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삼성전자 HBM4 (사진=삼성전자)

삼성전자가 세계 최초로 업계 최고 성능의 6세대 고대역폭 메모리(HBM) HBM4를 양산 출하했다고 오늘(12일) 밝혔습니다.



삼성전자는 HBM4 개발 착수 단계부터 JEDEC반도체 표준을 제정하는 국제 산업 표준 기구) 기준을 상회하는 성능 목표를 설정하고 개발을 추진해왔으며, 이번 제품에는 최선단 공정 1c D램(10나노급 6세대)을 선제적으로 도입해 재설계 없이 양산 초기부터 안정적인 수율과 업계 최고 수준의 성능을 확보했다고 설명했습니다.

황상준 삼성전자 메모리개발담당 부사장은 "삼성전자 HBM4는 기존에 검증된 공정을 적용하던 전례를 깨고 1c D램 및 Foundry 4나노와 같은 최선단 공정을 적용했다"라면서 "공정 경쟁력과 설계 개선을 통해 성능 확장을 위한 여력을 충분히 확보해 고객의 성능 상향 요구를 적기에 충족할 수 있었다"라고 강조했습니다.

HBM3E 최대 핀 속도 대비 1.22배 향상…최대 13Gbps 구현

삼성전자는 HBM4 제품에 성능과 전력 효율 측면에서 유리한 4나노 공정을 적용했다고 전했습니다. HBM 적층 구조의 가장 아래에 위치해 전력·신호를 제어하는 기반 칩인 '베이스 다이'의 특성을 고려한 결과입니다.



그 결과 삼성전자 HBM4는 JEDEC 업계 표준인 8Gbps를 약 46% 상회하는 11.7Gbps의 동작 속도를 안정적으로 확보하며, HBM4 성능의 새로운 기준을 제시했습니다.

전작 HBM3E의 최대 핀 속도인 9.6Gbps 대비 약 1.22배 향상된 수치이며 최대 13Gbps까지 구현이 가능해 AI 모델 규모가 커질수록 심화되는 데이터 병목을 효과적으로 해소할 것으로 기대하고 있습니다.

단일 스택 기준 총 메모리 대역폭도 HBM3E 대비 약 2.7배 향상된 3.3TB/s 수준으로 끌어올려 고객사 요구 수준인 3.0TB/s를 상회하는 성능을 확보했습니다.

삼성전자는 "HBM4에 12단 적층 기술을 적용해 24GB~36GB의 용량을 제공하며 고객사의 제품 일정에 맞춰 16단 적층 기술을 적용해 최대 48GB까지 용량을 확장할 계획"이라고 했습니다. 

에너지 효율 40% 증가…열 저항 10%·방열 특성 30% 향상
삼성전자는 전력 소모와 열 집중 문제를 해결하기 위해 코어 다이(D램을 수직으로 적층한 다이)에 저전력 설계기술을 적용했습니다. 메모리와 GPU 사이에서 데이터를 주고받는 출입구인 데이터 전송 I/O(Input/Output)의 핀 숫자가 1천24개에서 2천48개로 늘어난 데 따른 조처입니다.

수천 개의 미세 구멍을 뚫은 D램 칩을 수직으로 쌓아 적층된 칩 사이를 전극으로 연결하는 첨단 패키징 기술인 TSV 데이터 송수신 저전압 설계 기술을 적용하면서도 전력 분배 네트워크(PDN) 최적화로 전 세대 대비 에너지 효율을 약 40% 개선했습니다. 열 저항 특성도 약 10%, 방열 특성은 약 30% 향상했습니다.

삼성전자의 HBM4는 데이터센터 환경에 최적화된 최고 수준의 성능과 안정적인 신뢰성을 동시에 갖췄으며, 고객사는 삼성전자의 HBM4를 통해 GPU 연산 성능을 극대화하는 한편 서버·데이터센터 단위의 전력 소모와 냉각 비용을 절감하는 효과를 기대할 수 있습니다.

삼성전자는 세계에서 유일하게 로직·메모리·파운드리·패키징까지 아우르는 '원스톱 솔루션'을 제공하는 반도체 회사로 이 특성을 적극 활용해 품질과 수율을 동시에 확보한 최고 수준의 HBM을 지속적으로 개발해 나갈 계획입니다.

또 자체적으로 보유한 선단 패키징 역량을 통해 공급망 리스크도 최소화하고, 생산 리드타임을 단축할 수 있는 경쟁력을 갖췄다고 자신했습니다.

삼성전자는 "글로벌 주요 GPU 및 자체 칩을 설계·개발하는 차세대 ASIC 기반 하이퍼스케일러 고객사들로부터 HBM 공급 협력 요청을 지속적으로 받고 있다"라면서 "이들과의 기술 협력을 더욱 확대해 나갈 방침"이라고 했습니다.

하반기 HBM4E 샘플 출하…평택 2단지 5라인, HBM 생산 핵심 거점
삼성전자는 올해 HBM 매출이 작년 대비 3배 이상 늘 것으로 보고, HBM4 생산 능력을 선제적으로 확대하고 있습니다.

또 업계 최대 수준의 D램 생산능력과 선제적 인프라 투자를 통해 확보한 클린룸을 기반으로 HBM 수요가 확대될 경우에도 단기간 내 유연하게 대응할 방침입니다.

아울러 2028년부터 본격 가동될 평택사업장 2단지 5라인은 HBM 생산의 핵심 거점으로 활용할 예정으로 AI·데이터센터 중심의 중·장기 수요 확대 국면에서도 안정적인 공급 대응 역량을 지속적으로 확보해 나갈 계획입니다.

삼성전자는 HBM4에 이어 HBM4E도 준비 중으로, 올 하반기 샘플을 출하할 계획입니다. 고객사 요구에 맞춘 커스텀 HBM도 내년부터 순차 샘플링을 시작합니다.

삼성전자는 "HBM4 양산 과정에서 확보한 1c 공정 기반의 품질과 공급 안정성은 향후 HBM4E 및 커스텀 HBM과 같은 고부가 제품 전환 과정에서 중요한 경쟁 요소가 될 것"이라고 강조했습니다.