삼성전자, 엔비디아에 HBM4 공급…업계 최대 'AI반도체' 공장 만든다

엔비디아와 손잡고 AI 기반 반도체 제조 혁신
HBM4 등 차세대 메모리 공급 확대
인공지능이 직접 설계·제어하는 ‘AI 팩토리’ 구축
5만개 GPU 도입해 디지털 트윈 생산체계 구현
미세공정 오류 예측·보정…생산 효율 20배 향상
한국 넘어 미국 테일러 공장까지 AI 공장 확산

삼성전자가 엔비디아와 손잡고 인공지능(AI) 기반 반도체 제조 혁신에 나선다. 엔비디아에 최신 고대역폭메모리(HBM4)를 공급하고, AI가 직접 반도체를 설계하고 생산을 관리하는 'AI 팩토리'를 본격 구축한다.

삼성전자는 31일 "엔비디아와의 전략적 협력을 통해 AI 시대에 맞는 차세대 반도체 공급망을 강화하고, AI가 중심이 되는 반도체 생산 체계를 구현한다"고 밝혔다. 이번 협력은 양사가 25년 넘게 이어온 기술 협력의 연장선으로, 반도체 설계부터 제조까지 AI가 개입하는 새로운 제조 표준을 세우는 것을 목표로 한다.

삼성전자는 엔비디아에 차세대 반도체 메모리 제품을 공급한다. 여기에는 고대역폭메모리 3E(HBM3E), 고대역폭메모리 4(HBM4), 고성능 그래픽용 D램(GDDR7), 저전력 메모리 모듈(SOCAMM2) 등이 포함된다.

이 가운데 HBM4는 삼성의 최신 기술이 적용된 제품으로, 데이터를 훨씬 빠르게 처리하면서 전력 사용량을 줄였다. 기존 국제표준보다 빠른 초당 11기가비트(11Gbps) 속도를 구현해, 인공지능(AI) 학습이나 대규모 연산처럼 복잡한 계산이 필요한 분야에 특히 적합하다. 성능과 효율을 모두 끌어올려 AI 반도체의 핵심 역할을 하는 차세대 메모리다.

1999년 엔비디아가 출시한 첫 그래픽카드 지포스(GeForce 256)에는 삼성전자가 만든 64메가비트 SDR 동기식 D램(SDR SDRAM)이 탑재됐다. 두 회사의 협력은 이때부터 시작됐다. 삼성전자

삼성전자는 이미 글로벌 주요 고객사에 HBM3E를 공급 중이며, HBM4 샘플을 요청한 모든 고객사에 출하를 완료했다. 회사는 내년부터 본격적인 양산 출하에 들어갈 계획이며, 급증하는 AI 반도체 수요에 대응하기 위해 HBM 생산 라인 증설 등 설비 투자를 이어가고 있다.

삼성전자는 이번 메모리 공급 확대와 함께 AI 기술을 반도체 생산 전 과정에 도입한 '반도체 인공지능 공장(AI 팩토리)'도 본격화한다. AI 팩토리는 반도체 설계, 공정, 장비, 품질관리 등 제조 전 단계를 인공지능이 실시간으로 분석하고 예측하는 지능형 생산 시스템이다. 인공지능이 데이터를 스스로 학습해 결함을 예측하고 공정을 자동으로 조정하기 때문에 생산 효율과 품질을 동시에 끌어올릴 수 있다.

이를 위해 삼성전자는 앞으로 5만 개 이상의 엔비디아 그래픽처리장치(GPU)를 도입하고, 엔비디아의 시뮬레이션 플랫폼 '옴니버스(Omniverse)'를 기반으로 디지털 복제 기술인 '디지털 트윈(Digital Twin)' 환경을 구축한다. 실제 공장과 동일한 조건을 가상공간에 구현해 공정 이상을 미리 감지하고, 최적의 생산 조건을 인공지능이 제시하는 방식이다.

또한 삼성전자는 엔비디아의 AI 컴퓨팅 기술인 '쿠리소(CuLitho)'와 '쿠다-X(CUDA-X)'를 도입해 미세 공정에서 발생할 수 있는 회로 왜곡을 실시간으로 보정하고, 공정 시뮬레이션 속도를 기존보다 20배 이상 높였다. 생산 설비의 실시간 모니터링과 고장 예측이 가능한 통합 제어 체계도 구축해 반도체 생산 전 과정의 지능화를 가속하고 있다.

삼성전자는 이러한 AI 제조 기술을 한국뿐 아니라 미국 텍사스주 테일러(Taylor) 공장을 비롯한 해외 주요 생산 거점으로 확대할 계획이다. 회사는 "AI 팩토리가 국가 제조 생태계의 질적 성장을 이끌고, 중소 협력사들의 스마트공장 전환에도 기여할 것"이라고 설명했다.

삼성전자는 엔비디아와의 협력을 인공지능 모델, 휴머노이드 로봇, 지능형 기지국(AI-RAN) 등 차세대 기술 분야로도 확장하고 있다. 엔비디아 GPU 기반의 대규모 언어 학습 프레임워크 '메가트론(Megatron)'을 이용해 자체 AI 모델을 개발 중이며, 'RTX 프로 6000 블랙웰 서버 에디션' 플랫폼을 활용해 로봇의 자율화 기술도 고도화하고 있다.

삼성전자는 "HBM4를 포함한 차세대 메모리 공급과 AI 팩토리 구축은 AI 반도체 시장의 새로운 성장 축이 될 것"이라며 "AI 중심의 반도체 제조 혁신으로 글로벌 산업 패러다임 전환을 주도하겠다"고 밝혔다.

박소연 기자 muse@asiae.co.kr