삼성전자, 브로드컴과 292조원 AI 반도체 동맹…HBM부터 2나노까지

삼성전자·브로드컴이 차세대 AI 인프라 지원 목적의 전략적 협력을 확대한다. 2일 업계 전언에 따르면 양사는 AI 인프라 수요에 대응하기 위해 기존 협력을 메모리 공급을 넘어 선단 공정과 첨단 패키징으로 넓히고 있다.

브로드컴 차세대 AI 가속기 대상 삼성전자 HBM 포함 메모리 솔루션 공급이 이뤄지며, 협력 범위는 메모리·파운드리·첨단 패키징을 포괄한다. 협력 범위는 삼성전자 2나노 이하 선단 공정까지 확대되고, 삼성전자 2.3D·2.5D 첨단 패키징 기술까지 확대된다.

이를 위해 양사는 미국 샌프란시스코 'AI 서밋(AI Summit)'에서 차세대 AI 인프라용 전략적 업무협약(MOU)을 체결했다. 협력의 핵심은 삼성전자 메모리·파운드리·첨단 패키징 기술과 브로드컴 AI·네트워크 반도체 설계 역량의 결합이다.

메모리·파운드리 합산 협력 규모 전망은 2030년까지 향후 5년간 2000억 달러(약 292조 원) 초과로 제시됐다.

삼성전자·브로드컴 협력 방향은 브로드컴 차세대 AI 가속기용 HBM 포함 첨단 메모리 솔루션 공급이다. AI 가속기 요구사항은 대규모 데이터의 단시간 처리다. AI 가속기 핵심 경쟁력은 연산 성능·프로세서-메모리 간 데이터 전송 속도·전력 효율이다.

이 같은 흐름 속에 AI 가속기 설계 단계부터 HBM의 대역폭·용량·전력 효율 공동 최적화의 중요성이 확대되고 있다. 처리량뿐 아니라 메모리와의 연결 성능 및 전력 효율이 중요해지면서 설계 초기부터 이를 함께 맞추는 필요성이 커지고 있다는 의미다.

삼성전자는 올해 2월 1c D램·4나노 베이스다이 적용 HBM4 양산 출하를 시작했다. 이어 5월에는 HBM4E 샘플을 고객사에 공급했다.

삼성전자는 HBM4·HBM4E 기반 브로드컴 차세대 AI 가속기용 고성능·고효율 메모리 공급 확대를 추진하는 전략이다. 이와 함께 차세대 HBM 로드맵 구체화도 진행하고 있다.

삼성전자는 9월 1일 세미콘 타이완 발표에서 HBM5 목표 성능이 HBM4E 대비 2배 수준이라고 밝혔다. 또 HBM5 목표 성능/전력비 20% 향상과 HBM5 개발 방향 열 저항 20% 저감을 제시했다. HBM5 베이스다이에는 삼성 2나노 공정 적용 추진이 알려졌다.

향후 브로드컴과의 협력 확대 가능성이 제기되며, 이는 HBM4·HBM4E를 넘어 삼성전자의 차세대 HBM·선단 로직·패키징 기술을 결합하는 방향이다.

이 같은 협력 가능성은 메모리 협업이 차세대 HBM과 로직·패키징 결합으로 넓어질 수 있음을 시사한다. 브로드컴 협력 구조는 AI 가속기·네트워크 반도체에 필요한 로직·메모리·패키징을 삼성전자와 통합 협력하는 방식이 가능하다는 내용이다.

파운드리 협력도 진행되고 있다. 브로드컴 주요 제품에는 삼성전자의 2나노 및 그 이하 선단 공정 기술이 적용되며, 삼성전자 적용 추진 대상은 브로드컴의 차세대 고속 데이터 통신 지원 무선 브로드밴드 통신(WBC) 솔루션 등 제품군이다.

양사의 목표는 2나노 공정 기반의 고성능·저전력 AI 및 네트워크 반도체 구현이다. 이번 협력은 단순 파운드리 생산 계약에 한정되지 않는다.

삼성전자는 반도체 설계·공정 공동 최적화 단계부터 칩 설계·첨단 패키징·양산까지 연계한 원스톱 턴키 솔루션을 내세우고 있다. 이에 따라 협력은 설계 최적화부터 패키징·양산까지 삼성전자가 일괄 제공하는 방식으로 전개된다.

이번 발표는 구체 조건이 확정된 공급계약이 아니라 MOU 형태의 전략적 협력이다. 확정 공급계약이 아니며, 제품별 수주 규모와 양산 시점, 적용 공정은 미확정 사항이다.

양사는 협력 범위를 파운드리 외 2.3D·2.5D 첨단 패키징 기술로 확대할 계획이다.

AI 반도체는 대규모 로직 칩과 다수 HBM의 단일 패키지 통합이 필요하다. 패키징 기술은 시스템 성능을 좌우하는 핵심 요소로 위상이 바뀌고 있다.

AI 가속기에서는 로직 다이-HBM 간 데이터 이동 거리를 줄이고 대역폭을 높이면서 전력 소모를 최소화해야 한다.

선단 공정만으로는 성능 향상에 한계가 있다. 이에 따라 HBM·로직·패키징을 동시에 최적화하는 방식이 중요해지고 있다.

삼성전자는 메모리·로직·파운드리·첨단 패키징 보유 역량을 묶어 브로드컴 대상 통합 솔루션 제공 전략을 추진한다. 삼성전자는 2나노 기반 첨단 패키징으로 고성능·고효율 AI 반도체 구현 지원에 나설 계획이다.

제목 요지대로 TSMC 병목에 삼성 2나노 기회 확대 흐름이 제시된다. 이번 협력은 AI 반도체 시장의 선단 파운드리·첨단 패키징 공급 부족과 연동된다.

지난 8월 25일 국내 보도에 따르면 브로드컴은 AI 반도체 공급 확대 목적 최대 1000억 달러 자금 조달 추진에 나선 것으로 전해졌다. 해당 보도는 기존 주력 생산 파트너 TSMC의 선단 공정 생산능력 부족으로 공급망 확대 필요가 커졌다고 분석했다.

이 같은 흐름 속에서 삼성전자와의 2000억 달러 규모 협력이 별도 장기 공급라인 구축 기반이 될 수 있다는 관측이 나온다. 이에 따라 브로드컴의 공급망 다변화 필요와 맞물려 삼성전자 쪽 기회가 커지는 흐름으로 제시된다.

브로드컴의 실제 2나노 생산 확대는 삼성전자 파운드리 사업에 선단 공정 대형 고객 확보의 의미를 갖는다. 이번 브로드컴 협력은 삼성 파운드리 고객 포트폴리오 확대의 중요 계기로도 평가된다.

브로드컴은 AI 가속기·네트워크 반도체를 직접 설계하는 대표적 팹리스 기업이다. 브로드컴의 커스텀 AI 반도체 사업 중요성도 확대되고 있다. 하이퍼스케일러들의 자체 AI ASIC 수요 확대 역시 이런 흐름을 뒷받침하고 있다.

AI 가속기·네트워크 반도체를 중심으로 선단 공정 수요가 증가하고 있다. 이에 따라 선단 파운드리 수급 환경도 빠르게 변화하고 있다. 외신은 삼성전자가 AI 반도체 수요 증가에 힘입어 일부 파운드리 신규 주문 가격을 최대 15% 인상했다고 보도했다.

이런 변화 속에서 이번 협력은 삼성전자의 전략 확대와 맞물린다. 삼성전자는 메모리에서 파운드리, 패키징으로 이어지는 AI 턴키 전략을 본격화하고 있다.

이번 협력의 최대 의미는 삼성전자가 HBM 공급업체에서 AI 반도체 종합 솔루션 업체로 영역을 확대할 기반을 마련하는 데 있다. 브로드컴의 2나노 생산 확대 가능성은 삼성전자에 선단 공정 대형 고객 확보와 고객군 확장 기회로 연결되며, 메모리 중심에서 파운드리·패키징까지 아우르는 AI 종합 공급 체계로 넓히는 기반으로 제시된다.

삼성전자 전략은 브로드컴 설계 역량에 HBM·선단 로직·파운드리·첨단 패키징을 결합하는 데 있다. 구조 가능성으로는 브로드컴의 AI 가속기·네트워크 반도체 설계, 삼성전자의 HBM 공급, 삼성전자의 2나노 이하 공정 로직 생산, 첨단 패키징을 통한 단일 시스템 통합이 거론된다.

반도체 업계 전문가는 TSMC의 파운드리 강점과 SK하이닉스의 HBM 강점을 언급하면서, 삼성전자가 자사 메모리·파운드리 동시 활용으로 차별화를 시도하는 것으로 해석했다. 또 삼성전자·브로드컴의 메모리·파운드리 기술과 AI·연결 기술 결합이 이뤄질 것으로 보이며, 이에 따라 차세대 AI 인프라의 성능·전력 효율 향상이 예상된다고 봤다.

출처: 테크월드뉴스 · 박규찬 기자
원문: https://www.epnc.co.kr/news/articleView.html?idxno=406372

참고자료

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