아낌없는 투자로 혁신 꿈꾸는 삼성…차세대 솔루션 CXL로 업계 선도

삼성, 올해 상반기 반도체 R&D 약 16조 원 투자
HBM‧D램‧낸드 등 생산에 집중…CXL로 승부수

▲세계 최대 규모의 반도체 공장인 삼성전자 평택캠퍼스 전경 (사진제공-삼성전자)

삼성전자는 업계 최고 수준의 연구개발(R&D) 역량을 바탕으로 지속적인 기술 혁신과 철저한 미래 준비를 통해 고객에게 새로운 가치를 끊임없이 제공하고 있다.

삼성전자는 지난해 실적 악화에도 불구하고 연간 기준 사상 최대 R&D 비용 투자와 시설 투자를 집행하며 미래성장 준비에 주력했다. 삼성전자의 지난해 R&D 투자 28조3400억 원은 영업이익 6조5700억 원의 4배가 넘는 규모다.

삼성전자는 지난해 4분기 R&D에 역대 분기 최대인 7조5500억 원을 투자한데 이어, 올해 1분기 7조8200억 원, 2분기 8조500억 원을 기록하며 매분기 최대 기록을 경신하고 있다.

삼성전자는 R&D 조직을 기술 상용화 시기에 따라 3단계로 체계화해 운영하고 있다.

향후 1~2년 내 시장에 선보일 상품화 기술은 각 부문 산하 사업부 개발팀에서 개발하고 있다. 3~5년 내 중장기 미래 유망 기술은 삼성 리서치(Samsung Research)와 반도체연구소 등의 각 부문 연구소에서 개발하고 있다.

또한, 미래 성장엔진에 필요한 핵심 요소 기술은 당사의 종합연구소인 SAIT(옛 삼성종합기술원)에서 선행 개발하고 있다. SAIT는 전사 차원에서 유망 성장 분야에 대한 연구개발 방향 제시와 주력 사업의 기술 경쟁력 강화, 창의적인 R&D 체제를 구축하기 위한 연구개발 활동을 수행하고 있다.

미국(SRA, SFI)과 우크라이나(SRUKR), 러시아(SRR), 일본(SRJ), 중국(SRC-Beijing, SRCNanjing, SRC-Guangzhou, SRC-Shenzhen, SSCR), 인도(SRI-Bangalore, SRI-Delhi), 방글라데시(SRBD), 이스라엘(SIRC, SRIL) 등의 지역에서도 R&D를 활발히 진행 중이다.

삼성전자는 앞으로도 미래 경쟁력 확보를 위한 시설투자과 R&D 투자를 꾸준히 이어갈 방침이다.

반도체 부문은 올해 상반기 업황이 개선되는 모습을 보였다. 하반기에도 이 흐름은 계속 이어질 것으로 예상된다. 삼성전자는 사업 포트폴리오 최적화 차원에서 PC와 모바일 보다는 고대역폭메모리(HBM)와 DDR5, 고용량 SSD 등 서버 및 스토리지 관련 제품 중심으로 생산을 전환해 운영중이다.

▲삼성전자가 2022년 세계 최초로 GAA 기술을 적용한 3나노 파운드리 공정 기반의 초도 양산을 시작했다. (사진제공-삼성전자)

HBM은 성장하는 생성형 인공지능(AI)향 수요 대응을 위해 생산능력(CAPA, 캐파) 확대와 함께 공급을 지속 늘려나갈 예정이다. 업계 내 고용량 제품에 대한 요구 증가세에 발맞추어 업계 최초 개발한 HBM3E(HBM 5세대) 12단 제품의 ‘램프 업(생산량 확대)’ 또한 가속화할 계획이다.

D램(DRAM)은 1b나노 32Gb DDR5 제품을 빠른 램프 업 속도로 도입할 예정이며, AI 서버와 연계된 고용량 DDR5 모듈 시장에서의 경쟁력을 더욱 강화할 방침이다.

시장 조사 전문업체 ‘D램 익스체인지’에 따르면 삼성전자의 글로벌 D램 시장점유율(액수 기준)은 2022년 43.1%, 2023년 42.2%다. 삼성전자는 올해 상반기 시장점유율을 42.7%로 추정하고 있다.

낸드(NAND) 또한 AI향 수요 성장 속, V8 기반 Gen5 SSD와 고용량 V7 QLC SSD 등 서버향 고부가가치 제품 수요에 적극 대응하여 수익성을 개선해나갈 것으로 기대된다.

업계 최초의 쿼드레밸셀(QLC) 기술 기반 UFS 3.1 시장 진입 경험을 바탕으로, 하반기 UFS 4.0 시장 또한 QLC 솔루션으로 진입해 모바일 시장에서의 제품 경쟁력도 강화해 나갈 방침이다.

V9는 2분기 업계 최초 트리플레밸셀(TLC) 양산에 이어, 3분기 QLC도 양산 전개하여 기술 리더십을 더욱 제고할 계획이다.

삼성전자는 시장을 선도하고 있는 CXL D램의 기술 혁신도 이어갈 방침이다.

CXL(Compute Express Link)은 ‘빠르게 연결해서 연산한다’는 의미로 CPU, GPU, 스토리지 등의 다양한 장치를 효율적으로 연결해 보다 빠른 연산 처리를 가능하게 하는 차세대 인터페이스다.

CXL 기반의 D램인 CMM-D(CXL Memory Module-DRAM)는 다양한 종류의 프로세서를 하나의 시스템으로 연결해 대용량의 데이터를 효율적으로 처리할 수 있도록 하는 제품이다.

D램의 용량과 성능 확장 한계를 개선할 수 있어 AI시대 차세대 솔루션으로 떠오르고 있다.

삼성전자는 2021년 5월 업계 최초 CXL 기반 D램 제품 개발을 시작으로, 업계 최고 용량 512GB CMM-D 개발, 업계 최초 CMM-D 2.0 개발 등에 성공하며 업계를 선도하고 있다.

삼성전자는 올해 3월 글로벌 반도체 학회 ‘멤콘(MemCon) 2024’에서 CXL 기반 D램인 CMM-D, D램과 낸드를 함께 사용하는 CMM-H(Hybrid), 메모리 풀링 솔루션 CMM-B(Box) 등 다양한 CXL 기반 솔루션을 선보였다.

또한 올해 2분기 CXL 2.0을 지원하는 256GB(기가바이트) CMM-D 제품을 출시하고, 주요 고객사들과 검증을 진행하고 있다.

뿐만 아니라 업계 최초로 리눅스 업체인 ‘레드햇’으로부터 인증 받은 CXL 인프라를 보유하고 있다. CXL 관련 제품부터 소프트웨어까지 서버 전 구성 요소를 삼성 메모리 리서치 센터에서 검증할 수 있다.

삼성전자는 CXL 컨소시엄을 결성한 15개 이사회 회원사 중 하나로, 메모리 업체 중 유일하게 이사회 멤버로 선정되어 CXL 기술의 고도화 및 표준화를 위한 역할을 수행하고 있다.

▲삼성전자 서울 R&D캠퍼스에 위치한 삼성리서치에서 인공지능, 차세대통신 등 선행연구가 진행된다. (사진제공-삼성전자)

<삼성전자가 제조하는 반도체 제품 분류>

반도체는 일반적으로 정보를 저장하고 기억하는 메모리 반도체와 연산과 추론 등 논리적인 정보처리 기능을 하는 시스템 LSI(System LSI, 비메모리 반도체)로 구분된다.

메모리 반도체는 읽고 쓸 수 있는 램(RAM, Random Access Memory) 제품과 읽는 것만 가능한 롬(ROM, Read Only Memory) 제품으로 구분된다. 램(RAM)은 전원이 꺼지면 기억된 내용은 지워져 휘발성 메모리(Volatile Memory)라고 하며, 컴퓨터의 주기억 장치, 응용 프로그램의 일시적 로딩(Loading), 데이터의 일시적 저장 등에 사용된다.

롬(ROM)은 전원이 꺼져도 데이터가 지워지지 않는 비휘발성 메모리로, 대표적으로 입출력 시스템이나 IC카드 등에 사용된다.

시스템LSI 제품은 응용처에 따라 종류가 다양하다. 중앙처리 장치인 CPU(Central Processing Unit), 그래픽 처리 장치인 GPU(Graphics Processing Unit), ISP(Image Signal Processor), Modem(Modulator-Demodulator) 등을 내장한 모바일 기기용 SOC(System-On-Chip)가 삼성전자의 가장 대표적인 제품이다.

이밖에도 삼성전자는 스마트폰, 태블릿 등 모바일용 애플리케이션 프로세서(AP) 제품과 이미지 센서 등을 공급하고 있다.

파운드리(반도체 위탁생산) 사업은 팹리스(Fabless) 업체가 설계한 반도체를 위탁 생산해서 공급해 주는 사업으로 일반 제조업의 주문자상표부착방식(OEM) 공급과 비슷한 개념의 ‘수탁 반도체 제조 사업’이다. 반도체 공정 기술의 고도화와 투자 부담의 증가로 많은 IDM(Integrated Device Manufacturer)업체가 생산 시설을 보유하지 않은 팹리스 업체로 전환하고 있다.

이에 따라 대규모 캐파를 보유 중인 5개 내외의 소수 업체가 전체 파운드리 시장의 대부분을 영위하고 있다.