삼성전자, 세계 최초 업계 최고 성능 ‘HBM4’ 양산 출하

[SWTV 오한길 기자] 삼성전자가 세계 최초로 업계 최고 성능의 HBM4를 양산 출하하며, 본격적인 시장 선점에 나섰다.

삼성전자는 HBM4 개발 착수 단계부터 반도체 표준을 제정하는 국제 산업 표준 기구인 JEDEC 기준을 상회하는 성능을 목표로 개발을 추진했고, 이번 제품에는 최선단 공정 1c D램(10나노급 6세대)을 선제적으로 도입해 재설계 없이 양산 초기부터 안정적 수율과 업계 최고 수준의 성능을 확보했다고 12일 밝혔다.

▲ 삼성전자 HBM4 제품. [사진=삼성전자]

황상준 삼성전자 메모리개발담당 부사장은 “삼성전자 HBM4는 기존에 검증된 공정을 적용하던 전례를 깨고 1c D램 및 Foundry 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”라고 말했다.

삼성전자는 HBM4 기술 경쟁력 강화를 위해 1c D램을 적용하고, 베이스 다이(HBM 적층 구조의 가장 아래에 위치해 전력·신호를 제어하는 기반 칩)의 특성을 고려해 성능과 전력 효율 측면에서 유리한 4나노 공정을 적용했다.

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

이는 전작 HBM3E의 최대 핀 속도인 9.6Gbps 대비 약 1.22배 향상된 수치로, 최대 13Gbps까지 구현이 가능해 AI 모델 규모가 커질수록 심화되는 데이터 병목을 효과적으로 해소할 것으로 기대된다.

또 단일 스택 기준 총 메모리 대역폭을 전작 HBM3E 대비 약 2.7배 향상된 최대 3.3TB/s 수준으로 끌어올려 고객사 요구 수준인 3.0TB/s를 상회하는 성능을 확보했다. 여기에 12단 적층 기술을 통해 24GB~36GB의 용량을 제공하고, 고객사의 제품 일정에 맞춰 16단 적층 기술을 적용해 최대 48GB까지 용량을 확장한다는 계획이다.

삼성전자는 데이터 전송 I/O(Input/Output) 핀 수가 1024개에서 2048개로 확대됨에 따라 발생하는 전력 소모와 열 집중 문제를 해결하기 위해 코어 다이에 저전력 설계 기술을 적용했다.

또 TSV 데이터 송수신 저전압 설계 기술 적용과 전력 분배 네트워크(PDN) 최적화를 통해 전 세대 대비 에너지 효율을 약 40% 개선했고, 열 저항 특성은 약 10%, 방열 특성은 약 30% 향상시켰다.

삼성전자는 세계에서 유일하게 ▲로직 ▲메모리 ▲Foundry ▲패키징까지 아우르는 ‘원스톱 솔루션’을 제공할 수 있는 IDM 반도체 회사로, 자체적으로 보유한 Foundry 공정과 HBM 설계 간의 긴밀한 DTCO 협업을 통해 품질과 수율을 동시에 확보한 최고 수준의 HBM을 지속 개발해 나간다는 계획이다.

아울러 선단 패키징 역량을 자체 보유하고 있어 공급망 리스크를 최소화하고, 생산 리드타임을 단축할 수 있는 경쟁력을 갖추고 있다.

삼성전자는 글로벌 고객사들로부터 HBM 공급 협력 요청을 지속적으로 받고 있는 만큼 올해 HBM 매출이 지난해 대비 3배 이상 증가할 것으로 보고, HBM4 생산 능력을 선제적으로 확대하고 있다.

특히 오는 2028년부터 본격 가동될 평택사업장 2단지 5라인은 HBM 생산의 핵심 거점으로 활용될 예정이다.

한편 삼성전자는 HBM4에 이어 HBM4E를 준비 중으로, 올해 하반기 중 샘플 출하를 계획하고 있다. HBM4 양산 과정에서 확보한 1c 공정 기반의 품질과 공급 안정성은 향후 HBM4E 및 Custom HBM 등 고부가 제품으로의 전환 과정에서 중요한 경쟁 요소가 될 것으로 삼성전자는 기대하고 있다.