삼성전자의 6세대 고대역폭메모리(HBM4)./삼성전자

삼성전자가 엔비디아에 6세대 고대역폭메모리(HBM4)를 업계 최초로 양산 출하했다고 밝힌 가운데, HBM4에 들어가는 10나노급 6세대(1c) D램 수율 안정화에 총력을 기울이고 있는 것으로 알려졌다. 그동안 삼성전자는 엔비디아 공급망 진입을 위해 제품 성능을 높이는 데 주력했는데, 수익성 제고와 계약 물량의 적기 공급을 위해 수율 안정화가 급선무다.

24일 업계에 따르면, 삼성전자 HBM4의 두뇌를 담당하는 로직 다이 양산 수율은 현재 80%를 상회한 것으로 파악됐다. 삼성전자 HBM4 로직 다이는 삼성전자 파운드리 사업부의 4나노미터(㎚·10억분의 1m) 공정을 활용해 양산된다. 로직 다이 수율은 안정권에 접어들었지만 HBM4에 들어가는 1c D램 공정 수율은 60% 안팎에 머물고 있는 것으로 알려지면서 수율 제고가 필요한 것으로 분석된다.

반도체 업계 관계자는 “지난해 테스트용 샘플을 생산하는 단계에서 로직 다이 수율이 90%를 상회하기도 했지만 성능 개선을 위해 신규 공정이 들어가면서 현재 로직 다이 수율은 80%대를 기록한 것으로 보인다”며 “로직 다이 수율은 사업화가 가능할 만큼 안정적인 수준이다. 이제는 HBM4에 들어가는 1c D램과 패키징 수율 안정화에 집중하는 모습”이라고 했다.

삼성전자는 HBM4 시장에 진입하기 위해 경쟁사보다 앞선 첨단 공정을 적용하는 승부수를 띄웠다. SK하이닉스와 마이크론이 10나노급 5세대(1b) D램 공정을 HBM4에 활용하는 반면, 삼성전자는 1c D램을 적용한 것이 대표적이다. 삼성전자는 로직 다이에도 TSMC의 12㎚ 공정을 적용한 SK하이닉스와 자체 D램 공정을 이용한 마이크론에 앞선 삼성전자 파운드리 사업부의 4㎚ 공정을 활용한다.

반도체 공정은 세대를 거듭할수록 미세화된 공정이 활용된다. 미세 공정을 적용하면 반도체 회로의 선폭이 축소돼 전자가 이동하는 거리를 줄일 수 있어 작동 속도를 높이며, 동작에 필요한 전압을 낮춰 전력 효율을 높일 수 있다. 삼성전자가 HBM4에 적용한 1c D램은 11~12㎚ 수준인 것으로 알려졌으며, SK하이닉스와 마이크론이 활용하는 1b D램은 12~13㎚ 수준이다.

삼성전자는 이 같은 전략으로 엔비디아에 처음으로 양산 출하하는 기업이 됐지만, 수율 제고라는 과제가 남았다. SK하이닉스와 마이크론이 활용하는 1b D램은 1~2년 전부터 양산되면서 수율이 안정화됐다. 두 기업의 1b D램 공정 수율은 80%를 상회하는 것으로 알려졌다. HBM4는 D램 12개가 적층되는 만큼 D램 공정이 80%를 밑돌면 수익성이 크게 악화될 수밖에 없는 구조다. 삼성전자가 HBM4를 출하하며 제품 판매 단가를 전 세대 대비 20% 이상 높인 것도 저조한 수율을 반영한 결과라는 분석이 나오기도 했다.

삼성전자는 수율 제고를 위해 D램 설계 변경부터 생산 공정 수정 등 가용할 수 있는 모든 방안을 동원하고 있는 것으로 알려졌다. 엔비디아가 올해 HBM4가 탑재되는 루빈 플랫폼 출시를 앞두고 있는 만큼 수익성 강화뿐만 아니라 적기에 필요한 물량을 안정적으로 공급하기 위해선 수율 제고가 절실한 상황이다. SK하이닉스의 경우 안정적인 수율을 바탕으로 최대 공급자 지위를 확보해 수익성을 극대화하겠다는 전략을 택했다.

반도체 업계 관계자는 “엔비디아에서도 안정적인 물량 공급을 위해 삼성전자 측에 수율을 높일 수 있는 방안을 강구해 달라는 요구가 있었던 것으로 알고 있다”면서 “HBM4뿐만 아니라 7세대 HBM(HBM4E)에도 1c D램이 들어가는 만큼 D램 설계를 일부 변경하는 등 수율을 안정화하기 위해 총력을 다하고 있는 모습”이라고 말했다.

전병수 기자(outstanding@chosunbiz.com)

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