MRAM의 시대

        최근 AI 산업의 폭발적인 성장과 데이터 센터의 확장으로 인해 기존 메모리 반도체의 핵심 부품인 DRAM의 수요가 급증하여 가격 인상이 이어지고 있다. 여기에 공정 미세화가 물리적 한계에 다다르며 생산 단가가 상승하자, IT 업계는 포스트 DRAM을 찾아나서고 있다. 이러한 흐름 속에서 새롭게 주목받고 있는 기술이 MRAM(자기저항 메모리)이다. 오랫동안 연구실에 머물러 있던 MRAM이 반도체 시장의 차세대 게임 체인저로 떠오른 이유를 알아보고자 한다.

DRAM과의 비교

        MRAM은 전하를 이용해 데이터를 저장하는 기존의 메모리와 달리 자석의 자기적 성질을 이용하여 데이터를 기억하는 차세대 메모리 반도체이다. 기존의 DRAM은 데이터를 저장하는 커패시터에 전자를 채우거나 비우는 방식으로 0과 1을 기록한다. 하지만 시간이 지나면 전자가 빠져나가기 때문에, 데이터를 유지하려면 끊임없이 전력을 공급해 주어야 하는 휘발성이라는 단점이 존재한다. 반면 MRAM은 자석의 N극과 S극 방향을 위아래로 바꾸며 데이터를 기록한다. 자석의 성질을 이용하므로 전원공급이 끊겨도 데이터가 날아가지 않는 비휘발성이 장점이다. 전원을 끄면 데이터가 사라지지만 속도가 빠른 DRAM의 장점과 전원을 꺼도 데이터가 남지만 속도가 느린 낸드플래시의 장점만을 결합한 차세대 메모리이다.

DRAM의 한계점

        완벽해 보이는 MRAM이 스마트폰이나 PC에 DRAM을 대체하여 탑재되지 못하는 이유는 대량생산의 어려움과 높은 단가에 있다. DRAM은 수 십 년간 미세한 공정 기술을 축적하여 작은 칩에 수백억 개의 셀을 집적하여 생산 단가를 극단적으로 낮추었지만, MRAM은 데이터를 저장하는 핵심 소자인 자기터널접합(MTJ)을 만드는 과정이 매우 까다롭다. 자성 물질은 일반적인 반도체보다 깎아내기 어렵고 고용량으로 만들다 보면 간섭 현상이 발생해 오류가 생기기 쉽다. 글로벌 파운더리 기업들이 MRAM 양산에 성공하기는 하였으나 기존 반도체 내부에 소규모로 내장하는 형태에 머물어 있다. 단독 칩으로 고용량 대량생산을 이뤄내기에는 수율과 원가 경쟁력 측면에서 넘어야 할 산이 많이 존재한다.

MRAM이 쓰이는 분야

        고용량 대량 생산에는 한계가 있지만, MRAM은 독보적인 장점 때문에 비용을 감수하더라도 반드시 필요한 특수 목적 분야에서 큰 수요를 창출하고 있다. 전력 소비를 최소화하는 스마트 워치나 센서에 MRAM을 탑재하면 대기 상태에서 전력을 차단하더라도 데이터가 유지되므로 배터리 수명을 늘릴 수 있다. 또한 극한 환경을 견뎌야 하는 우주항공 및 차량용 반도체에서 널리 사용된다. 자성을 이용하는 MRAM은 우주 공간의 방사선이나 자율주행 자동차의 고온환경에서도 데이터가 변형되지 않는 뛰어난 내구성을 바탕으로 사용되고 있다.

        결론적으로 MRAM은 당장 DRAM을 대체할 수는 없다. 고용량 데이터 센터나 범용 PC 시장에서는 압도적인 가성비를 자랑하는 DRAM이 여전히 건재하지만, DRAM의 가격 인상과 전력 소비 문제가 대두될수록, MRAM의 가치는 올라가게 될 것이다. MRAM은 단순히 DRAM의 한계를 메우는 대체재를 넘어 저전력과 신뢰성이 요구되는 우주항공, 자율주행 분야의 반도체 시장을 개척하고 있다. 초기에는 특수 목적의 프리미엄 시장을 중심으로 사용되겠지만, 공정 기술의 발전으로 생산 단가 문제가 해결된다면, 일상 속 모든 전자기기들의 패러다임을 바꾸는 차세대 메모리로 자리잡을 것이다.

Lee Geon-yong (News Editor)

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