯한 차세대 D램 구조를 개발하고 있다. SK하이닉스는 2025년 차세대 D램 기술 로드맵에서 4F² 수직 게이트(VG) 플랫폼과 3차원(3D) D램 기술을 제시했다. 기존 공정의 미세화만으로는 성능과 용량을 개선하는 데 한계가 있다는 판단에 따라 셀 구조와 소재, 구성 요소의 혁신을 추진하겠다는 구상이다.

SK하이닉스는 이후 관련 기술의 전기적 특성을 검증하는 연구도 진행하고 있다. 2026년 공개한 연구 계획에는 데이터 유지 특성과 센싱 능력을 비롯해 셀 간 간섭을 억제하고 트랜지스터의 전기적 특성을 제어하기 위한 기술이 포함됐다. 4F² 구조를 구현하는 데 그치지 않고 메모리의 안정적인 작동을 뒷받침할 세부 기술을 확보하는 과정으로 풀이된다.

삼성전자 역시 차세대 D램의 집적도를 높이기 위한 4F² 구조 적용을 추진하는 것으로 알려졌다. 업계에서는 삼성전자의 양산 적용 시점으로 2028년 전후를 거론하고 있다. CXMT가 예고한 연내 제품 출시가 현실화하면 일정상 국내 업체보다 앞서 제품을 선보일 가능성이 있다.

다만 제품 공개와 본격적인 양산은 구분해야 한다는 것이 업계 전언이다. 국내 업계가 주목하는 대목도 기술 개발 속도 자체보다는 실제 제품의 성능과 제조 경쟁력이다. 4F² 구조를 적용하더라도 셀 면적 축소가 메모리 성능 향상으로 이어지는지, 안정적인 수율을 확보할 수 있는지, 기존 제품보다 원가 경쟁력을 갖출 수 있는지를 확인해야 한다. 기술 개발 단계에서 확보한 성과를 대량생산 공정에 적용하는 과정에서 추가적인 검증이 필요하기 때문이다.

또 다른 업계 관계자는 "삼성전자나 SK하이닉스 모두 4F² 기술은 보유하고 있지만 원가 문제로 이를 적용한 제품을 생산하지 않는 것"이라고 설명했다. 기술을 개발하는 것과 상용 제품에 적용해 경제성을 입증하는 것은 다르다는 의미다. 이 관계자는 CXMT의 이번 발표에 대해서도 시장에 기술 경쟁력을 부각하려는 의도가 있을 수 있다고 평가했다.

특히 CXMT가 첫 적용 제품으로 내세운 서버용 DDR5 RDIMM은 기술 검증의 무대라는 점에서도 주목된다. 서버용 메모리는 데이터센터에서 장시간 안정적으로 작동해야 하는 만큼 성능뿐 아니라 데이터 신뢰성과 품질 안정성도 확보해야 한다. 제품을 공개한 이후에도 고객사 검증을 통과하고 실제 공급으로 이어지는 과정이 남아 있다.

CXMT는 이번 발표에서 구체적인 제품 성능과 생산 수율, 공급 규모 등을 공개하지 않았다. 실제 제품에 4F² 구조가 어느 수준으로 적용되는지, 대규모 물량을 안정적으로 생산할 수 있는지도 확인되지 않았다. 연내 제품 출시를 현실화하더라도 수율과 생산 안정성, 원가 경쟁력을 입증해야 삼성전자와 SK하이닉스의 실질적인 경쟁자로 자리 잡을 수 있다는 분석이다.

한 반도체 업계 관계자는 "차세대 D램 경쟁에서는 기술을 먼저 발표하거나 제품을 선보이는 것보다 안정적인 수율을 확보하고 고객사가 요구하는 품질과 물량을 맞추는 것이 중요하다"며 "CXMT가 4F² 기술을 실제 양산에 적용해 원가 경쟁력까지 확보할 수 있을지가 관건"이라고 말했다.