메모리 시장 438조 시대 열린다… 삼성, ‘발열 잡는’ 신기술로 초격차 시동

인공지능(AI)과 데이터센터 산업의 폭발적인 성장에 힘입어 글로벌 메모리 반도체 시장이 오는 2033년 3029억 달러(약 438조 원) 규모를 돌파할 것이라는 전망이 나왔다. 시장의 덩치가 커지는 것과 비례해 고성능 칩의 숙명인 '발열'을 잡기 위한 기술 경쟁도 한층 치열해지고 있다. 특히 삼성전자는 모바일 프로세서(AP)와 메모리를 수평으로 배치해 냉각 효율을 극대화하는 혁신적인 패키징 기술을 준비 중인 것으로 확인됐다.

시장조사기관 데이터엠 인텔리전스와 IT 전문매체 기즈모차이나는 지난달 31일(현지시각)과 30일 잇달아 발표한 보고서를 통해 향후 10년 메모리 시장의 거시적 전망과 삼성전자의 차세대 냉각 기술을 집중 조명했다. 업계에서는 이를 두고 "메모리 산업이 양적 팽창을 넘어, 미세 공정의 물리적 한계를 패키징 기술로 돌파하는 질적 전환기에 진입했다"고 평가했다.


데이터엠 인텔리전스가 지난달 31일 공개한 보고서를 보면, 2024년 1684억5000만 달러(약 243조 원)였던 글로벌 메모리 칩 시장 규모는 오는 2033년 3029억 달러(약 438조 원)에 이를 것으로 나타났다. 이는 2025년부터 9년 동안 연평균 6.7%씩 성장하는 수치다.

이러한 성장은 AI 가속기, 클라우드 컴퓨팅, 5G 인프라 확장이 주도한다. 특히 챗GPT와 같은 생성형 AI 모델이 확산하면서 데이터를 고속으로 처리하는 고대역폭메모리(HBM)와 차세대 D램 수요가 폭발적으로 늘어난 덕분이다.
시장 점유율 면에서는 한국 기업의 위상이 압도적이다. 삼성전자가 32.8%로 1위를 지켰고, SK하이닉스가 21.4%로 뒤를 이었다. 두 기업의 점유율 합계는 54.2%로 전 세계 메모리 시장의 절반 이상을 한국 기업이 장악한 셈이다. 이어 미국의 마이크론 테크놀로지가 18.1%, 일본의 키옥시아가 9.6%를 차지했다.

보고서는 "삼성전자는 미세 공정 기술력과 소비자 가전부터 데이터센터를 아우르는 포트폴리오로 선두를 유지하고 있으며, SK하이닉스는 엔비디아 등 글로벌 빅테크 기업과의 협력을 바탕으로 HBM 분야에서 강력한 경쟁력을 보여주고 있다"고 평가했다.


시장이 커질수록 기술 난도도 높아진다. 특히 고성능 칩이 뿜어내는 '열'은 반도체 업계의 최대 난제다. 기즈모차이나는 지난달 30일 삼성전자가 자체 모바일 프로세서인 '엑시노스(Exynos)'의 발열 문제를 해결하고자 새로운 패키징 기술을 시험 중이라고 보도했다.

보도 내용을 종합하면, 삼성전자는 기존의 수직 적층 방식 대신 '사이드 바이 사이드(SbS·Side-by-Side)' 배열을 도입할 계획이다. 현재 대부분의 모바일 칩은 공간 절약을 위해 프로세서 위에 메모리(RAM)를 얹는 구조다. 이 방식은 열이 빠져나갈 공간이 부족해 고사양 게임이나 AI 기능을 실행할 때 성능이 저하되는 원인이 됐다.
삼성전자가 고안한 SbS 기술은 프로세서와 메모리를 옆으로 나란히 배치하고, 그 위를 '열 경로 차단(HPB)' 층으로 덮는 방식이다. 이렇게 하면 열이 칩 전체로 골고루 분산돼 냉각 효율이 크게 높아진다.

국내 반도체 패키징 전문가들은 "기존 방식이 아파트처럼 층층이 쌓아 윗집과 아랫집의 열이 서로 갇히는 구조라면, SbS 방식은 단독주택처럼 옆으로 배치해 통풍을 원활하게 만든 원리"라며 "AI 연산으로 칩의 부하가 커지는 시점에 꼭 필요한 기술"이라고 설명했다.


물론 과제는 있다. 칩을 옆으로 나란히 놓으면 그만큼 기판 위에서 차지하는 면적이 넓어진다. 스마트폰 내부 설계에서 카메라나 배터리가 들어갈 공간이 줄어들 수 있다는 뜻이다.

하지만 업계에서는 이 기술이 폴더블폰이나 초슬림 플래그십 모델에서 빛을 발할 것으로 보고 있다. 칩 패키지의 높이가 낮아져 스마트폰 두께를 획기적으로 줄일 수 있기 때문이다. 기즈모차이나는 "이 기술이 상용화하면 삼성전자의 차기작인 엑시노스 2600 이후 모델부터 적용될 가능성이 크다"며 "발열 논란을 잠재우고 경쟁사인 퀄컴, 애플과의 격차를 좁히는 핵심 무기가 될 것"이라고 내다봤다.

미래 메모리 시장의 승패는 단순히 '누가 더 많이 만드느냐'가 아니라 '누가 더 효율적으로 작동하게 만드느냐'에서 갈릴 것이다.

업계에서는 "2033년 438조 원 시장을 선점하려면 용량 증대뿐만 아니라 칩의 성능을 100% 끌어낼 수 있는 열 제어와 패키징 기술이 필수"라며 "삼성전자의 이번 시도는 하드웨어의 한계를 구조적 혁신으로 돌파하려는 의미 있는 움직임"이라고 평가했다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com