편집자 주 : 전자부품 전문미디어 디일렉은 미국 메모리 반도체 전문 시장조사업체 오브젝티브 애널리시스(OA:Objective Analysis)와 콘텐츠 및 리서치 데이터를 국내에 단독으로 공급하는 계약을 체결했습니다. 주기적으로 오브젝티브 애널리시스가 제시하는 메모리 시장 통찰력을 제공해드리겠습니다. 오브젝티브 애널리시스 대표인 짐 핸디(Jim Handy)는 내셔널세미컨덕터, 인텔, IDT에서 경험을 쌓은 후 1991년부터 2000년까지 데이터퀘스트(현 가트너) 애널리스트, 세미코리서치 이사 등을 역임한 인물입니다. OA로의 리서치 의뢰, 리포트 구매를 원하는 분들은 thelec@thelec.kr 로 메일을 주십시오.
중국 낸드플래시 생산업체 YMTC는 몇주 전 128단 1.33테라비트(Tb) 쿼드레벨셀(QLC) 낸드플래시 칩을 개발했다고 발표했다. 대만 전자 전문매체 디지타임스는 YMTC가 2021년 세계 낸드플래시 시장에서 최소 8% 점유율을 차지할 계획이라고 보도했다.
우리 고객 중 몇몇은 이 발표와 보도를 접하곤 질문을 해 왔다. '가능하냐'는 것이다. YMTC는 아직 시장에서 유의미한 성과를 내지 못했다. 그래서 의문은 더 컸던 것 같다. 작년 9월 YMTC가 양산 시작했다고 발표한 64단 512기가비트(Gb) 칩 샘플도 128단 개발 발표가 있기 불과 몇 주 전에야 리버스 엔지니어링 전문 기업 테크인사이트에 의해 간신히 발견됐다. 우선, 결론부터 말해보자. 8% 점유율 기록이 가능하냐는 질문에 대한 답은 이렇다.
"가능성은 있지만, 희박하다"
코로나19 펜데믹 영향을 받지 않는다는 가정 하에, 2021년 낸드플래시 연간 소비량은 약 690엑사바이트(XB)까지 증가할 것이다. YMTC가 8% 점유율을 차지하려면 최소한 55XB에 달하는 낸드플래시 메모리를 생산해야 한다.
우리는 이미 우한 소재 YMTC의 새로운 공장의 월 웨이퍼 생산 용량이 10만장 수준에 달하도록 설계됐다는 것을 알고 있다. 이는 다른 낸드플래시 공장과 비슷한 규모다. 경제적으로도 가장 효율적인 규모이기도 하다. 물론 나는 이 공장이 가동됐다는 소식을 아직 듣지 못했다. 아래 제시할 수식이 성립하려면 늦어도 올해 말까지는 해당 공장이 100% 가동돼야 한다. 현재 YMTC의 낸드플래시 메모리는 2006년 설립된 파운드리 XMC에서 생산되고 있다.
그렇다면, 한 달에 10만장 웨이퍼로는 무엇을 할 수 있을까? YMTC가 이번에 새롭게 발표한 128단 1.33Tb QLC 칩을 기준으로 삼아보자. 우리가 이 칩 다이(Die) 크기를 추정해낼 수 있다면, 각 웨이퍼가 몇 기가바이트(GB)를 생산할 수 있는지 밝힐 수 있을 것이다.
1.33Tb는 정확하게는 1Tb의 3분의 4 용량이다. 이를 고려하면 YMTC의 1.33Tb QLC 칩은 QLC를 사용하는 1Tb 트리플레벨셀(TLC) 디자인일 가능성이 크다. 아울러 YMTC의 128단 1Tb TLC 칩 다이 크기가 테크인사이트에서 최근 분석한 YMTC의 64단 512Gb TLC 칩과 같다고 가정해보면, 두 배 많은 레이어로 두 배 용량을 구현했다는 뜻이 된다. 테크인사이트 자료를 보면 YMTC 64단 칩의 다이 크기는 약 116㎟였다. OA가 사용하고 있는 웨이퍼당 다이 계산 방법에 따르면 이 정도 면적이면 웨이퍼 한 장에서 최대 533개 칩을 뽑아낼 수 있다. 용량으로 계산하면 웨이퍼당 89테라바이트(TB)가 된다(칩 533개×1.33Tb 혹은 칩당 0.166TB)
시장 점유율 8%를 차지하기 위한 생산 용량이 55XB였다는 점을 고려하면 연간으로 64만8000장의 웨이퍼 생산([55×1024×1024]/89 = 64만8000)해야 한다. 월로 따지면 5만4000장이다. 이 계산법은 수율이 100%라는 가정 하에 성립되는 식이다. 일반적으로 낸드플래시 생산 수율은 성숙 제품의 경우 90%를 웃돈다. YMTC는 수율에 따라 여분 웨이퍼를 추가 투입해야 한다. 즉 이 계산식에서 도출되는 월 5만4000장이라는 숫자 역시 점유율 8%를 차지하기 위한 최소한의 웨이퍼 생산량이라는 의미다.
동일한 계산법으로 완전 반대 상황을 가정해보자. 만약 YMTC가 테크인사이트에서 분석한 64단 512Gb TLC 제품 만을 이용해 8%라는 목표를 달성하려면 최소 월 14만4000장 웨이퍼를 생산해야 한다. 현재 우한 공장의 월 생산 용량이 10만개임을 감안할 때 8%는 달성 불가능한 수치다. OA는 여러 정황을 고려해 YTMC가 64단과 128단 제품을 혼합해서 출하할 것이며 2021년까지 공장 생산량을 극대화함으로써 점유율 8%에 '도전'할 것으로 본다.
그러나 또 한가지 변수가 있다. YMTC가 이러한 작은 다이 크기를 달성하기 위해 독자 기술인 엑스태킹(Xtacking) 기술을 사용하고 있다는 사실이다. 이 칩은 로직 공정에서 별도 생산해야 한다. 이를 받아서 메모리 웨이퍼와 결합하는 구조다. 따라서 또 다른 중요한 문제는 과연 YMTC가 10만개 엑스태킹 웨이퍼를 조달할 수 있느냐다. YMTC와 XMC의 긴밀한 관계를 고려할 때, 엑스태킹 로직 웨이퍼는 XMC가 맡게 될 것이 분명하다. 하지만 XMC의 홈페이지에 기재된 정보에 따르면 그들의 전체 생산량은 월 웨이퍼 6만장에 불과하다. 이미 그 용량의 절반 이상을 기존 고객들에게 할당하고 있다.
중국 최대 파운드리 회사인 SMIC의 총 생산량은 300mm 환산 기준 월 20만장 정도다. SMIC조차도 YMTC 로직 웨이퍼 생산 요구량을 충족하는데 어려움을 겪을 수 있다. SMIC의 경우 해당 프로젝트에 사용할 수 없는 200mm 웨이퍼가 전체 생산 용량의 상당수를 차지하고 있다. YMTC가 8% 점유율 확보를 목표로 삼고 있다면 자체 웨이퍼 생산 외 엑스태킹 로직 웨이퍼 확보 문제로 큰 난관에 봉착할 가능성이 크다.
YMTC가 2021년까지 8%의 시장 점유율을 달성하기 위해서는 다음과 같은 굉장히 어려운 과제들을 모두 수행할 수 있어야 한다.
1 2020년 말까지 새로운 공장 가동률을 극한 수준까지 끌어올린다.
2 2021년 초까지는 128단 제품 양산에 성공해야 한다.
3 64단과 128단 제품 모두 높은 수율을 확보해야 한다.
4 충분한 로직 웨이퍼를 공급받아야 한다.
OA는 YMTC에 행운이 따르기를 바란다. 하지만 예상치 못한 문제가 그들의 성공을 늦출 가능성이 매우 높다는 점 역시 외면하기는 어렵다.
