[심층분석] “기다림 없는 업데이트”… PCM이 플래시를 압도하는 이유

상변화 메모리 기반 OTA 기술의 경제적·기술적 우위 분석: 쓰기 속도 100배 및 무중단 업데이트 구현

[아이씨엔 오승모 기자] 자동차가 소프트웨어 정의 차량(SDV)으로 진화함에 따라, 무선 업데이트(OTA) 기술은 차량의 상품성과 성능을 결정짓는 핵심 지표가 되었다. 그동안 차량용 마이크로컨트롤러(MCU)에는 주로 플래시 메모리(Flash Memory)가 적용되어 왔으나, 최근 상변화 메모리(PCM)가 이를 빠르게 대체하는 추세다. PCM이 플래시 메모리 대비 보유한 기술적, 경제적 우위를 세부적으로 분석했다.

즉시 쓰기(Write-in-Place) 아키텍처를 통한 연산 효율 극대화

기존 플래시 메모리 아키텍처의 가장 큰 제약은 선 삭제 후 쓰기(Erase-before-Write) 구조에 있다. 플래시 메모리는 신규 데이터 저장 전, 기존 데이터를 블록(Block) 단위로 선행 삭제해야 하므로 필연적인 지연 시간과 전력 소모가 발생한다. 반면, PCM은 데이터 삭제 공정 없이 신규 정보를 직접 덮어쓰는 즉시 쓰기(Write-in-Place)가 가능하다.

이러한 특성은 OTA 환경에서 압도적인 성능 차이를 만든다. 플래시 메모리는 업데이트 오류 대응을 위해 여분의 공간을 확보하는 A/B 뱅킹 구조가 필수적이며, 이는 전체 시스템의 자원 낭비를 초래한다. 그러나 PCM은 바이트(Byte) 단위의 미세 접근이 가능하여 변경된 데이터만 신속하게 업데이트할 수 있다. 이는 업데이트 속도를 최대 100배까지 향상시키며, 차량 가동 중단 시간(Downtime)을 획기적으로 단축하는 기반이 된다.

시스템 최적화와 내구성 확보를 통한 경제적 가치 창출

경제적 관점에서 PCM의 우위는 총소유비용(TCO) 절감으로 요약된다. 플래시 메모리 기반 시스템은 OTA 구현을 위해 실제 소프트웨어 용량의 2배에 달하는 물리적 메모리를 확보해야 하므로 비용 상승이 불가피하다. 반면 PCM은 아키텍처 특성상 메모리 용량 낭비를 최소화할 수 있어, 반도체 솔루션의 가격 경쟁력을 확보하는 데 유리하다.

내구성 측면에서도 PCM은 강력한 이점을 보유한다. 물리적 마모가 심한 플래시 메모리와 달리, PCM은 쓰기 수명이 10배 이상 길어 차량의 전체 생애 주기 동안 고도로 안정적인 성능을 유지한다. 이는 메모리 노후화로 인한 리콜 위험과 부품 교체 비용을 낮추는 핵심 요인이 된다. 결과적으로 PCM은 제조사에게는 원가 절감의 기회를, 소비자에게는 신속하고 안전한 업데이트 경험을 제공하는 최적의 솔루션이다.

[분석] 주요 업체 차세대 전장 메모리 전략

ST마이크로일렉트로닉스가 최근 발표한 Stellar MCU에서 적용된 PCM은 OTA X2 모드로 논리 비트당 2 물리 셀을 활용한다. 20MB 메모리가 업데이트 시 40MB로 확장되어 단일 이미지 비용과 듀얼 이미지 신뢰성을 동시에 제공한다.

가장 큰 특징은 업데이트 후 이전 이미지를 자동 삭제해 메모리 낭비를 없애고, 오류 시 롤백이 즉시 가능하다. 이는 SDV의 존·도메인 아키텍처에서 필수적인 무중단 업데이트를 실현하는 것이 가능하다. ST의 Stellar 시리즈(P3E, SR6)는 PCM 기반 xMemory로 AI·ADAS 애플리케이션을 지원하며, 2025년 양산 돌입했다.

삼성과 SK, ST와는 다른 길을 걷는다

이렇듯 ST가 28나노(nm) 공정에서 상변화 메모리(PCM)를 탑재한 MCU로 시장을 선점하고 있는 가운데, 국내 반도체 거인인 삼성전자와 SK하이닉스는 각기 다른 기술 경로와 시장 대응 전략을 펼치고 있어 주목된다.

삼성전자는 PCM의 대안으로 내장형 M램(eMRAM)을 선택해 초미세 공정으로 정면 돌파를 시도하고 있으며, SK하이닉스는 차량의 ‘지능화’에 필수적인 고성능 D램과 HBM(고대역폭 메모리) 시장에 화력을 집중하는 모양새다.

1) 삼성전자, PCM 건너뛰고 ‘eMRAM’으로 5나노 로드맵 완성

삼성전자는 과거 모바일용 PRAM(PCM의 삼성 명칭)을 양산했던 경험이 있음에도 불구하고, 차세대 전장용 임베디드 메모리로는 eMRAM(내장형 자기저항 메모리)을 낙점했다. 이는 28나노 수준에 머물러 있는 PCM과 달리, M램이 14나노 이하 초미세 공정에서도 구현하기에 더 유리하다는 판단 때문이다.

삼성전자의 전장 파운드리 로드맵에 따르면, 2024년 14나노 eMRAM 개발을 완료한 데 이어 2026년 8나노, 2027년 5나노 공정까지 eMRAM 포트폴리오를 확대한다. 이는 ST마이크로의 28나노 PCM 기반 MCU보다 훨씬 높은 집적도와 낮은 소비 전력을 제공하겠다는 전략이다. 특히 삼성의 eMRAM은 플래시 메모리보다 쓰기 속도가 1,000배 빠르고 고온(AEC-Q100 Grade 1)에서도 데이터 안정성이 뛰어나, 소프트웨어 정의 차량(SDV)의 핵심인 쾌적한 OTA(무선 업데이트) 환경을 제공할 최적의 솔루션으로 꼽힌다.

2) SK하이닉스, ‘자동차도 AI 서버다’… LPDDR5X와 HBM에 집중

반면 SK하이닉스는 MCU에 내장되는 임베디드 메모리보다는 자율주행 연산을 처리하는 고성능·고용량 외장 메모리 시장에 집중하고 있다. 자율주행 단계가 높아질수록 차량은 하나의 ‘달리는 AI 서버’가 되는데, 이때 필요한 방대한 데이터를 처리하기 위해서는 고성능 D램이 필수적이기 때문이다.

SK하이닉스는 차세대 전장용 D램인 LPDDR5X 및 LPDDR6와 더불어, 업계 최초로 전장용 HBM(고대역폭 메모리) 시장의 문을 두드리고 있다. 2026년 반도체 슈퍼사이클과 맞물려 자동차용 메모리 부족 현상이 예견되는 가운데, SK하이닉스는 단순 저가형 칩보다는 엔비디아(NVIDIA) 등 글로벌 AI 반도체 기업과의 협력 경험을 바탕으로 고부가가치 전장 메모리 솔루션을 우선적으로 공급하는 전략을 취하고 있다.