글로벌 반도체 업체들 3D NAND 치열한 경쟁 예고…투자 확대 나서

2017년 메모리반도체 산업의 중심에는 3D NAND가 지속적으로 차지할 전망이다. 현재 산업 전반적으로 시작되고 있는 ‘제4차 산업혁명’의 핵심인 인공지능 플랫폼기반의 새로운 서비스들은 대용량의 데이터를 유통하고 콘텐츠를 소비하기 때문에 저장메모리 수요가 크게 증가하면서 대규모 서버 투자의 필요성이 증대하고 있다. 따라서 글로벌 반도체 업체들의 3D NAND 투자는 더욱 확대될 것으로 전망된다.

글로벌 메모리반도체 업체들의 투자는 DRAM보다는 3D NAND에 집중되고 있다. 지금 산업 전반적으로 시작되고 있는 ‘제4차 산업혁명’은 자율주행서비스, 로봇서비스, 헬스케어서비스, VR서비스, 스마트홈서비스 등 인공지능 플랫폼 기반의 새로운 서비스들을 추진해, 인구고령화와 노동인구의 감소, 과잉CAPA 등에 직면하고 있는 선진국의 산업 구조에서 비효율을 제거해 생산성을 높이는 동시에 삶의 질을 향상시키는 것이 핵심이다. 

제4차 산업혁명의 출발은 ‘빅데이터(Big Data)’에서 시작하는 것이며, 결국 대용량의 데이터를 저장하고 소비하고, 동시에 수많은 데이터를 유통하기 위해서는 3D NAND와 같은 저장메모리와 DRAM과 같은 기억소자에 대한 수요가 급격히 증가하고 있는 것이다.

NAND flash(이하 ‘NAND’)는 메모리의 한 형태로 전원이 없는 상태에서도 데이터를 계속 저장할 수 있으며 데이터를 자유롭게 저장 및 삭제할 수 있는 메모리다. 디지털카메라의 SD카드, 휴대폰 메모리, SSD, USB 등에 주로 사용된다.

3D NAND는 평면 미세공정전환으로는 셀 간의 간격이 좁아져 전자가 누설되는 간섭현상이 심화되어 한계에 봉착해 도입된 제조공정이다. 구조적인 측면에서 보면 기존 2D NAND가 평면으로 배열하던 것을 3D NAND는 원기둥 모양의 트랜지스터를 수직으로 쌓아 올린 후에 쌓인 기둥들을 배열하는 형태다. NAND는 DRAM과 달리 트랜지스터 하나로 구성돼 있어, 구조가 단순하기 때문에 수직으로 쌓을 수 있다.

과거에는 NAND 메모리의 가격을 중요하게 생각했지만, 최근에는 성능이 중요해졌다. 예를 들어 디지털 카메라는, 과거와 비교했을 때, 화소가 매우 높아져 한 번 찍을 때 대용량을 빠르게 저장할 수 있는 메모리가 필요해졌다. 최근 NAND 메모리 시장이 DRAM 시장에 비해 빠르게 성장하고 있고, 2018년 시장 규모는 약 41조 원까지 성장할 것으로 예상된다. NAND 메모리는 큰 용량을 작은 크기로 가지고 다니기에 적합하여 스마트폰에 주로 쓰이고, 사진 및 동영상 촬영 수요 증가에 의해 NAND 메모리 투입량이 급격하게 증가할 것으로 판단한다. 그 중에서도, 한정된 공간 대비 많은 용량을 저장할 수 있는 3D NAND가 각광받고 있다. 특히, NAND 플래시메모리의 미세공정이 10나노급으로 전환되면서 어려워짐에 따라, 제조공정기술을 미세화하지 않고 적층을 통해 대용량화와 수명 향상을 동시에 추구할 수 있는 3D NAND 기술이 부각됐다.

2017년 NAND 플래시메모리 수요는 43% 증가할 것이며, 시장 수요의 성장원은 SSD와 스마트폰일 것으로 판단된다. SSD의 탑재 용량은 2016년 303GB에서 2017년에는 34% 증가한 405GB에 달할 것이며, 2018년에는 510GB에 이를 것으로 예상된다(그림 1 참조).

▲ 그림1. 세계 NAND 플래시메모리 수요 전망(자료: IDC, 유진투자증권)

스마트폰향 탑재 용량 역시 2017년에는 듀얼카메라 보급과 대용량의 콘텐츠 저장 및 소비 등으로 27% 증가한 28GB일 것이며, 2018년에는 36% 증가한 38GB에 달할 것으로 전망된다(그림 2 참조).

▲ 그림2. 수요처별 NAND 플래시메모리 탑재용량 전망(자료: IDC, 유진투자증권)

글로벌 반도체 업체들, 투자 확대 나서

이러한 새로운 산업의 전개는 대량의 데이터 유통과 대용량의 콘텐츠 소비로 이어지면서, 저장메모리 수요가 크게 증가하고 서버 투자의 필요성이 증대함에 따라, 반도체업체들의 3D NAND 투자가 더욱 가속되고 있는 것이다.

유진투자증권에 따르면, 2016년에 본격화된 메모리반도체업체들의 3D NAND 투자는 2017년에 더욱더 확대될 것으로 보인다. 우선 삼성전자는 1Q17부터 16-2라인에서 월 4만장의 CAPA를 가동하며 3D NAND시장을 주도해 나갈 것이다. 또한, 시장 수요 확대에 적극적으로 대응하기 위해 평택반도체라인의 가동시점을 1Q17 이후로 앞당겨서 진행할 것이며, 2017년에 총 월 8만장의 CAPA를 가동할 것으로 예상된다.

SK하이닉스 역시 4Q16부터 48단 3D NAND의 양산을 시작하면서 2017년에는 3D NAND에 대한 투자를 확대할 것으로 판단된다. 청주 2D NAND라인을 3D NAND로 전환하는 투자를 지속할 뿐만 아니라, 이천 M14라인에서 3D NAND 전용라인 투자를 월 4만장 규모로 진행할 것으로 전망된다. 

일본 Toshiba는 Yokaichi FAB2에서 3D NAND로 전환하는 투자를 2016년부터 진행하고 있으며, 전용라인인 신규 FAB은 2017년에 건설해서 2018년부터 본격적으로 양산할 계획이다. 

Toshiba는 2018년까지 3D NAND 중심으로 8,600억엔(약 9.35조원)을 투자할 것이라고 발표하였다.

미국의 Micron Technology는 3D NAND 생산을 싱가폴 FAB 10X에서 2H16부터 본격 가동할 것으로 알려져 있다. 총 투자 규모는 US$40억(약 4.58조원)을 상회하며, 2D라인을 3D라인으로 전환하여 진행하고 있다.

지금까지 NAND 플래시메모리 사업을 Micron Technology와 함께 진행해왔던 Intel은 중국 대련에 단독으로 US$55억(약 6.3조 원)을 투자해서 2H16부터 양산할 계획이다. 차세대 성장동력으로 스토리지 및 클라우드시스템사업부에 집중하고 있는 Intel은 경쟁력 강화를 위해 3D NAND 투자에 독자적으로 나서고 있는 것으로 판단된다.

글로벌 메모리반도체들의 3D NAND 투자 확대로 2016년 전체 투자규모는 31.2%yoy 증가한 US$118.2억(13.53조원)에 이를 것이며, 2017년에는 24.2%yoy 증가한 US$146.8억(16.8조원)을 달하며 사상최대를 기록할 것으로 예상된다.

글로벌 반도체업체들이 3D NAND에 대대적인 투자를 하고 있고, 메모리반도체를 1990년대에 떠나갔던 미국 Intel이 재차 3D NAND에 단독으로 투자를 나서는 것은 시장 수요의 폭발적인 성장에 기인하고 있다.

김진희 기자 (eled@hellot.net)