중국 창신메모리테크놀로지(CXMT)가 연내 출시를 예고한 차세대 D램 ‘4F²(4F스퀘어)’ 기술에 한국과 미국 증시가 크게 요동쳤다. 미국의 첨단 반도체 장비 수출통제에 막힌 중국이 D램 셀 구조를 바꾸는 방식으로 승부수를 띄우면서 일각에서는 한국의 기술력까지 추월하는 것 아니냐는 위기감이 나온다. 하지만 제품 출시 예고와 실제 양산은 별개라는 신중론이 적지 않다. CXMT가 내놓은 4F² 기술을 4대 쟁점별로 전문가 의견을 구해 심층 해부해봤다.
① 4F² 세계 첫 상용화 맞나
샘플 등 표현 없이 시점 혼돈 줘…양산 아닌 출시 예고로 해석해야
CXMT가 지난 10일 밝힌 계획은 4F² 구조와 하이브리드 본딩 기술을 결합한 서버용 DDR5 메모리 모듈(RDIMM)을 연내 선보이겠다는 것이다. 제품의 용량과 성능, 구체적인 출시일이나 양산 일정은 공개하지 않았다.
권석준 성균관대 화학공학부 교수가 최근 소셜네트워크서비스(SNS)에 올린 글에 따르면 CXMT 발표에는 ‘양산’이나 ‘샘플’이라는 표현 자체가 없다. 권 교수는 이를 본격적인 양산이 아닌 ‘출시 예고’로 해석해야 한다고 설명했다. 의미 있는 양산 물량은 빨라도 2027년 말, 현실적으로는 2028년 상반기에 가능할 것으로 예상했다. 시제품 제작과 달리 서버용 D램 양산에는 수율 확보와 고객사 인증이라는 관문이 남아 있기 때문이다.
② 韓기술보다 2년 앞섰다는데
삼성·하이닉스, 이미 시제품·연구 발표…집적도는 ‘6F’와 유사한 수준
4F²는 메모리 셀 하나가 차지하는 면적을 나타낸다. F는 회로를 가공할 때 기준이 되는 최소 선폭이다. 현행 주류인 6F²(가로 3F·세로 2F) 구조와 달리 4F²는 가로와 세로가 각각 2F다. 동일한 선폭을 전제로 셀 면적이 3분의 1 줄고 이론적인 집적도는 50% 높아진다. 핵심은 기존 수평 채널 트랜지스터를 수직 구조로 바꿔 공간을 절약하는 것이다.
그렇다고 실제 집적도까지 앞섰다고 단정하기는 어렵다. 권 교수는 선폭이 중국 CXMT는 15㎚(나노미터·10억분의 1m)인 4F² 셀을, 국내 메모리 업계는 12.2나노인 6F² 셀로 둘의 면적이 비슷하다고 설명했다. 중국의 첫 4F² 제품은 한국의 현행 6F²와 집적도 면에서 유사할 수 있다는 분석이다.
특히 삼성전자(005930) 도 4F² 기술을 개발하고 있다. 송재혁 삼성전자 최고기술책임자(CTO) 사장은 14일 반도체대전에 참석해 취재진의 4F² 기술 개발 여부 질문에 “그렇다”고 답했다. 진척 상황에 대해서는 “열심히 한다”고만 했다. 삼성전자는 올해 국제고체회로학회(ISSCC)에서 4F² 구조의 16Gb(기가비트) D램 작동 시제품을 발표했다.
SK하이닉스(000660) 도 관련 연구 성과를 공개했다. 권 교수는 CXMT의 연내 출시 계획과 삼성의 2028년께 양산 전망을 비교하며 중국이 2년 앞섰다고 해석하는 것은 무리라고 봤다.
③ EUV 제재 극복했나
셀 구조 전환으로 우회 현실화…美 수출통제로 묶은 시간 줄어
CXMT가 4F²에 승부를 건 배경에는 미국의 극자외선(EUV) 노광장비 수출통제가 있다. 삼성전자와 SK하이닉스는 EUV를 활용해 회로를 미세화하지만 CXMT는 심자외선(DUV) 장비로 여러 차례 회로를 새기는 다중 패터닝에 의존한다. 6F² 대신 면적이 작은 4F² 구조를 적용하면 상대적으로 큰 선폭으로도 비슷한 집적도를 구현할 여지가 생긴다.
CXMT는 지난달 EUV 없이 자기정렬 4중 패터닝(SAQP)을 활용한 5세대(G5) D램 양산을 발표했다. 다만 이는 4F² 제품 양산과는 별개의 성과다. 세계적인 반도체 석학인 황철성 서울대 재료공학부 석좌교수는 “EUV를 확보하기 어려운 중국에는 셀 구조 전환이 현실적 대안일 수 있다”고 분석했다. 권 교수 역시 “이번 발표의 위협은 한국의 기술을 당장 추월했다는 것보다 미국의 장비 수출통제로 벌어 둔 시간이 줄어들고 있다는 데 있다”고 평했다.
④ 수율·안정성 확보했나
초기 수율 10%에 못미칠 수도…성공땐 ‘3D D램’ 경쟁서 유리
4F² 기술은 수직 채널 트랜지스터를 균일하게 만들기 어렵고 전류 누설, 트랜지스터 내부 전위가 불안정해지는 ‘플로팅 보디’ 현상, 웨이퍼 접합 등이 난제로 꼽힌다. CXMT가 연내 출시를 한다고 해도 초기 수율이 10%에도 못 미칠 수 있다는 전문가의 기술적 추정도 있다. EUV를 쓸 수 있는 한국 업체들이 미세화와 공정 효율에서 유리할 수 있다는 평가다.
다만 황 교수는 “이러한 난제를 먼저 경험하고 해결하면 향후 3차원(3D) D램 경쟁에서 유리할 수 있다”고 지적했다. 김용석 가천대 반도체대학 석좌교수도 “아직 격차는 분명 존재하고 있기는 하지만 줄어들고 있다”고 말했다.
한국 업체들도 미래 기술 개발에 속도를 내고 있다. 삼성전자는 7세대 고대역폭메모리(HBM)인 HBM4E에 이어 HBM5(8세대) 개념모형, 인공지능(AI) 가속기 위에 메모리를 쌓는 ‘zHBM’, 연산 기능을 결합한 ‘LPDDR5X-PIM’ 등을 차세대 메모리반도체로 밀고 있다. SK하이닉스도 HBM4E와 고대역폭플래시(HBF), 차세대 적층 기술을 개발하고 있다.
한국은 AI 메모리 고도화에, 중국은 EUV 우회 기술에 무게를 두면서 미래 기술 경쟁이 한층 치열해질 것으로 전망된다. 안기현 반도체산업협회 전무는 “이제는 (중국이) 뒤에서 따라오는 게 보이는 수준까지 올라온 것”이라며 “기술 개발 속도를 높여야 한다”고 말했다.