[e돋보기] D램이란

[양태훈기자] D램은 다이내믹 램(Dynamic Ram)의 줄임말로, 정보를 읽고 쓰는 것은 가능하지만 전원이 공급되고 있는 동안이라도 일정 기간 내에 주기적으로 정보를 다시 넣지 않으면 내용이 없어지는 휘발성 메모리 반도체를 말한다.

기억소자(메모리소자)당 투자비용이 낮고 집적도를 높이기에 유리해 주로 대용량 메모리로 활용돼 왔다.

D램은 수십억 개의 메모리 셀로 구성돼 있다. 메모리 셀이란 1비트의 데이터를 저장할 수 있는 공간을 의미하며, 이는 전류를 흘려보내는 스위치 기능을 담당하는 트랜지스터 1개와 전하를 받는 저장소 기능을 하는 캐패시터 1개로 이뤄져있다.

각 셀들은 0 또는 1의 데이터 값을 가지고 있는데, 모든 데이터는 0과 1의 조합을 통해 디지털화 돼 저장되게 된다.

이는 메모리를 기록하는 방식이 컴퓨터의 기계어라 불리는 '이진수'로 표기되기 때문으로, D램은 예컨대 트랜지스터가 캐패시터에 전류를 흘려보낼 때를 '1', 전류를 흘려보내지 않을 때를 '0'으로 정할 경우, 0과 1의 조합된 숫자를 만들어 데이터 값을 정의하는 식으로 동작한다.

D램은 제품군의 속도에 따라 DDR, DDR2, DDR3, DDR4 등으로 부르는데, DDR은 더블 데이터 레이트(Double Data Rate)의 줄임말로 기존의 싱글 데이터 레이트(SDR, Single Data Rage) 대비 처리 속도가 2배 이상 빠른 성능을 제공한다.

DDR 제품군별 데이터 전송속도는 DDR이 최대 400메가비피에스(Mbps), DDR2가 최대 800Mbps, DDR3가 최대 1천600Mbps, DDR4가 최대 3천200Mbps의 성능을 낼 수 있다.

저장용량은 10억 개의 정보를 저장할 수 있는 공간을 의미하는 기가비트(Gb)라는 단위를 사용, 정보전달속도는 진동수 단위인 헤르츠(Hz)로 표시한다.

예컨대 'DDR3 2Gb 1천333MHz'라는 제품은 DDR3의 데이터전송속도를 지원, 저장용량은 20억 개의 정보 저장공간을 제공하며 초당 1천333메가비트(Mb)의 정보전달속도를 제공한다는 뜻이다.

종류별로는 데스크톱PC나 노트북 등에 사용돼 시스템의 정보를 임시 저장하는 역할의 '컴퓨팅 메모리', 스마트폰·태블릿PC 등에 활용될 수 있도록 저전력·소형화 특성을 갖춘 '모바일 D램', 일반 D램 대비 빠른 데이터처리 속도로 고성능을 요구하는 그래픽카드나 게임기 등에 활용되는 '그래픽 D램', 어떤 환경에서도 안전하게 데이터를 보관할 수 있는 높은 신뢰성을 제공하는 '서버용 D램' 등으로 구분된다.

국내 대기업인 삼성전자와 SK하이닉스는 전 세계 D램 시장에서 점유율 70%를 넘어설 만큼 그동안 D램에 대한 투자를 아끼지 않아 왔는데, 최근에는 반도체 칩 회로의 선폭을 줄여 생산성을 늘리는 미세공정기술개발에 집중하고 있다.

웨이퍼에서 칩 단위로 자른 반도체 조각인 '다이'의 크기가 작아지면 웨이퍼 1장에서 생산할 수 있는 칩이 늘어나는데 여기에 미세공정기술이 더해지면 동일한 다이에 더 많은 셀을 넣을 수 있어 생산성이 더욱 증대되는 것.

이는 D램 등의 메모리 반도체 생산을 위해 갖춰야할 노광 장비 등이 대당 최소 800억 원을 넘어설 정도로 고가인 만큼 대규모 투자비용이 요구되는 만큼 반도체 크기를 줄여 한 웨이퍼에서 더 많은 반도체를 생산할 수 있는 미세공정기술을 적용하면 큰 효과를 얻을 수 있기 때문이다.

현재 D램의 미세공정 기술은 삼성전자가 20나노(nm, 10억분의 1미터) LPDDR4, SK하이닉스가 25나노(nm) LPDDR4를 양산할 수 있는 수준에 도달한 상황으로, 반도체 업계에서는 앞으로 D램의 미세공정 기술이 10나노대까지 계속해서 발전해 나갈 것으로 예측하고 있다.

하지만 데이터저장을 위해 일정 이상의 전하가 채워져야 하는 캐패시터가 미세공정화 적용될수록 구조가 불안정해지는 문제가 있어 장기적으로는 D램의 대안으로 차세대 메모리인 'PC(Phase Change)램', 'STT-M(Spin Transfer Torque Magnetoresistive)램', 'Re(Resistive)램' 등이 새롭게 등장할 것으로 보고 있다.