글로벌 반도체업체들이 ‘없어서 못판다’는 3D 낸드플래시 공급 확대를 위해 대규모 투자에 나섰다.

업계 선두주자인 삼성전자는 화성과 평택에서 3D 낸드 생산 확대에 나섰고 SK하이닉스도 청주공장을 통해 연내 48단 3D 낸드 판매를 시작할 방침이다. 여기에 도시바와 중국 업체들까지 공격적인 투자에 나서면서 시장 경쟁이 본격화되는 양상이다.

글로벌 업체들의 3D 낸드 투자 현황. ⓒ하나금융투자

10일 관련업계에 따르면 최근 정보기술(IT) 제품들의 데이터 용량이 급증하면서 낸드플래시 수요가 크게 증가하고 있다.

낸드플래시는 메모리 반도체의 한 종류로 휘발성 메모리인 D램과 달리 전원을 꺼도 데이터가 날아가지 않는 비휘발성 메모리다. 컴퓨터 저장장치인 SSD(솔리드 스테이트 드라이브)를 비롯해 스마트폰, 디지털카메라, 태블릿 등에 폭넓게 사용되는 낸드플래시는 향후 D램을 넘어설 메모리 제품으로 각광받고 있다.

업계가 주목하고 있는 3D 낸드플래시는 평면(2D) 위에 회로를 배열하는 방식 대신 3차원(3D) 수직구조로 회로를 쌓아올려 집적도를 높인 기술이다. 집적도에 따라 32단, 48단, 64단 순으로 발전한다.

2D 낸드에 비해 속도가 빠르고 용량을 크게 늘릴 수 있다는 장점 때문에 3D 낸드 수요는 점차 증가하고 있다. 특히 클라우드와 빅데이터, 사물인터넷(IoT)의 확산으로 서버에 들어가는 SSD 용량이 급증하면서 3D 낸드 수요도 덩달아 증가하자 업계는 3D 낸드 공급 확장에 나선 상황이다.

시장조사업체 IHS는 낸드 업체들의 3D 낸드 생산비중이 2015년 6.7%에서 2016년 23.6%, 2017년 57.8%로 늘어날 것으로 전망했고 올해 전 세계 낸드 투자금액은 130억달러(14조8300억원)로 내다봤다. 내년에는 142억달러(16조2000억원)까지 확대될 전망이다.

3D 낸드의 중요성이 점차 커지는 가운데 현재 이 기술을 선도하고 있는 곳은 삼성전자다. 삼성전자는 지난해 4분기부터 48단 낸드 생산을 시작했다.

경쟁사인 도시바, 마이크론, 인텔 등은 48단 양산에 어려움을 겪고 있는 가운데 이들과 뚜렷한 기술 격차를 보이고 있는 삼성전자는 지난 2분기 낸드 시장 점유율 36.3%로 1위를 차지했다. 삼성전자는 이 같은 경쟁우위를 굳히기 위해 중국 시안, 경기 화성 17라인에 이어 세계 최대 규모로 건설 중인 평택 반도체공장에서도 3D 낸드를 생산하기로 했다.

삼성전자는 당초 계획보다 3개월 앞당겨 평택 공장을 연내 완공하고 내년 중반부터 64단 3D 낸드 양산에 돌입한다는 계획이다. 삼성은 지난 2013년 8월 32단 제품 양산을 시작했고 작년 4분기부터 48단 낸드를 생산 중이다.

김록호 하나금융투자 연구원은 “평택 공장은 월 12만장의 웨이퍼 투입이 가능한 정도의 규모로 파악되며 2017년 내에 최소 월 3~6만장 이상의 라인을 확보할 것으로 예상된다”고 설명했다.

SK하이닉스도 북미 고객사 인증이 마무리되면서 올해 안으로 48단 3D 낸드 제품을 본격적으로 생산할 계획이다. 또한 내년 상반기에는 72단 제품 개발을 완료해 하반기부터 양산에 들어간다.

SK하이닉스는 D램, 낸드 등 메모리 반도체의 순조로운 생산을 위해 지난해 8월 이천에 M14 공장을 완공했다. 1층에서는 D램을 생산 중이며 2층은 낸드 생산 라인을 만들기 위해 준비 중에 있다.

내년 상반기 M14 낸드 생산 라인이 본격적으로 가동되면 SK하이닉스의 3D 생산량도 급증할 것으로 보인다. 지난 2분기까지 글로벌 낸드 시장에서 SK하이닉스의 점유율은 10.3%로 삼성, 도시바, 웨스턴디지털, 마이크론에 이어 5위를 차지했지만 내년에는 어떻게 순위가 뒤바뀔지 알 수 없다.

국내 업체들이 공격적 투자에 나서자 낸드업계 2위인 도시바도 최근 대대적인 설비 증설을 공표했다. 내년 2월 일본 시가(滋賀)현 요카이치(八日)에 3D 낸드 공장 착공에 들어갈 예정이다.

도시바는 이 곳에서 3D 낸드를 집중적으로 양산해 업계 1위인 삼성전자를 빠르게 추격한다는 전략이다. 다만 도시바는 48단 3D 낸드에서도 아직 제대로 된 성과를 보이지 못하고 있어 삼성과의 기술 격차를 줄이는 데는 시간이 걸릴 것으로 업계는 분석한다.

‘반도체 굴기’를 선언한 중국도 낸드 투자에 박차를 가한다. 중국 칭화유니그룹의 자회사 유니스플렌더가 최대주주로 있는 웨스턴디지털은 최근 낸드 생산업체 샌디스크를 인수하면서 사실상 낸드 시장에 진입했다.

또 중국 최대 반도체 위탁생산(파운드리) 업체 중 하나인 XMC가 낸드 시장 진출을 준비하고 있고 칭화유니그룹도 미국 마이크론과의 협력을 통해 3D 낸드 캐파 증설에 나선다.

김민지 신한금융투자 연구원은 “내년 상반기까지는 3D 낸드 생산 부족으로 공급에 한계가 있어 수요 초과가 지속될 것”이라며 “다만 오는 2018년부터 중국 업체들의 투자가 시작되면 3D 낸드 시장은 치킨게임에 돌입할 것으로 보인다”고 예상했다.

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