[비즈니스포스트] 엔비디아를 비롯해 인텔, AMD 등 주요 인공지능(AI) 칩 제조사들이 일부 서버용 AI 칩 메모리를 저비용·저전력에 강점이 있는 LPDDR D램으로 전환하는 데 속도를 내고 있다.

이에 따라 삼성전자와 SK하이닉스 등 메모리 제조사들은 고대역폭메모리(HBM)에 이어 LPDDR에서도 기술력 확보 경쟁을 펼칠 전망이다.

최근 중국 CXMT가 차세대 저전력 메모리인 'LPDDR6' 양산을 선언하는 등 추격이 거세지고 있는 만큼, 삼성전자와 SK하이닉스는 미세 공정과 생산성을 앞세워 기술 격차를 벌리는 데 집중할 것으로 전망된다.

14일 반도체 업계 취재에 따르면 미국 반도체 설계기업 AMD가 저전력 D램인 LPDDR5X를 적용한 차세대 서버용 중앙처리장치(CPU) '에픽 베라노'를 공개하면서, 과거 모바일용 기기에 주로 탑재되던 LPDDR D램이 AI 서버의 핵심 부품으로 부각되고 있다.

지난 12일(현지시각) 미국에서 열린 오픈컴퓨트프로젝트(OCP) 글로벌 서밋에서 실물이 공개된 '에픽 베라노'는 LPDDR5X를 모듈화한 '소캠(SOCAMM)2'가 탑재되며, 2027년 상반기 출시를 앞두고 있다.

인텔도 최근 인공지능(AI) 추론에 특화된 데이터센터용 AI 가속기 'GPU D270'을 공개했다. 160기가바이트(GB)의 LPDDR5X 메모리가 탑재되도록 설계됐지만, 제조 파트너에 따라 최대 480GB 구성도 가능한 것으로 알려졌다.

LPDDR은 저전력 모바일 D램의 국제 표준 규격으로, 일반 범용 DDR D램과 달리 전력 효율성이 높아 그동안 스마트폰, 태블릿PC, 웨어러블 등 모바일 기기에 주로 활용돼 왔다. 하지만 최근 저전력, 저비용 반도체의 필요성이 높아지면서 서버에서도 LPDDR이 본격적으로 활용되는 모양새다.

LPDDR5X는 일반 DDR5 대비 전력 소모를 75% 줄이면서도 대역폭은 36% 높다.

또 HBM보다 대역폭은 낮지만, 상대적으로 저렴하고 전력 소모를 최소화할 수 있다는 장점이 있다. 이에 엔비디아도 베라 CPU에 LPDDR5X를 적용했다.

AI 데이터센터뿐 아니라 휴머노이드 로봇도 LPDDR의 새로운 수요처로 부상하고 있다.

배터리로 작동하는 로봇이 AI 연산에 필요한 대용량 데이터를 실시간으로 처리하기 위해서는 반도체의 전력 효율이 중요하기 때문이다.

시장조사업체 카운터포인트리서치는 지난 10일 보고서에서 "휴머노이드 D램 수요는 2026년에서 2030년까지 20배 이상 증가할 것"이라며 "배터리로 움직이는 로봇은 데이터센터 서버보다 전력 소비에 민감해, HBM보다는 저전력 D램인 LPDDR이 주력으로 쓰인다"고 분석했다.

시장조사업체 PW컨설팅에 따르면 LPDDR D램 시장은 2025년 524억4천만 달러(약 70조1천억 원)에서 2032년 1235억1천만 달러(약 165조1천억 원)로 연평균 13% 성장할 것으로 전망된다.

삼성전자와 SK하이닉스는 HBM에 이어 LPDDR에서도 시장 점유율을 확보하기 위한 경쟁을 펼칠 것으로 예상된다.

현재 삼성전자의 LPDDR 시장 점유율은 30%대, SK하이닉스는 20% 수준으로 추정된다.

삼성전자와 SK하이닉스는 차세대 LPDDR6 양산도 앞두고 있다.

SK하이닉스는 올해 3월 LPDDR6 개발에 성공, 올해 하반기부터 본격적으로 고객사에 공급하겠다고 밝혔다. 삼성전자는 지난 9월 퀄컴의 최신 모바일 플랫폼 '스냅드래곤 8 엘리트 익스트림 6세대'에서 LPDDR6의 성능 검증에 성공했다고 밝히는 등 양산 준비를 서두르고 있다.

LPDDR6의 최대 데이터 전송 속도는 10.7Gbps(초당 기가비트)로, 이전 세대인 LPDDR5X보다 전력 효율을 최대 21% 높일 수 있다.
  다만 LPDDR 분야에서 중국 CXMT의 추격이 거세지고 있다.

CXMT는 2025년 5월 LPDDR5X 양산을 시작했으며, 올해 8월에는 LPDDR6 양산까지 예고했다. 중국 샤오미가 최근 발표한 차기 모바일 프로세서(AP) 'XRING O3'에 CXMT의 LPDDR6가 탑재될 것으로 예상된다.

CXMT의 개발과 양산 일정을 고려하면 LPDDR에서는 사실상 국내 메모리 업체들과 기술 격차가 없어진 셈이다.

자오 룬 CXMT 총괄매니저는 "CXMT의 제품이 이제 성능, 품질 및 공급 안정성 측면에서 세계적인 주요 공급업체들과 경쟁력을 갖추었다"며 "CXMT의 LPDDR6 규격은 글로벌 메모리 선도 기업들이 개발 중인 제품 범위에 부합하는 수준"이라고 자신감을 내비쳤다.

하지만 미세 공정에서는 여전히 격차가 존재하는 것으로 평가된다.

시장조사업체 트렌드포스에 따르면 삼성전자는 LPDDR6에 10나노급 5세대(1b) 공정을 사용했고, SK하이닉스는 10나노급 6세대(1c) 공정을 활용한다.

반면 CXMT의 LPDDR6은 15~16나노급 D램 공정을 활용하는 것으로 알려졌다. 이는 삼성전자와 SK하이닉스의 10나노급 3세대(1z) 공정과 유사한 기술 수준인 것으로 파악된다.

CXMT는 포에프스퀘어(4F²) 셀 구조를 도입해 기술 격차를 좁히려 하고 있으나, 상용화 가능성은 아직 미지수라는 평가가 지배적이다.

4F²는 D램 셀의 트랜지스터를 수직 방향으로 배치해 셀 면적을 기존 평면 구조보다 대폭 줄이는 차세대 구조로, 메모리 집적도와 생산 효율을 높이는 기술이다.

징제위 모닝스타 연구원은 "CXMT가 4F² 구조를 D램 생산에 성공적으로 신속하게 적용한다면 경쟁력이 크게 향상될 것"이라면서도 "다만 4F² 제품을 공개하는 시점과 수익성 있는 수율로 상용화하는 시점 사이에는 상당한 시간적 간격이 있을 것"이라고 내다봤다.

삼성전자와 SK하이닉스는 CXMT와 LPDDR 생산성 격차를 벌리는 데도 집중할 것으로 예상된다.

시장조사업체 세미에널리시스에 따르면 CXMT의 최신 공정 수율(완성품 비율)은 아직 업계 표준인 85~90%에 미치지 못하는 것으로 추정되고 있다. 비트당 D램 제조 비용도 삼성전자나 SK하이닉스보다 30% 이상 높은 것으로 파악된다.

김병연 NH투자증권 연구원은 이날 보고서에서 "장기 관점에서 CXMT의 기술 추격을 우려할 수는 있으나, 단기간에 메모리 3사와의 기술 격차를 좁히고, 현재의 메모리 공급 부족 현상을 해소하는 것은 현실적으로 어려울 것"이라고 분석했다. 나병현 기자