삼성전자, 엔비디아향 HBM4 최종 평가 단계 돌입

2.5D 패키징 신뢰성 확보 관건...내년 초 성패 윤곽

삼성전자가 엔비디아향 HBM4(6세대 고대역폭메모리) 공급을 위한 마지막 단계에 들어선다. 이달부터 실제 AI칩과 최종 HBM 샘플을 패키징 및 테스트하는 과정에 착수할 것으로 파악됐다.

그간 삼성전자가 HBM4 성능 및 수율 향상에서 많은 진전을 이뤄냈으나, 현재로서는 HBM4의 적기 상용화 가능성을 단언하기에는 무리가 있다는 평가가 있었다. 엔비디아가 요구하는 충분한 물량의 샘플로 테스트를 거치지 않아, 초기 결과만을 확인할 수 있었기 때문이다.

테스트 일정을 고려하면 삼성전자 HBM4의 상용화 윤곽이 드러나는 시점은 빨라야 내년 1분기께가 될 전망이다. 주요 경쟁사인 SK하이닉스 역시 내년 초까지는 패키징 단에서의 테스트를 지속할 것으로 관측된다.

삼성전자의 HBM3E 및 HBM4(사진=장경윤 기자)

삼성전자, HBM4 상용화 위한 마지막 평가 목전

3일 지디넷코리아 취재에 따르면, 삼성전자는 이달부터 엔비디아향 HBM4 최종 샘플에 대한 2.5D 패키징 테스트를 진행할 계획이다.

HBM4는 엔비디아가 내년 하반기 출시할 예정인 차세대 AI 가속기 '루빈'에 처음으로 탑재되는 차세대 HBM이다. 삼성전자를 비롯해 SK하이닉스, 마이크론이 엔비디아로부터 대량으로 샘플을 요청받은 바 있다.

이에 삼성전자는 지난 9월 말부터 엔비디아향으로 CS(커스터머샘플; 양산용으로 평가하는 샘플) 초도 물량을 공급했다. 이후 지난달 최종 샘플에 대한 추가 공급을 실시하며, 엔비디아가 요구하는 샘플 물량을 일정 수준 충족한 것으로 알려졌다.

CS 샘플 테스트의 핵심은 2.5D 패키징에 있다. 2.5D 패키징은 HBM과 루빈 칩 같은 AI 가속기를 기판에 실장하는 공정으로, 가운데에 칩과 기판을 연결해주는 얇은 막(인터포저)를 삽입한다. 엔비디아의 경우 대만 주요 파운드리인 TSMC에 이 공정을 맡긴다. TSMC는 자체적으로 개발한 2.5D 패키징 기술인 'CoWoS(칩-온-웨이퍼-온-서브스트레이트)' 양산 라인을 보유하고 있다.

최종 HBM4 샘플이 2.5D 패키징 및 테스트에 돌입한 만큼, 삼성전자는 HBM4의 제품 상용화를 위한 마지막 단계에 접어든 것으로 평가 받는다. 다만 아직까지 삼성전자의 HBM4 상용화 여부를 판단하기에는 이르다는 게 업계의 시각이다. HBM4 자체에 오류가 없더라도, 실제 루빈 칩과의 연결성을 확인하는 2.5D 패키징에서 오류가 발생하면 양산이 불가능하기 때문이다.

해당 사안에 정통한 관계자는 "삼성전자의 최종 HBM4 샘플이 이달부터 2.5D 패키징 및 완성품에 대한 테스트를 받을 예정"이라며 "테스트 일정을 고려하면 빨라야 내년 1분기께 실제 상용화 여부에 대한 윤곽이 드러날 것으로 보인다"고 설명했다.

반도체 패키징 업계 관계자는 "실제 AI 반도체 제조에는 HBM과 AI 가속기, 각종 보조 칩들을 모듈화해서 전체적으로 신뢰성을 봐야하기 때문에 HBM 자체 수율 및 성능과는 결이 다르다"며 "루빈 칩의 상용화 과정에서 CoWoS가 가장 중요한 요소"라고 말했다.

SK하이닉스의 HBM4 제품(사진=SK하이닉스)

2.5D 패키징 신뢰성 확보까지 속단은 '금물'…내년 초 윤곽

실제로 삼성전자에 앞서 먼저 HBM4 샘플을 공급했던 SK하이닉스도 2.5D 패키징 및 테스트 하는 과정에서 여러 개선 작업이 필요했던 것으로 파악됐다.

SK하이닉스가 최근 해외 IR 행사를 통해 "HBM4에 대한 재설계, 인증 지연 문제는 없다"고 밝혔으나, 일부 국지적인 문제 해결을 위해 개선품을 지속해서 만들어왔다는 게 업계의 전언이다.

해당 사안에 정통한 관계자는 "엔비디아의 칩 성능 상향 요구, 이전 세대 대비 HBM4의 I/O(입출력단자) 2배 증가 등으로 CoWoS 단에서 해결해야 할 이슈들이 계속 발생해 왔다"며 "다만 현재는 SK하이닉스가 개선된 샘플 설계를 완료한 상태로, 내부에서도 심각한 위기로 인지하지 않는 것으로 안다"고 밝혔다.

결과적으로 SK하이닉스 역시 내년 초까지 HBM4 최종 샘플에 대한 2.5D 패키징 테스트를 지속할 전망이다.

현재 엔비디아가 메모리 공급사에 제시한 HBM4 공식 퀄(품질) 테스트 일정 완료 시기는 내년 1분기 말로, 그 전까지는 메모리 공급사 모두 HBM의 안정화 및 수율 개선에 총력을 기울일 것으로 관측된다.

반도체 업계 관계자는 "SK하이닉스가 HBM4 최종 샘플에 대한 테스트를 가장 먼저 진행한 만큼 가장 앞서 있으나, 모든 불확실성이 제거되는 시점은 내년 1분기"라며 "루빈 상용화를 위한 각 요소에 필요한 기술의 난이도가 상당히 높아 업계 예상보다 HBM4 및 루빈의 양산 일정이 전체적으로 밀릴 가능성도 높아졌다"고 설명했다.