과거 반도체 산업은 생산능력 확대와 생산원가 절감이 핵심 경쟁요소였지만, 공정 미세화에 따른 기술개발의 난이도 증가와 투자 규모 확대, 이에 따른 투자 대비 수익에 대한 불확실성 증대 등으로 사업환경이 변화했다. 이에 SK하이닉스는 ‘기술혁신’을 통해 급변하는 미래 반도체 시장을 선도해 나간다는 방침이다.

2020년 1월 이석희 CEO는 “반도체업은 무역 분쟁뿐만 아니라 신규 경쟁자 진입, 인터넷데이터센터(IDC) 시장 불안정 등 여러 요인이 복잡하게 얽힌 불확실성에 직면해 있으며 이러한 불확실성은 바로 우리가 대응해야 할 ‘뉴노멀(New Normal)’의 실체”라며 “원가경쟁력 확보를 통한 불확실성 극복, 전략 시장 확대, 변화에 걸맞은 내부 체질 개선 및 모든 프로세스와 경영 시스템 재편”을 강조했다.

SK하이닉스는 기술혁신을 위해 대규모 연구개발(R&D) 투자를 이어가고 있다. SK하이닉스는 2013년 이후 연구개발비에만 꾸준히 1조 원 이상을 투입하고 있으며, 2016년에는 사상 처음으로 2조 원을 넘기며 매출액 대비 12.2%에 달하는 2조967억 원을 집행하는 등 기술집약적인 산업인 메모리반도체 산업의 주도권을 지켜나가기 위해 전략적인 투자를 이어가고 있다. 2019년에는 사상 최고 금액이었던 3조1,890억 원을 연구개발비로 투자하며 고객이 요구하는 고품질 고사양의 메모리반도체 개발을 지속하고 있다. 이와 같은 투자를 바탕으로, SK하이닉스는 시장의 흐름에 발맞춰 탄탄한 기술력과 제품 포트폴리오를 갖춰나가고 있다.

◆ D램

SK하이닉스는 2018년 11월 2세대 10나노급(1y) 8Gbit DDR4 D램 개발을 완료했다. 이어 SK하이닉스는 1y 미세공정을 적용, 세계 최초로 JEDEC(국제반도체표준협의기구) 규격을 적용한 16Gbit DDR5 D램도 개발했다. DDR5는 DDR4를 잇는 차세대 D램 표준규격으로 빅데이터, 인공지능, 머신러닝 등 차세대 시스템에 최적화된 초고속, 저전력, 고용량 제품이다. 그리고 올해 10월 SK하이닉스는 세계 최초로 DDR5 D램을 출시한다고 밝힘에 따라 향후 DDR5 시장이 활성화되면 언제든지 제품을 판매할 수 있게 되었다. 이 제품은 전송 속도가 이전 세대인 DDR4의 3,200Mbps 대비 4,800Mbps~5,600Mbps로 최대 1.8배 빨라졌고 동작 전압은 1.2V에서 1.1V로 낮아져 전력 소비가 20% 감축됐다. 또한 칩 내부에 오류정정회로(ECC, Error Correcting Code)를 내장해 여러 원인에 의해 발생할 수 있는 D램 셀(Cell)의 1비트(Bit)의 오류까지 스스로 보정할 수 있게 한 점도 특징이다. 이러한 기술을 통해 SK하이닉스의 DDR5를 채용하는 시스템의 신뢰성은 약 20배 향상될 것으로 예상된다. SK하이닉스는 전력 소비를 낮추면서도 신뢰성을 대폭 개선한 친환경 DDR5가 데이터센터의 전력 사용량과 운영비용을 절감시킬 수 있을 것으로도 기대하고 있다. 이를 통해 SK하이닉스는 D램 시장에서 미래 기술을 선도하며 빠르게 성장하는 프리미엄 서버 시장을 집중적으로 공략하여 서버 D램 선도 업체의 위상을 더 공고히 한다는 계획이다.

한편 SK하이닉스는 2018년 11월에 1y D램을 개발 이후 11개월만인 작년 10월 3세대 10나노급(1z) 미세공정을 적용한 16Gbit DDR4 D램도 개발했다. 단일 칩 기준 업계 최대 용량인 16Gb를 구현해, 웨이퍼 1장에서 생산되는 메모리 총 용량도 현존하는 D램 중 가장 크다. 1y 제품 대비 생산성이 약 27% 향상됐으며, 초고가의 EUV(극자외선) 노광 공정 없이도 생산 가능해 원가 경쟁력도 갖췄다. 데이터 전송 속도는 DDR4 규격의 최고 속도인 3,200Mbps까지 안정적으로 지원한다. 전력 효율도 대폭 높여, 2세대 8Gb 제품으로 만든 동일 용량의 모듈보다 전력 소비를 약 40% 줄였다. 특히 3세대 제품은 이전 세대 생산 공정에는 사용하지 않던 신규 물질을 적용해 D램 동작의 핵심 요소인 정전용량(Capacitance)을 극대화했다. 또한 새로운 설계 기술을 도입해 동작 안정성도 높였다. 3세대 10나노급(1z) D램 제품을 올해 하반기부터 양산에 돌입할 예정이며, 차세대 모바일 D램인 LPDDR5와 최고속 D램 HBM3 등 다양한 응용처에 걸쳐 1z 미세공정 기술을 확대 적용해나갈 계획이다.

SK하이닉스는 본격적인 성장이 예상되는 GDDR6와 HBM2E 시장에도 적극적으로 대응할 계획이다. 올해 7월 SK하이닉스는 초고속 D램인 ‘HBM2E’의 본격 양산에 들어갔다고 밝혔다. SK하이닉스의 HBM2E는 초당 3.6기가비트(Gbps)의 데이터 처리가 가능한 제품으로, 1,024개의 정보출입구(I/O)를 통해 1초에 460기가바이트(GB)의 데이터를 처리할 수 있다. FHD(Full-HD) 급 영화(3.7GB) 124편을 1초에 전달할 수 있는 현존하는 가장 빠른 D램 솔루션이다. 용량도 8개의 16기가비트(Gb) D램 칩을 TSV(Through Silicon Via) 기술로 수직 연결해 이전 세대 대비 2배 이상 늘어난 16GB를 구현했다. 초고속·고용량·저전력 특성을 지닌 HBM2E는 고도의 연산력을 필요로 하는 딥러닝 가속기(Deep Learning Accelerator), 고성능 컴퓨팅 등 차세대 인공지능(AI) 시스템에 최적화된 메모리 솔루션으로 주목받고 있다. 이외에도 기상변화, 생물의학, 우주탐사 등 차세대 기초과학과 응용과학 연구를 주도할 엑사스케일(Exascale) 슈퍼컴퓨터(초당 100경 번 연산 수행이 가능한 고성능 컴퓨팅 시스템)에 채용이 전망된다.

◆ 낸드플래시

작년 6월 SK하이닉스는 세계 최초로 128단 1 Tbit(테라비트) TLC(Triple Level Cell) 4D 낸드플래시를 개발하고 양산에 나섰다. 128단 낸드는 업계 최고 적층으로, 한 개의 칩에 3bit(비트)를 저장하는 낸드 셀(Cell) 3천6백억 개 이상이 집적된 1Tb 제품이다. 이번에 개발한 128단 1Tb 4D 낸드는 웨이퍼당 비트 생산성이 기존 96단 4D 낸드 대비 40% 향상됐다. 또한, 같은 제품에 PUC를 적용하지 않은 경우와 비교해도 비트 생산성이 15% 이상 높다. SK하이닉스는 작년에 양산을 시작한 128단 4D 낸드플래시를 올해 솔루션 제품으로 본격 양산 확대할 계획이다. SK하이닉스는 작년에 양산을 시작한 128단 4D 낸드플래시를 작년 하반기부터 판매하기 시작했고 다양한 솔루션 제품도 연이어 출시할 계획이다. 올해 상반기에는 차세대 UFS 3.1 제품을 개발해 스마트폰 주요 고객의 5G 등 플래그십 모델에 공급할 예정이다. 현재 스마트폰 업계 최대 용량인 1 TByte(테라바이트) 제품을 512Gb 낸드로 구현할 때 보다 낸드 개수가 반으로 줄어들어 소비전력은 20% 낮아지고, 패키지(Package) 두께도 1mm로 얇아진 모바일 솔루션을 고객들에게 제공할 수 있게 된다. 128단 1Tb 4D 낸드 16개를 하나의 반도체 패키지로 구성하면 업계 최고인 2TB 저장용량을 갖는 5G 스마트폰 구현도 가능해진다. 또한, 자체 컨트롤러와 소프트웨어가 탑재된 소비자용 2TB SSD를 내년 상반기에 양산할 예정이다. 이전 세대 대비 20% 향상된 전력 효율을 기반으로 AI와 빅데이터 환경에 최적화된 첨단 클라우드 데이터센터용 16TB와 32TB NVMe SSD도 올해 출시할 계획이다.

또한, 자체 컨트롤러와 소프트웨어가 탑재된 소비자용 2TB SSD를 내년 상반기에 양산할 예정이다. 5세대 이동통신(5G) 시대의 도래로 데이터 전송수요가 폭증함에 따라, 글로벌 메모리 반도체 업계는 고객사 수요에 대응하고자 TB급 고용량 솔루션을 속속 선보이고 있다. SK하이닉스는 eSSD 시장에 비교적 늦게 진입했으나, 기술 노하우를 바탕으로 글로벌 클라우드 및 서버업체 내 주요 공급업체로서의 입지를 구축해오고 있다. 앞으로도 SK하이닉스는 고객이 요구하는 솔루션을 적기에 개발하고 다양한 제품 라인업을 구축해, 차세대 eSSD 시장에서의 경쟁력을 강화해 나갈 계획이다. 이전 세대 대비 20% 향상된 전력 효율을 기반으로 AI와 빅데이터 환경에 최적화된 첨단 클라우드 데이터센터용 16TB와 32TB NVMe SSD도 올해 출시할 계획이다.

SK하이닉스는 128단 4D 낸드는 물론 업계 최고층인 176단 512Gb(기가비트) TLC(Triple Level Cell) 4D 낸드플래시를 개발했다. 3세대 4D 제품으로 업계 최고 수준의 웨이퍼당 칩 수를 확보해 샌상성을 끌어올렸다. 또한 이전 세대보다 35% 이상 향상된 원가경쟁력과 2분할 셀영역 선택 기술을 적용해 기존보다 읽기 속도가 20% 빨라졌고, 특별한 공정없이 속도를 올리는 기술을 도입해 같은 공정에서 33% 개선된 데이터 전송속도인 1.6Gbps를 구현했다.