D램 혁명 임박: 삼성전자·SK하이닉스, 4F²와 3D D램으로 10나노 이하 시장 선점 노린다

삼성전자와 SK하이닉스는 차세대 D램 기술인 4F² D램과 3D D램 개발에 속도를 내고 있으며, 이르면 2025년 내 4F² D램 시제품을 완성해 검증에 돌입할 계획입니다. 이는 기존 평면 D램의 미세화 한계를 극복하기 위한 전략으로, 반도체 집적도를 높이고 성능, 전력 효율, 데이터 이동 속도를 획기적으로 개선하는 것을 목표로 합니다.

4F² D램과 3D D램의 기술적 특징

D램은 데이터를 저장하는 기본 단위인 셀(cell)로 구성되며, 셀의 면적은 반도체 최소 선폭(F)을 기준으로 F²로 표현됩니다. 현재 주류인 6F² 셀(비트라인 3F, 워드라인 2F) 대비 4F² D램은 셀 면적을 2F x 2F로 줄여 집적도를 약 33% 높이고, 트랜지스터를 수직 게이트(VG) 구조로 전환해 전기적 특성을 개선합니다. 여기에 웨이퍼 본딩 기술을 적용, 주변 회로를 셀 하단에 배치해 효율성을 극대화합니다.

3D D램은 4F² 구조를 기반으로 셀을 수직으로 적층해 용량과 성능을 더욱 끌어올리는 기술입니다. 삼성전자와 SK하이닉스는 4F² D램을 먼저 개발해 안정성을 검증한 뒤, 이를 바탕으로 3D D램으로 전환할 계획입니다. 삼성전자는 10나노급 7세대(1d) D램 이후, SK하이닉스는 그 다음 세대인 1e D램부터 4F² 구조를 적용할 전망입니다. 이로 인해 3년 내(2028년경) 수직 구조 D램 양산이 가능할 것으로 예상되며, 기존 대비 성능은 약 50% 향상될 것으로 보입니다.

시장 및 기술적 배경

현재 D램 시장은 10나노급(1b~1c) 공정에서 경쟁 중이며, 삼성전자(12.8나노), SK하이닉스(12.8나노), 마이크론(13.3나노)이 선두를 다투고 있습니다. 하지만 10나노 이하 공정에서는 미세화 비용 증가와 물리적 한계로 인해 기존 평면 구조의 한계가 뚜렷해지고 있습니다. 이를 극복하기 위해 삼성전자와 SK하이닉스는 4F²와 3D D램으로의 전환을 선택했으며, 마이크론은 4F² 단계를 생략하고 3D D램으로 직행하는 전략을 채택했습니다.

삼성전자는 수직 채널 트랜지스터(VCT)와 게이트 올 어라운드(GAA) 구조를 활용해 장기 신뢰성과 3D 적층 확장성을 강화하며, SK하이닉스는 공정 리스크를 줄인 VG 구조로 빠른 양산을 우선시하고 있습니다. 두 기업 모두 미국 어플라이드 머티어리얼즈(Applied Materials) 등 글로벌 장비사와 협력해 공정 안정성을 확보하고 있습니다.

투자자 관점에서 중요한 포인트

1. 시장 트렌드: AI 데이터센터와 고성능 컴퓨팅(HPC) 수요 증가로 고집적·저전력 D램 수요가 급증하고 있으며, 4F²와 3D D램은 이 시장을 선점할 핵심 기술로 평가됩니다. 2025년 글로벌 D램 시장은 약 1000억 달러(약 138조 원) 규모로 전망됩니다.
2. 재무적 영향: 삼성전자와 SK하이닉스의 4F² 및 3D D램 개발 성공 시, HBM(고대역폭 메모리)과 함께 D램 시장 점유율 확대와 매출 성장이 기대됩니다. SK하이닉스는 2025년 1분기 D램 점유율 36%로 1위를 기록했으며, 삼성전자는 HBM4 개발로 반격을 준비 중입니다.
3. 미래 전망: 2028년경 4F² 및 3D D램 양산 시, 기존 대비 50% 성능 향상과 전력 효율 개선으로 AI 및 HPC 시장에서의 경쟁력이 강화될 전망입니다. 이는 중장기적으로 기업 밸류에이션을 끌어올릴 가능성이 큽니다.

투자 아이디어

4F²와 3D D램 개발은 삼성전자와 SK하이닉스의 기술 초격차를 유지하며 글로벌 D램 시장을 선도할 기회를 제공합니다. 투자자들은 다음 포인트에 주목해야 합니다:

1. AI 및 HPC 시장 수혜: AI 데이터센터와 HPC 수요 증가로 고성능·저전력 D램의 필요성이 커지고 있습니다. 4F² D램은 집적도와 전력 효율 개선으로 이 시장을 공략할 핵심 기술입니다.
2. 기술 선도와 시장 점유율 확대: 삼성전자와 SK하이닉스의 4F² 및 3D D램 개발 성공 시, 마이크론과의 기술 격차를 벌리며 시장 점유율을 강화할 가능성이 큽니다. 특히 SK하이닉스는 HBM3E 독점 공급과 1c D램 조기 안정화로 단기 모멘텀을 보유하고 있습니다.
3. 공정 장비 및 소재 밸류체인 기회: 4F²와 3D D램의 공정 난이도 증가로 웨이퍼 본딩, EUV 리소그래피, 신소재 관련 장비 및 소재 기업들의 수주 증가가 예상됩니다.
4. 리스크 관리: 4F² D램의 높은 공정 난이도와 제조 비용 증가, 양산 지연 가능성은 주요 리스크입니다. 또한, 글로벌 경기 둔화와 반도체 수요 변동성은 단기 주가 변동성을 키울 수 있습니다.

관련 테마

• 반도체: AI와 HPC 중심의 고성능 메모리 수요 증가.
• AI 데이터센터: 고대역폭 및 저전력 D램의 핵심 시장.
• 첨단 공정: EUV, 웨이퍼 본딩 등 차세대 공정 기술.

리스크

• 4F² 및 3D D램의 공정 난이도로 인한 개발 지연 또는 비용 초과.
• 글로벌 반도체 수요 감소로 인한 매출 변동성.
• 마이크론의 3D D램 직행 전략에 따른 경쟁 심화.

관련된 주식 종목

4F² 및 3D D램 개발은 삼성전자, SK하이닉스, 그리고 관련 공정 장비 및 소재 밸류체인 기업들에 직접적 수혜를 가져올 가능성이 높습니다. 아래는 추천 종목과 그 이유입니다.

종목명국가설명

삼성전자	한국	4F² VCT와 3D D램 개발로 기술 초격차 재확립, HBM4 양산으로 시장 반격.
SK하이닉스	한국	4F² VG와 HBM3E 독점 공급으로 D램 점유율 1위, 3D D램으로 중장기 성장.
어플라이드 머티어리얼즈	미국	4F² 및 3D D램 공정에 필요한 EUV, 웨이퍼 본딩 장비 공급으로 수혜.

• 삼성전자: 4F² VCT와 GAA 구조로 3D D램 확장성을 강화, 2025년 하반기 HBM4 양산 목표로 시장 점유율 회복을 노림.
• SK하이닉스: 4F² VG와 HBM3E 독점 공급으로 단기 실적 모멘텀 보유, 2026년 1c D램 양산으로 기술 선도.
• 어플라이드 머티어리얼즈(Applied Materials): 4F² 및 3D D램의 고난도 공정에 필수적인 EUV 장비와 웨이퍼 본딩 솔루션 공급으로 안정적 수주 성장 기대.