“외계인이라도 납치했나”…HBM 속도 50% 끌어올리겠다는 삼성전자

HBM5 성능 50% 향상 목표
베이스 다이 경쟁력 입증
첫 샘플부터 목표 달성
턴키 시너지로 개발 단축
AI·HPC 고객 공략 확대

구자흠 삼성전자 파운드리사업부 기술개발실장 부사장. 삼성전자 뉴스룸

삼성전자가 차세대 고대역폭메모리(HBM)인 HBM5에 최선단 2나노(GAA) 파운드리 공정을 적용해 HBM4E보다 동작 속도를 50% 이상 끌어올린다.

올해 삼성전자는 세계 최초로 양산한 HBM4에서 베이스 다이 첫 샘플부터 성능과 수율 목표를 동시에 달성하며 파운드리 경쟁력을 입증했다. 메모리와 파운드리, 첨단 패키징을 모두 갖춘 삼성전자의 턴키 경쟁력이 차세대 AI 메모리 시대 핵심 차별화 요소로 부각하고 있다.

삼성전자 반도체 뉴스룸이 27일 공개한 구자흠 파운드리사업부 기술개발실장(부사장) 인터뷰에 따르면 삼성전자는 HBM5 베이스 다이에 게이트올어라운드(GAA) 기반 2나노 공정을 적용해 HBM4E 대비 동작 속도를 50% 이상 높이는 것을 목표로 개발을 진행하고 있다.

전력 효율을 높이고 실리콘관통전극(TSV) 집적도를 더욱 향상시켜 차세대 AI 반도체의 성능 요구에 대응한다는 전략이다.

HBM 성능을 좌우하는 핵심 요소는 층층이 쌓이는 D램뿐 아니라 프로세서와 HBM을 연결하는 베이스 다이다. 특히 HBM4부터는 베이스 다이에 최첨단 파운드리 공정이 적용되면서 성능과 전력 효율을 결정하는 핵심 부품으로 그 중요성이 커졌다.

삼성전자는 HBM4와 HBM4E 베이스 다이에 양산성과 수율이 검증된 4세대 4나노 공정을 적용했다. HBM4E에서는 고집적·고성능 소자와 최적화된 금속 배선 구조를 적용해 14 이상의 고속 동작을 구현하고 전력 소모와 발열도 개선했다.

개발 과정에서도 삼성 파운드리 경쟁력을 입증했다. 삼성전자는 HBM4 베이스 다이 개발 당시 전사 태스크포스(TF)를 구성해 공정 셋업부터 샘플 개발까지 약 3개월 만에 완료했으며 첫 샘플부터 성능과 수율 목표를 모두 달성했다고 밝혔다. 구 부사장은 “후속 HBM 제품에도 적용할 수 있는 새로운 공정 셋업 기준까지 마련한 것이 가장 큰 성과”라고 설명했다.

이러한 성과 배경으로는 메모리와 파운드리, 패키징(TSP)을 모두 자체 수행하는 삼성전자의 일괄 공급(턴키) 경쟁력이 꼽힌다. 설계 단계부터 각 조직이 함께 참여해 속도와 전력, 발열, 수율을 동시에 최적화할 수 있어 개발 기간과 비용을 줄일 수 있다는 것이다.

삼성전자는 HBM을 넘어 인공지능(AI) 반도체 수요 확대에 맞춰 선단 공정 경쟁력도 강화하고 있다. 회사는 지난해 2나노 1세대 공정 양산을 시작했으며 올해 하반기에는 성능과 수율을 개선한 2세대 2나노 공정 기반 모바일 제품 양산에 돌입할 예정이다.

구 부사장은 “모바일 중심이던 고객 기반을 AI·고성능컴퓨팅(HPC), 전장, 로보틱스 등으로 확대하고 있다”라며 “HBM과 첨단 패키징을 결합한 원스톱 솔루션을 통해 다양한 AI 고객 수요에 대응해나갈 것”이라고 말했다.