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삼성전자 'HBM4' 승부수
4나노 파운드리서 양산
내년부터 초미세 공정 적용
맞춤형 칩으로 'HBM 역전'
삼성전자가 내년에 내놓는 6세대 고대역폭메모리(HBM4)를 최첨단 4나노미터(㎚·1㎚=10억분의 1m) 파운드리(반도체 수탁생산) 공정에서 양산한다.그동안 업계에서 예상한 7~8㎚보다 훨씬 고도화한 공정으로 제작하기로 한 것이다.삼성은 초미세 공정을 통해 경쟁사를 압도하는 고성능·저전력 HBM4를 생산해 SK하이닉스에 내준 HBM 패권을 되찾는다는 계획이다.
15일 반도체업계에 따르면 삼성전자는 차세대 HBM인 HBM4의 로직 다이 제작에 4㎚ 파운드리 공정을 활용하기로 했다.로직 다이는 D램을 쌓아 만드는 HBM의 가장 밑단에 배치되는 핵심 부품으로 D램을 컨트롤하는‘두뇌’역할을 한다.HBM3E까지는 메모리반도체 기업이 로직 다이를 제조했지만,HBM4부터는 각각의 고객사가 요구하는 기능을‘맞춤형’으로 넣어야 하기 때문에 파운드리 공정을 반드시 거쳐야 한다.메모리 사업만 하는 SK하이닉스가 파운드리 최강자인 대만 TSMC와‘HBM4 동맹’을 맺은 이유다.
4㎚ 파운드리는 70%가 넘는 수율을 자랑하는 삼성전자의‘간판 공정’이다.갤럭시 S24의 두뇌 역할을 하는‘엑시노스 2400’칩도 이 공정으로 제조한다.나노미터 숫자가 낮을수록 똑같은 크기의 웨이퍼에 더 많은 회로를 그려 넣을 수 있는 만큼 연산 속도는 빨라지고 전력 사용량은 줄어든다.
반도체업계 관계자는 “4㎚ 공정은 7~8㎚에 비해 비용이 많이 들지만 칩 성능과 전력 사용량 측면에서 엄청난 강점이 있다”며 “10㎚대 공정으로 HBM3E를 제작하는 삼성이 단번에 4㎚를 적용하기로 했다는 것은‘HBM 역전’을 위해 승부수를 던진 것”이라고 말했다.
HBM4부터 파운드리 첫 적용…7·8나노 건너뛰고 4나노로 승부
비용 올라도 고성능 저전력 실현…SK는 TSMC와 5나노로 대응
‘삼성전자 vs SK하이닉스+TSMC’
내년부터 양산에 들어가는 6세대 고대역폭메모리(HBM4) 시장의 경쟁 구도다.HBM4부터는 D램을 쌓아 만드는 HBM의 가장 밑단‘로직 다이’를 파운드리(반도체 수탁생산) 공정에서 제조한다.HBM은 세계에서 가장 잘 만들지만,파운드리를 할 줄 모르는 SK하이닉스는 HBM4 시장을 잡기 위해 세계 1위 파운드리 기업 TSMC와 손을 잡았다.
강자끼리의 연합에 삼성전자는 파운드리와 HBM 제작·칩 설계를 혼자서 다 할 수 있는‘종합 반도체 기업’으로서의 강점을 활용하기로 했다.HBM을 담당하는 메모리사업부와 최첨단 공정에 능한 파운드리사업부가 협력해 시너지를 내기로 한 것.그렇게 탄생한 첫 프로젝트가‘4나노미터(㎚·1㎚=10억분의 1m) 공정을 활용한 로직 다이 제작이다.
○HBM 역전 위한 승부수
당초 업계에선 삼성전자가 HBM4 로직 다이 제작에 7㎚ 또는 8㎚ 파운드리 공정을 활용할 것이란 관측이 많았다.HBM 제작에 파운드리 공정을 적용하는 건 HBM4가 처음인 만큼 무리하지 않을 가능성이 높다는 이유에서였다.2019년께 양산을 시작한 7㎚는 5년 이상 활용 경험이 쌓인 덕분에 안정적인 공정으로 꼽힌다.
삼성은‘안정’대신‘도전’을 선택했다.SK하이닉스가 꽉 잡고 있는 HBM 시장의 판을 흔들려면 승부수를 던져야 한다는 판단에서였다.4㎚는 작년부터 적용되기 시작한 공정으로,
챔피언스리그 수국맛난도가 높고 투입되는 자원도 구형 공정의 2배 이상 든다.하지만 고성능·저전력 칩을 만들 수 있다는 장점도 확실하다.
삼성의 4㎚ 결단은 HBM의 두뇌 역할을 하는 로직 다이의 성능을 끌어올려 경쟁사를 압도하는 HBM을 만들기 위한 것이다.HBM이 들어가는 인공지능(AI) 가속기(AI 학습·추론에 특화된 반도체 패키지)가‘전기 먹는 하마’취급을 받자 엔비디아,
챔피언스리그 수국맛AMD 등으로부터 “저전력 HBM을 개발해달라”는 요구와 “대용량 데이터를 빠르게 처리할 수 있게 성능을 높여달라”는 주문에 대응하려면 4㎚가 제격이라고 판단한 것이다.
4㎚ 공정은 고객사의 까다로운 요구를 맞출 수 있는 카드로 꼽힌다.삼성전자는 지난해 4㎚ 공정을 활용해 세계 최초의 AI폰으로 불리는‘갤럭시 S24’용 애플리케이션프로세서(AP)‘엑시노스 2400’을 양산한 경험이 있다.삼성 입장에서 4㎚ 공정은‘에이스 투수’처럼 상대방을 압도하는 성능을 낼 수 있는‘필승 카드’인 셈이다.
○SK,TSMC도‘5㎚’활용 계획
SK하이닉스,TSMC와 달리 팹리스(반도체 설계전문 기업)로 불리는 설계에 특화된 조직‘시스템LSI사업부’를 삼성이 갖고 있는 것도 4㎚를 선택한 배경으로 꼽힌다.4㎚ 공정에서 최고의 성능을 뽑아내기 위해선 로직 다이를 설계할 때부터 최적화해야 하는데,삼성은 한 지붕 아래에서 이 모든 걸 다 할 수 있다.
삼성전자 고위 관계자는 “TSMC,SK하이닉스와 달리 설계 인력이 HBM4 제작에 참여할 수 있다는 게 삼성만의 차별화된 강점”이라고 설명했다.삼성전자는 최근 조직된 HBM개발팀에 시스템LSI사업부 소속 인력을 배치한 것으로 알려졌다.
SK하이닉스·TSMC 연합군도 발 빠르게 움직이고 있다.두 회사는 삼성전자에 대응하기 위해 HBM4 로직다이 제작에 당초 계획했던 12㎚ 공정과 함께 5㎚ 공정도 병행하기로 했다.HBM4 성능을 높이기 위한 인력 확충에도 나섰다.
SK하이닉스는 15일까지 로직 설계 관련 경력직을 채용했다.
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