삼성전자, '맞춤형 HBM' 두뇌에 2나노 첫 적용…성능 우위 총력

고객 수요에 맞춰 2~4나노 공정 설계...글로벌 빅테크 시장 공략 나서

삼성전자가 고객사 맞춤형(커스텀) HBM 시대에 대응하기 위한 또 한번의 기술 혁신에 나선다. HBM의 '두뇌' 역할을 담당하는 로직(베이스) 다이에 최첨단 파운드리인 2나노미터(nm) 공정을 적용할 계획인 것으로 파악됐다.

앞서 삼성전자는 올해 상용화를 앞둔 HBM4(6세대 HBM)용 로직 다이에 경쟁사 대비 고도화된 4나노 공정을 적용한 바 있다. 차세대 제품에서도 초미세 공정을 통한 성능 우위를 지속하려는 전략으로 풀이된다.

21일 업계에 따르면 삼성전자는 커스텀 HBM용 로직 다이를 최대 2나노 공정으로 설계하고 있다.

삼성전자가 공개한 HBM3E 및HBM4(사진=장경윤 기자)

HBM은 여러 개의 D램을 수직으로 적층해 연결한 코어 다이와, 코어 다이 아래에서 컨트롤러 기능을 담당하는 로직 다이로 구성돼 있다. 로직 다이는 HBM과 GPU 등 시스템반도체 PHY(물리계층)으로 연결해 데이터를 고속으로 주고받을 수 있게 만든다.

HBM 공정이 고도화될수록 로직 다이에 적용되는 기술 역시 빠르게 발전해 왔다. 일례로, 올해 정식 양산을 앞둔 HBM4부터는 로직 다이가 기존 D램 공정이 아닌 파운드리 공정을 통해 제조된다. 파운드리 공정이 D램 공정 대비 성능 및 전력 효율성 강화에 유리하기 때문이다.

삼성전자의 경우 HBM4용 로직 다이에 4나노 공정을 적용했다. 칩 개발 및 양산은 DS사업부 내 시스템LSI, 파운드리가 각각 담당했다. 대만 TSMC의 12나노 공정을 채택한 SK하이닉스 대비 성능적인 면에서 우위를 차지하기 위한 전략이었다.

HBM 내부 구조(사진=AMD)

더 나아가 삼성전자는 커스텀 HBM용 로직 다이를 기존 4나노에서 최대 2나노 공정으로 설계하고 있는 것으로 파악됐다. 커스텀 HBM은 고객사가 원하는 기능을 로직 다이에 맞춤형으로 탑재하는 개념이다.

2나노는 현재 상용화된 파운드리 공정 중 가장 최첨단에 해당한다. 앞서 삼성전자는 지난해 4분기 SF2(1세대 2나노) 공정 기반의 자체 모바일 AP(애플리케이션프로세서) '엑시노스 2600'을 양산하면서 본격적으로 2나노 공정에 발을 들인 바 있다.

반도체 업계 관계자는 "삼성전자가 시스템LSI사업부 내에 지난해 신설된 커스텀SoC(시스템온칩)팀 주도로 커스텀 HBM용 로직다이를 설계 중"이라며 "다양한 고객사 수요 대응을 위해 4나노에서 2나노까지 포트폴리오를 구성하고 있다"고 말했다.

삼성전자는 최첨단 로직 다이를 무기로 엔비디아·AMD·브로드컴·AWS(아마존웹서비스)·오픈AI 등 글로벌 빅테크를 맞춤형으로 적극 공략할 계획이다. 특히 2나노 로직 다이를 적용한 커스텀 HBM은 초고성능 AI 가속기 분야에서 수요가 높을 것으로 예상된다.

커스텀 HBM이 활발히 적용되는 시점은 HBM4E(7세대 HBM)부터로 전망된다. HBM4E는 내년 출시될 가능성이 유력하다. 이에 맞춰 삼성전자는 로직 다이 공정 고도화는 물론 최첨단 패키징 기술인 하이브리드 본딩 적용 등을 추진하고 있다.