[CES 2025 혁신상 수상 인터뷰 1편. LPDDR5X] 업계 최고 속도와 최소 두께를 가능하게 한 기술력

지난 11월, 삼성전자가 세계 최대 IT 전시회 ‘CES 2025’를 앞두고 총 29개의 ‘CES 혁신상’을 수상했다. 반도체 부문의 ‘CES 혁신상’ 수상 인터뷰 1편은 차세대 모바일 기기의 성능과 효율성을 한 단계 끌어올리는 핵심으로 평가받고 있는 LPDDR5X이다.  업계 최고 속도이자 최소 두께의 LPDDR5X 개발을 이끈 상품기획팀 이준영 TL(Task Leader)과 삼성전자 정진석 수석을 만나 혁신의 비밀을 들어본다.

Q. LPDDR5X가 CES 2025 혁신상을 수상했는데요, 먼저 어떤 제품인지 소개해 주세요.

이준영 TL:  LPDDR5X는 스마트폰, 태블릿 및 랩톱 등 고성능을 필요로 하는 온 디바이스 AI에 최적화된 제품입니다. 제품 이름(Low-Power DDR)에서도 알 수 있듯이, 배터리를 사용하는 휴대용 디바이스의 특성상 저전력으로 구동되면서도 최고 속도를 구현하는 것이 중요하고요, 디바이스의 두께나 발열 측면에서 칩 자체의 두께를 얇게 만드는 것 역시 중요한 과제입니다.

한 마디로 정리하자면 ‘더 낮은 전력으로, 더 빠른 속도를 내는 얇은 두께의 칩’을 만드는 게 핵심일 텐데요, LPDDR5X는 기획부터 설계, 공정, PKG 기술까지 여러 개발 부서와의 협업을 통해서 업계 최고 속도 10.7Gbps, 업계 최소 두께 0.65mm 제품을 만들었습니다. 

Q. 업계 최고 속도이자 최소 두께의 LPDDR5X, 이런 혁신을 가능하게 한 기술적인 차별점이 무엇인가요?

정진석 수석: LPDDR5X를 주로 채용하는 스마트폰은 빠른 속도를 지원하면서도 방열에 유리한 얇고 작은 메모리가 중요한데요, 그래야만 슬림한 두께의 배터리가 오래가는 스마트폰이 가능하기  때문입니다.  

업계 최고 속도인 10.7Gbps를 구현하기 위해서 고속 Data 전송 IO 회로의 성능을 확보해야 하고 여기에 고속 동작을 하면서도 동시에 저전력을 유지할 수 있도록 내부 동작 전압을 낮추는 설계 기술이 활용되었습니다. 

이준영 TL: 삼성의 LPDDR5X는 업계 최소 두께의 12나노급 DRAM인데요, 이를 위해서 칩 2개를 1개의 단으로 구성해 총 4단으로 패키징 했고, 반도체 회로를 보호하는 회로 보호재인 EMC(Epoxy Molding Compound) 소재 변경을 통해 최적화했습니다. 마지막으로 웨이퍼의 두께는 얇게 하면서도 동작 특성과 신뢰성을 유지할 수 있도록 웨이퍼 뒷면을 연마하는 백랩 기술의 개발이 가장 중요했습니다.  

Q. 개발 과정에서 어려움이 많으셨을 것 같은데요,  어떤 어려움이 있었는지 그리고 그것을 어떻게 극복하셨을지 궁금합니다. 

이준영 TL: 10.7Gbps의 속도는 삼성이 개발하기 이전에는 상용화되지 않았던 기술인데요, 일반적으로 메모리는 동작 속도가 올라가면 전력 소모가 증가합니다. 그런데 LPDDR5X는 동작 속도를 높이면서도 전력 소모의 증가는 최소화해야 하기 때문에 이 부분이 개발하면서 가장 어려웠던 부분입니다. 최고 속도의 칩 개발을 위한 시스템 평가 환경이 갖춰져 있지 않은 상태에서 모바일 애플리케이션 프로세서 및 모바일 업체 등 다수의 고객사와 개발 검증 협업을 진행해야 했는데요, 고객사와의 적극적인 기술 교류 및 협력을 이끌어내는 과정이 정말 중요했습니다. 

정진석 수석: 이TL님께서 고객사와의 개발검증 협업에 대해서 말씀해 주셨는데요, 제품을 개발하는데 있어서 저희 삼성 반도체 안에서도 특히 저전력 고성능의 제품 설계를 담당해주신  DRAM설계그룹, 더 얇은 두께의 LPDDR5X를 위해 끊임없는 연구/개발을 해주신 PKG개발팀과의 협업 시너지가 컸다고 생각합니다. 제품의 개발부터 검증까지 산업 전방위적인 협력이 CES 혁신상 수상이라는 좋은 결과까지 이어져서 제품을 담당한 PM으로서 정말 감사하고 기쁜 마음입니다.

Q. 속도는 향상시키면서 파워 소모의 증가를 최소화하는 칩을 개발한다는 게 마치 단거리 달리기 선수의 빠른 속도를 유지하면서 장거리 마라톤을 뛰는 것처럼 정말 쉽지 않은 일일 것 같은데요, 협력 이외에도 삼성만의 기술력이 있을까요?

정진석 수석 : F-DVFS(Full- Dynamic Voltage Frequency Scaling) 기술을 말씀드릴 수 있을 것 같은데요, 일반적으로 DVFS(Dynamic Voltage Frequency Scaling) 기술은 실제로 데이터가 지나가는 Path에서 사용하는 전압을 다른 Path 대비 일정 수준 이하로 낮춰줌으로써 신호 전송에 들어가는 전력을 줄이는 기술인데요, 삼성의 F-DVFS 기술은 저전압의 범위를  최소치부터 최대치까지 풀레인지로 활용할 수 있는 기술로 동작 속도에 따라서 전압을 가변해 전력 소모를 최소화하는데 더 용이하고요, 이로 인해서 배터리 사용시간은 더 늘어날 수 있는 것이죠. 

Q. 메모리의 두께를 얇게 만드는 것이 중요하다고 하셨습니다. 칩의 두께가 얇아지면 어떤 점이 좋아지나요?

이준영 TL: 스마트폰 시장에서 폴더블 제품의 수요가 증가하면서 소비자들은 보다 보다 슬림한 디바이스를 사용하길 원하고 있습니다. 디바이스 두께를 줄이기 위해서는 이를 구성하는 개별 부품들의 두께를 줄여야 하는데요, 부품의 두께가 얇아지면 기기 내 열 배출 공간(Air Flow)이 확보되어 발열을 관리하기가 쉬워지고요, 이로 인해 스마트폰에서 게임과 같은 고성능 동작을 할 때에도 온도 상승으로 인한 성능 제약 없이 사용이 가능합니다.

Q. LPDDR5X는 스마트폰과 같은 모바일 디바이스에 채용된다고 하셨는데요, 그 외에 어디에서 제품을 활용하고 있나요?

정진석 수석 : 앞서서 말씀드린 것처럼, 통상적으로 LPDDR5X 은 저전력이 요구되는 모바일 디바이스에서만 사용되었습니다. 그런데 최근 들어 AI의 발전으로 인해 대규모의 서버를 운영하는 데이터 센터 시장이 커지면서, ‘전력’을 효율화하는 것이 중요한 과제로 떠오르고 있고 DDR 대비 상대적으로 전력 효율이 좋고 고성능 동작이 가능한 LPDDR 을 채용하고자 하는 니즈도 증가하고 있습니다. 이외 PC에서의 채용도 증가 추세이며, 전기차와 자율주행의 확산에 따른 오토모티브 시장에서의  AUTO LPDDR5X 채용 역시 증가하고 있습니다.

Q. LPDDR의 채용이 기존 모바일 위주에서 서버, 오토모티브 산업까지 점차 확장되고 있는 것 같습니다. AI 시대에서 LPDDR의 역할이 점점 더 중요해질 것 같은데요, 개발 엔지니어로써 어떻게 보시나요?

이준영 TL: 최근 AI 산업의 발전 속도를 보면서 체감하시겠지만 기술은 급속도로 발전하고 이에 따른 메모리 니즈도 다변화되고 있습니다. 흔히들 AI메모리 하면 HBM만 떠올리실 겁니다. 하지만 시장에서는 HBM과 같이 전력 소모와는 상관없이 최고의 성능을 필요로 하는 제품 외에도, 저전력으로 구동되면서도 일정 성능 이상을 확보할 수 있는 LPDDR 과 같은 제품 니즈도 커지고 있습니다. 기존의 DDR 모듈을 대체하는 LP 모듈 제품들(LPCAMM, SOCAMM 등)도 그렇고요, 먼 훗날에는 LPDDR이 DRAM을 대표하는 제품이 될 수 있을 것 같은데요, 담당 제품에 대한 제 애정이 지나친 걸까요?

정진석 수석: 저도 이준영 TL님의 말씀에 동의합니다. 최근의 메모리 산업에서의 키워드는 ‘전력’입니다. 방대한 AI Data의 병렬 처리를 위해서 Data 전송속도 증가가 필수적이고 이에 따라 소모 전력도 폭발적으로 증가하게 됩니다. 상대적으로 저전력을 소모하면서 고성능을 낼 수 있는 LPDDR5X가 컴퓨팅 트렌드의 변화에 대응할 수 있는 매력적인 솔루션이거든요. 

Q. 마지막으로 제품과 관련된 질문을 드리고자 합니다. 삼성은LPDDR5X 이 후 어떤 혁신을 준비하고 계시나요?

정진석 수석: 먼저 LPDDR 제품은 26년도 차세대 솔루션인 LPDDR6 개발을 목표로 준비하고 있습니다. 당연하겠지만 LPDDR6는 성능과 전력 측면에서 LPDDR5X 보다 한 차원 더 업그레이드될 제품이 될 것입니다.  LPDDR6가 시장에 선보일 때는 LPDDR5X처럼 새로운 혁신 기술들을 소개해 드릴 수 있을 것 같습니다.

이준영 TL: 이 외에도 LPCAMM, SOCAMM과 같은 모듈형의 제품은 고객사와 검증 진행 중이고, 데이터의 입출력(IO) 개수를 늘려 고대역폭을 확보한LPW, 연산 기능을 더한 LP-PIM 등의 고성능-저전력 DRAM 기술 개발을 준비하고 있는데요, 온 디바이스 AI를 넘어서 더 많은 응용처로 확대될 예정이니 AI 시대에서의 LPDDR의 활약을 기대해 주세요.

지금까지 모바일에서부터 오토모티브, 서버, HPC, 데이터센터까지 다양한 응용처로 확대되고 있는 삼성전자의 메모리 반도체LPDDR5X 에 적용된 기술과 미래를 살펴봤다. ‘CES 혁신상’을 수상한 LPDDR5X는 내년 1월 7일부터 10일까지 미국 라스베이거스 컨벤션 센터에서 만나볼 수 있다.