삼성전자(005930)가 차세대 고대역폭메모리(HBM)인 HBM5의 베이스 다이에 2나노(GAA) 파운드리 공정을 적용한다. HBM4에 이어 차세대 제품에도 최선단 공정을 도입해 인공지능(AI) 반도체 경쟁력을 강화하고 AI·고성능컴퓨팅(HPC) 시장 공략에 속도를 낸다는 전략이다.

27일 삼성전자 반도체 뉴스룸에 따르면 구자흠 삼성전자 파운드리사업부 기술개발실장(부사장)은 "HBM5는 직전 세대인 HBM4E보다 동작 속도를 50% 이상 향상해야 할 것으로 예상된다"며 "베이스 다이에는 GAA 구조를 적용한 2나노 공정을 도입하고 더욱 높은 집적도의 실리콘관통전극(TSV)을 구현할 계획"이라고 밝혔다.

베이스 다이는 HBM 적층 구조에서 코어 다이 아래에 위치하는 로직 칩이다. GPU와 CPU 등 외부 프로세서와 HBM 간 데이터를 주고받는 고속 인터페이스 역할을 담당한다. HBM4부터는 기존 메모리 공정 대신 파운드리 공정이 적용되면서 HBM의 성능과 전력 효율을 좌우하는 핵심 부품으로 자리 잡았다.

삼성전자는 올해 2월 세계 최초로 HBM4를 양산 출하한 데 이어 5월에는 HBM4E 12단 샘플을 출하했다. HBM4와 HBM4E 베이스 다이에는 양산성과 수율이 검증된 4나노 4세대 공정을 적용했다.

구 부사장은 "4나노 공정은 설계 목적에 맞춰 면적과 성능을 최적화할 수 있는 다양한 설계 옵션을 제공한다"며 "HBM4E에는 고집적·초고성능 소자를 적용해 14Gbps 이상의 고속 동작을 구현했고, 금속 배선 층을 최적화해 전력 소모와 방열 성능도 개선했다"고 설명했다.

삼성전자는 메모리와 파운드리, 패키징을 모두 자체 수행하는 턴키(Turn-key) 생산 체계를 강점으로 내세웠다. 메모리 사업부와 파운드리, TSP(반도체 패키징) 조직이 설계 초기부터 함께 개발에 참여해 속도와 소비전력, 발열, 수율을 동시에 최적화할 수 있다는 설명이다.

파운드리 사업 역시 AI 반도체를 중심으로 확대한다. 삼성전자는 세계 최초 GAA 기반 3나노 양산에 이어 지난해 2나노 1세대 공정 양산을 시작했다. 올해 하반기에는 성능과 수율을 개선한 2나노 2세대 공정을 모바일 제품에 적용할 예정이다.

구 부사장은 "지난해 테슬라의 차량용 2나노 반도체 수주를 계기로 AI·HPC와 클라우드서비스제공자(CSP) 등 다수의 대형 고객사 수주가 이어지고 있다"며 "4나노 공정 역시 HBM4 베이스 다이와 미국 AI 업체의 AI·HPC용 반도체에 적용되며 공정 경쟁력을 인정받고 있다"고 말했다.

삼성전자는 향후 AI·HPC를 비롯해 오토모티브와 로보틱스 등으로 응용 분야를 확대하는 한편, 첨단 패키징과 HBM을 결합한 원스톱 설루션 경쟁력을 강화할 계획이다. 데이터센터용 실리콘 포토닉스와 공동패키지광학(CPO) 등 차세대 반도체 기술 개발도 지속 추진한다.

구 부사장은 HBM4 베이스 다이 개발 과정과 관련 "전사 태스크포스(TF)를 꾸려 개발한 결과 첫 번째 샘플부터 성능과 수율 목표를 모두 달성했고, 약 3개월 만에 양산 체계를 구축할 수 있었다"며 "HBM4에서 확보한 공정 경험을 바탕으로 HBM5에서도 기술 리더십을 이어갈 것"이라고 강조했다.

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