최선단 공정 1c D램 도입·파운드리 4나노 공정 적용…최소 성능 구현
저전력 설계로 전력 효율·발열 개선…원스톱 솔루션으로 안정적 공급
올 하반기 HBM4E·내년 커스텀 HBM 샘플 출하…HBM 주도권 확보

삼성전자 HBM4. <사진=삼성전자>

삼성전자가 세계 최초로 6세대 HBM(고대역폭메모리)인 ‘HBM4’의 양산 출하를 시작했다. 반도체 경쟁력 회복에 성공한 삼성은 HBM4를 앞세워 AI 메모리 리더십을 제고한다는 구상이다.

삼성전자는 업계 최고 성능의 HBM4를 세계 최초로 양산 출하했다고 12일 밝혔다.

당초 시장에는 삼성이 설 연휴 이후 HBM4를 주요 고객사에 납품할 것이란 소식이 전해졌다. 그러나 삼성은 고객사와 협의를 거쳐 공급 일정을 일주일가량 앞당긴 것으로 알려졌다.

삼성전자는 HBM4 개발 착수 때부터 국제반도체표준협의기구(JEDEC) 표준을 능가하는 성능을 목표로 설정했다. 이에 따라 최선단 공정 1c(10나노급 6세대) D램을 선제적으로 도입했다. 

또 HBM 적층 구조 하단에서 전력·신호를 제어하는 기반 칩인 베이스 다이의 특성을 고려해 성능과 전력 효율 측면에서 유리한 파운드리(반도체 위탁 생산) 4나노 공정을 적용했다.

그 결과, 삼성 HBM4는 JEDEC 업계 표준인 8Gbps를 약 46% 상회하는 11.7Gbps의 동작 속도를 확보하며, HBM4 성능의 새로운 기준을 제시했다.이는 전작 5세대 ‘HBM3E’의 최대 속도인 9.6Gbps 대비 약 1.22배 향상된 수치다. 여기에 최대 13Gbps까지 구현할 수 있어 AI 모델 규모가 커질수록 심화하는 데이터 병목을 효과적으로 해소할 수 있다고 삼성전자는 설명했다.

황상준 삼성전자 메모리개발담당 부사장은 “삼성 HBM4는 기존에 검증된 공정을 적용하던 전례를 깨고 1c D램 및 파운드리 4나노와 같은 최선단 공정을 적용했다”며 “공정 경쟁력과 설계 개선을 통해 성능 확장을 위한 여력을 충분히 확보함으로써 고객의 성능 상향 요구를 적기에 충족할 수 있었다”고 말했다.

아울러 삼성은 단일 스택 기준 HBM4의 총 메모리 대역폭을 HBM3E 대비 약 2.7배 향상된 최대 3.3TB/s 수준으로 끌어올렸다. 이에 고객사 요구 수준인 3.0TB/s를 상회하는 성능을 확보했다.

또한 12단 적층 기술을 통해 24~36GB의 용량을 갖췄다. 삼성전자는 고객사의 제품 일정에 맞춰 16단 적층 기술을 적용해 최대 48GB까지 용량을 확장할 계획이다.

삼성전자는 전력 소모와 열 집중 문제를 해결하기 위해 코어 다이에 저전력 설계 기술을 적용하고, TSV(실리콘관통전극) 데이터 송수신 저전압 설계 기술 적용, 전력 분배 네트워크(PDN) 최적화 등을 실시했다. 이에 전 세대 대비 에너지 효율을 약 40% 개선하고, 열 저항 특성을 약 10%, 방열 특성을 약 30% 향상시켰다.

이로써 삼성 HBM4는 데이터센터 환경에 필요한 최고 수준의 성능과 안정적인 신뢰성을 동시에 갖췄다. 고객사는 삼성전자의 HBM4를 통해 GPU(그래픽처리장치) 연산 성능을 극대화하고, 서버·데이터센터 단위의 전력 소모와 냉각 비용을 절감할 수 있을 것으로 기대를 모은다.

삼성전자 HBM4이 세계 최초로 양산 출하되고 있다. <사진=삼성전자>

삼성전자는 세계에서 유일하게 로직, 메모리, 파운드리, 패키징까지 원스톱 솔루션이 가능한 세계 유일의 반도체 업체다. 이같은 역량을 바탕으로 파운드리 공정과 HBM 설계 간 긴밀한 협업을 통해 최고 수준의 HBM을 지속적으로 개발할 계획이다.

또 글로벌 주요 GPU 및 자체 칩을 설계·개발하는 차세대 ASIC(주문형 반도체) 기반 하이퍼스케일러(초대형 클라우드 사업자) 고객사와의 기술 협력도 확대할 방침이다.

이같은 흐름에 따라 삼성은 올해 HBM 매출이 지난해 대비 3배 이상 증가할 것으로 보고, HBM4 생산 능력을 선제적으로 확대하고 있다. 특히 2028년 본격 가동될 삼성전자 평택캠퍼스 2단지 5라인은 HBM 생산의 핵심 거점이 될 전망이다. 이에 AI·데이터센터 중심의 중·장기 수요 확대 국면에서도 안정적인 공급 대응 역량을 지속적으로 확보해 나갈 것으로 예상된다.

한편 삼성전자는 올해 하반기 7세대 ‘HBM4E’의 샘플을 출하하고, 내년엔 고객사별 요구에 맞춰 커스텀 HBM도 순차 샘플링을 시작한다.

삼성전자 관계자는 “HBM4 양산 과정에서 확보한 1c 공정 기반의 품질과 공급 안정성이 향후 HBM4E 및 커스텀 HBM 등 고부가 제품으로의 전환 과정에서 중요한 경쟁 요소가 될 것이다”고 말했다.

[CEO스코어데일리 / 오창영 기자 / dongl@ceoscore.co.kr]