삼성전자는 2025년 3차원(3D) D램을 출시할 예정이며, 현재 경쟁사인 SK하이닉스가 주도하고 있는 글로벌 AI 반도체 시장을 선도하기 위해 AI 산업의 혁신적 기술인 3D D램을 출시할 계획이다.

3D D램 칩은 셀을 수직으로 쌓아 단위 면적당 용량을 3배로 높였다. 반면 고대역폭메모리(HBM)는 여러 개의 D램 칩을 수직으로 연결한다. 서울 반도체 업계 관계자들에 따르면 삼성은 지난달 미국 캘리포니아주 산호세에서 열린 글로벌 반도체 학회 '멤콘(MemCon) 2024'에서 3D D램 개발 로드맵을 공개했다.

또한 2030년에는 커패시터를 포함한 모든 셀을 함께 쌓아 올린 적층형 D램을 출시할 계획이다.

시장 규모 1,000억 달러까지 성장할 것으로 예상 현재 D램은 최대 620억 개의 셀로 구성되어 있으며, 3D D램은 트랜지스터를 여러 층으로 쌓아 올리는 구조이기 때문에 트랜지스터 간의 간격을 넓혀 전류 누설과 간섭을 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 3D D램은 동일한 면적에 더 많은 셀을 배치할 수 있기 때문에 단위 칩 면적당 용량이 증가할 것으로 예상된다. 3D D램의 기본 용량은 100GB로 현재 사용 가능한 최대 용량인 36GB의 거의 3배에 달한다.

이 기술은 삼성이 현재 세계 시장에서 D램 부문 점유율 90%를 차지하고 있는 SK하이닉스를 제치고 AI 반도체 산업에서 글로벌 리더십을 확보하는 데 도움이 될 것으로 기대된다. SK하이닉스와 마이크론 테크놀로지 등 삼성의 경쟁사들도 관련 기술을 연구하고 있지만, 아직 3D D램에 대한 로드맵을 발표하지 않고 있다.

SK하이닉스는 다양한 업계 컨퍼런스에서 3D D램 컨셉을 발표했다. 2019년부터 3D D램을 연구해 온 것으로 알려진 마이크론은 세 칩 제조업체 중 가장 많은 약 30개의 특허를 보유하고 있는 것으로 알려져 있다.

중국 메모리 칩 제조업체들은 이 새로운 기술을 더 큰 경쟁자들을 앞설 수 있는 기회로 보고 3D D램 개발에 박차를 가하고 있다. 중국 최고의 메모리 칩 제조업체인 창신메모리(CXMT)와 중국과학원도 3D D램에 대한 연구 결과를 공개했다.

스마트폰 등 D램이 탑재된 전자기기의 소형화 및 다기능화에 따라 글로벌 D램 업계는 10년 이상 데이터 처리 용량이 더 큰 소형 칩을 개발해 왔다. 이러한 추세는 대량의 데이터를 빠르게 처리해야 하는 AI의 급속한 성장으로 인해 더욱 가속화되었다.

3D D램은 기존 D램보다 더 작고 용량이 커서 해당 칩에 대한 수요를 충족시킬 것으로 예상된다. 단기적으로 이 새로운 반도체는 스마트폰이나 노트북과 같은 소형 전자제품에 사용될 가능성이 높으며, 이러한 전자제품은 기기 내 AI 기능을 지원하기 위해 고성능 D램이 필요하다.

장기적으로는 전기차와 자율주행차가 도로에서 수집한 대량의 데이터를 실시간으로 처리할 수 있는 D램을 필요로 하기 때문에 자동차 업계에서 3D D램을 사용할 것으로 예상된다.