삼성전자, 엔비디아용 메모리 일부 부품 TSMC에 맡긴다
삼성전자가 엔비디아의 차세대 맞춤형 고대역폭메모리(HBM)인 'NVHBM' 개발 과정에서 베이스다이 생산을 세계 최대 파운드리 업체인 TSMC의 3나노 공정으로 전환하기로 했다. 그간 HBM 공급 시 코어다이와 베이스다이를 모두 자체 생산해온 삼성전자가 엔비디아의 기술적 요구를 수용해 제조 HBM방식을 변경한 것이다.
업계에 따르면 엔비디아는 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론에 NVHBM의 베이스다이를 TSMC 3나노 공정으로, 코어다이는 6세대 D램 공정(1c)으로 통일해 생산할 것을 요청했다. NVHBM은 HBM4E(7세대) 구조를 기반으로 하며, 베이스다이에는 GPU에 있던 메모리 컨트롤러를 구현해 전체 성능을 높였다. 이 과정에서 PHY 면적을 표준 HBM 제품 대비 60% 줄여, NVHBM은 표준 HBM4E보다 메모리 대역폭을 최대 30% 넓히고 전력 소비는 15% 줄였다.
엔비디아, 성능·수율 고려해 TSMC 공정 요구
엔비디아가 NVHBM용 베이스다이에 TSMC 3나노 공정을 요구한 배경에는, 한정된 면적에 더 많은 회로를 집적할 수 있는 초미세 공정이 필요하다는 점과 높은 수율이 있다. 업계에서는 TSMC 3나노 수율을 90% 이상, 삼성 파운드리 2나노(SF2) 공정은 60% 안팎으로 보고 있다. 이에 따라 엔비디아는 베이스다이 공정을 TSMC로 일원화하는 방안을 선택했다.
HBM 공급이 수요를 따라가지 못하는 상황도 영향을 미쳤다. UBS에 따르면 내년 HBM 수요는 약 615억 Gb로 올해보다 91% 증가할 전망이나, 신규 출하량은 546억 Gb로 49% 증가에 그칠 것으로 예상된다. 이에 따라 수요 대비 공급 부족은 11%에 이를 것으로 집계됐다.
삼성전자는 HBM의 코어다이와 베이스다이 생산량을 함께 늘려야 하는 상황이다. 코어다이는 1c 공정으로 화성캠퍼스 17라인과 평택 P2·P3·P4, 내후년 가동 예정인 P5-1에서 생산된다. 반면 4나노 베이스다이 생산라인은 화성 17라인과 평택 P3 일부에만 있어, NVHBM 등 커스텀 HBM 물량까지 소화하기에는 한계가 있다.
TSMC는 대만 타이난 '팹 18'에 3나노 신규 라인 2곳을 추가하고, 미국 애리조나 2공장과 일본 구마모토 2공장에도 3나노 생산라인을 구축할 계획이다. 이를 통해 삼성전자가 감당하기 어려운 베이스다이 부족 물량을 TSMC가 보완할 수 있게 됐다.
일반 HBM은 자체 생산…삼성 2나노 활용도 검증
삼성전자는 표준 HBM 제품에서는 기존 턴키 전략을 유지하며, 6세대 HBM4와 7세대 HBM4E의 베이스다이에 자사 4나노 공정을 적용하고 있다. 코어다이 역시 삼성전자 화성·평택캠퍼스 1c 라인에서 생산 중이다. AMD 등 다른 고객사의 커스텀 HBM에서도 턴키 방식을 고수할 방침이다. NVHBM 개발·생산에도 자체 파운드리 활용 가능성을 남겨두고, TSMC 3나노에 준하는 삼성 2나노 공정으로 NVHBM 베이스다이 생산을 검증하고 있다.
삼성전자는 4년 전 TSMC의 패키징 공정과 협력한 사례는 있으나, HBM 제조 단계부터 협력하는 것은 이번이 처음이다. 업계 관계자는 "TSMC의 3나노 생산라인은 베이스다이 외에도 고성능컴퓨팅, 스마트폰용 칩을 만들고 있어 배정 물량이 한계에 이를 수 있다"며 "삼성 파운드리는 TSMC 3나노에 준하는 2나노 공정으로 NVHBM 베이스다이 생산을 검증하고 있다"고 밝혔다.