삼성 'AI 반도체 게임체인저' 나온다…3차원 패키징 기술 선보여

파운드리 포럼 2024서 공개
GPU 위에 HBM 쌓는 기술
데이터 처리·전력 효율성 쑥
2032년 800억弗 시장 전망

삼성전자가 그래픽처리장치(GPU) 위에 고대역폭메모리(HBM)를 쌓아 인공지능(AI) 가속기를 만드는 ‘3차원(3D) 패키징’ 서비스를 연내 출시한다. GPU와 HBM을 수직으로 패키징하면 지금처럼 GPU와 HBM을 수평 배치했을 때보다 데이터 처리 속도가 빨라지고 전력 효율성이 높아진다. 3D 패키징이 AI 반도체 시장의 판도를 바꿀 ‘게임 체인저’로 평가되는 이유다.

삼성전자는 지난 12일 미국 실리콘밸리에서 열린 ‘파운드리 포럼 2024’에서 최첨단 패키징(여러 칩을 한 칩처럼 작동하게 하는 공정) 기술·서비스 로드맵을 공개했다. 여기엔 AI 가속기(데이터 학습·추론에 특화된 반도체 패키지)를 제작할 때 GPU 위에 HBM을 수직으로 쌓는 ‘SAINT-D’ 기술을 적용한다는 내용이 포함됐다. 현재 AI 가속기를 제조할 때 쓰는 주력 기술은 GPU와 HBM을 수평으로 연결하는 ‘2.5D 패키징’이다.

HBM에 3D 패키징을 도입할 것이란 관측이 종종 나왔지만 삼성전자가 이를 자사 행사에서 공식화한 건 이번이 처음이다. 삼성전자는 메모리사업부에서 생산한 HBM과 파운드리사업부가 제조한 고객사 GPU를 최첨단패키징(AVP)사업팀이 3D 패키징을 거쳐 조립·공급하는 ‘턴키 서비스’를 준비 중인 것으로 알려졌다.

3D 패키징이 도입되면 GPU와 HBM을 수평으로 배치하고 연결할 때보다 데이터 처리 속도가 빨라진다. ‘실리콘인터포저’로 불리는 패키징 부품 없이 GPU와 HBM을 위아래로 배치하는 방식이다. 삼성전자 관계자는 “3D 패키징은 전력 소모량과 지연 현상을 줄인다”며 “반도체 전기 신호의 품질도 개선한다”고 설명했다.

삼성전자는 3D 패키징을 내년 출시할 예정인 6세대 HBM인 ‘HBM4’부터 적용할 계획인 것으로 알려졌다. HBM4는 엔비디아가 2026년 생산할 신형 AI 가속기 ‘루빈’ 시리즈에 들어갈 가능성이 높은 것으로 알려졌다. 저전력·고성능 HBM 수요가 늘어나고 있는 만큼 삼성전자는 3D 패키징 기술이 HBM 시장의 판도를 뒤집을 게임 체인저가 될 것으로 보고 있다.

3D 패키징을 포함한 최첨단패키징 시장 규모는 계속 커지고 있다. 시장조사업체 MGI에 따르면 최첨단패키징 시장 규모는 지난해 345억달러(약 47조원)에서 2032년 800억달러로 증가할 것으로 전망된다.

삼성전자는 2027년 반도체의 데이터 전달 속도를 획기적으로 높여주는 ‘광학소자’까지 AI 가속기에 패키징하는 ‘올인원 이종 결합’ 기술을 선보일 계획이다.

황정수 기자 hjs@hankyung.com