또 하나의 AI 전쟁…'저전력 D램' 개발 각축전

[아이뉴스24 김종성 기자] 인공지능(AI) 산업 확산으로 D램 반도체 시장에서 '저전력' 제품에 대한 수요가 크게 늘고 있다. 막대한 양의 데이터 연산과 처리를 위해 전력 소모가 대폭 증가하면서 전력 효율성의 중요성이 날로 높아지고 있기 때문이다.

삼성전자와 SK하이닉스는 AI 가속기의 필수품인 고대역폭 메모리(HBM)에 이어 저전력 D램 개발에 속도를 내며 AI 시장에서의 주도권 확보 경쟁을 벌이고 있다.

9일 업계에 따르면 삼성전자는 최근 업계 최소 두께인 12나노급 LPDDR5X D램 12·16기가바이트(GB) 패키지 양산을 시작했다. 제품 두께 0.65mm로, 현존하는 12GB 이상 LPDDR D램 중 가장 얇다.

DDR의 경우 데이터가 오가는 통로가 일반 D램(1개)의 2배로 처리 속도가 빠르다. LPDDR((Low Power Double Data Rate)은 여기에 전력 소모까지 줄인 제품이다. 일반적으로 고성능 스마트폰·노트북 등에 탑재되지만, 최근에는 모바일을 넘어 서버·고성능컴퓨팅(HPC)·전장 등으로 영역을 확장하고 있다.

특히 AI 가속기 시장이 확대되면서 최근엔 D램을 쌓아 올린 고대역폭메모리(HBM)와 마찬가지로 전력 소모를 줄이기 위해 LPDDR을 쌓는 기술 역시 주목받고 있다.

엔비디아는 최근 자체 개발한 서버용 중앙처리장치(CPU) '그레이스'에 HBM이 아닌 LPDDR D램을 탑재해 화제가 되기도 했다. 삼성전자도 현재 개발 중인 AI 추론 칩 '마하'에 LPDDR D램을 적용할 예정이다.

삼성전자는 업계 최소 크기 12나노급 LPDDR D램을 4단으로 쌓고 패키지 기술, 패키지 회로 기판 및 반도체 회로 보호재(EMC) 기술, 패키지 공정 중 웨이퍼 뒷면을 연마하는 백랩(Back-lap) 공정 기술력 극대화 등 최적화를 통해 이전 세대 제품 대비 두께를 약 9% 줄였고, 열 저항을 약 21.2% 개선했다.

이번 제품은 얇아진 두께만큼 추가로 여유 공간 확보를 통해 원활한 공기 흐름이 유도되고, 기기 내부 온도 제어에 도움을 줄 수 있다. 특히 발열로 인해 성능이 제한될 수 있는 온디바이스 AI에 최적화된 솔루션이 될 수 있다.

배용철 삼성전자 메모리사업부 상품기획실장(부사장)은 "고성능 온디바이스 AI의 수요가 증가함에 따라 LPDDR D램의 성능뿐만 아니라 온도 제어 개선 역량 또한 중요해졌다"며 "삼성전자는 기존 제품 대비 두께가 얇은 저전력 D램을 지속적으로 개발하고 고객과의 긴밀한 협력을 통해 최적화된 솔루션을 제공하겠다"고 말했다.

SK하이닉스는 지난해 말부터 최고속 모바일 D램 'LPDDR5T'를 상용화해 고객사에 납품하고 있다. 이 제품은 기존 제품보다 성능을 13% 높여 초당 9.6기가비트(Gb)의 데이터를 전송한다. 데이터 처리 속도(9.6Gbps)는 풀 HD급 영화 15편을 1초에 처리하는 수준으로, 전력 소비도 크게 낮췄다. SK하이닉스는 지난 6∼8일(현지시간) 미국 캘리포니아주 샌타클래라에서 개최되는 글로벌 메모리 반도체 행사인 'FMS 2024'에서 'LPDDR5T'를 집중 소개하기도 했다.

그래픽용 D램 시장에서도 '저전력' 주도권 경쟁이 치열하다. SK하이닉스는 지난달 30일 '세계 최고 수준 성능'을 구현했다며 차세대 그래픽 메모리 제품인 'GDDR7'을 공개했다. 전력 효율을 이전 세대 대비 50% 이상 향상했다. 지난 3월 개발을 완료했고, 3분기 중 양산에 들어간다는 계획이다. 이상권 SK하이닉스 부사장은 "압도적 속도와 전력 효율로 현존 그래픽 메모리 중 최고 성능을 갖춰 AI, HPC, 자율주행까지 활용 범위가 확대될 것"이라고 전망했다.

삼성전자는 지난해 32Gbps GDDR7 D램을 업계 최초로 개발한 바 있다. 기존 대비 데이터 처리 속도는 1.4배, 전력 효율은 20% 향상시킨 제품으로, 올해 내 양산을 준비하고 있다.

GDDR7은 동영상·그래픽 처리에 특화된 D램 표준 규격이다. 하이엔드용을 제외한 AI 서버에 탑재되는 등 높은 활용도 탓에 최근 업계의 관심이 급증하고 있다. 실제로 캐나다 AI 반도체 스타트업 텐스토렌트는 HBM 대신 6세대 GDDR6를 탑재한 AI 가속기를 출시하기도 했다.