6세대 대응 베이스다이 풀가동… 생산라인 확대 필요
2나노도 신규투자 가능성…HBM 공급속도 빨라질듯
삼성전자가 HBM(고대역폭메모리) 시장성장에 힘입어 파운드리(반도체 위탁생산) 첨단공정 생산능력 확대에 나선다. HBM4(6세대 HBM) 베이스다이 수요급증 등으로 4나노(㎚·㎚=10억분의1m) 공정이 풀가동에 들어가면서 증설을 검토 중이다. 앞으로 HBM5(8세대)에 대응하기 위한 2나노 신규 생산라인 투자 가능성도 제기된다.
21일 전자업계에 따르면 삼성전자는 HBM4 베이스다이 수요확대에 대응해 파운드리 4나노 공정의 증설을 검토하고 있다. 삼성전자 HBM4는 10나노급 1c(6세대) D램을 적용한 코어다이와 4나노 공정으로 생산한 로직반도체인 베이스다이로 구성된다.
베이스다이는 HBM의 가장 아래 단에서 GPU(그래픽처리장치) 등 AI(인공지능) 가속기와 데이터를 빠르게 주고받도록 연결하는 역할을 한다. HBM의 동작속도가 빨라지고 용량이 커질수록 베이스다이의 데이터 처리성능과 전력효율도 중요해졌다.
SK하이닉스가 HBM4 베이스다이에 대만 TSMC의 12나노 공정을 활용하는 것과 달리 삼성전자는 자체 4나노 공정을 적용해 성능과 전력효율을 높이는 전략을 택했다. 삼성 파운드리 4나노 4세대 공정은 양산 4년차를 맞아 성능과 수율이 충분히 검증된 만큼 HBM4 조기안착에 큰 역할을 했다.
삼성전자의 4나노 공정은 이미 생산라인을 풀가동 중이다. HBM4 생산확대뿐만 아니라 엔비디아의 AI 추론용 반도체인 '그록(Groq)3 LPU(언어처리장치)'도 삼성 파운드리 4나노 공정에서 생산된다. 수요가 몰리면서 삼성전자는 최근 4나노 신규수주 물량의 가격을 인상했다. 특히 하반기 엔비디아의 차세대 AI 플랫폼 '베라루빈' 공급확대에 따라 HBM4 수요는 크게 늘어날 전망이다. 삼성전자는 3분기 HBM4 매출이 전 분기 대비 3배 이상 증가할 것이라고 예상한다.
삼성전자는 HBM 수요에 대응하기 위해 경기 평택 P4(4공장)의 추가증설 물량 대부분을 HBM용 1c D램 생산에 투입할 계획이다. 삼성 파운드리도 현재 4나노 생산능력의 절반 이상을 HBM4 베이스다이 생산에 배정한 것으로 알려졌다. 여기에 7세대 HBM인 HBM4E에도 4나노 베이스다이가 적용된다. 삼성전자는 지난 5월 업계 최초로 HBM4E 샘플을 고객사에 공급하고 세부사양을 논의 중이다. HBM4와 HBM4E가 주력 제품으로 자리잡으면 현재 4나노 생산능력만으로는 수요를 감당하기 어려울 것이라는 게 업계의 시각이다. 베이스다이도 생산능력 확대가 필요한 상황이다.
삼성전자는 HBM5에 대응하기 위한 2나노 신규 생산라인 구축도 검토 중이다. HBM5 베이스다이에는 GAA(게이트올어라운드) 구조를 적용한 2나노 공정을 활용하고 TSV(실리콘관통전극) 집적도를 높여 HBM4E 대비 동작속도를 50% 이상 향상한다는 목표다. HBM 세대전환이 파운드리의 첨단공정 수요와 신규투자로 이어지는 구조인 셈이다.
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삼성전자는 지난해 하반기 2나노 1세대 공정 양산을 시작한 데 이어 올해 하반기에는 수율과 성능을 개선한 2나노 2세대 공정 기반 제품생산에도 나섰다. 모바일 AP(애플리케이션 프로세서)를 비롯해 테슬라 등으로 고객기반도 확대 중이다. HBM5에 2나노 공정을 선제적으로 도입해 기술 리더십을 확고히 한다는 전략이다.
삼성전자의 HBM 공급확대 속도도 빨라질 것으로 보인다. 씨티는 내년 삼성전자의 HBM 공급량이 올해보다 2.3배 증가하고 시장점유율도 올해 30%에서 내년 42%까지 상승하며 선두에 올라설 것이라고 내다봤다.
