삼성전자가 업계 최초로 '하이케이메탈게이트(이하 HKMG)'를 적용한 DDR5 메모리를 개발했다. HKMG는 저전압에서도 고성능을 구현하는 반도체 공정 기술이다.
삼성전자는 25일 HKMG 공정을 적용한 512GB DDR5 메모리 모듈을 개발했다고 밝혔다. DDR5는 DDR4보다 성능이 약 2배 향상된 최신 D램 규격이다. 데이터 전송 속도는 칩 기준 최대 7200Mbps며, D램 칩을 모아 만든 이번 모듈은 30GB 용량 UHD 영화 2편 정도를 1초에 처리할 수 있는 성능을 갖췄다.
이번에 개발된 DDR5는 반도체 공정 미세화에 따른 누설 전류를 막기 위해 유전율이 높은 물질로 절연막을 만들어 고성능과 저전력을 동시 구현한 것이 특징이다.
절연막은 전자의 누설을 방지하는 역할을 하는 층이다. 공정 미세화로 트랜지스터 크기가 작아지면서 절연막의 두께도 감소하고 있다.
그러나 두께가 너무 얇아지게 되면 누설 전류가 증가하게 된다. 이는 곧 반도체 신뢰성 문제로 직결된다.
삼성전자는 이를 해결하기 위해 절연효과가 높은 물질을 새롭게 적용했다고 설명했다. 기존 '폴리실리콘옥시나이트라이드(PSiON)' 대신 유전상수 K가 큰, 즉 유전율이 높은(High-K) 물질로 절연막을 만들어 두께는 줄이면서 누설전류를 줄인 것이다. 또 새로운 절연막에 적합하도록 기존 폴리실리콘에서 메탈 게이트로 바꿨다. 단, 하이케이 물질과 메탈 케이트 소재는 핵심 기술에 속해 구체적인 정보를 공개하지 않았다.
절연효과가 커지면서 낮은 전압에도 고성능 메모리를 구현할 수 있게 됐다. 삼성전자 관계자는 “HKMG 공정 적용으로 DDR5 모듈은 성능이 향상되면서 전력 소모는 13% 감소했다”고 설명했다.
또 이번 DDR5에는 범용 D램 제품으로는 처음으로 8단 실리콘관통전극(TSV:Through Silicon Via) 기술이 적용됐다. 삼성전자는 2014년 세계 최초로 DDR4에 4단 TSV 공정을 적용한 바 있는데, 삼성은 고용량 메모리 시장의 확대와 데이터 기반 응용처 확산에 따라 16Gb 기반으로 8단 TSV 기술을 적용해 모듈을 완성했다고 설명했다.
삼성전자는 인텔 등과 협력해 고용량 DDR5 메모리를 차세대 컴퓨팅 시장에 적기 공급한다는 계획이다.
손영수 삼성전자 메모리사업부 상무는 “DDR5 메모리가 자율주행, 스마트시티, 의료산업 등으로 활용이 확대될 고성능 컴퓨터의 발전을 가속화할 것”이라고 말했다.
캐롤린 듀란 인텔 메모리앤IO테크놀로지 총괄은 “클라우드 데이터센터, 네트워크, 엣지 컴퓨팅 등에서 DDR5 메모리의 중요성이 대두돼 인텔 서버 프로세서인 '사파이어 래피즈'와 호환되는 DDR5 메모리를 선보이기 위해 삼성전자와 긴밀히 협력하고 있다”고 전했다.
윤건일기자 benyun@etnews.com
