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[IT뉴스]SK하이닉스, 中추격에 ‘3D 스택 D램’ 등 차세대 AI 메모리 ‘속도’

온카뱅크관리자

2026-10-14 14:37:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> CXMT 4F스퀘어 선제 도입에 3D D램 등 차세대 구조 앞당길지 주목 3D 스택 D램으로 기존 HBM 대비 대역폭 10배↑, 전력소모는 절반 
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 SK하이닉스가 중국 메모리 반도체 기업들의 기술 추격에 대응해 차세대 AI 메모리 시장 선점에 속도를 낸다. 최근 중국 창신메모리테크놀로지(CXMT)가 차세대 D램 셀구조인 '4F스퀘어(4F²)' 기술을 공개하면서 업계 관심이 쏠리는 가운데, SK하이닉스는 AI 특화 메모리 계층 생태계를 세분화해 주도권 경쟁 우위를 이어간단 방침이다. / 사진=챗GPT 생성형 AI 이미지
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 [시사저널e=고명훈 기자] SK하이닉스가 중국 메모리 반도체 기업들의 기술 추격에 대응해 차세대 AI 메모리 시장 선점에 속도를 낸다. 최근 중국 창신메모리테크놀로지(CXMT)가 차세대 D램 셀구조인 '4F스퀘어(4F²)' 기술을 공개하면서 업계 관심이 쏠리는 가운데, SK하이닉스는 AI 특화 메모리 계층 생태계를 세분화해 주도권 경쟁 우위를 이어간단 방침이다.
 대표적으로 3D 스택 D램 도입을 가속화한다. SK하이닉스는 현존 메모리 중 가장 속도가 빠르지만 용량이 낮은 S램과 고대역폭메모리(HBM) 사이의 병목을 해결할 차세대 기술로 3D 스택 D램을 지목했다.
 14일 반도체업계에 따르면 SK하이닉스는 3D 스택 D램을 통해 기존 HBM 대비 대역폭은 최대 10배 늘리고, 전력소모는 절반으로 줄일 수 있다고 밝혔다. 프로세서와 메모리의 입출력(I/O) 단자 수는 최대 100배까지 증가시킬 수 있단 설명이다.
 3D D램은 그래픽처리장치(GPU)·신경계처리장치(NPU) 등 로직 반도체 위에 D램을 적층해 연산기와 데이터 간 물리적 거리를 줄이는 구조다. 대규모 AI 모델 추론 과정에서 필요한 데이터를 연산기에 더욱 가까운 곳에서 빠르게 공급함으로써 성능을 높이고 에너지 소모를 줄이는 것이 핵심이다.
 D램을 낸드처럼 수직으로 쌓는 3D 구조로 만드는 방식인데, 다만 3D D램의 경우 낸드보다 공정 정밀도와 소재 요구치가 훨씬 까다로워서 안정적인 열관리와 패키징 수율 확보가 과제로 지목된다. 업계에선 SK하이닉스를 포함한 주요 메모리 제조사의 3D D램 상용화 시점을 2030년 이후로 내다보고 있다.
 최근엔 3D D램 도입이 예상보다 빨라질 것이란 관측도 나온다. 중국 CXMT가 올 연말까지 4F스퀘어 D램을 기반으로 한 서버용 DDR5 모듈을 출시하겠다고 나서면서다. 4F스퀘어는 셀 내부의 트랜지스터 구조를 수직으로 배치하는 구조로, 업계에선 이 기술이 기존 평면형 D램에서 본격적인 3D D램으로 넘어가는 '징검다리' 역할을 할 것으로 보고 있다.
 삼성전자와 SK하이닉스는 선단 D램 공정에 6F스퀘어 구조를 활용하고 있다. 6F스퀘어가 셀 하나를 배치하는 데 최소 선폭(F)을 기준으로 6배에 해당하는 면적이 필요한 반면, 4F스퀘어는 이를 4배 수준으로 줄이는 방식이다. 동일한 선폭이라면 이론적으로 셀 면적을 기존 대비 3분의 1가량 줄일 수 있어 같은 크기의 웨이퍼에 더 많은 메모리 셀을 집적할 수 있는 것이다.
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 시장조사업체 테크인사이츠에 따르면 2026~2028년 1c·1d 세대까진 6F스퀘어 구조가 유지될 것으로 보이며, 2028~2031년 0a·0b 세대에선 9~8나노급 4F스퀘어와 버티컬 채널, 본디드 D램 등이 등장할 것으로 전망된다.
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 <img alt="SK하이닉스의 3D 스탬 D램과 HBM 비교 / 사진=고명훈 기자" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/14/552777-a6ToU27/20261014143022153mamd.jpg" data-org-width="960" dmcf-mid="6imM0OV7iN" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/14/552777-a6ToU27/20261014143022153mamd.jpg" width="658">
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 SK하이닉스의 3D 스탬 D램과 HBM 비교 / 사진=고명훈 기자
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 CXMT는 올 연말까지 4F스퀘어 구조를 적용한 D램 모듈을 선제적으로 선보인단 계획이다. 시장 예상보다 훨씬 빠른 것으로, 실제 성공적인 양산이 이뤄진다면 기술적으로도 삼성전자·SK하이닉스를 앞서게 되는 셈이다. CXMT는 자체 개발한 수직형서라운딩게이트(VSG) 트랜지스터 기술을 활용해 서버용 DDR5 메모리를 개발 중이라고 밝혔다.
 업계에선 삼성전자와 SK하이닉스의 4F스퀘어 기술 상용화 시점을 2028년경으로 보고 있으며, 이후 3D 스택 D램의 본격적인 상용화는 2030년 이후가 될 것으로 예상된다.
 안현 SK하이닉스 사장은 이날 서울 코엑스에서 개최한 'SEDEX(반도체 대전) 2026' 기조연설에서 "3D 스택 D램은 입출력(I/O) 단자 수를 기존 HBM보다 수십배 늘림으로써 성능 병목을 해결하는 새로운 메모리 계층이라고 말할 수 있다"며, "GPU나 NPU 위에 바로 D램을 올리고 TSV로 연결하는 구조로, 이렇게 되면 프로세서와 메모리를 직접 연결할 수 있기 때문에 엄청난 대역폭의 증가와 전력소모 절감이 가능하고 열처리를 잘할 수 있게 된다. 첨단 패키지와 결합한다면 앞으로 또 새로운 AI 메모리 솔루션으로 성장할 수 있다고 생각된다"고 말했다.
 다만 기조연설을 마치고 기자가 "SK하이닉스는 3D D램과 4F스퀘어 도입 목표 시점을 언제로 보고 있나"라고 질문한 것에 대해서는 아무런 대답도 하지 않았다.
 ◇HBF 표준화 '속도'···낸드 구조·컨트롤러 재설계로 eSSD 성능↑
 안 사장은 이날 3D 스택 D램 외에도 커스터마이징(맞춤형) HBM 전략과 고대역폭플래시(HBF), 컴퓨트익스프레스링크(CXL), 차세대 SSD 등 기존 메모리 계층을 새롭게 구성할 신기술들을 소개했다.
 우선, HBF에선 글로벌 파트너들과의 협력을 기반으로 표준화에 속도를 내고 내년 1월을 목표로 HBF 최종 사양 확정을 추진한다. HBF는 HBM의 D램 대신 3D 낸드 여러개를 수직으로 쌓아 대역폭을 늘리는 개념의 메모리로, 가장 아래 베이스다이를 시작으로, 위로 쌓아 올린 낸드를 실리콘관통전극(TSV)으로 연결하는 방식이다. SSD의 고용량을 유지하면서도 대역폭을 HBM처럼 확대할 수 있단 점에서 향후 AI 수요에 대응할 수 있는 차세대 메모리 기술로 주목받고 있다.
 앞서 SK하이닉스는 지난해 HBF 개념 등장 이후 샌디스크와 협력해 표준화 작업을 진행 중이며, 올 7월 오픈 컴퓨트 프로젝트(OCP)에서 HBF 사양 0.7버전을 공개하기도 했다. 회사에 따르면 HBF는 HBM 대비 대역폭은 약 50% 수준이지만, 저장용량은 10배 이상에 달한다.
 기존 기업용 SSD(eSSD)의 성능을 높이기 위해 낸드 구조와 컨트롤러를 함께 재설계하는 솔루션을 공개하기도 했다. SK하이닉스는 더 작은 데이터 단위의 입출력을 효율적으로 처리해 기존 SSD 대비 초당 I/O 작업 처리 수를 4~8배 높이는 기술을 개발 중이라고 밝혔다.
 안 사장은 "AI 추론 시장은 작업 복잡도, 컨텍스트 길이, 추론 요청량이라는 세가지 방향에서 동시에 성장하고 있으며, 이들 요인은 단순히 더해지는 것이 아니라 서로 곱해지는 관계로 작용해 AI 인프라 수요를 빠르게 확대하고 있다. 2030년 AI 인프라의 성능 규모는 올해 대비 약 20배까지 커질 것"이라며, "AI 인프라의 지속적인 성장을 위해서는 개별 메모리의 성능 향상을 넘어 전체 메모리 계층을 최적화하는 접근이 필요하다"고 말했다.
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