삼성 파운드리, 신무기 2나노 '하이퍼셀'로 고객 잡는다

삼성전자 화성 반도체 파운드리사업장 /사진제공=삼성전자

삼성전자 파운드리(반도체 위탁생산)가 '하이퍼셀(Hyper cell)'을 무기로 2나노(1나노=10억분의 1m) 공정에서 경쟁력을 확보할 계획이다. 유연한 칩 설계로 성능과 전력 소비 효율을 높이는 방식으로 HPC(고성능컴퓨팅) 분야에서 활용도가 높을 것으로 전망된다.

19일 업계에 따르면 삼성전자 파운드리는 2나노 공정에서 '하이퍼셀' 방식을 도입해 운영 중이다. 하이퍼셀은 설계와 공정을 동시에 최적화(DTCO)하는 과정의 핵심 기술이다. 작은 면적과 높은 성능을 동시에 달성할 수 있도록 고안된 설계방식이다.

셀은 반도체 칩 설계에서 가장 기본이 되는 단위로 기존의 표준셀은 크기와 배열이 고정돼 있어 유연한 설계가 어렵다. 하이퍼셀은 두 개의 셀을 합쳐지거나 혹은 1.5개 셀 형태로 모듈화된 형태를 가진다. 크기와 조합을 유연하게 바꿀 수 있고, 필요에 따라 고성능·고밀도형 등을 선택할 수 있다.

파운드리 고객이 원하는 형태에 맞춰 칩을 설계할 수 있는 셈이다. 특히 동일한 크기에서 더 빠른 성능을 낼 수 있고, 같은 성능이라면 더 작은 크기를 구현할 수 있는 장점이 있다. 삼성전자 파운드리는 하이퍼셀을 적용한 2나노 공정을 통해 세대별로 성능·전력·면적을 지속 개선할 방침이다. 반도체 디자인 기업인 케이던스(Cadence) 등과 함께 하이퍼셀을 활용한 칩 설계 방식을 개발 중이다.

특히 하이퍼셀은 HPC(고성능컴퓨터) 분야에서 활용도가 높을 것으로 본다. HPC는 향후 파운드리 시장에서 40% 이상을 차지 할 것으로 예상되는 만큼 파운드리 사업자에게 가장 중요한 분야다.

HPC에서는 고성능과 저전력을 충족시키는 것이 가장 핵심인데, 하이퍼셀은 저전력을 위한 작은 크기의 셀과 고성능을 위한 큰 셀을 함께 활용해 효율적인 칩 설계가 가능하다. 삼성전자 파운드리는 모바일로 시작한 후 향후 HPC·전장 등으로 고객군을 확대할 계획이다.

하이퍼셀은 삼성 파운드리가 세계 최초로 양산에 적용한 GAA(Gate-All-Around) 기술이 기반이 됐다. GAA는 트랜지스터 미세화 과정에서 발생할 수 있는 누설 전류를 막는 첨단기술로 3나노 공정부터 도입이 됐다. 다른 기술보다 설계의 유연성이 높다.

삼성전자는 지난 3월부터 GAA 기술을 적용한 2세대 3나노 칩 양산을 시작했다. 5나노 공정과 비교해 면적은 35% 줄였고, 소비 전력은 40% 이상 줄였다. 성능은 최대 30% 향상됐다. 올해 하반기부터 GAA 기술을 적용한 2나노 제품을 출하할 계획이다.

이와 함께 삼성전자 파운드리는 단일 칩의 한계를 협업으로 극복할 계획이다. HBM(고대역폭메모리)과 첨단공정, 패키징까지 가능한 삼성전자의 장점을 최대한 활용할 계획이다. 향후 맞춤형 HBM 등에서 활용도를 높일 수 있다.

업계 관계자는 "트랜지스터 미세화는 여러 가지 단점이 나타나며 이미 한계에 이르고 있다"며 "개발된 칩을 어떻게 디자인하느냐가 중요한 시점이 됐다"고 말했다.

김남이 기자 kimnami@mt.co.kr