'HBM 추격자' 삼성전자, '초격차' 카드 꺼냈다

세계 최초 36GB HBM3E 12단 개발 성공...'압도적 캐파·양산 노하우·적층기술력' 주목

삼성전자 36GB HBM3E 12H 개발 개요/그래픽=이지혜

삼성전자에게 HBM3E 12단 개발은 '회심의 카드'다. 앞으로 더 커질 AI(인공지능) 반도체 시장에서 경쟁사에 내줬던 시장 주도권을 되찾기 위한 기폭제 역할을 할 것으로 기대한다.

삼성전자는 이번 HBM3E 12H(12단 적층)부터 '게임의 방식'을 바꾸겠다고 벼른다. 그동안 축적한 양산 노하우와 혁신적인 D램 적층 기술, 그리고 세계 최고 수준의 공급 역량을 앞세워 '추격자'에서 '선도자'로 치고 나가겠다는 전략이다.

삼성전자는 전통적인 성공 공식인 '초격차' 전략을 이번에도 구사한다. HBM3E는 지금까지 실전에 적용 사례가 없는 최신 HBM이다. 엔비디아가 올해 2분기 내놓을 예정인 H200 텐서 코어 GPU는 24GB HBM3E 8H를 탑재한다. 삼성전자는 업계 최신 제품에 탑재될 사양보다 한 차원 더 높은 제품(36GB 12H)을 앞서 내놓는 셈이다. 삼성전자는 이 제품을 상반기 양산한다. 당장 손익 계산에 몰입하기 보단, 중장기적 관점에서 시장을 바라보고 기술 리더십을 주도하겠다는 담대한 도전이다.

그동안 HBM시장 대응이 늦어 고전했던 삼성전자는 이번 HBM3E 12H 개발 성공으로 자신감을 되찾은 모습이다. HBM3(4세대)에서의 12H 양산 경험을 통해 얻은 노하우와 적층 기술력 등을 통해 HBM3E(5세대) 12H를 안정적으로 생산할 수 있다고 판단했기 때문.

HBM 양산 공정의 핵심은 칩을 수직으로 쌓아올리는 적층 기술이다. 고용량 제품을 만들기 위해선 더 얇게 만든 칩을 더 많이 쌓아 올려야 하는데, 이 과정에서 물리적인 휘어짐 등 문제가 발생할 수 있다. 삼성전자가 이번에 적용한 'Advanced TC NCF (열압착 비전도성 접착 필름)' 기술은 칩 전면을 열과 하중을 파악해 붙이는 방식으로, 칩의 휘어짐을 상대적으로 용이하게 제어할 수 있다.

삼성전자는 적층 기술을 더욱 고도화하고 있다. 다루기가 까다로운 NCF 대신 반도체 칩 사이에 직접 주입하는 액체성 MUF 소재 등 대체 방안도 검토 중인 것으로 알려졌다. 선행 기술 개발에도 속도를 내고 있다. 두께 제약을 극복해야 할 HBM4(6세대) 16단 제품을 위해 칩 간 갭(간격)을 완전히 없애고 칩과 칩을 직접 연결해 붙이는 HCB(하이브리드 접합) 기술도 개발 중이다.

다른 경쟁사보다 월등한 캐파(CAPA·생산능력)를 갖췄다는 점도 자신감을 보이는 이유다. 삼성전자는 HBM 공급 역량을 업계 최고 수준으로 유지하기 위해서 올해 작년 대비 2.5배 이상 캐파를 확보해 운영할 계획이다. 칩 적층에 필요한 TSV(실리콘 관통전극) 공정 캐파 역시 삼성전자가 경쟁사를 앞선다. 시장은 막강한 캐파 경쟁력을 갖춘 삼성전자의 제조 수율이 일정 궤도에만 올라선다면 대적할 만한 적수를 찾기 어려울 것으로 예상한다.

업계 관계자는 "월등한 캐파를 보유한 삼성전자가 성능과 수율만 제대로 확보한다면 시장 점유율을 크게 높일 수 있을 것"이라고 전망했다.

향후 로직칩을 추가해 성능을 고객별로 최적화한 '맞춤형 HBM'이 대세가 될 가능성도 있다. 이럴 경우 파운드리, 시스템LSI, 패키징 기능을 모두 갖추고 있는 삼성전자의 '종합 반도체' 시너지가 본격화할 전망이다.

삼성전자는 차세대, HBM4시장에서 '역전'을 노린다. 삼성전자는 2025년 HBM4 샘플을 내놓고 2026년 양산에 들어간다는 목표를 제시했다. HBM3E 12H는 이 목표 달성을 위한 발판이 될 것이라는 점에서 중요하다.

임동욱 기자 dwlim@mt.co.kr