삼성전자 HBM4E 12단 제품. 사진=삼성전자
삼성전자 파운드리의 4나노 공정이 AI 반도체 수요를 발판으로 다시 존재감을 키우고 있다. HBM4와 AI 추론칩 주문이 늘면서 4나노 공정이 사실상 생산능력(캐파) 최대 수준으로 가동되는 것으로 알려진 가운데, 관련 초저전력 공정 기술이 대한민국 엔지니어상을 수상하며 기술 경쟁력까지 입증했다.
23일 관련 업계에 따르면 삼성전자 파운드리사업부는 최근 선단 공정을 중심으로 가동률이 크게 회복되고 있다. 특히 4나노 공정은 HBM4용 로직 다이와 AI 추론칩 생산이 늘어나면서 사실상 풀캐파 수준으로 운영되고 있다는 평가가 나온다.
파운드리 사업에서 가동률은 수익성과 직결되는 핵심 지표다. 공장 가동률이 높아질수록 고정비 부담이 줄어들고 수익성이 개선되는 만큼 최근의 가동률 회복은 파운드리 사업 실적 개선의 신호탄으로 해석된다.
이번 분위기 반전의 중심에는 4나노 공정 기술이 있다. 삼성전자는 최근 자사 반도체 뉴스룸을 통해 파운드리사업부 최정민 PL(Project Leader)의 대한민국 엔지니어상 수상 인터뷰를 공개했다. 최정민 PL은 핀펫(FinFET) 기반 4나노 초저전력 공정 기술을 개발한 공로를 인정받아 지난 3월 대한민국 엔지니어상을 수상했다.
최 PL은 반도체 소자 구조와 공정, 디자인을 최적화해 소비전력을 낮추면서도 성능을 높이는 초저전력 공정 개발을 주도했다. 그는 인터뷰에서 "4나노 초저전력 공정을 선제적으로 도입해 HBM4 베이스 다이 개발과 양산에도 기여했다"고 밝혔다.
실제 삼성전자는 세계 최초로 양산 출하한 HBM4의 베이스 다이에 자체 4나노 초저전력 공정을 적용했다. 베이스 다이는 HBM의 데이터 제어와 입출력을 담당하는 핵심 로직 반도체로, 공정 미세화 여부에 따라 전력 효율과 데이터 처리 성능이 크게 달라진다.
업계에서는 이번 수상이 단순한 연구개발 성과를 넘어 삼성전자 파운드리의 핵심 경쟁력을 보여주는 사례라는 평가를 내놓고 있다. 최근 수율과 고객 확보 경쟁에서 어려움을 겪었던 삼성 파운드리가 기술 경쟁력을 기반으로 반등하고 있다는 의미를 담고 있기 때문이다.
최정민 삼성전자 파운드리사업부 PL. 사진=삼성전자
4나노 공정의 경쟁력은 실제 고객사 확대에서도 나타나고 있다. 삼성전자는 HBM4와 HBM4E 제품에 자체 4나노 공정으로 생산한 로직 다이를 적용해 성능을 높였다. 세계 최초 HBM4 양산과 HBM4E 샘플 출하를 잇달아 달성하며 차세대 HBM 시장에서도 기술 우위를 이어가고 있다.
HBM 시장이 AI 확산과 함께 빠르게 성장하면서 로직 다이를 생산하는 파운드리 공정의 중요성도 더욱 커질 것으로 전망된다. 단순히 메모리를 적층하는 기술을 넘어 베이스 다이 성능이 전체 HBM 성능을 좌우하는 시대가 열리고 있기 때문이다.
AI 추론칩 시장 확대 역시 삼성전자 파운드리에는 새로운 성장 동력이다. AI 시장의 중심이 대규모 학습에서 실제 서비스를 위한 추론으로 이동하면서 글로벌 빅테크들의 맞춤형 AI칩(ASIC) 개발도 활발해지고 있다. 추론칩은 전력 효율이 무엇보다 중요한 만큼 선단 공정의 경쟁력이 핵심으로 꼽힌다.
지난 3월 열린 엔비디아의 개발자 행사 'GTC 2026'에서 젠슨 황 엔비디아 최고경영자(CEO)는 차세대 AI 플랫폼 '베라 루빈'에 탑재되는 그록3 LPU가 삼성전자 4나노 공정에서 생산되고 있다며 공개적으로 삼성전자에 감사를 표하기도 했다.
업계에서는 AI 인프라 투자 확대와 맞춤형 ASIC 시장 성장으로 선단 공정 수요가 지속적으로 늘어날 것으로 보고 있다. 특히 메모리와 파운드리, 첨단 패키징을 함께 제공할 수 있는 삼성전자의 통합 AI 반도체 전략도 경쟁력이 될 것으로 평가된다.
업계 한 관계자는 "HBM과 AI 추론칩 수요 확대가 4나노 가동률을 끌어올리며 파운드리 실적 개선으로 이어지고 있다"며 "AI 반도체 시장이 커질수록 메모리와 파운드리, 패키징을 모두 갖춘 삼성전자의 강점이 더욱 부각될 것"이라고 말했다.
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