삼성전자가 AI 시대 가장 주목받고 있는 반도체 솔루션인 고대역폭메모리(HBM) 진화를 위해 차세대 제품에 최선단 공정을 적용하겠다는 구상을 내놨다.

삼성전자는 메모리사업부뿐 아니라 파운드리사업부와 시너지를 통해 8세대 HBM(HBM5)의 동작 속도를 전작보다 50% 이상 높이고 전력효율도 끌어올려 시장 주도권을 확보하겠다는 목표를 세웠다.

구자흠 삼성전자 파운드리사업부 기술개발실장 부사장은 7월27일 자사 반도체 뉴스룸 인터뷰에서 “HBM5는 직전 세대(7세대)인 HBM4E보다도 동작 속도를 50% 이상 향상해야 할 것으로 예상된다”며 “그래서 베이스 다이에는 동작 속도는 물론 전력효율 관점에서도 큰 폭의 개선을 이끌어낼 수 있는 최선단 공정을 준비하고 있다”고 밝혔다.

이어 “업계 요구에 대응하기 위해 HBM5 베이스 다이는 게이트올어라운드(GAA) 구조를 사용하는 2나노(nm, 1nm는 10억분의 1m) 공정을 적용해 더 높은 집적도의 실리콘 관통 전극(TSV)를 구현할 것”이라고 덧붙였다. GAA는 반도체 성능과 전력 효율을 높이는 차세대 트랜지스터 구조이고 TSV는 반도체 칩을 관통해 층간을 연결하는 전극 기술을 말한다.

현재 파운드리 4나노 공정이 안정화에 접어들었다며 최선단 공정에서도 경쟁력을 확보하고 있다고 자신했다.

구 부사장은 “HBM4와 HBM4E의 베이스 다이는 기존의 메모리 공정 대신 삼성 파운드리 4나노 4세대 공정을 도입했다”며 “4나노 4세대 공정은 양산 3년 차에 진입했고 성능과 양산 수율이 충분히 검증된 높은 경쟁력을 갖춘 공정”이라고 설명했다.

그는 “세계 최초 GAA를 적용한 3나노 공정 양산에 이어 2025년 하반기에는 2나노 2세대 공정 양산을 시작했다”며 “2026년 하반기에는 수율과 성능을 개선한 2나노 2세대 공정 기반의 모바일용 신제품 양산을 시작할 것이고 삼성 파운드리 선단 공정을 향한 수요는 모바일 이외의 영역에서도 확대되고 있다”고 설명했다.

삼성전자는 2025년 전장용 테슬라 2나노 제품을 수주하면서 공정 경쟁력을 입증한 만큼 시장 점유율을 지속해서 확대하겠다는 목표를 세우고 있다. 

베이스 다이는 HBM 적층 구조에서 코어 다이 하부에 위치하는 로직 다이로서 그래픽처리장치(GPU), 중앙처리장치(CPU) 등 외부 프로세서와 HBM 사이 데이터를 연결하는 고속 인터페이스를 담당하는 소자다.

HBM 발전에는 코어 다이를 구성하는 최첨단 D램 기술이 초석이 되지만 이와 함께 베이스 다이와 패키지 기술도 매우 중요하다. 특히 HBM4부터는 베이스 다이에 적용된 최첨단 파운드리 공정이 핵심 솔루션으로 자리 잡고 있다. 삼성전자 HBM은 코어 다이를 메모리에서, 베이스 다이를 파운드리에서 각각 제조한 뒤 패키징해 완제품으로 제작된다.

이를 놓고 구 부사장은 “설계, 제조, 패키징을 모두 삼성전자가 하는 것”이라며 “이 때문에 설계 단계에서부터 조직들이 협업해 속도, 전력, 발열 및 수율에 유리하게 설계를 최적화할 수 있고 양산 제품을 완성하는 시간을 단축할 수 있으며 비용 관점에서도 매우 유리하다”고 강조했다.

구 부사장은 “AI 산업 발전에 발맞춰 고성능 저전력 시스템 수요가 확대되면서 HBM 성능(개선)을 향한 요구가 예상보다 훨씬 더 빠르게 증가해 파운드리 앞선 공정의 중요성도 확대되고 있다”며 “HBM5에서 2나노 공정을 선제 도입하고 기술 리더십을 확고히 하겠다”고 덧붙였다.