삼성전자 (KS:005930) 화성캠퍼스 파운드리. 출처= 삼성전자
삼성전자가 HBM(고대역폭메모리) 기술력을 빠르게 끌어올리면서 HBM부터 2.5D 패키징까지 한 번에 제공하는 삼성전자의 턴키 전략에 청신호가 켜졌다. 삼성전자는 HBM을 지렛대 삼아 파운드리 고객사를 확대할 발판을 마련했다. 이에 SK하이닉스가 TSMC 고객을 상대로 HBM에 공동대응하기로 하면서, TSMC 또한 턴키 전략으로 맞대응할 것으로 전망된다.
마침내 따라잡은 삼성전자... 턴키 본격 발휘
7일 업계에 따르면 삼성전자는 지난주 AI(인공지능) 수요에 대응하기 위해 5세대 HBM인 HBM3E 8단 양산을 4월에 시작했으며 12단 제품도 2분기 내 양산할 계획이라고 밝혔다.
공급 부족과 가격 안정을 위해 엔비디아가 메모리 3사(삼성전자, SK하이닉스 (KS:000660), 마이크론) 모두에게 HBM3E 8단 제품을 인증한 것으로 보이나, 삼성전자가 SK하이닉스보다 빨리 HBM3E 12단 제품을 양산하기로 밝히면서 삼성전자의 HBM 기술력이 시장 예상보다 빠르게 올라오고 있는 것으로 분석된다. SK하이닉스는 12단 제품을 3분기 중 양산 예정이다.
작년 SK하이닉스가 엔비디아에 HBM3를 단독 납품하면서 삼성전자는 SK하이닉스에게 HBM에 있어 뒤쳐졌다는 평가를 받았다. 그러나 최근 HBM 전담 개발팀을 400여명으로 꾸리고, 이 팀을 두 팀으로 나누어 HBM3E 12단과 HBM4를 동시에 개발하기 시작하면서 빠르게 기술력을 확보한 것으로 알려졌다.
삼성전자는 올해 HBM 매출에서 HBM3E가 3분의 2 이상 차지할 것으로 내다봤다. 이는 공급 부족으로 인해 소량을 납품하는 것이 아닌, 성능이 고객사 요구 수준을 충족함에 따라 대량 납품이 이루어질 것임을 암시한다.
삼성전자는 HBM에서 경쟁사를 따라잡은 뒤, 이를 지렛대 삼아 파운드리에서도 고객사를 확보할 것으로 기대된다.
최근 미국의 빅테크 업체들은 수백조원을 들여 데이터센터를 확충할 것임을 밝혔다. 마이크로소프트와 아마존은 향후 2500억달러(한화 약 344조원)에 달하는 서버 투자를 할 예정이다. 마이크로소프트는 오픈AI와 AI 전용 데이터센터에 향후 6년간 1000억달러를 투자하기로 밝혔고, 아마존은 15년간 1500억달러 투자를 공언했다. AI 수요가 일시적 성장에 그치는 게 아니라 장기적으로 폭발적인 성장을 보이는 것이다.
이에 따라 메모리 3사가 HBM 생산능력을 공격적으로 확대하고 있음에도 수요를 못 따라가고 있고, 삼성전자가 HBM에 있어 경쟁사를 따라잡으면서 HBM을 이용해 선단 파운드리 시장을 공략하겠다는 것이다.
AI 가속기를 만들기 위해선 특정 파운드리 공정과 메모리가 필요하다. 이 특정 공정과 메모리가 바로 2.5D 패키징과 HBM이다. 2.5D 패키징이란 반도체 미세화 공정이 한계에 다다르자 2개 이상의 칩을 하나로 포장해(패키징) 성능을 상승시키는 공정으로, AI 가속기를 만드는데 필수적인 공정이다.
삼성전자는 전세계에서 유일하게 2.5D 패키징 공정과 HBM을 동시에 공급할 수 있는 기업이다.
삼성전자는 이를 활용해 작년부터 고객사를 상대로 HBM부터 패키징까지 일괄로 제공하는 턴키 전략을 선보였으나, 큰 효과를 보지 못한 것으로 파악된다. HBM이 뒷받침되지 못했기 때문이다.
하지만 올해 기술력을 확보하면서 HBM을 기반으로 한 삼성전자의 턴키 전략이 본격적으로 효과를 볼 것으로 기대된다.
이에 맞서 TSMC 또한 턴키로 맞대응할 것으로 예상된다. TSMC는 지난달 19일 대만 타이페이에서 SK하이닉스와 기술 협력을 위한 양해각서(MOU) 체결을 통해 HBM 요청에 공동 대응하기로 했다.
TSMC-SK하이닉스, 주고 받아 턴키 완성
SK하이닉스는 대신 TSMC의 ‘로직(Logic) 공정’을 사용해 베이스 다이를 만든다. SK하이닉스는 HBM3E까지는 자체 공정으로 베이스 다이를 만들었으나, HBM4부터는 TSMC의 로직 공정을 활용해 제작할 계획이다. 다만 공정만 TSMC 기술을 사용할 뿐 생산은 SK하이닉스가 계속 맡는다.
HBM은 베이스 다이 위에 D램 단품 칩인 ‘코어 다이(Core Die)’를 쌓아 올린 뒤 이를 TSV 기술로 수직 연결해 만들어진다. 베이스 다이는 GPU(그래픽처리장치)와 연결돼 HBM을 컨트롤하는 역할을 수행한다. TSV란 D램 칩에 수천 개의 미세한 구멍을 뚫어 상층과 하층 칩의 구멍을 수직으로 관통하는 전극으로 연결하는 상호연결 기술을 말한다.
SK하이닉스 관계자는 “SK하이닉스가 TSMC의 로직 공정을 사용하는 대신, TSMC 고객의 HBM 요청 사항에 SK하이닉스가 공동으로 대응해 주는 것으로 볼 수 있다”고 말했다. SK하이닉스가 TSMC 고객의 HBM에 공동 대응함에 따라 TSMC 또한 향후 턴키 전략을 구사할 것으로 추정된다.
HBM이 AI 가속기 시장에서의 위상이 커짐에 따라 파운드리 업체들이 이를 활용한 전략에 더욱 힘을 쏟을 것으로 전망된다.