낸드플래시(NAND flash) 시장 1위 삼성의 위기?!

안녕하세요 이번에 반도체 시장에 대한 소식을 가져왔습니다. 11월 9일 미국의 반도체 기업 마이크론(Micron)은 176 단 3D 낸드 플래시의 양산을 시작했다고 밝혔습니다. 낸드플래시 점유율은 삼성전자가 세계 1위, SK 하이닉스가 5위로 D랩과 더불어 한국 반도체 산업의 핵심이라 볼 수 있습니다. 마이크론은 현재 세계4위를 차지하고 있습니다.

낸드플래시 시장 점유율

1. 낸드플래시 시장의 지배자 삼성!

삼성전자는 지난 2002년 플래시 메모리 분야에서 세계 시장 1위에 오른 뒤 최고 수준의 성능과 품질을 갖춘 제품 솔루션으로 현재까지 무려 18년간 1위 자리를 지키고 있습니다. 2002년 1GB 낸드플래시를 세계 최초로 양산하며 드디어 플래시메모리 세계시장점유율 1위에 올랐으며 2013년 세계 최초로 3D 수직적층 기술을 도입해 24단 3D V 낸드플래시를 양산하며 다시 한번 새로운 역사를 썼습니다. 그 이후 지속적인 경쟁속에 삼성전자, SK 하이닉스는 지난해부터 128단 낸드를 양산에 고객사에 공급있습니다. 이런 상황에서 마이크론이 176 단 낸드플래시를 들고 나온 겁니다.

2. 높은 단수의 낸드플래시란?

낸드플래시는 전원이 꺼져도 데이터가 저장되는 반도체입니다. 데이터량이 나날이 급증하는 가운데 고용량 낸드는 이제 필수가 되었습니다. 메모리 업계는 낸드 단수를 높여 집적층을 통해 용량을 늘리고 있습니다. 미세공정 도입으로 데이터저장소 셀 간격이 좁아지면서 전자가 누설되는 간접 현상 등의 발생에 단층으로는 고용량을 감당할 수 없기 때문에 아파트처럼 층수를 높이는 것입니다. 따라서 수직으로 적층하는 기술이 발전하고 있습니다. 그런데 더 많은 층을 쌓을수록 균일한 구조를 유지하게 어렵습니다. 마이크론의 176단에 대한 5세대 3D 낸드는 2세대 RG를 구현했다는 점에서도 새로운 평가를 받고 있습니다. 마이크론의 RG 기술은 인텔이 협력해 개발한 기존의 플로팅게이트 기술을 대체하는 마이크론 독자개발 기술이라고 합니다. 88단 칩을 이중으로 쌓는 방법도 있지만 마이크론은 이보다 훨씬 공정이 까다로운 방법을 이용해 176 단을 단일 칩셋으로 구성한 것입니다. 마이크론 부사장은 '마이크론은 176단 낸드로 업계의 새로운 기준을 세웠다 레이어를 기존 제품인 96단 보다 40% 높였다'고 설명했습니다. 마이론에 따르면 176단 낸드는 기준 96단 대비 읽기 쓰기 시간지연이 35% 감소했고 크기는 30% 줄었으며 전송속도는 33% 빨라졌다고 합니다.

마이크론 176단 낸드플래시

마이크론 관계자는 향후 모바일 기기 저장공간, 자동차용 전자장비, 기업용 SSD 등에도 176 낸드플래시를 적용할 것이라고 말했습니다. 단수가 높아진다는 것은 쉽게 말해서 크기가 더 작아지고 전송속도는 빨라지고 그러면 전력도 덜 먹는다는 뜻입니다. 따라서 전력에 민감한 데이터 센터에서는 굉장히 유용한 제품이 될 수 있습니다.

3. 기술력이 전부가 아니다!

그런데 문제는 176 낸드를 얼마나 효율적으로 양산 할 수 있느냐가 문제입니다. 즉, 수율이 그만큼 따라 줘야 하는데 아직 이 제품의 불량률이 얼마인지 가격이 얼마인지는 알려지지 않고 있습니다. 싱가포르에서 생산된 제품이 고객사에
납품 된다는 것은 초도 테스트 물량일 가능성이 큽니다. 이번 마이크론 발표로 일각에서는 삼성전자, SK 하이닉스가 마이크론의 비해 낸드 기술력이 뒤쳐지는 것 아니냐는 우려가 나오고 있습니다. 업계에서는 마이크론이 앞선 적층기술력을 보여 준 것에 대해서는 인정하는 분위기입니다. 다만 이번 발표가 낸드 시장 전체를 뒤흔들만한 사항은 아니라고 합니다. 낸드 제품 경쟁력을 판단하는 기준은 적층 단수 외에도 다양한 요소가 많기 때문입니다. 적층 단수가 많다고 해서 낸드 기술력이 좋다고 보는 것은 무리가 있다는 이야기입니다. 또한 낸드 시장 흐름상 현재 128단 제품이 주류로 자리잡는 과정인데 176단 제품에 대한 시장의 수요가 급격히 늘어날지 대해서도 의문입니다. 한 업계 관계자는 낸드 시장은 신기술이 곧바로 채용 되지 않고 검증된 제품이 주류가 되는 경향이 있다며 현재 128단 제품도 아직 시장에서 주력으로 자리잡지 못 했는데 고객사들이 마이크론의 176단 제품을 곧바로 선택할 가능성이 높지 않을 것이라고 설명했습니다.

낸드플리시 로드맵

다른 업계 관계자 역시 단순히 마이크론의 적층기술이 국내 기업보다 앞서간다고 해서 낸드 기술력 전체가 뛰어나다고 볼 수는 없다며 적층은 기업입장에서 중요한 기준이지 고객들은 결국 자신들이 원하는 성능과 신뢰성 가격 등을 보고 제품을 선택한다고 강조했습니다.

4. 국내 1,2위 기업(삼성, SK)의 움직임

물론 한국의 삼성전자와 SK 하이닉스라고 가만히 있는 것은 아닙니다. 경쟁을 위한 그들만의 기술이 있을 것입니다. 삼성전자는 차세대 제품에 더블스택 기술을 도입한다고 합니다. 그 동안 삼성전자는 6세대 128단 V낸드까지는 회로에 전류가 흐르는 구멍을 한 번에 뚫는 싱글스택 기술을 적용해 원가 경쟁력을 확보해 왔습니다.

반도체 업계에서는 싱글스택이 중간에 철골구조물 더 데지 않고 건물을 쌓아올린 것과 같은 수준으로 어려운 기술이라고 설명합니다. 그런데 적층 단수가 급증하면서 삼성전자는 이 일을 더블스택으로 바꾸면 칩을 둘로 나눠 각각 구멍을 뚫고 합치는 방식으로 제조하기 됩니다. 두 번에 나눠서 작업하고 다시 조립하기로 했습니다. 공정 단계가 늘어난다는 이야기는 같은 시간 안에 제조할 수 있는 제품 수가 줄어들게 됩니다. 쉽게 말해서 구멍한개 뚫어오다가 두 개 뚫어야 하니까 단가가 높아지는 겁니다. 이 문제를 해결하는 것이 지금 삼성전자의 숙제입니다. 삼성전자는 내년 하반기 중 경기도 평택에 위치한 낸드플래시 공장 가동에 들어갈 예정입니다.

평택 삼성전자 낸드플래시 공장

업계에서는 삼성전자가 이곳에서 192단 7세대 V낸드를 생산할 것으로 예측하고 있습니다. SK 하이닉스의 경우는 176단 4D낸드를 준비하고 있는 것으로 알려졌지만 생산 시점은 미정입니다. 다만 SK 하이닉스는 최근 인텔 낸드 사업을 인수하면서 공백을 메운다는 전략입니다. 인텔은 전하를 도체내에 저장하는 플로팅게이트 기술로 낸드를 만들어왔습니다. 이를 통해 144단 낸드를 개발 했고 SK 하이닉스는 인텔의 144단 낸드로 신제품 출시 공백을 메울 계획입니다. 특히 SK 하이닉스가 공격적으로 인텔 낸드 사업을 인수하는 이유는 D랩보다 뒤쳐진 낸드 시장점유율을 끌어올리기 위함입니다. SK 하이닉스가 인텔 낸드 사업부를 인수하면 단번에 시장 점유율 순위 2위가 됩니다.

다만 인수 리스크 중 하나가 SK 전체메모리 매출에서 중국 비중이 절반에 달할만큼 높고 인수 핵심인 인텔 주력 공장이 중국의 위치한다는 것입니다. 앞으로 바이든 시대에도 미국과 중국의 기술패권 싸움은 계속될 것이기에 중국 매출이 더 높아지는 선택은 위험해 보이기도 합니다. 중국 매출이 높아진다는 부분만 빼 놓고 본다면 SK 하이닉스는 인텔의 기술력과 시장점유율을 가져온다는 점에서 나쁘지 않은 선택이 될 겁니다.

5. 향후 낸드플래시의 판도는?

아무리 기술이 좋아도 시장에서 많이 팔리지 않는다면 소용없습니다. 그동안 삼성전자와 SK 하이닉스는 D랩과 낸드시장에서 앞선 기술력을 바탕으로 시장 우위를 다져왔습니다. 이런 상황에서 마이크론의 176 낸드플래시는 조금은 놀랄 수도 있는 일입니다만 삼성전자 SK 하이닉스가 개발하고 있는 기술을 본다면 마이크론의 낸드 적층 기술력을 금방 따라 잡을 수 있을 것으로 생각합니다. 또한 낸드는 적층 단수 외에도 솔루션 컨트롤러 IC든 제품차별화 기술이 많기 때문에 전체적인 시장점유율에 큰 변화가 없을 것이라고 예상합니다. 특히 삼성전자 같은 경우는 마이크론처럼 칩만 생산하는 기업이 아닙니다. 스마트폰 판매량 세계 1위며 SSD 시장에서도 소비자용 기업용 모두 1위를 하고 있습니다. 결국 자사의 낸드플래시의 수요를 충족시킬 수 있는 시장을 쥐고 있다는 뜻입니다. 그 시장이 흔들리지 않는 이상 D 램과 낸드플래시 점유율 자리는 크게 변하지 않을 겁니다. SK 하이닉스는 삼성전자에 비해 그런 수요를 충족시킬 시장은 없지만 인텔의 낸드플래시 사업을 인수로 규모의 경쟁을 늘려가고 있습니다. 앞으로 낸드플래시의 수요는 꾸준히 커질겁니다. 코로나 이로 인해 재택 시간이 늘면서 저장해야할 데이터가 급증하고 있기 때문입니다. 데이터센터에 하드디스크 드라이브 교체 수요와 게임 기능, 비대면 전자기기 수요가 대표적입니다. 산업통상자원부 수출입동향에 따르면 낸드 플래시를 활용한 저장장치인 SSD는 지난 8월까지 11개월 연속 수출이 증가했습니다. 올해 들어서도 SSD 수출금액은 1월 6억 8900만 달러에서 8월까지 10억 1500만 달러로 8개월간 47%가 뛰었습니다. 이런 흐름은 내년에도 이어질 전망입니다.

국내업체들은 낸드플래시 공장을 신설해 공급 차질에 대비 하고 있습니다. 공장 규모가 커져서 안정적으로 신모델을 생산할 때까지는 이전모델 128단 낸드를 중점적으로 판매한다는 계획인 겁니다. 결론은 마이크론의 176단 낸드플래시 양산은 기술부심으로 끝날 확률이 높을 것이라는 점입니다.