5세대 접어든 3D 낸드 전쟁…'64·72' 이후 얼마나 쌓을까

SK하이닉스 72단 256Gb 3D 낸드 개발 주역이 웨이퍼,칩,개발 중인 1TB(테라바이트) SSD를 들고 있다. (사진=이데일리 DB)

[이데일리 성세희 기자] 반도체 업계가 적층(쌓아올림)형 메모리인 3D 낸드(NAND) 플래시의 높이 경쟁에 돌입했다. SK하이닉스(000660)가 업계 최초로 4세대 72단 3D 낸드를 개발하고 삼성전자(005930)가 5세대 3D낸드로 96단 개발을 시작하면서 업체 간 기술 전쟁이 치열하게 벌일 전망이다. 업계는 이르면 올 연말께에는 100단이 넘는 5세대 낸드 개발 로드맵도 나올 것으로 예상하고 있다.

낸드 시장 2D에서 3D로 빠르게 재편

18일 미국 시장조사기관 가트너(Gartner)에 따르면 전체 낸드 시장에서 3D 낸드 제품 비중이 지난해 기준 18.8%에서 오는 2018년 66.2%로 3.5배 이상 증가할 전망이다. 낸드 시장이 2D에서 3D로 빠르게 재편되고 있어, 향후 적층 기술에서 앞선 업체가 시장 전체를 선점할 것으로 예상된다.

2D 낸드는 셀을 평면에서 단층 건물을 최대한 빽빽하게 붙인 것처럼 만든 수평형 메모리 반도체다. 이에 비해 3D 낸드는 셀을 아파트처럼 여러 층으로 쌓아올린 형태로 일본 도시바(東芝)가 처음 기술 개념을 제시했다.

국내에선 삼성전자가 2013년 8월 업계 최초로 1세대 낸드인 24단 3D 낸드를 양산하며 기술 경쟁에 뛰어들었다. 이후 삼성전자는 2세대인 32단 3D 낸드 양산에 성공하고 2015년 말 48단 3D 낸드 개발까지 앞서 가기 시작했다. 낸드 업계 2위인 도시바는 뒤늦게 노후화 된 팹(반도체 실리콘웨이퍼 제조 공장)을 재정비해 3D 낸드 공장을 지었다.

3D낸드는 인공지능(AI)와 VR(가상현실)·AR(증강현실) 등 4차 산업 분야에서 고용량·고성능 메모리 수요가 확대되면서 시장이 커지고 있다. 이로 인해 업계간 설비 투자와 기술 경쟁도 격화되고 있다. 여기에 클라우드 환경이 확산되면서 서버용 ‘솔리드스테이트드라이브’(SSD) 수요가 급증한 것도 낸드 적층 기술을 가속화시키고 있다.

도시바 위기로 5세대 이후 낸드 시장 선점 경쟁 격화

4세대 3D낸드까지는 도시바와 미국 웨스턴디지털(WD)도 삼성전자와 SK하이닉스 등 국내업체들과 경쟁을 벌이며 적층 기술 개발에 성공한 상태다.

도시바는 지난해 4세대 64단 3D 낸드를 개발했고 기술 협력을 맺은 웨스턴디지털도 도시바와 함께 64단 낸드를 장착한 SSD 양산에 뛰어들었다. 업계 4위인 SK하이닉스는 지난해부터 3D 낸드 경쟁에 뛰어들었지만, 36단 3D 낸드 양산에 이어 48단 256기가비트(Gb) 3D 낸드 양산까지 빠르게 기술 격차를 줄여나갔다. 결국 지난 10일 64단을 건너뛰고 업계 최초로 72단 256Gb 3D 낸드 개발까지 성공했다.

5세대로 접어들고 있는 낸드 시장은 도시바가 경영 악화로 메모리 사업부 분사를 결정한 이후 지각변동이 일어나고 있다. 현재로선 삼성전자는 지난해 8월 64단 3D 낸드 개발하고 양산까지 가장 먼저 성공, 도시바가 휘청이는 사이 당분간 독주 체제를 굳힐 것으로 예상된다. 업계는 삼성전자가 작년 한해 낸드 매출을 40% 이상 늘린 것으로 보고 있다.

하지만 업계 1위인 삼성전자도 도시바 인수전 결과에 따라 웨스턴디지털 등 경쟁업체와의 시장 점유율 격차가 줄어들 수 있는 상황이다. 이로 인해 타사와의 기술 격차를 벌이기 위해 예상보다 이른 시기에 96단 3D 낸드를 개발을 마무리 할 수 있다는 관측도 나오고 있다. 업계 2위인 도시바는 경영 악화로 64단 낸드 개발을 끝으로 당분간 높이 경쟁에서 빠지게 됐기 때문이다. 일각에서는 얼마전 업계 최초로 72단 개발에 성공한 SK하이닉스가 올 4분기께 100단이 넘는 5세대 낸드 개발 계획을 발표할 것이란 관측도 조심스럽게 나오고 있다.

업계 관계자는 “이론상으로 낸드를 1000단까지도 쌓을 수 있지만 실제로는 기술과 하중 등을 고려했을 때 200단 정도를 최대치로 본다”라며 “적층 기술이 시장 선점에 필수 조건인만큼 내년에는 100단 이상의 3D 낸드를 개발하는 업체가 나올 것으로 본다”고 전망했다.