마이크론, 20년 이상의 연구 끝에 4F² DRAM 포기: 6F² 유지와 3D DRAM에 베팅하는 이유

마이크론(Micron)은 20년 이상의 연구 끝에 4F² DRAM을 포기한다고 발표했다. 사장 겸 CTO인 스콧 디보어(Scott DeBoer)는 해당 구조가 기존 6F² 레이아웃 대비 실질적인 밀도 이점을 제공하지 못하면서 제조 비용과 복잡성을 급격히 증가시킨다고 밝혔다. 이 결정은 마이크론의 향후 로드맵을 제시한 기술 웨비나에서 발표되었으며, 삼성, SK하이닉스, 중국 CXMT가 4F²를 추진하는 가운데 마이크론만이 4F²에서 물러서는 유일한 주요 DRAM 제조사가 되었다.

마이크론, 4F² DRAM을 버리고 6F² 유지

마이크론은 4F² DRAM 상용화를 위한 오랜 노력을 종료하고, 당분간 기존 6F² 구조로 메모리 셀을 계속 생산할 예정이다. 회사는 4F²에 "20년 이상"의 연구를 투자했다고 밝혔으며, 이 구조는 이론적으로 6F² 대비 33%의 밀도 향상을 약속한다.

마이크론의 로드맵은 대신 6F²의 공격적인 스케일링에 초점을 맞추고 있다: 고밀도 1δ(1-델타) 메모리는 수율을 높이는 중이며, 고급 웨이퍼 본딩을 적용한 1-ε(1-엡실론)이 개발 중이고, 평면 DRAM의 미래로 "ζÅ"(제타-옹스트롬)과 "ηÅ"(에타-옹스트롬)을 제시했다. 최근 500억 달러 규모의 확장이 진행된 마이크론의 보이시(Boise) 캠퍼스에서 1δ 메모리를 생산할 예정이다.

4F²와 6F²는 셀 구조를 나타내며, 공정 노드가 아님

4F²와 6F²는 DRAM 셀 구조이지 로직 공정 노드가 아니다. 이는 DRAM 셀의 모양과 레이아웃을 나타내며, 실제 크기는 레이아웃과 공정 노드의 조합에 의해 결정된다.

DRAM은 로직과 동일한 노드 명명법을 사용하지 않는데, 각 DRAM 셀은 트랜지스터와 커패시터를 모두 포함하고 있어 스케일링이 복잡하기 때문이다. DRAM 제조사는 1γ(감마) 및 1δ(델타)와 같은 그리스 문자를 사용하여 세대 변화를 표시하며, 이는 시간에 따른 연속적인 개선을 나타낸다.

마이크론 CTO: 커패시터 간격이 DRAM 밀도를 결정하며, 셀 크기가 아님

마이크론의 사장 겸 CTO인 스콧 디보어는 DRAM 밀도는 궁극적으로 커패시터에 필요한 간격에 의해 결정되며, 명목상의 셀 크기에 의한 것이 아니라고 주장한다. 6F²에서 4F²로 구조를 줄이는 것은 종이상으로는 쉬운 밀도 향상처럼 보이지만, 디보어에 따르면 실제로는 밀도를 크게 얻지 못하면서 비용과 복잡성을 급격히 증가시킨다.

디보어는 마이크론이 4F²를 "발명"했으며, 이 기술을 상용화하기 위해 "20년 이상"을 투자한 끝에 폐기했다고 언급했다. Tom's Hardware는 로드맵 기사에서 동일한 결론을 제시하며, 이 구조가 실질적인 밀도 이점을 제공하지 못하면서 제조 복잡성과 비용을 증가시키고 근본적인 스케일링 한계를 지닌다고 설명했다.

3D DRAM이 마이크론의 진정한 장기 목표

마이크론은 DRAM의 진정한 미래는 3D DRAM이라고 말한다: DRAM 저장 셀의 여러 물리적 레이어가 수직으로 적층된 메모리 소자. 이는 단순히 DRAM을 로직 위에 적층하는 것(마이크론이 웨이퍼 본딩이라고 부르는 방식)과는 구별된다.

플래시 메모리는 10년 이상 셀을 3차원으로 적층해 왔지만, 플래시는 마천루의 층처럼 적층할 수 있는 단순한 전하 트랩 트랜지스터에 의존한다. DRAM 셀은 동적이다: 각 비트는 필연적으로 전하가 누출되는 트랜지스터와 쌍을 이루는 정교한 고종횡비 커패시터를 필요로 한다. 이러한 높은 커패시터를 옆으로 눕히고 열적 크로스토크나 신호 파괴 없이 수직으로 스케일링하려면 기본 DRAM 아키텍처의 전면적인 개편이 필요하다.

이 전환은 하룻밤 사이에 일어나지 않겠지만, 2D 스케일링이 절대적인 물리적 한계에 도달함에 따라 3D DRAM이 업계가 나아갈 방향이다.

삼성, SK하이닉스, CXMT는 여전히 4F²를 추진 중

마이크론의 주요 경쟁사인 삼성, SK하이닉스, CXMT는 모두 4F² 설계를 계속 추진하고 있다. 특히 CXMT는 연말까지 서버 DDR5 RDIMM에 4F² RAM을 탑재하겠다고 주장했다.

단기적으로 마이크론은 경쟁사들이 4F² 메모리를 대규모로 경제적으로 생산할 수 있다면 어려움에 직면할 수 있다. 마이크론은 4F²가 비용이 많이 들고 수명이 짧은 우회로가 될 것이라는 큰 전략적 베팅을 하고 있다. 삼성, SK하이닉스, CXMT가 수직 채널 트랜지스터 도입에 수십억 달러의 자본 지출을 쏟아부은 후 커패시터 스케일링에서 조기에 벽에 부딪힌다면, 마이크론의 전환 건너뛰기 결정은 선견지명이 있었던 것으로 보일 것이다. 마이크론은 High-NA EUV, 고급 재료, 제타 및 에타 시대의 웨이퍼-온-웨이퍼 본딩을 통해 기존 6F² 리소그래피에서 남은 효율을 추출함으로써, 모놀리식 3D DRAM이 경제적으로 실현 가능해질 때 가장 먼저 결승선을 통과하기 위해 현금과 엔지니어링 역량을 보존하려는 목표를 가지고 있다.

Hacker News 댓글러들은 프레임에 회의적

Hacker News에서 가장 많은 추천을 받은 비판은 마이크론의 발표가 전략인지, 아니면 경쟁적 불리함을 재구성한 것인지에 대한 의문이었다.

혁신 곡선에서 뒤처진 회사가 더 나은 혁신으로 도약하기 위해 혁신을 "건너뛰는" 척하는 것처럼 들린다. 실제 진실은 그들이 옛 것을 고수하고 있다는 것이다. 선택으로 재구성된 것. "4F² 포기"가 그렇게 좋은 생각이라면, 왜 경쟁자들이 어리석은 선택을 하기 직전에 자신의 카드를 보여주는가? 왜 그 후까지 카드를 숨기지 않는가? 아마도 이것은 훌륭한 전략이 아니라 투자자들을 위한 포장일 것이다.

또 다른 댓글은 현재 DRAM 마크업이 추가 연구 지출을 불필요하게 만든다고 주장했다: "그들이 얻는 마크업으로는 비트를 손으로 납땜해도 앞서 있을 수 있으며, 기존 공정을 스케일링하는 것이 연구에 더 투자하는 것보다 합리적이다."

또 다른 댓글러는 단기적인 공정 변경이 DRAM 경제성을 크게 바꿀 것이라는 데 비관적이었다: "가까운 미래에 DRAM BOM 비용을 1GB당 1달러 미만으로 낮출 중대한 돌파구는 아직 보이지 않는다. 4F²조차도 그렇게 하지 못할 것이다."

두 개의 댓글은 프레젠테이션과 공급에 대해 다루었다. 하나는 로드맵 이미지가 "모지바케(mojibake)처럼 보인다"고 언급하며, "6F²ζÅ DRAM을 사게 되어 기대되지만 아마도 존재하지 않는 AI 데이터센터용으로 예약될 것"이라고 농담했다. 다른 하나는 기사에 두 셀 레이아웃을 비교하는 다이어그램이 포함되지 않은 것에 실망하며 "6T와 4T의 차이를 보여주는 이미지를 넣지 않은 것이 실망스럽다"고 썼다.

주요 사실 요약

마이크론은 20년 이상의 연구 끝에 4F² DRAM을 포기하고 6F²를 계속 사용할 예정이다.
4F²는 이론적으로 6F² 대비 33%의 밀도 향상을 제공하지만, 마이크론은 실제 밀도는 셀 크기가 아닌 커패시터 간격에 의해 결정된다고 말한다.
마이크론의 로드맵은 1δ(수율 향상 중), 1-ε(고급 웨이퍼 본딩, 개발 중), 그 다음 ζÅ 및 ηÅ을 평면 DRAM의 목표로 삼고 있다.
500억 달러 규모의 확장이 진행된 마이크론의 보이시 캠퍼스에서 1δ 메모리를 생산할 예정이다.
삼성, SK하이닉스, CXMT는 모두 4F²를 계속 추진 중이며, CXMT는 연말까지 4F² 서버 DDR5 RDIMM을 주장한다.
마이크론의 장기적 베팅은 모놀리식 3D DRAM이며, 이는 DRAM 셀이 누출 트랜지스터와 고종횡비 커패시터를 쌍으로 가지기 때문에 전체적인 아키텍처 개편이 필요하다.