무료 슬롯 머신

[디지털투데이 석대건 기자] 차세대 6세대 고대역폭 메모리(High Bandwidth Memory, 무료 슬롯 머신)인 무료 슬롯 머신4 개발 경쟁이 본격화되고 있다. 무료 슬롯 머신4는 기존 무료 슬롯 머신3E 대비 2배 이상 향상된 입출력(I/O) 성능을 구현하기 위해 베이스 다이(Base Die) 공정부터 크게 달라질 전망이다.완전 맞춤형인 무료 슬롯 머신4 등장 이후메모리 업계 경쟁 구도가재편될 가능성이 높다.

무료 슬롯 머신4의 가장 큰 특징은 I/O 수가 1024개에서 2048개로 두 배 증가한다는 점이다. 보다 높은 데이터 전송 속도를 구현하기 위해서다. 무료 슬롯 머신3의 최대 대역폭인 1024 GB/s인 점을 감안하면, 무료 슬롯 머신4는 해당 속도를 크게 상회하는 데이터 전송 속도를 보여줄 가능성이 높다.

이를 위해 무료 슬롯 머신4에서는 베이스 다이 I/O 간 거리(Pitch)가 무료 슬롯 머신3 대비 25~30μm에서 절반 수준으로 줄어들거나 TSV(Through Silicon Via) 지름을 더 좁게 만드는 방식이 사용될 것으로 예상된다.

또 이전 세대보다 훨씬 높은 상호연결 밀도를 구현할 수 있다. 무료 슬롯 머신4를 지원하는 패키지 기술은 1밀리미터당 1100개 이상의 연결선을 제공한다. 이는 제한된 반도체 칩 크기 안에서 보다 많은 전기적 연결을 만들 수 있다는 의미로, 메모리 칩 성능과 효율성 향상이 동시에 가능하다.

구체적으로 보면 무료 슬롯 머신4는 32Gbps 속도로 작동하는 UCIe 표준 64개 레인을 지원한다. 이를 실제 데이터로 환산하면 총 전송 속도는 약 2048Gbps(또는 2Tbps)에 달한다. 이는 초당 약 256GB의 데이터를 전송하는 속도로, 약 100GB 전송에 0.4초 걸리는 속도다.

칩 간 또는 칩과 시스템 간의 데이터 전송 속도와 대역폭을 크게 증가시키기 때문에 대규모 AI 모델 학습·추론, 고성능 컴퓨팅 등 AI 데이터센터에서 요구하는 실시간 데이터 처리와 전송을 가능케 한다.

게다가 무료 슬롯 머신4는 D램, 로직 칩 등 여러 종류 반도체 칩 하나의 패키지에 올리는 이기종 통합 특징을 가져갈 수 있다는 점도 이전 세대와 다른 점이다.

이전 세대 무료 슬롯 머신과는 달리 무료 슬롯 머신4부터는 베이스 다이에 첨단 로직 공정을 적용한다. 예를 들어 AI 가속기에 무료 슬롯 머신4를 사용하면 메모리와 프로세싱 유닛을 더 가깝게 배치할 수 있어 데이터 처리 속도를 높이고 전력 소비도 줄일 수 있다.

무료 슬롯 머신 제조사가 고객사 맞춤형 솔루션 개발을 추진하는 이유도 여기에 있다. 무료 슬롯 머신4는 고객사 특정 요구사항에 맞춰 D램, 로직, 그리고 기타 특수 기능을 하나의 패키지에 통합할 수 있어 여러 응용 분야에서 최적화된 성능 구현이 가능해진다.

일례로 엔비디아는 AI 데이터센터 기업에 공급할 차세대 제품'루빈'에 무료 슬롯 머신4를 탑재하기로 했다. 루빈에는 8개, 루빈 울트라에는 12개가 탑재될 예정이다. 이외에도 무료 슬롯 머신4은 엣지 컴퓨팅, 자율주행 차량까지도 활용 가능성을 크게 확대할 수 있게 된다.

베이스 다이에 첨단 로직 공정이 필요하기 때문에 무료 슬롯 머신4 제조에는 첨단 파운드리 공정과 메모리 공정이 함께 필요하게 된다. 이에 SK하이닉스, 삼성전자, 마이크론 등 주요 메모리 제조사 모두 2025년 개발·양산을 목표로 무료 슬롯 머신4 개발 경쟁 중이다.

SK하이닉스는 TSMC와의 협력을 통해 무료 슬롯 머신4 개발을 진행 중이다. 지난 4월 TSMC와 무료 슬롯 머신4 개발 및 차세대 패키징 기술 협력을 위한 양해각서(MOU)를 체결했다. 무료 슬롯 머신4 베이스 다이에 TSMC 첨단 로직 공정을 도입할 계획이다.

양산 목표 시점음 내년 하반기다. 최태원 SK그룹 회장이 직접 "내년에 6세대 무료 슬롯 머신(무료 슬롯 머신4) 조기 상용화해 대한민국의 AI 반도체 리더십을 지켜며 국가 경제에 기여해 나가자"고 언급하기도 했다.

최근 삼성전자도 TSMC와 손잡았다. 지난 5일 열린 '세미콘 타이완 2024'에서 댄 코흐파차린 TSMC 에코시스템&얼라이언스 관리 책임자는 "삼성전자와 버퍼리스(buffer-less) 무료 슬롯 머신을 공동 개발 중"이라고 말했다. 버퍼를 제거하면 데이터 전송 경로가 단순화돼 지연 속도를 10% 낮추고 전력 효율성도 이전 대비 40% 향상이 가능하다.

삼성전자는 해당 기술을 2025년 말 양산 예정인 무료 슬롯 머신4부터 이를 적용할 계획이다. 당초 삼성전자는 자체 파운드리 역량을 기반으로 추진하는 것으로 전해졌으나, 사안 급박성으로 선회한 것으로 보인다.

현재 삼성전자는메모리사업부 D램 개발실 내 무료 슬롯 머신 개발팀에서 해당 사업을 추진 중이다. 개발팀장은 손영수 부사장으로,D램 기획과 설계를 담당한 메모리 반도체 전문가다

TSMC 발표에 앞서 삼성전자도 협업을 시사했다. 같은 행사 기조연설에서 이정배 삼성전자 메모리사업부장은 "기존 메모리 공정만으로는 무료 슬롯 머신 성능을 높이는 데 한계가 있다"며 "삼성의 시스템LSI와 메모리에서 각각 설계와 생산을 맡고 파운드리의 제조능력을 결합해 무료 슬롯 머신 성능을 극대화할 것"이라고 말했다. 그러면서 "다른 파운드리 기업 등과 협업해 20개가 넘는 맞춤형 솔루션을 준비하고 있다"고 협력을 예고했다.

양사 모두 2025년 하반기 무료 슬롯 머신4 본격 양산을 목표로 하고 있다. 시장조사기관 트렌드포스에 따르면 무료 슬롯 머신4 시장은 2026년부터 급성장할 것으로 예상된다. 해당 시점은 엔비디아 차세대 AI 가속기 제품인 루빈이 출시될 시기다.

완전 맞춤형인 무료 슬롯 머신4 등장과 함께 메모리 업계 경쟁 구도도 재편될 가능성이 높다. 업계 관계자는 "맞춤형 무료 슬롯 머신은 대개 특정 AI 애플리케이션에 최적화되어 장기 공급 계약을 통해 생산된다"며 "제조사는투자 리스크를 줄이고, 고객사는안정적인 공급을 보장받을 수 있다"고 말했다. 이어 "무료 슬롯 머신4 시장은 재고 중심의 메모리 시장과는 다른 양상을 보일 것으로 예상된다"며 덧붙였다.