삼성, HBM에 2나노 입힌다…메모리·파운드리 '양날개'

HBM4E 베이스다이에 2나노 공정 적용 검토.."메모리·파운드리·패키지 경쟁력 모두 갖춰"

삼성전자가 업계 최고 성능의 6세대 고대역폭메모리(HBM4)를 세계 최초로 양산 출하를 시작했다고 12일 밝혔다. 사진은 삼성전자 HBM4 제품 사진./사진=뉴스1 /사진=(서울=뉴스1)

AI(인공지능) 반도체 경쟁에서 삼성전자가 메모리와 파운드리(반도체 위탁생산) 역량을 결합한 '종합반도체(IDM)' 전략을 강화한다. 글로벌 D램 1위이자 파운드리 2위 기업인 삼성전자는 차세대 HBM(고대역폭메모리) 베이스다이에 2나노((nm·1nm는 10억분의 1m) 공정을 적용해 기술 경쟁력을 동시에 끌어올린다는 구상이다. 메모리·로직·패키징을 아우르는 구조가 AI 반도체 시대의 강점으로 부각되고 있다.

11일 관련업계에 따르면 삼성전자는 7세대 HBM4E의 베이스다이에 2나노 공정 적용을 검토 중이다. HBM은 D램을 수직으로 적층한 코어다이와 컨트롤러 역할을 하는 베이스다이로 구성된다. 베이스다이는 HBM의 가장 아래에 위치해 전력과 신호를 제어하는 역할을 한다.

HBM3E까지는 베이스다이가 단순 제어 기능을 담당했지만 HBM4부터는 일부 연산을 직접 처리하면서 중요성이 크게 높아졌다. 연산과 에너지 관리 효율을 높이기 위해 베이스다이에 로직(논리회로) 기능이 강화됐고, 파운드리 공정을 활용하는 구조가 확산됐다.

삼성전자는 HBM4 성능을 높이기 위해 최선단 공정인 1c D램(10나노급 6세대)과 함께 4나노 로직 베이스다이를 삼성 파운드리에서 공급받았다. SK하이닉스가 대만 TSMC로부터 공급받는 12나노 공정보다 몇세대 앞선 기술이다.

베이스다이는 공정이 미세화될수록 전력 효율과 열 관리 성능이 크게 개선된다. 또 면적 효율이 높아지면서 제한된 공간에 더 많은 기능을 집적할 수 있다. 이는 고객 요구에 맞춘 커스텀(Custom) HBM을 구현하는 기반이 된다.

반도체 업계에서는 HBM4E부터 본격적인 고객 커스텀 HBM이 등장할 것으로 보고 있다. 대만의 TSMC 역시 '커스텀 HBM4E'부터 최신 3나노 공정을 쓸 계획이라고 밝힌 바 있다. SK하이닉스도 커스텀 HBM4E 개발을 준비 중이다.

━

삼성 파운드리, 2나노 경쟁력 강화.."종합반도체 시너지 효과"

━

삼성전자, D램 및 파운드리 점유율/그래픽=이지혜

삼성전자가 검토 중인 '2나노 베이스다이'는 HBM4E에서도 한 단계 앞선 공정을 적용해 기술 우위를 확보하겠다는 전략으로 보인다. 삼성전자는 올해 중반 표준 HBM4E를 공개하고, 맞춤형 제품도 하반기 고객 일정에 맞춰 웨이퍼 초도 투입을 진행할 계획이다.

삼성전자는 HBM 베이스다이를 파운드리에서 생산하면서 성능 향상 외에도 다양한 효과를 얻고 있다. 삼성 파운드리는 안정적인 고객을 확보해 팹(공장) 가동률을 높일 수 있고, 생산량 증가에 따른 수율 개선 효과도 기대된다.

특히 2나노 공정은 미국 텍사스주에 건설 중인 테일러 팹의 가동률 확보에도 중요한 역할을 할 전망이다. 테일러 팹은 현재 장비 반입이 시작된 상태로 올해 말 첫 번째 웨이퍼 테이프인(설계 완료한 칩의 첫 생산 공정 투입)이 진행될 예정이다. 초기 출하는 내년 초로 예상된다. 최근에는 테일러 팹에서 근무할 2나노 공정 엔지니어 채용도 진행하고 있다.

삼성 파운드리는 최근 2나노 공정 수주를 잇달아 확보하며 기대감을 높이고 있다. 2나노 1세대 공정의 '엑시노스 2600'에 이어 '엑시노스 2700'에는 2나노 2세대 공정이 적용된다. 테슬라로부터 수주한 것으로 알려진 'AI6 칩' 역시 2나노 공정이 쓰일 예정이다.

대규모 생산을 통해 규모의 경제를 확보하고 수익성을 높이는데 초점이 맞춰졌다. 2나노 공정 수율도 내부 기대치를 상회하는 것으로 전해졌다. 삼성전자는 생산 효율을 높이기 위해 가동률이 낮은 구형 공정을 첨단 패키징 공정으로 전환하는 방안도 검토하고 있다.

송재혁 삼성전자 최고기술책임자(CTO) 사장은 지난달 열린 '세미콘코리아 2026'에서 "메모리와 파운드리, 패키지 경쟁력을 모두 갖추고 있다는 점이 AI 반도체를 만드는데 매우 유리하다"며 "이런 경쟁력이 시너지를 내고 있다"고 강조했다.

김남이 기자 kimnami@mt.co.kr