삼성 파운드리, HBM 턴키 서비스로 전환점 만든다

[테크월드뉴스=박예송 기자] 엔비디아가 AI 반도체 양산 계획을 발표한 가운데 TSMC가 충분한 생산능력을 보여줄 수 있을지 의문이 제기된다. TSMC가 엔비디아의 수요에 따라오지 못한다면 이는 삼성 파운드리에 기회가 될 것으로 예상된다. 특히 HBM과 첨단 패키징을 같이 서비스할 수 있는 점이 장점으로 부각되며 삼성과 TSMC 간 고객사 확보 경쟁이 예상된다.

▶ AI칩 수요 폭발, TSMC로는 부족해

AI칩에 대한 수요가 폭발적으로 늘어나면서 엔비디아 실적은 기록적 상승세를 보이고 있다. 엔비디아의 2분기 영업이익은 68억 달러로 전년동기 대비 1263% 증가했다. 엔비디아는 내년에 AI 칩을 지금의 4배인 200만대 이상 생산할 예정이라고 밝혔다.

현재 엔비디아 H100 GPU는 TSMC의 4나노 공정을 통해 생산되고 있다. AI칩의 엄청난 수요에도 현재 TSMC 매출에서 서버향 AI반도체가 차지하는 비중은 6%에 불과하다. AI칩 수요는 점점 늘어나는데 반해 TSMC의 캐파가 아직 엔비디아 GPU 발주를 충족하기에는 역부족이기 때문이다. 따라서 엔비디아가 요구하는 수주 물량을 TSMC가 모두 확보할 가능성은 낮을 것으로 예상된다.

이런 상황은 삼성 파운드리에 기회가 될 것으로 전망된다. AMD는 TSMC를 통해 AI칩 생산을 추진했지만 TSMC의 첨단 패키징 공급이 수요를 충족하지 못하자 삼성전자를 파트너사로 선택했다. AMD와 같이 엔비디아도 충분한 반도체 물량 확보를 위해 삼성 파운드리에 손을 뻗을 가능성이 있다.

▶HBM과 패키징을 한번에

삼성전자가 HBM을 직접 생산한다는 장점 또한 작용할 것으로 보인다. 삼성전자, SK하이닉스 등 국내 기업이 HBM 개발·생산에서 앞장서고 있지만, 지금까지는 이렇게 생산된 HBM은 절반만 패키징한 상태로 TSMC에 납품됐다. 이후 TSMC가 이 HBM을 받아 AI칩에 최종 패키징하는 방식으로 고객사에 완제품을 제공했던 것이다.

그러나 이제는 삼성전자가 AI칩과 HBM을 모두 생산하고 여기에 첨단 패키징까지 턴키로 제공할 수 있는 구조가 가능하다. 이런 턴키 서비스를 통해 고객은 삼성전자에 AI칩, HBM·패키징을 모두 맡기고 시간과 비용을 절감할 수 있다.

업계에 따르면 삼성전자는 AMD의 MI300X에 필요한 HBM과 첨단 패키징을 묶어 턴키 서비스로 제공할 계획으로 최근 AMD로부터 4세대 HBM인 HBM3와 첨단 패키징의 최종 품질 테스트를 통과했다.

엔비디아와도 HBM·패키징 공급 협상을 진행 중인 것으로 알려졌다. 업계에 따르면 엔비디아는 삼성전자와 최선단 공정 기반의 AI GPU 칩 생산 의뢰를 검토 중이며 성능 검증을 위한 논의도 진행 중이다.

이는 미세공정 수율 개선과 더불어 고객사 확보를 위한 통로가 될 수 있을 것으로 보인다. 삼성 파운드리는 10나노 미만 공정부터 수율 개선에 더딘 모습을 보여주며 주요 고객사들이 TSMC로 이탈했었다. 그러나 최근 미세공정 수율이 개선됐다고 밝히며 고객사 재확보에 대한 가능성을 보였다. HBM 패키징 과정에서 시간과 비용 측면의 장점이 두드러진다면 후공정뿐 아니라 전공정 고객사 확보에도 가점 요인이 될 것으로 보인다.

한편 대만매체인 디지타임즈는 최근 AI 반도체 관련 특집기사에서 "HBM은 AI산업 분야에서 한국기업은 할 수 있지만, 대만기업들이 따라잡지 못하는 취약한 고리"라고 지적한 바 있었다. 이와 관련해 업계 관계자는 “삼성 파운드리는 HBM과 첨단 패키징을 함께 제공할 수 있는 유일한 기업”이라며 “고객사 확보에 플러스 요소가 될 수 있을 것”이라고 말했다.