[서울=뉴스핌] 서영욱 기자 = 삼성전자가 차세대 고대역폭메모리(HBM)인 HBM5에 2나노(GAA) 공정을 적용하며 인공지능(AI) 반도체 시장 공략을 강화한다. HBM4와 HBM4E를 통해 검증한 파운드리 기술력을 바탕으로 메모리와 패키징을 아우르는 통합 경쟁력을 앞세워 AI 반도체 시장 주도권 확보에 나선다는 전략이다.

27일 삼성전자 반도체 뉴스룸에 따르면 구자흠 삼성전자 파운드리사업부 기술개발실장(부사장)은 최근 인터뷰에서 "HBM5 베이스 다이에는 GAA 구조의 2나노 공정을 적용하고, 더 높은 집적도의 TSV 기술을 구현할 계획"이라며 "HBM4E보다 50% 이상 높은 성능과 전력 효율을 확보하는 것이 목표"라고 밝혔다.

HBM은 여러 장의 D램을 수직으로 쌓아 데이터 처리 속도를 높인 AI 반도체 핵심 메모리다. 이 가운데 베이스 다이는 그래픽처리장치(GPU)·중앙처리장치(CPU) 등 프로세서와 HBM을 연결하는 로직 칩이다. HBM4부터는 기존 메모리 공정이 아닌 최첨단 파운드리 공정이 적용되며 성능과 전력 효율을 좌우하는 핵심 요소로 부상했다.

◆ HBM4는 4나노, HBM5는 2나노로 진화
삼성전자는 지난 2월 세계 최초로 HBM4 양산을 시작한 데 이어 5월에는 HBM4E 12단 샘플을 출하했다. 두 제품 모두 삼성 파운드리의 4나노 4세대 공정을 활용한 베이스 다이가 적용됐다.

구 부사장은 "삼성 4나노 공정은 게이트 피치와 임계전압(Vth) 등 다양한 설계 옵션을 제공해 제품 특성에 맞춰 성능과 면적을 최적화할 수 있다"며 "HBM4E는 이를 바탕으로 14Gbps 이상의 고속 동작과 향상된 전력 효율, 방열 성능을 구현했다"고 설명했다.

◆ 메모리·파운드리·패키징 '턴키' 경쟁력
삼성전자는 메모리와 파운드리, 반도체 패키징(TSP)을 모두 보유한 종합 반도체 기업이라는 점도 차별화 요소로 꼽았다. 코어 다이는 메모리 사업부가, 베이스 다이는 파운드리 사업부가 생산한 뒤 패키징까지 자체 수행하는 '턴키(Turn-key)' 체계를 구축해 설계 단계부터 성능과 발열, 수율을 최적화하고 양산 기간과 비용을 줄일 수 있다는 설명이다.

HBM4 개발 과정에서는 모바일 공정과 다른 높은 패턴 집적도 편차를 해결하기 위해 전사 태스크포스(TF)를 구성해 대응했다. 구 부사장은 "HBM4 베이스 다이는 첫 샘플부터 성능과 수율 목표를 모두 달성했고, 약 3개월 만에 개발을 완료했다"며 "후속 제품에도 적용 가능한 새로운 공정 셋업 기준을 마련한 것이 가장 큰 성과"라고 말했다.

◆ AI·전장·로보틱스로 선단 공정 확대
삼성전자는 HBM을 계기로 선단 공정 경쟁력도 강화하고 있다. 세계 최초 GAA 기반 3나노 양산에 이어 지난해 하반기 2나노 1세대 공정 양산을 시작했으며, 올해 하반기에는 수율과 성능을 개선한 2세대 2나노 공정 기반 모바일 제품 양산도 추진한다.

수요처도 모바일 중심에서 AI·고성능컴퓨팅(HPC), 자동차, 로보틱스 등으로 확대되고 있다. 삼성전자는 테슬라의 2나노 차량용 반도체를 수주한 데 이어 AI·HPC와 클라우드서비스제공자(CSP) 고객 확보를 확대하고 있으며, 실리콘 포토닉스와 첨단 패키징을 결합한 차세대 광반도체(CPO) 기술도 개발 중이다.

구 부사장은 "HBM4에서 확보한 경험과 기술 경쟁력을 바탕으로 HBM5에서도 2나노 공정을 선제 적용해 기술 리더십을 강화할 것"이라며 "모바일뿐 아니라 AI, 전장, 로보틱스 등 다양한 분야로 고객 협력을 확대해 나가겠다"고 말했다.

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