삼성전자 HBM4 내재화, 인텔 1.8나노급 공정 파운드리 경쟁 치열

Intel and Samsung Electronics are intensifying competition in the semiconductor industry, focusing on advanced manufacturing processes and memory technologies.

Intel's 18A Process Node

• Risk Production Initiated: Intel announced that its 18A (1.8nm) process node has entered risk production, marking a significant milestone in its "five nodes in four years" plan. This early-stage production involves scaling manufacturing capabilities for high-volume output.
• Competitive Strategy: Intel aims to overtake rivals like Samsung Foundry and TSMC by offering lower-cost chips and leveraging advanced technologies such as PowerVia and RibbonFET. The company has secured major clients, including Ericsson and Arm, for its 18A chips, with mass production targeted for 2025.

Samsung's HBM4 Development

• Accelerated Timeline: Samsung is fast-tracking the development of its sixth-generation High Bandwidth Memory (HBM4), aiming for mass production by late 2025—six months earlier than initially planned. The memory will feature enhanced performance, including data transfer speeds of up to 2TB/s and a capacity of 48GB.
• Advanced Manufacturing: Samsung plans to use its in-house 4nm foundry process for the logic die of HBM4 chips, showcasing its commitment to vertical integration and innovation. This approach addresses heat dissipation challenges while improving energy efficiency.
• Market Impact: Samsung is customizing HBM4 products for clients like Microsoft and Meta, while competing with SK Hynix, which is also accelerating its HBM4 development timeline.

Industry Implications

The developments highlight fierce competition in both foundry services and memory chip technologies. Intel's push for leadership in advanced nodes and Samsung's focus on high-performance memory solutions are reshaping the semiconductor landscape.

 

1. Intel의 18A 공정이 실제로 생산에 들어가게 되면, 반도체 산업 전반에 걸쳐 다음과 같은 주요 영향을 미칠 것으로 예상됩니다.

1. 기술적 우위 확보

- RibbonFET 및 PowerVia 기술 도입

 

Intel 18A 공정은 Gate-All-Around(GAA) 트랜지스터 기술인 RibbonFET과 후면 전력 공급 기술인 PowerVia를 결합하여 칩의 성능과 전력 효율성을 크게 향상시킬 것으로 보입니다. 이는 AI, 데이터센터, 고성능 컴퓨팅(HPC) 등 다양한 분야에서 활용될 차세대 프로세서 개발에 중요한 역할을 할 것입니다

- TSMC와의 경쟁

 

Intel 18A 공정이 TSMC의 2nm 공정보다 우수하다는 평가를 받으면, TSMC와의 기술 격차를 줄이거나 앞설 가능성이 있습니다. 이는 글로벌 파운드리 시장에서 Intel의 입지를 강화할 수 있는 중요한 계기가 될 것입니다.

2. 고객 및 시장 변화

- 고객 유치 및 협력 강화

 

Nvidia, AMD, Broadcom 등 주요 반도체 기업들이 Intel의 18A 공정을 테스트 중이며, 성공적인 생산이 이루어질 경우 이들 기업이 Intel을 새로운 제조 파트너로 선택할 가능성이 있습니다. 이는 기존 TSMC 중심의 고객 구조를 변화시킬 수 있습니다.

- AI 및 HPC 시장 확장

 

Intel은 AI 시대를 겨냥한 차세대 프로세서를 생산할 계획이며, 이를 통해 AI 및 HPC 시장에서 경쟁력을 확보하고 시장 점유율을 확대할 수 있을 것으로 보입니다.

3. 산업 구조 변화

- 미국 반도체 산업 재편

 

Intel의 성공적인 18A 공정 생산은 미국 내 반도체 제조 역량을 강화하고, 글로벌 반도체 공급망에서 미국의 주도권을 높이는 데 기여할 수 있습니다.

- TSMC와 협력 가능성

 

일부 분석에서는 Intel과 TSMC 간 협력이 이루어질 가능성도 제기되며, 이는 글로벌 파운드리 산업 구조를 크게 재편할 변수로 작용할 수 있습니다.

4. 도전 과제

- 생산 안정성 및 비용 문제**: 첨단 공정에서는 초기 생산 단계에서 수율 안정화와 높은 제조 비용이 주요 도전 과제로 작용합니다. 만약 이 문제를 해결하지 못하면 상업적 성공에 제약이 있을 수 있습니다.

- 경쟁사의 대응

 

SK하이닉스와 삼성전자 등 경쟁사들이 메모리 및 첨단 공정 기술 개발을 가속화하고 있어, Intel이 지속적으로 경쟁력을 유지하기 위해 추가적인 혁신과 투자가 필요합니다.

결론적으로, Intel 18A 공정의 성공 여부는 단순히 기술적 성과를 넘어 글로벌 반도체 산업의 경쟁 구도와 공급망 재편에도 중대한 영향을 미칠 것입니다.

2. 삼성의 HBM4가 Nvidia의 GPU에 사용될 경우, 다음과 같은 주요 장점이 예상됩니다:

1. 데이터 처리 속도 및 대역폭 향상

- 향상된 TSV 인터페이스**: HBM4는 기존 HBM3 대비 TSV(Through-Silicon Via) 인터페이스 수를 1024개에서 2048개로 두 배 늘려 데이터 전송 속도를 크게 개선합니다. 이를 통해 GPU가 AI 연산 및 고성능 컴퓨팅(HPC) 작업을 더 빠르게 수행할 수 있습니다.

- 적층 단수 증가

 

HBM4는 D램 적층 단수가 기존 12단에서 16단으로 증가하여 최대 저장 용량을 36GB까지 확장합니다. 이는 대규모 데이터 처리에 필요한 메모리 용량을 충분히 제공하며, GPU의 연산 효율성을 높이는 데 기여합니다[1].

2. 에너지 효율 및 발열 관리

- 하이브리드 본딩 기술

 

삼성은 기존 TC 본딩 대신 하이브리드 본딩을 도입하여 적층 구조를 더욱 얇게 만들고 발열 문제를 완화합니다. 이는 GPU와 메모리 간의 데이터 전송 효율성을 높이는 동시에 전력 소모를 줄이는 데 도움을 줍니다.

3. GPU 성능 최적화

- 베이스 다이의 AI 연산 기능

 

HBM4는 일부 AI 연산 기능을 수행할 수 있는 베이스 다이를 포함하여 GPU의 연산 부하를 줄이고 효율성을 높입니다. 이를 통해 생성형 AI 및 딥러닝 모델에서 GPU가 더 빠르고 정확한 결과를 도출할 수 있습니다.

- 직접 연결 방식

 

삼성은 인터포저를 사용하지 않고 HBM과 GPU를 수직 적층하는 방식을 개발 중입니다. 이 방식은 데이터 전송 경로를 단축시켜 전송 속도를 극대화하고, 기존 인터포저 방식의 비효율성을 제거할 수 있습니다[1].

4. 시장 경쟁력 강화

- Nvidia의 차세대 AI GPU인 'Rubin'에 HBM4가 탑재되면, 삼성은 SK하이닉스와의 경쟁에서 기술적 우위를 확보할 가능성이 있습니다. 이는 삼성과 Nvidia 간 협력을 강화하며, 삼성의 메모리 시장 점유율 확대에도 기여할 것입니다.

결론적으로, 삼성의 HBM4는 Nvidia GPU의 성능을 크게 향상시켜 AI 및 HPC 작업에서 효율성과 처리 속도를 극대화하며, 동시에 에너지 절감과 발열 문제 해결에도 기여할 것입니다.

3. Intel과 Samsung의 파운드리 경쟁은 향후 반도체 시장에 다음과 같은 주요 영향을 미칠 것으로 예상됩니다:

1. 기술 혁신 가속화

- 첨단 공정 개발 경쟁

 

Intel은 18A(1.8nm) 공정을 통해 TSMC와 삼성의 기술적 우위를 따라잡으려 하고 있으며, 삼성은 3nm 이하 공정에서 수율 개선과 생산 능력 확대에 집중하고 있습니다. 이러한 경쟁은 반도체 제조 기술의 혁신을 가속화할 것입니다.

- AI 및 HPC 시장 대응

 

AI와 고성능 컴퓨팅(HPC) 수요가 증가하면서, 각 기업은 더 높은 성능과 에너지 효율성을 제공하는 첨단 공정을 개발해야 합니다. 이는 AI 칩 설계 및 제조 방식에 큰 변화를 가져올 것입니다.

2. 시장 점유율 변화

- TSMC의 독주 견제

 

TSMC는 현재 파운드리 시장의 62% 이상을 점유하고 있으며, AI 칩 및 3nm 이하 공정에서 강력한 경쟁력을 보유하고 있습니다. 그러나 Intel과 Samsung이 첨단 공정에서 성과를 낼 경우, TSMC의 시장 점유율이 일부 감소할 가능성이 있습니다.

- 고객 확보 경쟁

 

Intel과 Samsung은 Nvidia, Qualcomm, Apple 등 주요 고객을 유치하기 위해 첨단 기술과 가격 경쟁력을 강조하고 있습니다. 성공적인 고객 확보는 양사의 시장 점유율 확대에 중요한 역할을 할 것입니다.

3. 글로벌 공급망 변화

- 미국 중심의 제조 강화

 

Intel은 미국 정부의 CHIPS법 지원을 받아 미국 내 제조 역량을 강화하고 있으며, 이는 글로벌 반도체 공급망에서 미국의 입지를 높일 수 있습니다. 삼성 역시 미국 텍사스 공장 확장을 통해 이에 대응하고 있습니다.

- 지역적 다변화

 

각 기업이 생산 거점을 다변화함으로써 지정학적 리스크를 줄이고 안정적인 공급망을 구축하려는 노력이 강화될 것입니다.

 

4. 산업 구조 재편

- 파운드리 사업 분사 가능성

 

Intel이 파운드리 사업 부문을 별도 회사로 분사할 가능성이 제기되고 있으며, 이는 투자 유치와 고객 확보를 용이하게 만들 수 있습니다. 이러한 변화는 삼성 및 TSMC에도 영향을 미칠 수 있습니다.

- 수익성 압박

 

첨단 공정 개발에 막대한 비용이 소요되면서 각 기업의 수익성 유지가 도전 과제로 남아 있습니다. 특히, Intel과 Samsung 모두 TSMC 대비 낮은 수익성을 극복해야 합니다.

5. 소비자 및 산업 영향

- 더 낮은 비용과 고성능 제품 제공

 

경쟁이 심화됨에 따라 소비자는 더 저렴하면서도 고성능의 반도체 제품을 사용할 수 있게 될 것입니다.

- AI 및 IoT 발전 촉진

 

AI, 자율주행차, IoT 등 신기술 분야에서 반도체 성능 향상이 기술 발전을 가속화할 것입니다.

결론적으로, Intel과 Samsung 간의 파운드리 경쟁은 기술 혁신과 시장 재편을 촉진하며, 반도체 산업 전반에 걸쳐 긍정적이고 장기적인 변화를 이끌어낼 것으로 보입니다.

 

4. 삼성전자가 TSMC와의 경쟁에서 우위를 확보하기 위해 취할 수 있는 전략은 다음과 같습니다.

1. 기술 혁신 및 선단 공정 강화

- GAA 공정 확대

 

삼성전자는 Gate-All-Around(GAA) 트랜지스터 기술을 통해 3nm 이하의 최첨단 공정을 안정적으로 양산하고 있습니다. 이는 TSMC보다 기술적 불확실성이 낮아 주요 고객을 유치할 가능성을 높입니다.

- EUV 기술 투자

 

삼성은 ASML과 협력하여 EUV(극자외선) 노광 기술을 강화하고 있으며, 이를 통해 선단 공정에서 생산 효율성과 품질을 개선할 수 있습니다.

2. 맞춤형 칩 개발

- AI 반도체 및 HPC 시장 대응

 

삼성은 AI와 고성능 컴퓨팅(HPC) 시장에서 급증하는 맞춤형 칩 수요를 충족시키기 위해 고객 맞춤형 솔루션을 제공하고 있습니다. 이는 TSMC가 제공하지 못하는 차별화된 강점으로 평가됩니다.

3. 고객 유치 및 협력 강화

- 주요 고객 확보

 

Nvidia, Qualcomm 등 주요 반도체 기업들이 삼성의 파운드리 서비스를 고려하고 있으며, 이는 삼성전자가 시장 점유율을 확대할 기회가 될 수 있습니다.

- 협력 확대

 

삼성은 TSMC와 HBM4 개발 협력을 통해 메모리 시장에서 경쟁력을 강화하고 있으며, 이러한 협력은 기술적 시너지를 창출할 가능성이 있습니다.

4. 가격 경쟁력 및 생산 효율성

- 치킨게임 전략

 

과거 메모리 시장에서 성공했던 낮은 가격 정책을 파운드리 사업에 적용하여 경쟁사를 압박하고 점유율을 확대할 수 있습니다.

- 수율 개선

 

선단 공정에서 안정적인 수율 확보를 통해 생산 비용을 절감하고 고객 신뢰를 높일 필요가 있습니다.

5. 글로벌 공급망 다변화

- 미국 및 유럽 투자 확대

 

삼성은 미국 텍사스 공장 확장과 유럽 투자 등을 통해 글로벌 공급망을 다변화하고 지정학적 리스크를 줄이는 데 집중해야 합니다.

6. 정부 지원 및 인재 확대

- 한국 정부의 지원 활용

 

반도체 산업 육성을 위한 정부 지원을 적극 활용하여 연구개발(R&D) 역량을 강화해야 합니다.

- 인재 확보

 

글로벌 인재를 적극적으로 채용하여 기술 개발과 혁신 속도를 높이는 것이 중요합니다.

결론적으로, 삼성전자는 기술 혁신, 고객 맞춤형 제품 제공, 글로벌 공급망 다변화, 가격 경쟁력 강화 등을 통해 TSMC와의 격차를 줄이고 파운드리 시장에서 우위를 확보할 수 있을 것입니다.