하이닉스반도체는 2012년 세계 최고의 반도체 전문회사가 되겠다는 비전을 실현하는데 있어 고도화된 품질 분석을 통한 생산 혁신이 필수적이라고 판단, 통합 품질 분석 시스템인 HiTAS(Hynix Integrated Total Analysis System)를 개발했다. 20TB에 달하는 대용량 분석 데이터의 실시간 처리를 위해, 하이닉스반도체는 한국IBM의 DB2 9을 도입했다. 그 결과 0.05%의 웨이퍼 손실률 감소, 월 105억 원의 매출액 증대 등의 만족스러운 효과를 보고 있다.

주요 특징 - 분야 - Manufacturing - 위치 - 경기도 이천 비즈니스 당면 과제 - 글로벌 기업으로 성장하기 위한 생산 및 품질 혁신 필요; 제품, 팹(Fab), 공정 단계별 품질 분석 기법 표준화 및 공유, 통합 모니터링 필요; 대용량 분석 데이터의 실시간 처리 가능한 DB 인프라 필요; 이기종 인프라의 원활한 마이그레이션 필요 솔루션 구성요소 - IBM DB2 9 비즈니스 이점 - 고급 분석 방법 자동화 및 표준화로 분석 역량 상향 평준화; 품질 분석 정보 공유 및 빠른 의사 결정 가능; 사전 불량 발생 감지 및 불량 발생시 오류 점검 시간 단축으로 웨이퍼 손실률 0.05% 감소; 월 105억 원의 매출액 증대 효과 발생

고객 | 창립 25주년 맞은 하이닉스반도체

1983년 창립, 올해로 25주년을 맞은 하이닉스반도체는 1985년 256KB DRAM 양산을 시작한 후 20여 년 만에 전세계 35개국에 반도체를 수출하는 글로벌 기업이 되었다. 세계 반도체 업계 6위, 세계 메모리 반도체 업계 2위를 점하면서 이제 한국을 넘어, 세계를 대표하는 기업으로 성장한 것이다. 특히 하이닉스반도체는 중국, 인도, 러시아 등 신흥시장에서는 반도체 점유율 1위를 기록하는 등 앞으로의 성장 가능성에 있어 주목받고 있다. 하이닉스반도체는 이에 만족하지 않고 2012년 세계 최고의 반도체 전문회사가 되겠다는 비전을 세우고 R&D와 생산 분야를 혁신하는데 더욱 매진하고 있다.

하이닉스반도체는 이러한 비전을 실현하는데 있어 끊임없는 기술 개발을 통한 공정 혁신과 함께 고도화된 품질 분석을 통한 생산 혁신이 필수적이라고 판단, 통합 품질 분석 시스템인 HiTAS(Hynix Integrated Total Analysis System)를 개발했다.

HiTAS는 기존의 여러 분석 시스템을 하나의 분석 포탈 시스템으로 통합함으로써 품질 데이터 트렌드, 맵 조회, 통계 분석 기능을 통합적으로 제공하는 기간계 인프라다. 특히 하이닉스반도체는 HiTAS를 개발하면서 대용량 데이터의 실시간 처리가 가능한 통합DB와 데이터 웨어하우스(DW), 데이터 마트 구축을 위해 한국IBM의 DB2 9을 도입했다.

▲ 하이닉스반도체 이천공장 전경

요구 | 표준화된 통합 품질 분석 시스템 필요

최근 반도체 업계는 점차 반도체 공정이 섬세해지고 복잡해지면서 생산 단계에서의 품질 향상이 매우 중요한 과제가 되고 있다. 생산 단계에서의 품질 향상이 곧 원가 경쟁력과 생산력 향상의 기반이 되고, 이것이 또한 영업 이익 극대화로 연계되기 때문이다.

하이닉스반도체도 이미 1990년대 말부터 이를 인식해, 각 공정 단위 별로 상세한 모니터링과 분석 리포팅을 통해 불량 원인을 찾아 이를 예방하고 문제를 해결하는 다양한 시스템들을 구축, 운영해왔다.
그러나 품질 분석에 대한 중요성이 커질수록, 요구되는 데이터 분석도 복잡해졌고 그에 발맞춰 분석해야 할 데이터 양이 기하급수적으로 증가했다. 또한 제품, 팹(Fab), 공정 단계별로 필요한 분석 기법이 다른 만큼 통합된 품질 분석 절차의 표준화와 공유 그리고 통합된 모니터링 및 리포팅이 점차 불가능해짐으로써 빠른 품질 분석과 그에 따른 대처가 어려워졌다.

실제 하이닉스반도체는 이천, 청주, 중국 우시, 미국 유진 등에 총 8개의 팹(Fab)을 보유하고 있고, 이 곳에서 DRAM, Nand Flash, CIS(CMOS Image Sensor) 등의 주요 반도체 제품이 각기 공정에 따라 생산된다. 또 하나의 반도체가 완성되려면 약 50일 동안 전체 900개 공정을 거쳐야 할 만큼 반도체 생산 과정은 매우 복잡하고 섬세하다.

결국 하이닉스반도체는 대량의 품질 데이터로 인한 과중한 분석 업무, 빠른 문제 해결을 위한 새로운 분석 기법, 분석 절차 표준화를 통한 원활한 업무 공유 등의 필요성을 인지하고 이를 개선할 수 있는 최적의 통합 품질 분석 시스템 구현을 계획하게 됐다.

해결 | DB2, 대용량 데이터의 빠르고 안정적인 처리 가능

하이닉스반도체는 통합 품질 분석 시스템 구현을 계획하면서 크게 4가지를 고려했다. 처리 속도, 안정성, 마이그레이션 그리고 품질 분석 기법의 표준화/정형화가 그것이다.

우선 하이닉스반도체는 DBMS의 처리 속도가 첫번째 고려 사항이었다. 품질 분석이라는 업무 특성상, 900여 생산 공정에서 실시간으로 모니터링 데이터가 산출되는 만큼 대용량의 데이터를 실시간으로 수집, 분석할 수 있는 빠른 트랜잭션 처리 속도가 필수적이었다. 또 이와 마찬가지로 실시간으로 데이터를 수집, 분석하는 DBMS 시스템에 병목이나 장애가 발생하는 것도 치명적인 사고가 되는 만큼 DBMS의 안정성과 가용성도 반드시 필요한 요소로 검토됐다.

그리고 기존에 하이닉스반도체가 운영하던 품질 분석 관련 모니터링 및 리포팅 시스템이 7개에 달했던 만큼 이들 시스템을 통합된 업무 환경으로, 업무 중단 없이 마이그레이션하는 것도 매우 중요한 요소였다. 특히 7개 시스템의 DBMS, 서버, 스토리지 등 주요 요소가 모두 상이한 제품으로 구성되어 있어 이기종 인프라 간의 마이그레이션 기술과 경험 제공이 필요했다. 또한 이에 덧붙여 효과적으로 통합된 품질 분석 시스템을 구현하기 위해서는 기존에 산재되어 있고, 비정형화되어 있던 현업의 품질 분석 기법을 수렴, 표준화 및 정형화해야 했다. 이러한 고려 사항을 충족할 수 있는 인프라를 다방면으로 검토한 하이닉스반도체는 한국IBM의 DB2를 통합 품질 분석 시스템의 통합 DBMS로 결정했다.

▲ 하이닉스반도체 정보자동화 담당 자동화1팀 박철수 부장

DB2가 대량 데이터 분석에 뛰어난 병렬 아키텍처 기반이고 대용량 데이터의 트랜잭션 처리 속도가 뛰어나고, 무엇보다 세계 3위의 최대 대용량 데이터 처리 시스템인 KT EDW 등의 기술과 경험, 레퍼런스를 보유하고 있다는 신뢰성을 높이 평가했다. 또 이와 함께 기존의 7개 대형 시스템에 대한 성공적인 마이그레이션을 지원할 수 있는 방법론과 기술력, 경험 등도 면밀하게 검토된 결과다. 특히 기존에 운영되던 7개의 품질 분석 관련 시스템의 DBMS가 대부분 DB2가 아니었음을 감안하면, 이번 검증 테스트에서 DB2가 매우 주목할만한 평가를 받은 것임을 짐작할 수 있다.

하이닉스반도체 정보자동화 담당 자동화1팀의 박철수 부장은 “7개 시스템에서 각기 운영되던 분석 데이터를 하나의 시스템으로 통합하는 시스템인 만큼 대용량 데이터의 안정적이고 빠른 수집, 처리, 분석이 중요한 검토 요소였다. 다양한 DBMS를 검토한 결과 DB2가 성능, 안정성, 마이그레이션 테스트 등 모든 측면에서 가장 좋은 평가를 받았다”고 설명했다.

활용 | 20TB의 대용량 DW, 실시간 분석 처리

이러한 검토 과정을 거쳐 하이닉스반도체가 새롭게 구축한 통합 품질 분석 시스템 ‘HiTAS’는 크게 DB 통합 및 연계 분석을 위한 ‘분석 포탈’, 데이터 표준화 및 통합 기반의 ‘품질 DW’, 분석 절차를 지식화 한 ‘분석 워크플로우’, 분석 결과를 보여주는 ‘통합 품질 리포트’ 등으로 구성됐다.

품질 분석 DW는 HiTAS의 핵심 엔진으로, 생산 공정 과정에서 수집되는 다량의 데이터는 물론, 품질 분석시 필요한 MES, 전사 DB, 외부 DB 등도 함께 분석이 용이한 구조로 적재된다. 이렇게 적재된 데이터 량은 1년마다 백업을 하고 있음에도 불구하고 20TB에 달할 만큼 대용량이다.

DW에 적재된 데이터는 데이터마트와 OLAP/Mining과 연계되어 분석되며 이 결과가 통합 품질 리포트를 통해 일/주/월/주제 별로 자동 생성돼 관련자들에게 메일링 된다. 또한 하이닉스반도체가 가장 심혈을 기울여, 고급 품질 분석 전문가들의 지식을 표준화 해 반영한 분석 워크플로우는 분석 기능이 그룹핑되어, 단 한번의 클릭으로 품질 현황 및 분석 결과가 보여지도록 지원된다. 물론 이러한 기능들은 모두 분석 포탈을 통해 싱글사인온(SSO)으로 사용자가 한 번에 모두 이용할 수 있는 일관된 사용자 경험을 제공한다.
현재 일일 총 800명(이천 공장 기준)의 공정, 제조, 품질, 엔지니어링 기술자 및 관련자가 HiTAS에 접속, 20TB에 달하는 DW 정보를 다양한 형태로 분석 요청해 사용한다는 것을 고려하면 DB2의 트랜잭션 처리 속도와 안정성의 우수함을 쉽게 짐작할 수 있다.

하이닉스반도체 정보자동화담당 자동화1팀의 박철수 과장은 “초기 10TB에서 현재 20TB로 데이터가 크게 증가한 상태인데, 현재 분석 처리 성능이 당초 예상 대비 90% 수준에 도달하고 있다. 데이터 용량이 당초 예상했던 것보다 약 2배 증가한 것을 감안하면 성능은 매우 만족스럽다”고 평가했다.

이렇게 DB2가 대용량 데이터의 빠르고 안정적인 분석 처리가 가능한 이유로 하이닉스반도체는 크게 3가지 특성을 꼽았다. 우선 DB2의 병렬 아키텍처에 기반한 병렬 쿼리(Parallel Query) 기능을 통해 대량의 데이터에 대한 쿼리 수행 속도가 빠르다는 점, 타 DB의 페이지 단위가 아닌 테이블 단위로 데이터 압축이 이뤄짐으로써 30~40%의 압축 효과를 제공한다는 점, 그리고 1000개 노드까지 데이터를 분할, 저장할 수 있는 DPF(Data Partitioning Feature) 기능 등이 하이닉스반도체가 평가하는 가장 유용한 DB2의 특장점이다.
효과 | 웨이퍼 손실률 0.05% 감소, 월 150억원 매출액 증대

통합 품질 분석 시스템 ‘HiTAS’ 구축 완료 후 하이닉스반도체는 “매우 만족스럽다”는 자체 평가를 했다. 사전 불량 감지와 불량 발생시의 오류 분석 시간 단축으로 인해 평균 0.05%의 웨이퍼 손실률이 감소되었고, 연 평균 30건의 웨이퍼 손실이 발생했다고 기준했을 때 이를 월 평균 기회 비용으로 산출하니 월 105억 원의 매출액 증대 효과가 발생했다는 결과가 도출됐다. 이는 생산량과 원가 경쟁력, 즉 수율이 곧 경쟁력이 되는 반도체 업계 특성상 매우 주목할만한 ROI(Return on Investment) 분석 결과라고 볼 수 있다.

또한 하이닉스반도체는 이천 공장에 적용한 HiTAS를 청주, 중국 우시 등으로 확대 적용할 계획이다. 이미 청주 공장 중 신규로 구축되는 팹(Fab)에는 HiTAS 적용이 완료됐으며, 곧 오픈을 앞두고 있다. 이러한 측면에서 하이닉스반도체는 신규 Fab 구축시 추가 비용없이 표준화 된 HiTAS를 적용하는데 따른 기회 비용 또한 약 26억 원에 달할 것으로 보고 있다.

하이닉스반도체는 이미 HiTAS가 적용된 이천 공장을 비롯, 청주, 중국 우시 등에 HiTAS 적용이 확대되고 나면, 총 8개 팹에 적용된 HiTAS 중 필요한 데이터만 다시 통합해 글로벌한 통합 품질 분석 시스템을 구축할 계획도 갖고 있다. 이러한 생산 혁신, 품질 혁신의 기반이 마련된 만큼 하이닉스반도체가 세계 최고의 반도체 전문 기업이 될 날도 머지않은 것으로 기대된다.