[CES 2024] 삼성전자 “AI 시대, 메모리가 주도적 역할… 내년 공급 부족 대비 차세대 준비 박차”

CES서 ‘생성형 AI 최적화’ 차세대 메모리 기술력 강조
”올해는 내년 메모리 공급 부족 대비하는 원년“
”꿈꿔온 메모리와 파운드리 시너지 가시화”

11일(현지시각) CES 2024가 열리고 있는 미국 라스베이거스 내 앙코르 호텔에서 한진만 삼성전자 DS부문 미주총괄(DSA) 부사장이 국내 기자단 반도체 전시관 투어 중 발언하고 있다./삼성전제 제공

삼성전자가 11일(현지시각) 미국 라스베이거스에서 열린 ‘CES 2024′에서 인공지능(AI) 시대를 선도해 나갈 차세대 반도체 제품을 대거 선보였다. 삼성전자에서 반도체를 담당하는 DS(디바이스솔루션)부문은 매년 CES에 참가해 글로벌 IT 고객과 파트너들에게 최신 제품을 소개하고 기술 경쟁력을 전하고 있다. 올해는 처음으로 국내외 미디어에 DS부문 전시관을 공개했다.

DS부문은 라스베이거스 앙코르 호텔 안 전시관에 가상 반도체 팹을 설치하고, 서버와 PC·그래픽, 모바일, 오토모티브, 라이프스타일 등 5개 주요 응용처별 솔루션 공간을 구성했다. 특히 생성형 AI와 온디바이스 AI용 D램, 차세대 스토리지용 낸드플래시 솔루션, 2.5·3차원 패키지 기술 등 차세대 메모리 제품을 선보였다.

한진만 삼성전자 DS부문 미주총괄(DSA) 부사장은 이날 행사에서 “2025년부터는 메모리 수요가 공급을 초과할 것으로 예상돼 올해는 그 시대를 대비하는 원년”이라며 “작년부터 시작된 AI 서버 시장의 성장이 대중 서버 시장을 견인할 수 있을지, 여기에 삼성전자가 준비가 돼 있는지가 가장 관건”이라고 말했다. 이어 “따라서 제품 경쟁력을 계속 끌어 올리고 있고, 설비투자를 통해 선단 공정 전환에 속도를 내 미국 서버 시장 점유율 50% 이상을 달성하고자 한다”고 말했다.

한 부사장은 “AI가 모든 회사의 중점이 된 상황에서 이제는 메모리가 주도적인 역할을 하고 있다”며 “HBM뿐 아니라 LPDDR5, CXL(컴퓨트익스프레스링크) 등 여러 차세대 메모리 제품이 2~3년 내에는 가시화되고 본격적으로 시장이 개화할 것으로 본다”고 말했다.

그러면서 “최근 HBM 등 가속기용 메모리 수요가 급증하면서 파운드라와 결합되는 새로운 사업이 창출되고 있다”며 “기존 메모리 설계에 파운드리 로직 공정을 쓰는, 새로운 고객 맞춤형 솔루션으로 그동안 삼성이 꿈꿔왔던 메모리와 파운드리의 시너지가 머지 않아 현실화될 것”이라고 말했다.

반도체 시장 반등 전망에 관해서는 “중국 스마트폰 시장부터 반등 신호가 보이고 있고, 미국 시장도 그 뒤를 이어 컨슈머 제품, PC, 서버 순서대로 시장이 개선되는 트렌드가 이번에도 이어질 것”이라며 “불확실성이 있지만 올해부터 본격적인 반등은 시작될 것으로 예상한다”고 말했다.

CES 2024가 열리고 있는 미국 라스베이거스 내 앙코르 호텔에 마련된 삼성전자 DS부문 반도체 전시관 전경./삼성전자 제공

◇ 생성형 AI 시대 최적화된 클라우드 D램 솔루션 전시

삼성전자는 이날 ▲‘12나노급 32기가비트(Gb) DDR5’ D램 ▲HBM3E D램 ‘샤인볼트’ ▲ CXL 메모리 모듈 제품 ‘CMM-D’ 등을 통해 생성형 AI 시대를 주도해 나갈 계획이라고 전했다. 지난해 9월 삼성전자가 업계 처음 개발한 32기가비트 DDR5 D램은 서버용 고용량 라인업으로 동일 패키지 사이즈에서 실리콘 관통 전극 기술 없이도 128기가바이트 고용량 모듈을 구성할 수 있다.

한 부사장은 “HBM 시장은 본격적으로 성장하는 시기라고 본다”며 “올해 HBM 생산능력을 2.5배 이상으로 늘리고, 내년에도 이 정도 수준을 늘릴 계획으로, 기술 개발이 꾸준히 진행돼 앞으로 삼성의 경쟁력은 점점 더 올라갈 것”이라고 말했다.

삼성전자의 AI 기술 혁신을 이끌 초고성능 HBM(고대역폭메모리) 신제품 HBM3E D램 ‘샤인볼트’는 기존 HBM3 제품 대비 성능과 용량이 50% 이상 개선 됐다. HBM3E는 12단 적층 기술을 활용해 1초에 1280기가바이트의 대역폭과 최대 36기가바이트의 고용량을 제공한다.

삼성전자 CXL 메모리 모듈 D램 CMM-D는 기존 DDR 인터페이스 기반의 D램 모듈이 아닌 CXL 인터페이스 기반 모듈 제품이다. 이 제품은 서버 전면부에 여러 대를 장착할 수 있어 서버 한 대당 메모리 용량을 획기적으로 늘릴 수 있다. 이를 통해, 대용량 데이터의 빠른 처리가 필수적인 생성형 AI 플랫폼 적용에 핵심적인 역할을 할 전망이다.

삼성전자는 2021년 세계 최초로 CMM-D 기술을 개발한데 이어, 업계 최고 용량의 512기가바이트 CMM-D 개발, CMM-D 2.0 개발 등에 성공했다. 현재 256기가바이트 CMM-D 샘플 공급이 가능한 유일한 업체라고 삼성전자 측은 설명했다.

◇ 모바일 D램 솔루션 선봬… 온디바이스 AI 시장 겨냥

삼성전자는 클라우드 서버를 거치지 않고 기기 자체에서 정보를 수집하고 연산하는 ‘온디바이스 AI’ 시장을 겨냥한 모바일 D램 솔루션도 공개했다. 차세대 D램 솔루션 ▲8.5Gbps ‘LPDDR5X’ D램 ▲LPDDR5X-PIM ▲‘LLW(Low Latency Wide I/O)’ D램 등이 대표적이다.

LPDDR 표준 기반 초당 8.5기가비트를 지원하는 LPDDR5X D램은 14㎚(나노미터·10억분의 1m) 공정과 하이케이 메탈 게이트 공정을 활용해 이전 세대 대비 전력 효율을 20% 개선했다. 하이케이 메탈 게이트는 누설전류를 최소화하기 위해 금속 소재 신물질을 게이트단에 적용하는 기술이다. 또한 64기가바이트까지 대용량을 지원해 다양한 응용처별로 최적 솔루션을 제공한다.

LPDDR5X-PIM은 메모리 병목현상 개선을 위해 데이터 연산 기능을 메모리 칩 내부에서 구현하는 PIM 기술을 LPDDR에 적용한 제품이다. LPDDR5X D램 대비 성능을 8배 높였고, 전력은 50% 절감됐다.

LLW D램은 입출력단자를 늘려 대역폭은 높이고 지연속도는 줄인 D램으로, 삼성전자 ‘LLW D램’은 초당 128기가바이트의 빠른 처리 속도와 28나노 초 이하의 지연속도 특성을 가진 온디바이스 AI 맞춤형 D램이다.

◇ “낸드 솔루션으로 서버 스토리지 시장 한계 극복할 것”

삼성전자는 전력·공간·성능의 한계를 극복할 낸드플래시 솔루션으로 ▲‘PM9D3a’ ▲‘PBSSD(페타바이트 스케일 SSD)’ 등을 소개했다. 서버 스토리지 시장은 전력, 공간, 성능에서 끊임없는 혁신이 요구된다. 특히 고성능 수요에 대응하기 위한 최신 기술 및 솔루션 개발 이외에도, 물리적 공간의 한계로 인해 무한대 확장이 어려운 데이터센터의 환경 제약에 따라 시스템 장비를 보관하는 프레임인 랙의 전력 한도 내에서 최대한의 용량을 구현해야 하는 과제가 있다.

이런 가운데 PCIe 5.0 기반 SSD PM9D3a는 하이퍼스케일 데이터센터에 적합한 제품이라고 삼성전자 측은 설명했다. 최대 초당 1만2000메가바이트, 6800메가바이트의 연속 읽기·쓰기 속도와 1900K IOPS, 400K IOPS의 임의 읽기·쓰기 속도를 제공한다. 또 삼성전자 PBSSD는 사용처에 따라 용량을 가변할 수 있는 페타바이트(PB)급 초고용량 솔루션으로, 응용처에 따라 유연하게 용량을 바꿔 쓸 수 있다.

◇ ‘비욘드 무어’ 시대 이끌 의 첨단 패키지 전시

삼성전자 AVP(어드밴스드 패키지) 사업팀은 비욘드 무어 시대를 이끌 ▲2.5차원 패키지 I-Cube E, I-Cube S ▲3차원 패키지 X-Cube HCB(bumpless), TCB(micro bump) 기술과 제품을 선보였다. 최근 여러 반도체를 수평으로 혹은 수직으로 연결하는 이종집적 기술이 중요해지고 있는 상황에서 이를 강조하는 제품이다.

삼성전자 2.5차원 패키지 I-Cube는 인공지능 반도체에 많이 쓰이는 중앙처리장치(CPU) 또는 그래픽처리장치(GPU) 간의 칩렛 연결이나 AI 가속기와 HBM을 수평으로 배치해 하나의 반도체처럼 동작하게하는 이종집적화 패키지 기술이다.

삼성전자 3차원 패키지 X-Cube는 웨이퍼 상태의 복수의 반도체를 위로 얇게 적층하는 기술이다. 서로 다른 반도체를 수직으로 적층해 기존 패키지에 비해 인터커넥트 와이어의 길이를 줄여 성능을 높이고, 반도체 패키지의 크기를 줄일 수 있다.

삼성전자는 일반 범프보다 더 많은 입출력단자를 넣을 수 있는 유범프(u-Bump·micro Bump)형 X-Cube를 양산 중이며, 2026년에는 패키지에서 범프를 없애 더 많은 데이터 양을 구현할 수 있는 범프리스(bumpless)형 X-Cube를 선보일 계획이다.

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