[CES 2024] 'AI 시대' 선도... 삼성전자, 차세대 반도체 라인업 완비

삼성전자가 11일(현지시간) 미국 라스베이거스에서 열린 'CES 2024'에서 인공지능(AI) 시대를 선도해 나갈 차세대 반도체 제품을 대거 선보였다.

삼성전자 DS부문은 매년 CES에 참가해 글로벌 IT 고객 및 파트너들에게 최신 제품을 소개하고 이를 통해 반도체 업계 기술 트렌드를 선도해 오고있다.

삼성전자는 이번 전시를 반도체의 경쟁력을 한 자리에서 체험할 수 있게 기획했다.

앙코르 호텔(Encore at Wynn Las Vegas)내 전시공간에 가상 반도체 팹(Virtual FAB)을 설치하고, 5개 주요 응용처별 솔루션 공간을 ▲서버 ▲PC·그래픽 ▲모바일 ▲오토모티브 ▲라이프스타일로 나눠 밀도있게 구성했다.

특히, 생성형 AI, 온디바이스 AI용 D램, 차세대 스토리지용 낸드플래시 솔루션, 2.5차원·3차원 패키지 기술 등 차세대 메모리 제품을 대거 전시하고 패키지 기술 등 차세대 기술을 대거 선보이며 기술 경쟁력을 강조했다.

한진만 삼성전자 DS부문 미주총괄(DSA) 부사장은 이날 행사에서 "인공지능(AI), 머신러닝(ML), 클라우드 컴퓨팅 시장이 급격히 성장하고 있다"며 "삼성전자는 AI 시대에 최적화된 다양한 최첨단 메모리 솔루션을 적기에 개발해 패러다임 변화를 주도해 나가겠다"고 밝혔다.

삼성전자는 올해 처음으로 국내외 미디어에 DS부문 전시관을 공개했다. 방문객들은 AI 시대를 주도할 삼성전자 반도체 제품들을 직접 보고 가상 반도체 팹을 체험하면서 실제 반도체 제조 라인을 방문한 듯하다며 호평했다.

삼성전자는 ▲ '12나노급 32기가비트(Gb) DDR5(Double Data Rate)' D램 ▲ HBM3E D램 '샤인볼트(Shinebolt)' ▲ CXL 메모리 모듈 제품 'CMM-D' 등을 통해 생성형 AI 시대를 주도해 나갈 계획이다.

삼성전자가 지난해 9월 업계 최초로 개발한 단일칩 기준 현존 최대 용량의 32기가비트 DDR5 D램은 서버용 고용량 라인업으로 동일 패키지 사이즈에서 실리콘 관통 전극(Through Silicon Via, 이하 TSV) 기술 없이도 128기가바이트(GB) 고용량 모듈 구성이 가능하다. TSV는 칩을 얇게 간 다음 수백 개의 미세한 구멍을 뚫고, 상단 칩과 하단 칩의 구멍을 수직으로 관통하는 전극을 연결한 첨단 패키징 기술이다.

TSV까지 사용한다면 최대 1테라바이트(TB) D램 모듈을 구현할 수 있어 메모리 기술의 한계를 극복한 제품으로 평가받는다.

삼성전자 AI 기술 혁신을 이끌 초고성능 HBM3E D램 '샤인볼트'는 기존 HBM3 제품 대비 성능과 용량이 50% 이상 개선 됐다.

HBM3E는 12단(적층) 기술을 활용해 1초에 1280기가바이트의 대역폭과 최대 36기가바이트의 고용량을 제공한다.

삼성전자 CMM-D(CXL Memory Module D램)는 기존 DDR 인터페이스 기반의 D램 모듈이 아닌 CXL 인터페이스 기반 모듈 제품이다. 이 제품은 서버 전면부(기존 SSD 장착 위치)에 여러 대를 장착할 수 있어 서버 한 대당 메모리 용량을 획기적으로 늘릴 수 있다. 이를 통해 대용량 데이터의 빠른 처리가 필수적인 생성형 AI 플랫폼 적용에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대된다.

삼성전자는 지난 2021년 세계 최초로 CMM-D 기술을 개발한데 이어 업계 최고 용량의 512기가바이트 CMM-D 개발, CMM-D 2.0 개발 등에 성공했다. 현재 256기가바이트 CMM-D 샘플 공급이 가능한 유일한 업체로 차세대 메모리의 상용화 시대를 앞당기고 있다.

삼성전자는 ▲ 8.5Gbps 'LPDDR5X(Low Power DDR5X)' D램 ▲ LPDDR5X-PIM ▲ 'LLW(Low Latency Wide I/O)' D램 등을 공개하며 온디바이스(On-Device) AI 시장 선점에 대한 포부를 드러냈다.

온디바이스 AI는 멀리 떨어진 클라우드 서버를 거치지 않고 스마트기기 자체적으로 정보를 수집하고 연산하는 개념으로 AI 패러다임 전환으로 반도체 수요가 가장 크게 증가할 수 있는 분야로 꼽힌다.

삼성전자는 LPDDR 표준 기반 초당 8.5기가비트를 지원하는 'LPDDR5X D램'에 14나노미터(nm) 공정과 하이케이 메탈 게이트(High-K Metal Gate) 공정을 활용해 이전 세대 대비 전력 효율을 20% 개선했다. 이 공정은 누설전류를 최소화하기 위해 금속 소재 신물질을 게이트단에 적용하는 기술이다.

또한 64기가바이트까지 대용량을 지원해 다양한 응용처별로 최적 솔루션을 제공한다.

'LPDDR5X-PIM'은 메모리 병목현상 개선을 위해 데이터 연산 기능을 메모리 칩 내부에서 구현하는 PIM 기술을 LPDDR에 적용한 제품이다. LPDDR5X D램 대비 성능을 8배 높였고, 전력은 50% 절감됐다.

LLW D램은 입출력단자(I/O)를 늘려 대역폭은 높이고 지연속도는 줄인 D램으로 삼성전자 'LLW D램'은 초당 128기가바이트의 빠른 처리 속도와 28나노 초(Nano second) 이하의 지연속도 특성을 가진 온디바이스 AI 맞춤형 D램이다.

서버 스토리지 시장은 전력, 공간, 성능에서 끊임없는 혁신이 요구된다.

특히 고성능 수요에 대응하기 위한 최신 기술 및 솔루션 개발 이외에도, 물리적 공간의 한계로 인해 무한대 확장이 어려운 데이터센터의 환경 제약에 따라 서버, 통신 장비 등 시스템을 구성하는 장비들을 보관하는 프레임인 랙(Rack)

의 전력 한도 내에서 최대한의 용량을 구현해야 하는 과제가 있다.

삼성전자는 전력, 공간, 성능의 한계를 극복할 핵심 낸드플래시 솔루션 ▲ 'PM9D3a' ▲ 'PBSSD(Petabyte Scale SSD)' 등을 전시했다.

PCIe(Peripheral Component Interconnect Express) 5.0 기반 SSD PM9D3a는 하이퍼스케일 데이터센터에 적합한 제품이다. 최대 초당 1만2000메가바이트, 6800메가바이트의 연속 읽기·쓰기 속도와 1900K IOPS((Input/Output Operations Per Second), 400K IOPS의 임의 읽기·쓰기 속도를 제공한다.

삼성전자 PBSSD는 사용처에 따라 용량을 가변할 수 있는 페타바이트(PB)급 초고용량 솔루션으로, 응용처에 따라 유연하게 용량을 가변할 수 있는 확장성(Scalability)을 제공한다.

최근 여러 반도체를 수평으로 혹은 수직으로 연결하는 이종집적(Heterogeneous Integration) 기술 역할이 중요해지고 있다.

삼성전자 AVP(Advanced Package) 사업팀은 '비욘드 무어((Beyond Moore)' 시대를 이끌 ▲ 2.5차원 패키지 I-Cube E, I-Cube S ▲ 3차원 패키지 X-Cube HCB(bumpless), TCB(micro bump) 기술 및 제품을 선보였다. 비욘드 무어는 집적회로에 배치할 수 있는 트랜지스터 수가 2년마다 두 배로 증가한다는 무어의 법칙을 넘어서 그 이후 시대를 주도하겠다는 삼성의 포부가 담긴 슬로건이다.

삼성전자 2.5차원 패키지 'I-Cube'는 인공지능 반도체에 많이 쓰이는 중앙처리장치(CPU) 또는 그래픽처리장치(GPU) 간의 칩렛(Chiplet) 연결이나 AI 가속기와 고대역폭메모리(HBM)를 수평으로 배치해 하나의 반도체처럼 동작하게하는 이종집적화 패키지 기술이다.

삼성전자 3차원 패키지 'X-Cube'는 웨이퍼 상태의 복수 반도체를 위로 얇게 적층하는 기술이다. 서로 다른 반도체를 수직으로 적층해 기존 패키지에 비해 인터커넥트 와이어의 길이를 줄여 성능을 높이고, 반도체 패키지의 크기를 줄일 수 있다.

삼성전자는 u-범프(micro Bump)형 X-Cube를 양산 중이며, 2026년에는 범프리스(Bumpless)형 X-Cube를 선보일 계획이다. u-범프는 일반 범프 대비 더 많은 I/O를 패키지에 넣을 수 있어 더 많은 데이터 처리가 가능하고 범프리스는 패키지에서 범프를 없애고 더 많은 I/O를 삽입이 가능해 데이터의 처리 양을 u-범프 보다 더 많게 구현할 수 있다는게 특징이다.