<sup>* ‘삼성 파운드리 포럼’ 주제: Empowering the AI Revolution
* ‘SAFE 포럼’ 주제: AI: Exploring Possibilities and Future</sup>

삼성전자가 AI를 주제로 삼성 파운드리만의 공정기술∙제조 경쟁력∙ 에코시스템∙시스템반도체 설계 솔루션 등을 발표한 가운데, 디자인 솔루션(DSP), 설계자산(IP), 설계자동화툴(EDA), 테스트∙패키징 (OSAT) 분야 총 35개 파트너사가 부스를 마련해 삼성의 파운드리 고객들을 지원하는 솔루션을 선보였다.

▲ 7월 9일 삼성동 코엑스에서 열린 ‘삼성 파운드리 포럼 2024(Samsung Foundry Forum 2024)’에서 삼성전자 파운드리 사업부장 최시영 사장이 기조연설을 하고 있다.

삼성전자 파운드리 사업부 최시영 사장은 이날 기조연설에서 “삼성전자는 국내 팹리스 고객들과 협력을 위해 선단공정 외에도 다양한 스페셜티 공정기술을 지원하고 있다”며 “삼성은 AI 전력효율을 높이는 BCD, 엣지 디바이스의 정확도를 높여주는 고감도 센서 기술 등 스페셜티 솔루션을 융합해 나가며 고객에게 가장 필요한 AI 솔루션을 제공해 나갈 것”이라고 말했다.

<sup>* 스페셜티 공정기술: 임베디드 메모리, 이미지센서, RF 등 특정한 기능을 구현하기 위한 공정
* BCD 공정: Bipolar(아날로그 신호제어), CMOS(디지털 신호제어), DMOS(고전압 관리) 트랜지스터를 하나의 칩에 구현한 것으로, 주로 전력반도체 생산에 활용됨</sup>

▲ 7월 9일 삼성동 코엑스에서 열린 ‘삼성 파운드리 포럼 2024(Samsung Foundry Forum 2024)’에서 삼성전자 파운드리 사업부장 최시영 사장이 기조연설을 하고 있다.

국내 DSP와 협력해 프리퍼드 네트웍스의 2나노 기반 AI가속기 수주

삼성전자는 이번 포럼에서 파운드리와 메모리, 패키지 역량을 모두 보유한 종합 반도체 기업의 강점을 바탕으로 고객 요구에 맞춘 통합 AI 솔루션 턴키(Turn Key, 일괄 생산) 서비스 등의 차별화 전략을 제시했다.

특히, AI반도체에 적합한 저전력ㆍ고성능 반도체를 구현하기 위한 GAA(Gate-All-Around) 공정과 2.5차원 패키지 기술 경쟁력을 바탕으로 선단 공정 서비스를 강화한다는 전략이다.

삼성전자는 이날 국내 DSP 업체인 가온칩스와의 협력으로 최첨단 공정 기반 턴키 서비스 수주 성과를 밝혔다. 삼성전자는 일본 프리퍼드 네트웍스 (Preferred Networks, PFN)의 2나노(SF2) 기반 AI 가속기 반도체를 2.5차원(I-Cube S) 첨단 패키지를 통해 양산할 계획이다.

^{* PFN: 프리퍼드 네트웍스는 일본 인공지능 기업으로, 딥러닝 분야에 특화해 칩부터 슈퍼컴퓨터, 생성형AI 기반 모델까지AI 밸류체인을 수직적으로 통합하여 첨단 소프트웨어 및 하드웨어 기술을 개발하는 기업}

삼성전자는 2022년 세계 최초로 3나노 GAA(Gate-All-Around) 구조 기반 파운드리 양산을 성공한 데 이어, 안정된 성능과 수율을 기반으로 3나노 2세대 공정 역시 계획대로 순항 중이다.

삼성전자는 이날 한국의 우수한 팹리스 업체들이 HPCㆍAI 분야에서 영향력을 빠르게 확대해 나갈 수 있도록 디자인 솔루션 파트너(DSP)들과 적극적으로 지원하겠다고 밝혔다.

삼성은 국내 고객들이 최신 공정기술을 활용할 수 있도록 기술지원을 제공하고 있으며 시제품 생산을 위한 MPW(Multi Project Wafer) 서비스를 운영하고 있다. MPW 서비스를 활용하는 고객은 단일 웨이퍼에 여러 종류의 설계를 배치하여 테스트하는 등 제조 비용을 절감하고 더욱 완성도 높은 반도체를 개발할 수 있다.

삼성전자의 올해 MPW 서비스 총 횟수는 4나노 공정부터 고성능 전력반도체를 생산하는 BCD 130나노 공정까지 32회로 작년 대비 약 10% 증가했으며, 2025년에는 35회까지 확대한다.

국내 팹리스와 DSP의 수요가 많은 4나노의 경우, 내년 MPW 서비스를 올해보다 1회 더 추가 운영해 HPC, AI 분야 국내 첨단 반도체 생태계 확대를 적극 지원할 계획이다.

▲ 7월 9일 삼성동 코엑스에서 열린 ‘삼성 파운드리 포럼 2024(Samsung Foundry Forum 2024)’행사에서 국내 반도체 주역들이 단체로 포즈를 취하고 있다. (왼쪽부터) 어보브반도체 박호진 부사장, 삼성전자 파운드리 사업부장 최시영 사장, 텔레칩스 이장규 대표, 리벨리온 오진욱 CTO

국내 주요 팹리스 기업들도 삼성 파운드리와 협력 성과 소개

삼성전자는 이날 공정 로드맵과 서비스 현황 등을 발표하는 한편, 파트너사 간 네트워킹 기회를 제공하고 혁신을 위한 협력 강화 방안을 논의했다.

특히, 텔레칩스, 어보브, 리벨리온 3사는 삼성 파운드리 포럼 세션 발표를 통해 삼성 파운드리와의 성공적인 협력 성과와 비전 그리고 팹리스 업계 트렌드 등을 공유했다.

또한, 세이프 포럼에서 삼성전자와 국내외 파트너들은 2.5D/3D 칩렛 설계 기술, IP 포트폴리오, 설계를 검증하고 최적화하는 방법론 등 AI 반도체 설계 인프라를 집중 소개했다.

삼성전자는 지난달 실리콘밸리 미국 파운드리 포럼 행사에서 개최한 최첨단 패키지 협의체(Multi-Die Integration Alliance) 첫 워크숍 결과를 파트너사들과 공유하며, 첨단 공정기술과 설계 인프라, 패키지 기술을 활용한 차세대 고성능ㆍ고대역폭 반도체의 높은 구현 가능성을 강조했다.

삼성전자는 지난 달 “Empowering the AI Revolution”을 주제로 미국 실리콘 밸리에서 파운드리 포럼과 세이프 포럼을 개최한 바 있으며, 올해 하반기에는 일본과 유럽 지역에서도 행사를 개최할 계획이다.

▲ 7월 9일 삼성동 코엑스에서 열린 ‘삼성 파운드리 포럼 2024(Samsung Foundry Forum 2024)’에서 삼성전자 파운드리 사업부장 최시영 사장이 기조연설을 하고 있다.

▲ 7월 9일 삼성동 코엑스에서 열린 ‘삼성 파운드리 포럼 2024(Samsung Foundry Forum 2024)’행사 현장

▲ 6월 12일(현지시간) 미국 실리콘밸리에서 열린 ‘삼성 파운드리 포럼 2024(Samsung Foundry Forum 2024)’에서 삼성전자 파운드리 사업부장 최시영 사장이 기조연설을 하고 있다.

이번 행사는 “Empowering the AI Revolution”을 주제로, 고객의 인공지능(AI) 아이디어 구현을 위해 삼성전자의 최선단 파운드리 기술은 물론, 메모리와 어드밴스드 패키지(Advanced Package) 분야와의 협력을 통한 시너지 창출 등 삼성만의 차별화 전략을 제시했다.

삼성전자 파운드리 사업부 최시영 사장은 이날 기조연설에서 “AI를 중심으로 모든 기술이 혁명적으로 변하는 시점에서 가장 중요한 건 AI 구현을 가능하게 하는 고성능ㆍ저전력 반도체”라며 “삼성전자는 AI 반도체에 최적화된 GAA(Gate-All-Around) 공정 기술과 적은 전력 소비로도 고속 데이터 처리가 가능한 광학 소자 기술 등을 통해 AI 시대에 고객들이 필요로 하는 원스톱(One-Stop) AI 솔루션을 제공할 것”이라고 말했다.

이번 파운드리 포럼은 미국 실리콘밸리 새너제이에 위치한 삼성전자 DS부문 미주총괄(DSA) 사옥에서 개최됐으며, 르네 하스(Rene Haas) Arm CEO와 조나단 로스(Jonathan Ross) Groq CEO 등 업계 주요 전문가들이 참석했다.

포럼 참석자들은 삼성전자의 기술과 사업 현황뿐 아니라 30여 개 파트너사가 마련한 부스를 통해 다양한 반도체 기술과 솔루션, 협력 방안을 활발하게 공유했다.

최선단 파운드리 공정으로 팹리스 수요 적극 지원

▲ 삼성 파운드리 포럼 2024 참고자료

삼성전자는 반도체 응용처가 확대되며 다변화되는 고객 수요에 대응하기 위해 AI와 HPC, 전장, 엣지컴퓨팅 등 주요 응용처별 특화 공정을 제공하고 있다.

올해 행사에는 기존 파운드리 공정 로드맵에서 SF2Z, SF4U를 추가로 공개했다.

삼성전자는 BSPDN(후면전력공급 기술, Back Side Power Delivery Network) 기술을 적용한 2나노 공정(SF2Z)을 2027년까지 준비한다는 계획이다. BSPDN은 전류 배선층을 웨이퍼 후면에 배치해 전력과 신호 라인의 병목 현상을 개선하는 기술이다.

SF2Z는 기존 2나노 공정 대비 PPA 개선 효과뿐 아니라, 전류의 흐름을 불안정하게 만드는 ‘전압강하’ 현상을 대폭 줄일 수 있어 고성능 컴퓨팅 설계 성능을 향상시킬 수 있다.  
^{* PPA: Power(소비전력), Performance(성능), Area(면적)의 약자로, 공정을 평가하는데 있어서 주요한 3가지 지표}

또한, 이번에 발표한 또 다른 신규 공정인 4나노 SF4U는 기존 4나노 공정 대비 광학적 축소(optical shrink)를 통해 PPA 경쟁력이 추가 향상되며, 2025년 양산 예정이다.

삼성전자는 2027년 1.4나노 공정 양산을 계획하고 있으며, 목표한 성능과 수율을 확보하고 있다고 밝혔다. ‘비욘드 무어(Beyond Moore)’ 시대에 경쟁력을 갖추기 위해 소재와 구조의 혁신을 통해 1.4나노를 넘어 미래 기술 혁신을 주도하고 있다.

삼성전자는 3나노 공정에 GAA 트랜지스터 기술을 최초로 적용해 2022년부터 양산 중이며, 올해 하반기에 2세대 3나노 공정 양산을 시작할 계획이다.

삼성은 GAA 양산 경험을 누적해 경쟁력을 갖췄으며, 2나노에도 지속 적용할 예정이다. 삼성의 GAA 공정 양산 규모는 2022년 대비 꾸준히 증가하고 있으며, 선단공정 수요 성장으로 인해 향후 지속 큰 폭으로 확대될 전망이다.

메모리ㆍAVP와 원팀(One-Team) 협력으로 AI 솔루션 턴키 서비스 제공

▲ 삼성 파운드리 포럼 2024 참고자료

삼성전자는 파운드리와 메모리, 어드밴스드 패키지 사업을 모두 보유해 AI 시대에 필요한 사양과 고객의 요구에 맞춘 커스텀 솔루션 제공을 위한 협력에 유리하다.

삼성전자는 세 개 사업 분야간 협력을 통해 고성능·저전력·고대역폭 강점을 갖춘 통합 AI 솔루션을 선보여 고객의 공급망을 단순화하는 데 기여하는 등 편의를 제공하고 제품의 시장 출시를 가속화한다.

삼성의 통합 AI 솔루션을 활용하는 팹리스 고객은 파운드리, 메모리, 패키지 업체를 각각 사용할 경우 대비 칩 개발부터 생산에 걸리는 시간을 약 20% 단축할 수 있다.  

나아가 2027년에는 AI 솔루션에 광학 소자까지 통합한다는 계획이다. 이를 통해 AI 시대에 고객들이 필요로 하는 ‘원스톱 AI 솔루션’ 제공이 가능할 것으로 기대된다.

AI향 선단 기술부터 8인치 기술까지 고객 포트폴리오 다변화

▲ 삼성 파운드리 포럼 2024 참고자료

삼성전자는 파운드리 사업부의 사업 경쟁력 강화를 위해 고객과 응용처별 포트폴리오를 다변화한다.

급격히 성장하고 있는 AI 분야에서 고객 협력을 강화하여 올해 AI 제품 수주 규모는 작년 대비 80% 이상 성장했다.

8인치 파운드리와 성숙 공정에서도 PPA와 가격경쟁력을 개선한 공정 포트폴리오를 제공해 다양한 고객 니즈에 대응하고 있다.

파운드리 생태계 확대 지원… AI 기술과 융합 강조

삼성전자는 13일(현지시간) ‘SAFE(Samsung Advanced Foundry Ecosystem) 포럼 2024’를 개최한다. 올해 주제는 “AI: Exploring Possibilities and Future”로, 삼성전자는 파트너사들과 AI 시대 고객 맞춤형 기술과 솔루션을 함께 공유하고 제시하는 장을 마련한다.

특히, 마이크 엘로우(Mike Ellow) Siemens CEO, 빌 은(Bill En) AMD VP, 데이비드 라조브스키(David Lazovsky) 셀레스티얼 AI CEO 등이 참석해 AI 시대에 요구되는 칩과 시스템 설계 기술의 발전 방향을 논의한다.  

이번 포럼에서는 작년 출범한 첨단 패키지 협의체인 ‘MDI 얼라이언스 (Multi-Die Integration Alliance)’의 첫 워크숍이 진행된다.

삼성전자와 MDI 파트너사들은 이번 워크숍에서 구체적인 협력 방안을 심도있게 논의하는 등 파트너십을 더욱 강화하고, 2.5D와 3D 반도체 설계에 대한 종합적인 솔루션을 구체화할 예정이다.

▲ 6월 12일(현지시간) 미국 실리콘밸리에서 열린 ‘삼성 파운드리 포럼 2024(Samsung Foundry Forum 2024)’ 현장

오늘 뉴스룸은 ‘9세대 V낸드’ 기획과 개발을 담당한 삼성전자 상품기획실 현재웅 상무, Flash개발실 홍승완 부사장, 김은경 상무, 조지호 상무를 만났다. 이들과 함께 AI 시대의 새로운 가능성을 창조해 가는 삼성전자 V낸드 공간으로 입장해 보자.

삼성전자는 2002년 낸드플래시 메모리 분야에서 세계1위에 오른 뒤, 시장을 선도하며 초격차 기술을 선보이고 있다. 긴 여정의 결실이라고 할 수 있는 9세대 V낸드에 이어, 삼성전자는 앞으로도 끊임없는 혁신과 첨단 메모리 기술 개발을 통해 정교한 미래를 설계해 나갈 예정이다.

글로벌 반도체 학회 ‘MemCon 2024’는 AI 시대에 걸맞은 미래 메모리 솔루션에 대해 깊이 있게 다루는 장으로 다양한 글로벌 IT 기업들이 참여했다.

삼성전자는 이번 ‘MemCon 2024’에서 미래 컴퓨팅 패러다임의 초석, HBM과 CXL 솔루션에 대해 발표하고 업계 리더로서의 비전을 공유했다. HBM은 AI에 필요한 필수적인 속도와 극한의 대역폭을 제공하며, CXL은 여러 개의 인터페이스를 하나로 통합해 용량과 대역폭을 확장시킨다.

메모리 기술 혁신 없이는 인공지능 발전이 계속될 수 없다

삼성전자는 1992년부터 30년 이상 메모리 제품 기술 분야에서의 리더십을 바탕으로 선제적인 투자를 했으며, 이를 바탕으로 적시에 최고 품질의 제품을 공급해왔다.

최근 몇 년 메모리 시장 침체에도 불구하고 삼성전자는 기술 개발과 시설 투자에 자원을 아끼지 않았으며, 작년 D램 41%, 낸드플래시 32%의 시장 점유율을 기록하는 등 메모리 시장에서 굳건한 리더십을 이어가고 있다.

AI 기술 성장에는 메모리 반도체의 발전이 필수적이다. 시스템 고성능화를 위한 고대역폭, 저전력 메모리는 물론 새로운 인터페이스와 적층 기술도 요구되고 있다.

삼성전자는 D램 기술 초격차 유지를 위해 10nm 이하 D램에 수직 채널 트랜지스터(VCT, Vertical Channel Transistor)를 활용하는 새로운 구조에 대한 선제적인 연구 개발을 진행하고 있으며, 2030년 3D D램 상용화에 나설 계획이다.

삼성전자, AI 시대의 메모리 솔루션 준비 현황

2024년 하반기는 HBM 공급 개선으로 AI 서버 확산이 가속화될 뿐만 아니라, Conventional 서버와 스토리지 수요도 증가하는 선순환이 뚜렷하게 나타날 것으로 예상된다.

삼성전자는 2016년 업계 최초로 고성능 컴퓨팅(HPC)용 HBM 사업화를 시작하며, AI용 메모리 시장을 본격적으로 개척했고, 2016년부터 2024년까지 예상되는 총 HBM 매출은 100억 불이 넘을 것으로 전망된다.

삼성전자는 HBM3E 8단 제품에 대해 지난달부터 양산에 들어갔으며, 업계 내 고용량 제품에 대한 고객 니즈 증가세에 발맞추어 업계 최초로 개발한 12단 제품도 2분기 내 양산할 예정으로 Ramp-up 또한 가속화할 계획이다.

앞으로 삼성전자는 성장하는 생성형 AI용 수요 대응을 위해 HBM 캐파 확대와 함께 공급을 지속 늘려나갈 것이다.

한편 온디바이스 AI(On-Device AI) 관련 제품 또한 확대 중이다. PC·노트북 D램 시장의 판도를 바꿀 LPCAMM2를 2023년 9월 업계 최초로 개발했고, 기존 LPDDR 대비 고대역폭을 가지고 있어 기기에서 생성되는 데이터를 실시간으로 처리할 수 있는 LLW(Low Latency Wide I/O)를 개발 중에 있다.

또한 기존 D램과 공존하며 시스템 내 대역폭과 용량을 확장할 수 있는 CMM-D는 거대 데이터 처리가 요구되는 차세대 컴퓨팅 시장에서 주목받을 것으로 예상되며, 삼성전자는 CXL 메모리 생태계 구축을 위해 제품 개발 및 사업 협력을 선도하고 있다.

이 밖에도 미래 AI 시대를 대비하기 위해 컴퓨테이셔널 메모리(Computational Memory), 첨단 패키지(Advanced Package) 기술 등을 통해 새로운 솔루션 발굴을 추진하고 있다.

고객 맞춤형으로 진화하는 차세대 HBM

최근 HBM에는 맞춤형(Custom) HBM이라는 표현이 붙기 시작했다. 이는 AI 반도체 시장에서 메모리 반도체가 더 이상 범용 제품이 아니라는 것을 의미한다고 볼 수 있다.

삼성전자는 고객별로 최적화된 ‘맞춤형 HBM’ 제품으로 주요 고객사들의 수요를 충족시킬 계획이다. HBM 제품은 D램 셀을 사용하여 만든 코어 다이와 SoC와의 인터페이스를 위한 버퍼 다이로 구성되는데, 고객들은 버퍼 다이 영역에 대해 맞춤형 IP 설계를 요청할 수 있다.

이는 HBM 개발 및 공급을 위한 비즈니스 계획에서부터 D램 셀 개발, 로직 설계, 패키징 및 품질 검증에 이르기까지 모든 분야에서 차별화 및 최적화가 주요 경쟁 요인이 될 것임을 의미한다.

차세대 HBM 초격차를 위해 종합 반도체 역량 활용

변화무쌍한 AI 시대에서 고객들이 원하는 시스템 디자인을 완벽히 이해하고, 미래 기술 환경까지 고려해 시스템의 발전을 예측하고 주도하기 위해서는 종합 반도체 역량을 십분 활용해야 한다.

삼성전자는 차세대 HBM 초격차 달성을 위해 메모리뿐만 아니라 파운드리, 시스템LSI, AVP의 차별화된 사업부 역량과 리소스를 총 집결해 경계를 뛰어넘는 차세대 혁신을 주도해 나갈 계획이다.

이를 위해 삼성전자는 올 초부터 각 사업부의 우수 엔지니어들을 한데 모아 차세대 HBM 전담팀을 구성해 맞춤형 HBM 최적화를 위한 연구 및 개발에 박차를 가하고 있다.

삼성전자는 업계에서 단시간에 따라올 수 없는 종합 반도체 역량을 바탕으로 AI 시대에 걸맞은 최적의 솔루션을 지속적으로 선보일 예정이다.

^{* TLC(Triple Level Cell): 하나의 셀에 3bit 데이터를 기록할 수 있는 구조}

▲ 업계 최초 양산, 삼성전자 9세대 V낸드 제품

삼성전자는 ▲업계 최소 크기 셀(Cell) ▲최소 몰드(Mold) 두께를 구현해 ‘1Tb TLC 9세대 V낸드’의 비트 밀도(Bit Density)를 이전 세대 대비 약 1.5배 증가시켰다.

^{* 비트 밀도(Bit density): 단위 면적당 저장되는 비트(Bit)의 수}

더미 채널 홀(Dummy Channel Hole)제거 기술로 셀의 평면적을 줄였으며, 셀의 크기를 줄이면서 생기는 간섭 현상을 제어하기 위해 셀 간섭 회피 기술, 셀 수명 연장 기술을 적용해 제품 품질과 신뢰성을 높였다.

^{* 더미 채널 홀 (Dummy Channel hole): Cell Array에서 Plane을 구분하기 위해 만들어진 동작을 수행하지 않는 채널 홀}

삼성전자의 ‘9세대 V낸드’는 더블 스택(Double Stack) 구조로 구현할 수 있는 최고 단수 제품으로, ‘채널 홀 에칭(Channel Hole Etching)’ 기술을 통해 한번에 업계 최대 단수를 뚫는 공정 혁신을 이뤄 생산성 또한 향상됐다.

‘채널 홀 에칭’이란 몰드층을 순차적으로 적층한 다음 한번에 전자가 이동하는 홀(채널 홀)을 만드는 기술이다. 특히, 적층 단수가 높아져 한번에 많이 뚫을수록 생산효율 또한 증가하기 때문에 정교화∙고도화가 요구된다.

‘9세대 V낸드’는 차세대 낸드플래시 인터페이스인 ‘Toggle 5.1’이 적용돼 8세대 V낸드 대비 33% 향상된 최대 3.2Gbps의 데이터 입출력 속도를 구현했다. 삼성전자는 이를 기반으로 PCIe 5.0 인터페이스를 지원하고 고성능 SSD 시장을 확대해 낸드플래시 기술 리더십을 공고히 할 계획이다.

^{* Toggle DDR: 낸드플래시 인터페이스 규격으로, 1.0은 133Mbps, 2.0은 400Mbps, 3.0은 800Mbps, 4.0은 1.2Gbps, 5.0은 2.4Gbps, 5.1은 3.2Gbps의 입출력 속도를 지원* PCIe(Peripheral Component Interconnect Express): 기존 SATA 전송 속도의 성능 한계를 극복한 고속 인터페이스 규격* PCIe 5.0: 기존 PCIe 4.0 대비 대역폭이 2배로 커진 32GT/s를 지원하는 차세대 PCIe 통신규격}

또 ‘9세대 V낸드’는 저전력 설계 기술을 탑재하여 이전 세대 제품 대비 소비 전력이 약 10% 개선됐다. 환경 경영을 강화하면서 에너지 비용 절감에 집중하는 고객들에게 최적의 솔루션이 될 것으로 기대된다.

삼성전자 메모리사업부 Flash개발실장 허성회 부사장은 “낸드플래시 제품의 세대가 진화할수록 고용량∙고성능 제품에 대한 고객의 니즈가 높아지고 있어 극한의 기술 혁신을 통해 생산성과 제품 경쟁력을 높였다”며, “9세대 V낸드를 통해 AI 시대에 대응하는 초고속, 초고용량 SSD 시장을 선도해 나갈 것”이라고 밝혔다.

삼성전자는 ‘TLC 9세대 V낸드’에 이어 올 하반기 ‘QLC(Quad Level Cell) 9세대 V낸드’도 양산할 예정으로 AI시대에 요구되는 고용량∙고성능 낸드플래시 개발에 박차를 가할 계획이다.

^{* QLC(Quad Level Cell): 하나의 셀에 4bit 데이터를 기록할 수 있는 구조}

^{* Gbps(Gigabit per second): 1초당 전송되는 기가비트 단위의 데이터* LPDDR5X: Low Power Double Data Rate 5X}

AI 시장이 본격적으로 활성화 되면서 기기 자체에서 AI를 구동하는 ‘온디바이스 AI(On-device AI)’ 시장이 빠르게 확대되고 있어 저전력∙고성능 LPDDR의 역할이 그 어느 때보다 커지고 있다.

이번 제품은 12나노급 LPDDR D램 중 가장 작은 칩으로 구현한 저전력∙고성능 메모리 솔루션으로 온디바이스 AI 시대에 최적화됐다. 향후 모바일 분야를 넘어 ▲AI PC ▲AI 가속기 ▲서버 ▲전장 등 다양한 응용처에 확대 적용될 것으로 기대된다.

▲ 업계 최고 속도 LPDDR5X 제품 이미지

전 세대 제품 대비해서는 ▲성능 25% ▲용량 30% 이상 각각 향상됐고, 모바일 D램 단일 패키지로 최대 32기가바이트(GB)를 지원한다.

삼성전자는 이번 제품에 저전력 특성을 강화하기 위해 성능과 속도에 따라 전력을 조절하는 ‘전력 가변 최적화 기술’과 ‘저전력 동작 구간 확대 기술’등을 적용해 전 세대 제품보다 소비전력을 약 25% 개선했다.

^{* 전력 가변 최적화 기술: 전력 절감 기술 중 하나, 프로세서에 공급되는 전압과 주파수를 동적으로 변경하여 성능과 전력소모를 함께 조절하는 기술* 저전력 동작 구간 확대 기술: 저전력으로 동작하는 저주파수 구간을 확대하여 전력소모를 개선하는 기술}

이를 통해 모바일 기기에서는 더 긴 배터리 사용 시간을 제공하고 서버에서는 데이터를 처리하는 데 소요되는 에너지를 감소시킬 수 있어 총 소유 비용(TCO, Total Cost of Ownership) 절감이 가능하다.

삼성전자 메모리사업부 상품기획실장 배용철 부사장은 “저전력, 고성능 반도체의 수요가 증가함에 따라 LPDDR D램의 응용처가 기존 모바일에서 서버 등으로 늘어날 것”이라며 “삼성전자는 앞으로도 고객과의 긴밀한 협력을 통해 다가오는 온디바이스 AI시대에 최적화된 솔루션을 제공하며 끊임없이 혁신해 나가겠다”고 밝혔다.

삼성전자는 신제품 LPDDR5X D램을 애플리케이션 프로세서∙모바일 업체와의 협업을 통해 제품 검증 후 하반기 양산할 예정이다.

▲ 업계 최고 속도 LPDDR5X 제품 이미지

업계 최초 고성능 256GB SD 익스프레스 마이크로SD 카드

삼성전자가 업계 최초로 고성능 SD 익스프레스 인터페이스 기반의 마이크로SD 카드를 개발하고 고객사에 샘플 제공을 시작했다.
^{※ SD 익스프레스: PCI익스프레스®(PCIe®)사양을 사용하는 신규 SD메모리카드용 인터페이스. 2019년 2월 발표된 SD 7.1 사양 기준 985MB/s의 데이터 전송 속도를 제공}

삼성전자는 저전력 설계 기술과 펌웨어 최적화로 발열 등 마이크로SD 폼팩터 기반 제품 개발의 기술 난제를 해결해 손톱 크기만한 폼팩터에서도 최고의 성능과 안정성을 구현해냈다.

이 제품은 SD 익스프레스 7.1 규격을 기반으로 마이크로SD 카드 최고 연속 읽기 성능인 초당 800 메가바이트(800MB/s)와 256GB의 고용량을 제공해 업계 최고 수준의 성능과 용량을 자랑한다.
^{※ 연속 읽기: 스토리지 메모리에 이미 저장된 영화 등을 불러오는 속도(MB/s)}

연속 읽기 800MB/s는 4GB 크기 영화 한 편을 메모리카드에서 PC로 5초 안에 전송할 수 있는 속도로 기존 UHS-Ⅰ카드의 연속 읽기 200MB/s 대비 최대 4배까지 향상시켰다.
^{※ UHS-Ⅰ(Ultra High Speed-Ⅰ): 2009년 1월 제정된 기존 SD 메모리 카드에서 사용되는 규격}

또한 SSD에 탑재했던 DTG(Dynamic Thermal Guard) 기술을 마이크로SD 카드에도 최초 적용해 제품 온도를 최적 수준으로 유지시켜 소형 폼팩터에서 발생하는 발열 문제를 효과적으로 해결했다.
^{※ DTG 기술: 특정 온도 이상으로 오르지 않도록 제품의 성능을 단계적으로 조절하여, 과열 등으로 발생할 수 있는 데이터 신뢰성 문제, 갑작스러운 성능 하락을 방지하는 기술}

최신 V낸드 기반 1TB 고용량 UHS-Ⅰ마이크로SD 카드

삼성전자는 최신 V낸드 기반 업계 최고 수준의 내구성을 갖춘 고용량 1테라바이트(1TB) UHS-Ⅰ마이크로SD 카드를 양산한다.

최신 8세대 1테라비트(Terabit) 고용량 V낸드를 8단으로 안정적으로 쌓아 패키징하여 기존 SSD에서 구현할 수 있었던 테라바이트급 고용량을 소형 폼팩터인 마이크로SD 카드에서도 구현해냈다.

이 제품은 방수, 낙하, 마모, 엑스레이, 자기장, 온도 변화 등 극한의 외부 환경에서도 데이터를 안전하게 보호하며 업계 최고 수준의 내구성을 갖췄다.
^{※ 데이터 보호 기능: 방수(1미터 깊이 수심에서 최대 72시간 방수), 낙하(최대 5미터 높이에서 낙하 손상 방지), 마모(최대 10,000회 마모 방지), 엑스레이(공항 검색대와 동일한 최대 100mGy에서 210초 기준), 자기장(MRI와 동일한 최대 15,000 가우스 30초 기준), 온도 변화(영하 25℃~영상 85℃)}

삼성전자 메모리사업부 브랜드제품Biz팀 손한구 상무는 “삼성전자의 새로운 마이크로SD 카드는 손톱만한 크기지만 PC 저장장치인 SSD에 버금가는 고성능과 고용량을 선사한다”며, “다가오는 모바일 컴퓨팅과 온디바이스 AI 시대의 요구를 만족시키는 고성능, 고용량 기술 리더십을 견인해 나갈 예정”이라고 밝혔다.

256GB SD 익스프레스 마이크로SD 카드는 다음달 양산해 B2B 공급을 시작으로 연내 B2C 출시 예정이며, 1TB UHS-Ⅰ마이크로SD 카드는 3분기 출시할 예정이다.

▲ SD 익스프레스 마이크로SD카드 이미지

▲ 1TB UHS-1 마이크로SD카드 이미지

삼성전자는 24Gb(기가비트) D램 칩을 TSV(Through-Silicon Via, 실리콘 관통 전극) 기술로 12단까지 적층해 업계 최대 용량인 36GB HBM3E 12H를 구현했다.
^{* 24Gb(기가비트) D램 용량 = 3GB(기가바이트)* HBM3E 12H D램 용량 : 36GB (3GB D램 x 12)* TSV: 수천 개의 미세 구멍을 뚫은 D램 칩을 수직으로 쌓아 적층된 칩 사이를 전극으로 연결하는 기술}

HBM3E 12H는 초당 최대 1,280GB의 대역폭과 현존 최대 용량인 36GB을 제공해 성능과 용량 모두 전작인 HBM3(4세대 HBM) 8H(8단 적층) 대비 50% 이상 개선된 제품이다.
^{* HBM3E 12H는 1,024개의 입출력 통로(I/O)에서 초당 최대 10Gb를 속도를 지원함. 초당 1,280GB를
처리할 수 있어 1초에 30GB 용량의 UHD 영화 40여편을 업(다운)로드 할 수 있는 속도* 성능은 고객사 모의 환경 기반의 내부 평가 결과이며, 실제 환경에 따라 변동 가능}

삼성전자는 ‘Advanced TC NCF'(Thermal Compression Non Conductive Film, 열압착 비전도성 접착 필름) 기술로 12H 제품을 8H 제품과 동일한 높이로 구현해 HBM 패키지 규격을 만족시켰다.
‘Advanced TC NCF’ 기술을 적용하면 HBM 적층수가 증가하고, 칩 두께가 얇아지면서 발생할 수 있는 ‘휘어짐 현상’을 최소화 할 수 있는 장점이 있어 고단 적층 확장에 유리하다.

삼성전자는 NCF 소재 두께도 지속적으로 낮춤으로써, 업계 최소 칩간 간격인 ‘7마이크로미터(um)’를 구현했다. 이를 통해 HBM3 8H 대비 20% 이상 향상된 수직 집적도를 실현했다.

특히, 칩과 칩사이를 접합하는 공정에서 신호 특성이 필요한 곳은 작은 범프를, 열 방출 특성이 필요한 곳에는 큰 범프를 목적에 맞게 사이즈를 맞춰 적용했다. 크기가 다른 범프 적용을 통해 열 특성을 강화하는 동시에 수율도 극대화했다.
^{* 범프(Bump): 칩 사이를 전기적으로 연결하기 위해 형성한 전도성 돌기를 통칭}

또 삼성전자는 NCF로 코팅하고 칩을 접합해 범프 사이즈를 다양하게 하면서 동시에 공극(Void)없이 적층하는 업계 최고 수준의 기술력도 선보였다.

삼성전자가 개발에 성공한 HBM3E 12H는 AI 서비스의 고도화로 데이터 처리량이 급증하는 상황 속에서 AI 플랫폼을 활용하는 다양한 기업들에게 최고의 솔루션이 될 것으로 기대된다.

특히, 성능과 용량이 증가한 이번 제품을 사용할 경우 GPU 사용량이 줄어 기업들이 총 소유 비용(TCO, Total Cost of Ownership)을 절감할 수 있는 등 리소스 관리를 유연하게 할 수 있는 것도 큰 장점이다

예를 들어 서버 시스템에 HBM3E 12H를 적용하면 HBM3 8H를 탑재할 때 보다 평균 34% AI 학습 훈련 속도 향상이 가능하며, 추론의 경우에는 최대 11.5배 많은 AI 사용자 서비스가 가능할 것으로 기대된다.
^{* 동일 GPU 인프라 조건에서 내부 데이터와 시뮬레이션을 기반으로 산출한 값}

삼성전자 메모리사업부 상품기획실장 배용철 부사장은 “삼성전자는 AI 서비스를 제공하는 고객사의 고용량 솔루션 니즈에 부합하는 혁신 제품 개발에 힘쓰고 있다”며 “앞으로 HBM 고단 적층을 위한 기술 개발에 주력하는 등 고용량 HBM 시장을 선도하고 개척해 나갈 것”이라고 밝혔다.

삼성전자는 HBM3E 12H의 샘플을 고객사에게 제공하기 시작했으며 상반기 양산할 예정이다.

▲ HBM3E 12H D램 제품 이미지

이날 삼성전자는 최첨단 2나노 공정부터 8인치 웨이퍼를 활용한 레거시 공정에 이르기까지 다양한 맞춤형 솔루션을 선보였으며, SAFE(Samsung Advanced Foundry Ecosystem) 파트너들은 부스 전시를 통해 최신 파운드리 기술 트렌드와 향후 발전 방향을 공유했다.

삼성전자는 지난 9월 초 IAA 행사에 이어 이번 포럼에서도 유럽 고객과의 협력을 확대하며 전장 분야 핵심 파트너로서의 입지를 강화해 나가고 있다.

삼성전자 파운드리사업부 최시영 사장은 “차량용 반도체 시장에 최적화된 공정을 적기에 개발해 자율주행 단계별 인공지능(AI) 반도체부터 전력반도체, MCU(Micro Controller Unit) 등을 고객 요구에 맞춰 양산해 나갈 계획”이라며 “삼성전자만의 차별화된 파운드리 솔루션으로 전기차와 자율주행차 시대를 선도해 나갈 것”이라고 밝혔다.

5나노 eMRAM 개발, BCD 공정 확대 등 전장 솔루션 포트폴리오 확대

삼성전자가 최첨단 2나노 전장 솔루션 양산 준비를 2026년 완료하는 한편, 차세대 eMRAM(embedded Magnetic Random Access Memory, 내장형 MRAM)과 8인치 BCD 공정 포트폴리오를 확대한다.

^{* BCD 공정: Bipolar(아날로그 신호제어), CMOS(디지털 신호제어), DMOS(고전압 관리) 트랜지스터를 하나의 칩에 구현한 것으로, 주로 전력 반도체 생산에 활용됨}

삼성전자는 이번 포럼에서 업계 최초로 5나노 eMRAM 개발 계획을 밝히는 등 차세대 전장 파운드리 기술을 선도하겠다는 포부를 밝혔다.

eMRAM은 빠른 읽기와 쓰기 속도를 기반으로 높은 온도에서도 안정적으로 동작 가능한 전장용 차세대 핵심 메모리 반도체이다.

삼성전자는 2019년 업계 최초로 28나노 FD-SOI 공정 기반 eMRAM을 탑재한 제품을 양산한 바 있으며, 현재 2024년 완료를 목표로 AEC-Q100 Grade 1에 맞춰 핀펫(FinFET) 공정 기반 14나노 eMRAM을 개발 중이다.

^{* FD-SOI(완전공핍형 실리콘 온 인슐레이터): 실리콘 웨이퍼 위에 전기가 통하지 않는 절연막(SiO2)을 형성하고 그 위에 트랜지스터를 구성하는 기술로 트랜지스터 동작시 발생하는 누설 전류를 크게 줄일 수 있음* AEC-Q100(Automotive Electronic Council): 자동차 부품 협회에서 자동차 전자 부품에 대한 신뢰성 평가 절차 및 기준을 규정한 것으로 전 세계에서 통용되는 기준, Auto Grade는 온도 기준에 따라 0~3 단계로 나뉨}

또한, 2026년 8나노·2027년 5나노까지 eMRAM 포트폴리오를 확대할 계획이다. 8나노 eMRAM의 경우, 이전 14나노 대비 집적도 30%, 속도 33%가 증가할 것으로 기대된다.

삼성전자는 8인치 BCD 공정 포트폴리오도 강화한다.

삼성전자는 현재 양산 중인 130나노 전장 BCD 공정을 2025년 90나노까지 확대하며, 90나노 전장 BCD 공정은 130나노 대비 약 20% 칩 면적 감소가 기대된다.

또한, DTI(Deep Trench Isolation) 기술을 활용해 전장향 솔루션에 적용되는 고전압을 기존 70볼트(Volt)에서 120볼트로 높일 예정이며, 130나노 BCD 공정에 120볼트를 적용한 공정설계키트(PDK)를 2025년 제공할 계획이다.

^{* DTI(Deep Trench Isolation): 트랜지스터 사이의 간격을 줄이고 전류 누출과 과전류로 인해 소자 특성이 저하되는 현상을 개선시켜, 전력반도체의 성능을 더욱 향상시키는 기술}

20개 파트너와 최첨단 패키지 협의체 구축… 2.5D·3D 패키지 개발

삼성전자가 SAFE 파트너, 메모리, 패키지 기판, 테스트 전문 기업 등 20개 파트너와 함께 최첨단 패키지 협의체 MDI(Multi Die Integration) Alliance 구축했다.

삼성전자는 최첨단 패키지 협의체를 주도하며 전장과 고성능 컴퓨팅(HPC) 등 응용처별 차별화된 2.5D, 3D 패키지 솔루션을 개발해 나갈 예정이다.

한편, 삼성전자는 이번 독일과 미국(6월), 한국(7월) 외 지난 17일, 일본에서도 ‘삼성 파운드리 포럼 2023’을 개최했으며, 오프라인 행사에 참석하지 못한 글로벌 고객을 위해서 11월 2일부터 올해 말까지 삼성전자 반도체 공식 홈페이지에 행사 내용을 공개할 계획이다.

^{※ 삼성 파운드리 포럼 주제: 경계를 넘어서는 혁신(Innovating Beyond Boundaries)※ 삼성 SAFE 포럼 주제: 혁신의 속도를 가속화한다(Accelerate the Speed of Innovation)}

SAFE 파트너와 함께 최첨단 2나노 제품 설계 인프라 발전시켜

삼성전자는 ‘SAFE 포럼’에서 100여 개의 파트너와 함께 ‘고객의 성공’이라는 공동 목표를 제시하며, ‘PDK Prime’ 솔루션 등 8인치부터 최첨단 2나노 GAA 공정까지 팹리스 고객의 최첨단 제품 설계 인프라를 발전시키기 위한 다양한 방법을 공유했다.

^{※ 2023년 파트너 현황: EDA(23개), OSAT(10개), DSP(9개), 클라우드(9개), IP(50개)※ PDK(Process Design Kit): 반도체(공정) 설계 지원 키트}

특히, PDK 사용 편의성을 강화해 고객의 효율적 제품 설계를 지원하는 ‘PDK Prime’ 솔루션을 올해 하반기부터 2나노, 3나노 공정 팹리스 고객에게 제공하며 향후 8인치와 12인치 레거시(Legacy) 공정으로 확대할 계획이다.

삼성전자는 제품 설계 시간을 단축할 수 있는 3개 항목과 설계 정확도를 높일 수 있는 2개 항목, 그리고 PDK 사용 편의성을 강화한 2개 항목을 PDK Prime에 구현했다.

PDK Prime 항목 중 SDVC(Static Device Voltage Checker)는 트랜지스터, 저항, 캐패시터 등 반도체 내부 소자의 전압이 규격안에서 설계 됐는지를 10분 이내 확인할 수 있는 기능으로 기존 대비 90% 이상의 정격 전압 오류 검사 시간을 단축할 수 있다.

국내 주요 팹리스 기업들과의 AI·저전력 반도체 분야 성과 소개

이번 포럼에는 국내 주요 팹리스 기업인 LX세미콘, 리벨리온, 딥엑스(DeepX) 등이 세션 발표자로 참가해 삼성전자 파운드리 공정을 통해 AI·저전력 반도체를 개발한 성과를 소개했다.

국내 최대 팹리스 기업인 LX세미콘의 고대협 연구소장은 “대형화, 고해상도/고화질/고주사율을 요구하는 동시에 전력 소모량이 적은 제품을 찾는 최근 디스플레이 시장의 니즈를 충족하기 위해 삼성전자 파운드리와 8인치 협력을 강화하고 향후 12인치까지 협력을 확대할 계획”이라고 밝혔다.

AI 팹리스 기업인 리벨리온의 박성현 CEO는 “삼성전자 파운드리 5나노 공정에서 제작된 AI 반도체 아톰(ATOM)이 업계 최고 수준의 GPU 성능과 동급 NPU 대비 최대 3.4배 이상의 에너지 효율을 보인다”고 강조했다.

또 다른 AI 팹리스 기업인 딥엑스의 김녹원 CEO는 “다양한 엣지 및 서버 AI 응용 분야에 적합한 고성능 저전력 AI 반도체 4종(DX-L1, DX-L2, DX-M1, DX-H1)을 삼성전자 파운드리 5나노, 14나노, 28나노 공정을 통해 개발했다”고 말했다.

MPW 서비스 확대로 국내외 시스템 반도체 설계 역량 강화

삼성전자는 최첨단 MPW 서비스 현황과 계획, 국내외 시스템 반도체 연구개발 생태계 강화 방안을 공개했다.

^{※ MPW(Multi Project Wafer): 다품종 소량 생산을 위한 파운드리 형태로, 한 장의 웨이퍼에 다른 종류의 반도체 제품을 함께 생산하는 방식}

삼성전자는 AI, 고성능 컴퓨팅, 모바일 제품 설계에 활용 가능한 첨단 4나노 공정의 MPW 서비스를 지난 4월 처음 시작했으며, 8월과 12월에 걸쳐 올해 세 차례 지원한다.

2024년에는 4나노를 비롯한 MPW 서비스를 올해보다 10% 이상 제공하는 등 국내외 팹리스 고객의 시제품 제작 기회를 지속 확대할 계획이다.

삼성전자는 국내외 대학과의 연구개발 협력도 확대하며, 시스템 반도체 설계 역량 강화에 나선다.

삼성전자는 2021년부터 한국과학기술원(KAIST) 반도체설계교육센터(IDEC)에 28나노 로직(Logic) 공정 MPW 서비스를 무상으로 제공하고 있으며, 올해 하반기부터 협력 범위를 FD-SOI 공정으로 확대하는 등 2021년부터 2026년까지 28나노 MPW 서비스를 총 15회 무상 제공해 600개 반도체 제작을 지원한다.

^{※ FD-SOI(완전공핍형 실리콘 온 인슐레이터): 실리콘 웨이퍼 위에 전기가 통하지 않는 절연막(SiO2)을 형성하고 그 위에 트랜지스터를 구성하는 기술로 트랜지스터 동작시 발생하는 누설 전류를 크게 줄일 수 있음}

삼성전자는 국내 대학과의 추가 협력을 통해 미래 반도체 기술과 인재 양성, 혁신 생태계 구축을 적극 추진한다. 또한, 국내 대학에 제공 중인 14나노 MPW 공정을 해외 대학에도 제공할 계획이다.

최첨단 공정 응용처 HPC·AI로 확대, 고객 수요 탄력적 대응 위한 전략 공개

삼성전자는 2025년 모바일을 중심으로 2나노 공정 양산을 시작해 2027년까지 고성능 컴퓨팅(HPC), 인공지능(AI)으로 응용처를 단계별로 확대하고, 2027년에는 1.4나노 공정을 계획대로 양산한다.

또한, 최첨단 패키지 협의체 MDI(Multi Die Integration) Alliance를 출범해 비욘드 무어(Beyond Moore) 시대를 주도하겠다는 포부를 공유했다.

삼성전자는 2023년 하반기 평택 3라인에서 파운드리 제품을 양산하고 2024년 하반기 테일러 1라인 가동, 2025년 8인치 GaN(질화갈륨) 전력반도체 파운드리 서비스 시작 등 고객 수요에 탄력적으로 대응하기 위한 전략도 밝혔다.

^{※ GaN(질화갈륨): 차세대 전력반도체로 실리콘(Si) 반도체의 한계를 극복해 시스템의 고속 스위칭과 전력 절감을 극대화 가능}

삼성전자 파운드리사업부 최시영 사장은 ‘삼성 파운드리 포럼 2023’ 기조연설에서 “AI 적용 분야가 빠르게 확산되고 있고, 특히 다양한 개별 서비스에 특화된 엣지(Edge)의 폭발적인 성장이 예상된다”며 “삼성전자는 고성능 AI 반도체에 특화된 최첨단 공정과 차별화된 스페셜티 공정, 그리고 글로벌 IP 파트너사와의 긴밀하고 선제적인 협력을 통해 AI 시대 패러다임을 주도해 나가겠다”고 말했다.

한편, 삼성전자는 삼성 파운드리 포럼을 올해 하반기에 유럽과 아시아 지역에서도 개최할 계획이다.

▲ 삼성전자가 4일 삼성동 코엑스에서 개최한 ‘삼성 파운드리/SAFE 포럼’에 고객과 파트너 1,100여명이 참석한 가운데 딥엑스 김녹원 대표, LX세미콘 고대협 연구소장, 삼성전자 파운드리사업부 최시영 사장, 리벨리온 박성현 대표가 기념촬영을 하고 있다. (왼쪽부터)

▲ 삼성전자가 4일 삼성동 코엑스에서 개최한 ‘삼성 파운드리/SAFE 포럼’에 고객과 파트너 1,100여명이 참석한 가운데 최시영 사장이 기조연설을 하고 있는 모습

▲ 삼성전자가 4일 삼성동 코엑스에서 개최한 ‘삼성 파운드리/SAFE 포럼’에서 고객과 파트너가 대화를 나누고 있다.

AI 전용 반도체 솔루션 개발은 고도의 반도체 설계/제조 기술과 함께 AI 알고리즘 개발/검증, AI 서비스 경험과 기술의 융합이 필수적이다.

삼성전자와 네이버는 각 분야 기술의 선두주자로서 이번 협력을 통해 AI 시스템에 최적화된 반도체 솔루션을 개발할 수 있을 것으로 기대된다.

‘초대규모(하이퍼스케일, Hyperscale) AI’의 성능 향상은 처리할 데이터와 연산량의 기하급수적인 증가로 이어지나, 기존 컴퓨팅 시스템으로는 성능과 효율 향상에 한계가 있어 새로운 AI 전용 반도체 솔루션의 필요성이 급증하고 있다.

두 회사는 AI 시스템의 데이터 병목을 해결하고 전력 효율을 극대화할 수 있는 새로운 반도체 솔루션을 개발해 AI 기술 경쟁력을 한층 더 강화할 계획이다.

삼성전자는 컴퓨테이셔널 스토리지(Computational Storage) 기술인 스마트 SSD와 고성능 메모리에 연산 기능을 내장한 HBM-PIM(Processing-in-memory), PNM(Processing-near-memory), 대용량의 데이터를 효율적으로 처리할 수 있는 차세대 인터페이스 기반의 CXL(Compute Express Link) 등을 업계 최초로 개발하는 등 메모리 패러다임의 변화를 선도해 나가고 있다.

삼성전자는 이러한 차세대 메모리 솔루션의 융복합을 통해 메모리 병목현상을 극복하고, 초대규모 AI 시스템에 최적화된 반도체 솔루션을 제공해 나갈 예정이다.

네이버는 ‘하이퍼클로바(HyperCLOVA)’를 운용하면서 학습이 완료된 초대규모 AI 모델에서 불필요한 파라미터를 제거하거나, 파라미터 간 가중치를 단순하게 조정하는 경량화 알고리즘을 차세대 반도체 솔루션에 최적화해 초대규모 AI의 성능과 효율을 극대화한다는 계획이다.

삼성전자와 네이버는 이번 협력을 시작으로 컴퓨테이셔널 스토리지, HBM-PIM, CXL 등 고성능 컴퓨팅을 지원하는 차세대 메모리 솔루션의 확산에 대해서도 지속적으로 협력해 나갈 계획이다.

삼성전자 메모리사업부 전략마케팅실장 한진만 부사장은 “네이버와 협력을 통해 초대규모 AI 시스템에서 메모리 병목현상을 해결할 수 있는 최적의 반도체 솔루션을 개발할 것”이라며, “AI 서비스 기업과 사용자의 니즈를 반영한 반도체 솔루션을 통해 PIM, 컴퓨테이셔널 스토리지 등 시장을 선도하는 차세대 메모리 라인업을 확대해 나가겠다”고 밝혔다.

네이버 클로바 CIC 정석근 대표는 “네이버가 하이퍼클로바를 서비스하면서 확보한 지식과 노하우를 삼성전자의 첨단 반도체 제조 기술과 결합하면, 최신의 AI 기술이 당면하고 있는 문제를 해결할 수 있는 기존에 없던 새로운 솔루션을 만들어낼 수 있을 것”이라며, “네이버는 이번 협업을 시작으로 기술의 외연을 더욱 확장하며 국내 AI 기술 경쟁력 강화를 위해 지속적으로 노력해나갈 것”이라고 밝혔다.

▲왼쪽부터 삼성전자 메모리사업부 전략마케팅실장 한진만 부사장, 네이버 클로바 CIC 정석근 대표

▲앞줄 왼쪽 다섯번째부터 삼성전자 메모리사업부 전략마케팅실장 한진만 부사장, 네이버 클로바 CIC 정석근 대표

삼성전자 ’24Gbps GDDR6 D램’은 EUV(극자외선) 노광 장비를 활용한 3세대 10나노급(1z) 공정을 기반으로 한 16Gb 제품이다.
※ 10나노급 D램은 1세대(1x), 2세대(1y), 3세대(1z), 4세대(1a) 등으로 표기

’24Gbps GDDR6 D램’에는 하이케이 메탈 게이트(High-K Metal Gate, HKMG) 기술도 적용돼, 기존 18Gbps GDDR6 D램 대비 약 30% 이상 동작 속도가 향상됐다.
※ 하이케이 메탈 게이트: 누설전류를 최소화하기 위해 금속 소재 신물질을 게이트단에 적용하는 기술

특히 삼성전자는 국제 반도체 표준화 기구 JEDEC의 표준규격에 맞춰 GDDR6 D램을 개발해, AI/그래픽 가속기 업체들이 쉽게 채용할 수 있도록 호환성을 확보하면서도 업계 최고 속도를 구현했다.
※ JEDEC: Joint Electron Device Engineering Council

’24Gbps GDDR6 D램’을 프리미엄급 그래픽 카드에 탑재할 경우, 최대 초당 1.1TB의 데이터를 처리할 수 있다. 이는 풀HD급 영화 275편을 1초 만에 처리할 수 있는 속도다.

삼성전자는 저전력 동적 전압 기술(DVS)을 적용해 고객의 다양한 요구에 맞춰 20% 이상 향상된 전력 효율을 제공하는 솔루션도 마련했다. 특히, 동작 전압을 기존 1.35V보다 낮은 1.1V까지 지원해, 노트북 사용자들의 배터리 사용시간이 크게 증가할 것으로 기대된다.
※ 동적 전압 기술(DVS, Dynamic Voltage Switching): D램 동작 전압을 동적으로 변경해 성능과 전력 소모를 조절하는 기술

업계 최고 수준의 속도와 전력 효율을 확보한 ’24Gbps GDDR6 D램’은 PC, 노트북, 게임 콘솔 등 우수한 그래픽 성능이 요구되는 분야에서 더욱 차별화된 사용자 경험을 제공하게 됐다.

또한, 향후 차세대 고성능 컴퓨팅(HPC), 전기차, 자율주행차 등 다양한 분야에서도 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.

삼성전자 메모리사업부 상품기획팀 이동기 부사장은 “’24Gbps GDDR6 D램’은 이달 주요 고객사의 차세대 시스템에 탑재돼 검증이 시작될 예정”이라며 “삼성전자는 대용량 처리가 요구되는 컴퓨팅 시장 수요에 맞춰 제품을 적기에 상용화하고, 이를 통해 차세대 그래픽 D램 시장을 지속 선도해 나갈 것”이라고 밝혔다.

한편 고성능 그래픽 D램 시장은 매년 두 자릿수 이상의 성장이 예상되며, 삼성전자는 그래픽 D램 시장에서 차별화된 솔루션으로 시장 성장을 주도하고 있다.

레드햇은 글로벌 오픈소스 솔루션 선도 기업으로, 두 회사는 NVMe SSD, CXL 메모리, 컴퓨테이셔널 메모리/스토리지 (Computational emory/Storage), 패브릭(Fabrics) 등 차세대 메모리 솔루션 기술 관련 소프트웨어 개발과 에코시스템 확대를 위해 협력하기로 했다.
* NVMe(Non-Volatile Memory express): PCIe 기술을 기반으로 한 비휘발성 저장장치용 인터페이스
* 컴퓨테이셔널 메모리/저장장치: 분산 연산이 가능한 메모리/스토리지로 PIM 기술 등 포함

또한, 두 회사는 삼성전자가 개발하는 메모리 소프트웨어 기술이 레드햇 리눅스를 포함한 오픈소스 소프트웨어에서 지원이 가능하도록 협력하고, 검증과 프로모션도 함께 진행하기로 했다.

최근 인공지능(AI), 머신러닝(ML), 메타버스(Metaverse) 등 첨단 산업의 발전으로 인해 데이터 사용량이 폭발적으로 증가함에 따라 데이터센터에서 메모리/스토리지 활용의 패러다임도 변화하고 있다.

두 회사는 급증하는 데이터의 안정적인 저장, 처리를 위해 CXL, PIM 등 차세대 메모리를 활용할 수 있는 기술과 함께 여러 개의 메모리/스토리지를 묶어 가상화하는 패브릭까지 포함하는 소프트웨어 솔루션 개발에 적극 협력할 계획이다.
* CXL(Compute Express Link): 고성능 컴퓨팅 시스템에서 CPU와 함께 사용되는 가속기, 메모리, 저장장치 등을 보다 효율적으로 활용하기 위해 새롭게 제안된 인터페이스
* PIM(Processing In Memory): 메모리 내에서 연산처리가 가능하도록 메모리 내부에 프로세서 기능을 더한 차세대 메모리 반도체

삼성전자는 하반기 ‘삼성 메모리 리서치 클라우드(Samsung Memory Research Cloud, SMRC)’를 오픈하고, 차세대 메모리 솔루션 개발과 평가를 위한 최적화된 환경을 제공할 예정이다.

SMRC는 삼성전자 차세대 메모리를 탑재한 고객사 서버의 하드웨어와 소프트웨어의 최적 조합을 분석하고 성능을 평가할 수 있는 환경을 제공한다.

삼성전자 메모리사업부 AE(Application Engineering)팀 배용철 부사장은 “이번 레드햇과의 협력으로 차세대 메모리 분야에서 하드웨어뿐 아니라 소프트웨어까지 기술 표준화와 함께 안정적인 에코시스템을 구축할 수 있을 것으로 기대한다”며, “이번 협력을 통해 업계의 다양한 파트너들로 협력을 확대하며 새로운 고객 가치를 창출해 나가겠다”고 말했다.

레드햇 아시아태평양총괄 마르옛 안드리아스(Marjet Andriesse) 부사장은 “다가오는 데이터 중심 시대에 메모리 기반 하드웨어와 소프트웨어의 결합은 필수적이며, 이를 위해 이번에 삼성전자와 협력하게 돼 기쁘다”고 말했다.

삼성전자는 메모리 솔루션과 관련한 다양한 오픈소스 소프트웨어 개발을 위해 활발히 활동하는 한편 업계 파트너들과 협력을 확대하고 있다.

▲ 5월 13일(미 현지시간) 삼성전자 메모리사업부 AE팀 배용철 부사장(우)과 레드햇 아시아태평양총괄 마르옛 안드리아스(Marjet Andriesse) 부사장(좌)이 차세대 메모리 분야 소프트웨어 기술 상호협력을 맺었다.

삼성전자는 지난해 5월 세계 최초로 CXL 기반 D램 기술을 개발하고 데이터센터, 서버, 칩셋 업체들과 평가를 해왔으며, 이번에 기존 대비 메모리 용량을 4배 향상시킨 512GB CXL D램을 개발했다. 또한 ASIC(주문형 반도체) 기반의 컨트롤러를 탑재해 데이터 지연 시간을 기존 제품 대비 1/5로 줄였다.

이번 제품은 PCIe 5.0을 지원하며, 대용량 SSD에 적용되는 EDSFF(Enterprise & Data Center Standard Form Factor) 폼팩터가 적용되어, 기존 컴퓨팅 시스템의 D램 용량을 획기적으로 확장할 수 있다.

최근 메타버스, 인공지능, 빅데이터 등 폭발적으로 증가하는 데이터 양에 비해 기존의 DDR 인터페이스는 시스템에 탑재할 수 있는 D램 용량에 한계가 있어, CXL D램과 같은 차세대 메모리 솔루션에 대한 요구가 지속되고 있다.

삼성전자가 이번에 고용량 CXL D램을 개발함에 따라 메인 D램과 더불어 서버 한 대당 메모리 용량을 수십 테라바이트 이상으로 확장할 수 있게 됐다.

삼성전자는 이달 중 ‘스케일러블 메모리 개발 키트(Scalable Memory Development Kit, SMDK)’의 업데이트 버전을 오픈소스로 추가 공개해, 개발자들이 다양한 응용 환경에서 CXL D램 기술을 활용하는 프로그램을 빠르고 쉽게 개발할 수 있게 할 계획이다.
※ SMDK: 차세대 이종 메모리 시스템 환경에서 기존에 탑재된 메인 메모리와 CXL 메모리가 최적으로 동작하도록 도와주는 소프트웨어 개발 도구로 API, 라이브러리 등으로 구성됨

삼성전자 메모리사업부 신사업기획팀 박철민 상무는 “CXL D램은 인공지능, 빅데이터 등의 서비스를 혁신적으로 향상시키고, 향후 소프트웨어 정의 메모리(Software-Defined Memory)를 포함한 차세대 메모리로 확장될 것”이라며, “삼성전자는 CXL 메모리 생태계가 빠르게 확장해 갈 수 있도록 고객, 파트너들과 함께 기술 표준화를 적극 추진하고, CXL 메모리 솔루션을 확대해 차세대 메모리 시장을 주도해 나가겠다”라고 밝혔다.

레노버 인프라스트럭쳐 솔루션그룹(Lenovo Infrastructure Solutions Group) 최고기술책임자(CTO) 그렉 허프(Greg Huff)는 “CXL 컨소시엄의 멤버인 레노버는 기술 표준 개발과 함께 CXL 중심의 생태계 구축에 기여하고 있다”라며, “혁신적인 CXL 제품들을 레노버 시스템에 적용을 확대하는 데 삼성전자와 협력해 나가겠다”라고 말했다.

몬타지 테크놀로지(Montage Technology) 전략기술 담당 부사장 크리스토퍼 콕스(Christopher Cox)는 “CXL은 메모리 확장과 공유를 최적화하는 핵심 기술이며, 차세대 서버 플랫폼에서 중요한 역할을 할 것”이라며, “몬타지는 삼성과 함께 CXL 메모리 생태계가 빠르게 확장될 수 있도록 협력해 나갈 것”이라고 말했다.

삼성전자는 CXL 컨소시엄 이사회에 참여해 글로벌 주요 데이터센터, 서버, 칩셋 업체들과 차세대 인터페이스 기술 개발을 위한 협력을 확대해 가고 있으며, 3분기부터 주요 고객과 파트너들에게
512GB CXL D램 샘플을 제공할 예정이다.

삼성전자는 테라바이트급 이상의 차세대 메모리 인터페이스 제품을 지속 개발하며 대용량 메모리가 요구되는 컴퓨팅 시장에 맞춰 적기에 상용화할 계획이다.

코로나19가 앞당긴 디지털 전환으로 AI 역시 많은 발전과 함께 수요도 대폭 증가하였다. 이미 AI는 자동차, 금융, 헬스케어, 교육 등 주요 산업과 접목하여 자율주행차, 챗봇 등의 서비스를 선보이며, 이미지 처리 · 음성인식 · 자연어 처리 등 영역 확대가 빠르게 이뤄지고 있다.

‘Next D램’ AI 시대를 이끌 차세대 메모리 솔루션

최근 데이터 처리량이 급격히 늘어나면서 기존 컴퓨팅 성능이 한계에 봉착했다. 실제로 AI 데이터 처리량은 1년에 10배 가량 급증하는 추세이다.^[1]

하지만 기존 서버 시스템에서 CPU 당 꽂을 수 있는 D램 모듈은 오직 16개, 최대 8TB로 AI, 머신러닝과 같은 대규모 데이터를 처리하기엔 역부족이다.

따라서 다가오는 AI시대에는 고속의 인터페이스 채택과 용량 확장을 할 수 있는 메모리 개발이 화두로 떠오르며, 그 중 메모리에 AI 프로세서 기능을 탑재한 PIM, Computing Storage 등과 함께 CXL기반 D램 모듈이 차세대 메모리 솔루션으로 주목받고 있다.

CXL, 메모리 용량 한계와 서버의 유연성을 ‘확장’하는 인터페이스

그렇다면 CXL메모리는 왜 이 같은 한계를 극복하는 차세대 메모리로 주목받을까?

그 이유는 바로 ‘확장성’ 때문이다.

CXL은 컴퓨팅 시스템에서 중앙처리장치(CPU)와 메모리, 그래픽처리장치(GPU), 저장장치 등을 보다 효율적으로 활용하기 위한 새로운 인터페이스이다. 기존에는 CPU를 중심으로 메모리와 저장장치 등 각 장치에 별도 인터페이스가 존재해 각 장치 간 통신을 할 때 다수의 인터페이스를 통과해야만 하기 때문에 그 과정에서 지연 문제 등이 발생했다. 특히 AI, 머신러닝 등 데이터 처리량이 폭발적으로 증가하며 이러한 지연 문제는 더욱 심화되었다.

CXL은 PCIe 5.0에 적용되는 차세대 인터페이스의 일환으로 기존의 여러 인터페이스를 하나로 통합해 각 장치를 직접 연결하고 메모리를 공유하게 하는 것이 핵심이며, 기존에 제한적이었던 데이터 처리 길(pathway)을 빠르고, 효율적인 새로운 길로 확장했다는 점에서 차세대 메모리 솔루션을 위한 인터페이스로 주목받고 있다.  

삼성전자는 이 같은 흐름에 맞춰 지난해 5월 CXL 기반의 소프트웨어 개발 솔루션인 ‘CXL메모리 익스팬더’를 업계 최초로 출시하며 CXL 메모리 솔루션을 본격적으로 알리기 시작했다. CXL의 대표적인 장점을 소개하자면 아래 3가지로 요약할 수 있다.

■ 획기적인 용량 확장

흡사 외장형 저장장치인 SSD (Solid State Drive)와 유사한 ‘CXL 메모리 익스팬더’는 실제로도 SSD를  꽂는 자리에 장착 시 D램 용량 확장이 가능한 원리다. 즉, 기존 서버 구조를 통째로 바꾸거나 교체하지 않고도 인터페이스 개선만으로 시스템 내 D램 용량을 늘릴 수 있다.

■ 효율적인 데이터 처리

또한, 효율적인 데이터 처리가 가능하다. 고대역폭을 획기적으로 확장하여 서로 다른 기종 간 메모리 공유가 가능해 효과적으로 자원을 활용할 수 있기 때문이다. 즉, 공용 메모리 공간을 공유함으로써 가속기의 메모리를 메인 메모리처럼 쓸 수 있고, 자체 메모리가 없는 장치는 메인 메모리를 끌어다 쓸 수 있다.

■ 시스템 연산 속도 활성화

뿐만 아니라 데이터 처리량의 증가로 심화된 지연 현상을 최소화할 수 있다. 가속기와 CPU 가 함께 활용되어 시스템 연산 속도를 활성화함으로써 데이터 처리 속도가 훨씬 매끄럽고 빠르다.

하지만 CXL 인터페이스는 아직 생소한 개념으로 초기 단계이지만 다가오는 4차 산업을 가속할 주역으로 평가받고 있다.

빠르게 다가오는 AI시대를 위해 삼성전자는 CXL메모리 하드웨어뿐만 아니라 소프트웨어 솔루션인 ‘SMDK(Scalable Memory Development Kit)’까지 차례로 선보이며 CXL 생태계 확대를 돕고, 진화하는 데이터 처리 환경에 적합한 차세대 메모리를 통해 시장을 선도해 나갈 예정이다.

AI와 가상현실에 기반한 서비스가 일상화되는 시대의 흐름에 발맞춰, 삼성전자는 기존보다 두 배 빨라진 PCIe 5.0 기반 고성능 SSD ‘PM1743’을 개발했다. 전력 효율성 향상, 보안과 신뢰성 강화 등 고성능 서버에 대한 시장의 요구를 충족하는 동시에, 기존보다 더 많은 양의 데이터를 빠르게 처리해 우리의 일상을 편리하게 만들어 줄 제품이다.

뉴스룸이 PM1743으로 우리의 삶이 어떻게 달라질지 한눈에 보여주는 영상을 준비했다. 앞으로 스마트 팜, 헬스케어, 금융 등 다양한 분야에서 방대한 데이터를 정확하고 빠르게 분석해 우리 일상을 보다 편리하고 자유롭게 변화시킬 것으로 기대된다. 삼성 SSD가 만들어가는 무한한 가능성을 아래 영상에서 만나보자.

이정배 사장은 기조연설을 통해 “글로벌 팬데믹의 장기화로 디지털 트랜스포메이션이 가속화되고 있으며, 자율주행, 휴먼 로봇, 인공지능, 메타버스 등 다양한 미래 기술의 융합으로 데이터의 흐름은 더욱 복잡해지고 양 또한 폭발적으로 증가하고 있다”고 말했다.

이 거대한 변화 속에서 반도체의 역할은 지속적으로 커지고 있으며, 반도체 업계 역시 폭증하는 데이터 처리를 위해 기존의 발전 속도를 뛰어넘는 다양한 도전이 요구되고 있다.

이정배 사장은 기조연설에서 최근 반도체 업계가 공정/소재 혁신을 통해 미세 공정의 한계를 극복하고, 성능과 전력효율을 극대화하기 위해서 추진 중인 여러 노력을 소개했다.

특히 메모리에 AI 프로세서 기능을 더한 PIM과 시스템의 메모리 용량을 획기적으로 확장할 수 있는 CXL 기반 D램 등 새롭게 논의되고 있는 차세대 메모리 서브시스템을 소개하며, 메모리반도체가 기존 저장 역할 뿐만 아니라 데이터 처리의 중심이 되는 패러다임 변화가 이미 시작됐다고 말했다.

또한 반도체 업계가 당면한 기술적 난제를 극복하고 미래로 나아가기 위해 소재, 부품, 장비 등 전 분야의 걸친 긴밀한 협력으로 강력한 생태계를 만들고, 인력양성, 산학협력 등에도 보다 많은 투자와 노력이 필요함을 강조했다.

이정배 사장은 저전력 반도체를 개발하고 제품 생산부터 폐기까지 탄소를 포함한 온실가스 배출을 최소화하는 등 미래 지구환경을 위해 적극적인 시도가 필요한 때임을 강조하며 기조연설을 마쳤다.

SEDEX는 반도체산업 생태계 전 분야가 참가하는 국내 유일의 반도체 전문 전시회로 10.27(수)~29(금)까지 서울 COEX에서 진행된다.

이번 행사에서 참가자들은 메모리/시스템반도체뿐만 아니라 디지털 TV, Mobile 등 반도체를 필요로 하는 다양한 분야의 제품 및 기술에 대한 정보를 교류할 예정이다.

제23회 반도체대전(SEDEX 2021) 이정배 사장의 기조연설은 아래 영상에서 볼 수 있다.

함돈희 삼성전자 종합기술원 펠로우 겸 하버드大 교수, 박홍근 하버드大 교수, 황성우 삼성SDS사장, 김기남 삼성전자 부회장이 집필한 이 논문은 영국 현지시간 23일 세계적인 학술지 ‘네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)’에 게재됐다.
* (논문제목) Neuromorphic electronics based on copying and pasting the brain
* (논문링크) https://www.nature.com/articles/s41928-021-00646-1

이번 논문은 뇌 신경망에서 뉴런(신경세포)들의 전기 신호를 나노전극으로 초고감도로 측정해 뉴런 간의 연결 지도를 ‘복사(Copy)’하고 복사된 지도를 메모리 반도체에 ‘붙여넣어(Paste)’, 뇌의 고유 기능을 재현하는 뉴로모픽 칩의 기술 비전을 제안했다.

초고감도 측정을 통한 신경망 지도의 복사(Copy)는 뉴런을 침투하는 나노 전극의 배열을 통해 이루어진다. 뉴런 안으로 침투함으로써 측정 감도가 높아져 뉴런들의 접점에서 발생하는 미미한 전기 신호를 읽어낼 수 있다. 이로 인해 그 접점들을 찾아내 신경망을 지도화 할 수 있다. 이는 삼성전자가 2019년부터 하버드大 연구팀과 지속 협업해 온 기술이다.

특히, 삼성전자는 복사된 신경망 지도를 메모리 반도체에 붙여넣어(Paste) 각 메모리가 뉴런 간의 접점의 역할을 하는 완전히 새로운 개념의 뉴로모픽 반도체를 제안했다. 또 신경망에서 측정된 방대한 양의 신호를 컴퓨터로 분석해 신경망 지도를 구성하려면 많은 시간이 소요되는데, 측정 신호로 메모리 플랫폼을 직접 구동하여, 신속하게 신경망 지도를 내려받는 획기적인 기술적 관점도 제시했다.

이 플랫폼은 일반적으로 사용되는 메모리인 플래시 및 다른 형태의 비휘발성 메모리인 저항 메모리(RRAM) 등을 활용할 수 있다.

한편, 궁극적으로 사람의 뇌에 있는 약 100조개의 뉴런 접점을 메모리 망으로 구현하려면 메모리 집적도를 극대화 해야 한다. 이를 위해 3차원 플래시 적층 기술과 고성능 D램에 적용되는 TSV(실리콘관통전극)를 통한 3차원 패키징 등 최첨단 반도체 기술의 활용을 제안했다.

이번 연구는 학계와 업계의 기술 리더들이 참여해 신경 과학과 메모리 기술을 접목, 차세대 인공지능 반도체에 대한 비전을 보였다는 점에도 의의가 있다.

삼성전자 종합기술원 함돈희 펠로우는 “이번 논문에서 제안한 담대한 접근 방식이 메모리 및 시스템 반도체 기술의 경계를 넓히고, 뉴로모픽 기술을 더 발전 시키는 데 도움이 될 것”이라고 밝혔다.

삼성전자는 기존 보유한 반도체 기술 역량을 기반으로 뉴로모픽 연구에 지속 집중해 차세대 인공지능 반도체 분야에서도 기술 리더십을 확보해 나갈 계획이다.

▲ 논문 관련 이미지

▲(왼쪽부터) 삼성전자 함돈희 펠로우, 하버드대학교 박홍근 교수, 삼성SDS 황성우 사장, 삼성전자 김기남 부회장

GSA는 반도체 생태계 협력과 발전을 논의하기 위해 설립된 협회로, 반도체 제조사뿐 아니라 소프트웨어와 플랫폼 등 다양한 글로벌 IT 기업들이 참여하고 있다. 이번 콘퍼런스에서 참가자들은 ‘Architecting the Digital Future’를 주제로 데이터 시대에 필요한 차세대 메모리와 시스템 설계 방식의 발전에 대해 논의했다.

폐막 기조연설에 나선 삼성전자 메모리사업부 전략마케팅실장 한진만 부사장은 인공지능과 빅데이터 활용으로 급격히 증가하는 데이터 폭증에 대해 메모리 반도체가 직면한 도전과 새로운 역할에 대해 발표했다.

한 부사장은 5G, AI와 같은 기술의 부상과 더불어 코로나19가 유발한 데이터 폭증에 대처하기 위해, 미래의 메모리 기술은 우리가 이전에 경험하지 못한 수준의 성능과 연결성을 지원해야 한다고 강조했다.

메모리 업계는 더 큰 용량과 더 빠른 속도에 대한 수요를 충족시키기 위해 오랫동안 노력을 기울여 왔다. 하지만, 이제는 또 한번 한계를 뛰어넘는 혁신이 필요한 시점이다.

삼성전자는 메모리 업계 최초로 EUV와 HKMG 공정 기술을 적용한 D램으로 미세공정 혁신을 주도하고 있으며, HCB(hybrid copper bonding)와 같은 혁신 기술을 통해 열 성능을 최적화하고 있다. V-NAND 기술에서도 같은 단수를 더 낮게 구현해, 높이의 물리적 한계를 극복할 수 있는 기반 기술을 확보했다.

특히 최근에는 △세계 최초로 메모리와 시스템반도체를 융합한 HBM-PIM (Processing-in-Memory), △D램 모듈에 연산기능을 탑재한 AXDIMM, △SSD에 연산기능을 탑재한 스마트 SSD, △D램 용량 한계를 극복할 수 있는 CXL D램 등 새로운 메모리 솔루션을 지속해서 선보이고 있다.

한 부사장은 “삼성전자는 새로운 시스템 아키텍처를 지원할 수 있는 차세대 메모리 솔루션 개발을 주도하고 있다”며 “빠르고 복잡하게 변화하는 IT업계에 적합한 메모리 반도체 기술을 지속 개발하기 위해 글로벌 기업들과 협력을 통해 개방형 혁신에 앞장설 것”이라고 밝혔다.

‘2021 GSA Memory+ 콘퍼런스’에서 진행한 한진만 부사장의 기조 연설은 아래 영상에서 볼 수 있다.

‘플래시볼트’는 16기가바이트(GB) 용량의 3세대 HBM2E(고대역폭 메모리, High Bandwidth Memory 2 Extended) D램으로 기존 2세대 대비 속도와 용량이 각각 1.3배, 2.0배 향상됐다.
* HBM : 고대역폭 메모리로, TSV 기술을 적용해 기존의 금선을 이용한 일반 D램 패키지에 비해 데이터 처리 속도를 혁신적으로 끌어올린 제품

삼성전자는 2세대 8GB HBM2 D램 ‘아쿠아볼트(Aquabolt)’를 세계 최초로 개발해 업계에서 유일하게 양산한 지 2년만에 3세대 HBM2E D램 ‘플래시볼트’를 출시하며 차세대 프리미엄 메모리 시장 선점에 나섰다.

‘플래시볼트’는 1개의 버퍼 칩 위에 16기가비트(Gb) D램 칩(10나노급) 8개를 쌓아 16GB 용량을 구현해 차세대 고객 시스템에서 최고용량, 최고속도, 초절전 등 최적의 솔루션을 제공한다.
* 8Gb = 1GB, 16Gb = 2GB
* 3세대 HBM2E: 16GB (16Gb D램 x 8개) / 2세대 HBM2: 8GB (8Gb D램 x 8개)

삼성전자는 16Gb D램 칩에 5,600개 이상의 미세한 구멍을 뚫고 총 4만개 이상의 TSV 접합볼로 8개 칩을 수직 연결한 ‘초고집적 TSV 설계 기술’을 이 제품에 적용했다.

특히 이 제품은 ‘신호전송 최적화 회로 설계’를 활용해 총 1,024개의 데이터 전달 통로에서 초당 3.2기가비트의 속도로 410기가바이트의 데이터를 처리한다. 풀HD(5기가바이트) 영화 82편을 1초에 전달할 수 있는 수준이다.
* 2세대 HBM2 = 초당 2.4Gb 속도로 307GB 전송 가능, 영화 61편 수준

삼성전자는 2020년 이 제품을 양산해 기존 인공지능 기반 초고속 데이터 분석과 고성능 그래픽 시스템을 개선하고 슈퍼컴퓨터의 성능 한계를 극복해 차세대 고성능 시스템 적기 개발에 기여할 계획이다.

이 제품은 또 세계 최초로 초당 4.2기가비트까지 데이터 전달 속도 특성을 확보해 향후 특정 분야의 차세대 시스템에서는 538기가바이트를 1초에 처리할 수 있을 것으로 전망된다.

2세대 제품과 비교할 경우 초당 데이터 처리 속도가 1.75배 이상 향상되는 것이다.

삼성전자 메모리사업부 전략마케팅실 최철 부사장은 “역대 최고 성능의 차세대 D램 패키지 출시로 빠르게 성장하는 프리미엄 시장에서 사업 경쟁력을 계속 유지할 수 있게 되었다”며, “향후 더욱 차별화된 솔루션을 제공해 독보적인 사업 역량을 강화시켜 나갈 것”이라고 강조했다.

삼성전자는 글로벌 IT 고객들에게 ‘아쿠아볼트’를 안정적으로 공급하는 한편, 차세대 시스템 개발 협력을 더욱 강화해 ‘플래시볼트’ 시장을 확대함으로써 프리미엄 메모리 시장의 수요 확대를 적극 주도해 나갈 계획이다.

▲ 삼성전자 3세대 16GB HBM2E D램 ‘플래시볼트’