삼성전자, 커스텀 HBM서 '핵심 칩' 공급망 변화…내부·TSMC '투트랙' 추진

cHBM용 베이스다이, 내부와 TSMC 공정 기반 동시 활용 계획

삼성전자의 고대역폭메모리(HBM)용 베이스 다이 공급 전략이 커스텀 HBM(cHBM) 시대에 큰 변화를 맞을 전망이다. 기존 내부 파운드리를 통한 자체 생산에서 벗어나, TSMC 공정 기반의 베이스 다이를 함께 활용하는 '투트랙' 전략을 추진 중이다. 

커스텀 HBM은 엔비디아 등 글로벌 빅테크가 원하는 로직 기능을 칩 내부에 일부 탑재할 수 있어, 향후 수요가 급증할 것으로 기대되는 시장이다. 삼성전자도 다양한 고객 수요에 대응하기 위해, 베이스 다이 공급망 유연성을 높이려는 것으로 풀이된다.

삼성전자 HBM4 제품 사진.(사진=삼성전자)

16일 업계에 따르면 삼성전자는 커스텀 HBM용 베이스 다이에 삼성 파운드리와 TSMC 공정을 동시에 활용할 계획이다.

HBM은 여러 개의 D램을 수직 적층한 코어 다이와, 그 밑에 베이스 다이를 배치한 구조로 이뤄져 있다. 베이스 다이는 메모리와 시스템 반도체를 연결해, 고속으로 데이터를 송수신한다.

베이스 다이 중요성은 HBM 세대가 진화할수록 커지고 있다. 삼성전자·SK하이닉스는 올해 양산을 시작한 HBM4부터 기존 D램 공정이 아닌 파운드리 공정에서 베이스 다이를 제조하기 시작했다. 파운드리 공정은 D램 공정 대비 베이스 다이에 더 많은 기능을 집적하고, 성능 및 전력 효율성을 높이는 데 유리하다.

다가오는 커스텀 HBM 시대…'NVHBM' 등장

커스텀 HBM 시대에 베이스 다이는 또 한번 큰 변화를 맞을 전망이다. 커스텀 HBM은 고객사가 원하는 기능을 베이스 다이에 맞춤형으로 탑재하는 개념이다. 제품 설계부터 제조에 이르는 전 과정에서 고객사와 메모리, 파운드리 기업 간 협력이 요구된다.

대표 사례가 NVHBM이다. NVHBM은 엔비디아가 지난달 발표한 커스텀 HBM 구조다. 메모리 컨트롤러 기능을 기존 인공지능(AI) 가속기에서 HBM 베이스 다이로 옮기는 것이 핵심이다. HBM4E부터 적용할 예정이다. 표준 HBM4E 대비 메모리 대역폭은 최대 30% 높이면서 전력 소모는 15%까지 낮출 수 있다.

NVHBM 첫 적용 고객은 아마존이 거론된다. 아마존 내 반도체 개발 조직인 안나푸르나 랩스가 NV링크 퓨전, NVHBM 기술을 통해 차세대 AI 가속기 '트레이니엄4'를 설계하기로 했다.

엔비디아가 AI 연산 최적화 HBM인 'NVHBM' 구상을 공개했다. (사진=엔비디아)

삼성전자, 베이스 다이 공급망 '투트랙' 전략

공급망 구조도 바뀐다. 그간 삼성전자는 내부 시스템LSI 사업부와 파운드리 사업부를 통해, HBM에 쓰일 베이스 다이를 자체 조달해 왔다.

그러나 NVHBM 등 커스텀 HBM에서는 TSMC 베이스 다이도 함께 채택할 예정이다. 삼성전자 HBM 코어 다이를 두고, 고객 요구에 따라 삼성 파운드리에서 제조된 베이스 다이와 TSMC에서 제조된 베이스 다이가 혼용 탑재되는 구조다.

사안에 정통한 관계자는 "삼성전자가 고객 요청에 따라 NVHBM용 베이스 다이를 내부 파운드리 및 TSMC 투트랙으로 활용할 계획"이라며 "구체적인 채택 여부와 비중은 최종 고객 수요에 따라 달라질 것"이라고 말했다.

턴키 고집보다 공급망 유연성…메모리사업부가 주축

삼성전자 HBM용 베이스 다이를 TSMC가 제조하는 경우, 관련 칩 설계와 최적화 지원은 삼성전자 메모리 사업부가 담당하는 것으로 파악됐다. 내부 시스템LSI 사업부는 삼성전자 파운드리향 제품만 설계한다. 

또 다른 관계자는 "삼성전자 메모리 사업부로 넘어간 시스템LSI 사업부 인력들이 존재한다. TSMC 베이스 다이 관련 작업은 해당 인력들이 담당하는 구조"라며 "이미 삼성전자 HBM 코어 다이와 TSMC 공정 기반 베이스 다이로 제품을 설계 중인 고객이 있다"고 설명했다.

한편 삼성전자의 커스텀 HBM용 베이스 다이 이원화는 공급망 측면에서 고립을 피하기 위한 전략으로 풀이된다. 

현재 TSMC는 자사 파운드리 및 패키징 공정으로 엔비디아 등 글로벌 빅테크와 탄탄한 공급망을 구축하고 있다. 안정성과 성능 면에서 고객 선호도가 높다. 이 같은 상황에서 삼성전자가 자사 파운드리 턴키(일괄 생산)만을 고집할 경우, 고객사의 다양한 맞춤형 수요를 충족하지 못할 가능성이 커진다.