삼성전자 HBM4 제품 사진. 삼성전자 제공삼성전자가 AI(인공지능)용 최신 반도체 제품인 6세대 고대역폭 메모리 HBM4를 세계 최초로 양산 출하했다. 이 제품은 AI 칩 시장의 선두주자인 엔비디아의 차세대 AI 가속기 '베라 루빈'에 탑재될 것으로 보인다. 삼성전자는 업계 최고 성능을 갖춘 HBM4를 통해 그간 SK하이닉스가 과반을 점해왔던 글로벌 HBM 시장의 재편을 노리고 있다.
삼성전자는 12일 오후 자사 HBM4 양산 출하 소식을 알렸다. 삼성전자는 반도체표준협의기구(JEDEC) 기준을 넘어서는 성능 목표를 설정하고 해당 제품 개발을 추진해왔다. 특히 최선단 공정 1c D램(10나노급 6세대)를 선제 도입한 결과 재설계 없이 양산 초기부터 안정적인 수율과 업계 최고 수준 성능을 확보했다.
삼성전자는 HBM4 기술 경쟁력 강화를 위해 1c D램에 더해 베이스다이에는 성능과 전력 효율 측면에서 유리한 4나노 공정을 적용했다. 베이스다이란 HBM 적층 구조의 가장 아래에 위치해 전력과 신호를 제어하는 기반 칩이다.
그 결과 삼성전자 HBM4는 데이터 처리 속도가 JEDEC 업계 표준인 8Gbps(초당 8기가비트)를 약 46% 웃도는 11.7Gbps에 달한다. 이는 전작 HBM3E 대비 약 1.22배 향상된 수치다. 또 최대 13Gbps까지 구현이 가능해 AI 모델 규모가 커질수록 심화되는 데이터 병목을 효과적으로 해소할 것으로 기대된다.
단일 스택 기준 총 메모리 대역폭도 전작 HBM3E 대비 약 2.7배 향상된 최대 3.3TB/s(초당 3.3테라바이트) 수준으로 끌어올려, 고객사 요구 수준인 3.0TB/s를 여유있게 충족시켰다.
이 제품은 12단 적층 기술을 통해 24GB(기가바이트)~36GB의 용량을 제공한다. 삼성전자 관계자는 "고객사의 제품 일정에 맞춰 16단 적층 기술을 적용해 최대 48GB까지 용량을 확장할 계획"이라고 밝혔다.
삼성전자 HBM4 제품 사진. 삼성전자 제공삼성전자는 전력 과소모와 열 집중 문제를 해결하기 위해 HBM4 코어 다이에 저전력 설계 기술도 적용했다. HBM은 컨트롤러 역할을 하는 베이스 다이와 D램을 수직으로 적층한 코어 다이로 구성된다.
아울러 수천 개의 미세 구멍을 뚫은 D램 칩을 수직으로 쌓아 그 사이를 전극으로 연결하는 첨단 패키징 기술인 TSV 데이터 송수신 저전압 설계 기술 등도 적용해 이전 세대 제품 대비 에너지 효율을 약 40% 개선했다.
삼성전자 관계자는 "당사의 HBM4는 데이터센터 환경에 최적화 된 최고 수준의 성능과 안정적인 신뢰성을 동시에 갖췄으며, 고객사는 삼성전자의 HBM4를 통해 GPU(그래픽처리장치) 연산 성능을 극대화하는 한편, 서버·데이터센터 단위의 전력 소모와 냉각 비용을 절감하는 효과를 기대할 수 있다"고 설명했다.
삼성전자는 메모리와 파운드리(반도체 위탁 생산), 패키징까지 아우르는 '원스톱 설루션 제공 역량'을 갖춘 만큼, HBM4를 통한 시장 주도권 확보에 자신감을 드러내고 있다.
이 기업 관계자는 "자체적으로 보유한 파운드리 공정과 HBM 설계 간의 긴밀한 협업을 통해 품질과 수율을 동시에 확보한 최고 수준의 HBM을 지속적으로 개발해 나갈 계획"이라고 밝혔다.
삼성전자는 범용 AI칩 선두주자 엔비디아 뿐 아니라 자체 AI 칩을 설계, 개발하는 다양한 고객사들로부터 HBM 공급 협력 요청을 받고 있는 것으로 알려졌다.
삼성전자는 이런 시장 흐름 속에서 올해 HBM 매출이 전년 대비 3배 이상 증가할 것이라고 보고 HBM4 생산 능력을 선제적으로 확대 중이다.
삼성전자 HBM4 제품 사진. 삼성전자 제공삼성전자 관계자는 "업계 최대 수준의 D램 생산능력과 선제적인 인프라 투자를 통해 확보해 온 클린룸을 기반으로, HBM 수요가 확대될 경우에도 단기간 내 유연하게 대응할 수 있는 생산 역량을 갖추고 있다"며 "2028년부터 본격 가동될 평택사업장 2단지 5라인은 HBM 생산의 핵심 거점으로 활용될 예정이며, AI·데이터센터 중심의 중·장기 수요 확대 국면에서도 안정적인 공급 대응 역량을 지속적으로 확보해 나갈 것"이라고 밝혔다.
한편 삼성전자는 HBM4에 이어 차세대 HBM4E도 준비 중으로 올해 하반기에 샘플 출하를 할 계획이라고 밝혔다. 또 고객사 맞춤형 HBM인 커스텀 HBM도 내년부터 각각의 요구에 맞춰 순차 샘플링을 시작할 예정이라고 부연했다.
삼성전자 메모리개발담당 황상준 부사장은 "삼성전자 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.