성능-용량 50% 이상 향상SK하이닉스·마이크론 8단 추월10조~15조 시장 공략 '청신호'
  • ▲ 36GB HBM3E(5세대 HBM) 12H 제품 이미지.ⓒ삼성전자
    ▲ 36GB HBM3E(5세대 HBM) 12H 제품 이미지.ⓒ삼성전자
    삼성전자가 업계 최초로 36GB(기가바이트) HBM3E(5세대 HBM) 12H(High, 12단 적층) D램 개발에 성공하고 1위 탈환에 나선다. 올해 상반기 SK하이닉스가 양산에 돌입할 것으로 예상되는 만큼 고용량 HBM 시장 선점을 위한 경쟁도 치열해질 전망이다. 

    삼성전자는 24Gb(기가비트) D램 칩을 TSV(Through-Silicon Via, 실리콘 관통 전극) 기술로 12단까지 적층해 업계 최대 용량인 36GB HBM3E 12H를 구현했다고 27일 밝혔다. 

    이는 업계 최대 용량이다. SK하이닉스와 마이크론은 8단으로 D램을 쌓아 24GB 용량을 구현했다. 삼성전자는 샘플을 고객사에게 제공하기 시작했으며 상반기 양산할 예정이다.

    이에 따라 삼성전자가 개발한 HBM3E 제품은 8단 적층 제품 대비 성능과 용량 모두 50% 이상 향상됐다. 이를 통해 초당 최대 1280GB의 대역폭과 현존 최대 용량인 36GB을 제공해 성능과 용량 모두 전작인 HBM3(4세대 HBM) 8H(8단 적층) 대비 50% 이상 개선된 제품이다.

    삼성전자는 'Advanced TC NCF'(Thermal Compression Non Conductive Film, 열압착 비전도성 접착 필름) 기술로 12H 제품을 8H 제품과 동일한 높이로 구현해 HBM 패키지 규격을 만족시켰다.

    'Advanced TC NCF' 기술을 적용하면 HBM 적층수가 증가하고, 칩 두께가 얇아지면서 발생할 수 있는 '휘어짐 현상'을 최소화 할 수 있는 장점이 있어 고단 적층 확장에 유리하다.

    삼성전자는 NCF 소재 두께도 지속적으로 낮춤으로써, 업계 최소 칩간 간격인 '7마이크로미터(um)'를 구현했다. HBM3 8단 대비 20% 이상 향상된 수직 집적도를 실현했다.

    특히 칩과 칩사이를 접합하는 공정에서 신호 특성이 필요한 곳은 작은 범프를, 열 방출 특성이 필요한 곳에는 큰 범프를 목적에 맞게 사이즈를 맞춰 적용했다. 크기가 다른 범프 적용을 통해 열 특성을 강화하는 동시에 수율도 극대화했다.

    또 삼성전자는 NCF로 코팅하고 칩을 접합해 범프 사이즈를 다양하게 하면서 동시에 공극(Void)없이 적층하는 업계 최고 수준의 기술력도 선보였다.

    삼성전자가 개발에 성공한 HBM3E 12H는 AI 서비스의 고도화로 데이터 처리량이 급증하는 상황 속에서 AI 플랫폼을 활용하는 다양한 기업들에게 최고의 솔루션이 될 것으로 기대된다.

    특히 성능과 용량이 증가한 이번 제품을 사용할 경우 GPU 사용량이 줄어 기업들이 총 소유 비용(TCO, Total Cost of Ownership)을 절감할 수 있는 등 리소스 관리를 유연하게 할 수 있는 것도 큰 장점이다.

    예를 들어 서버 시스템에 HBM3E 12H를 적용하면 HBM3 8H를 탑재할 때 보다 평균 34% AI 학습 훈련 속도 향상이 가능하며, 추론의 경우에는 최대 11.5배 많은 AI 사용자 서비스가 가능할 것으로 기대된다.

    삼성전자 메모리사업부 상품기획실장 배용철 부사장은 "삼성전자는 AI 서비스를 제공하는 고객사의 고용량 솔루션 니즈에 부합하는 혁신 제품 개발에 힘쓰고 있다"며 "앞으로 HBM 고단 적층을 위한 기술 개발에 주력하는 등 고용량 HBM 시장을 선도하고 개척해 나갈 것"이라고 말했다. 

    HBM은 D램을 아파트처럼 수직으로 쌓아 처리 속도를 높인 것이 특징이다. 일반적인 메모리 반도체 보다 비싸고 성능이 좋은 만큼 가격도 높다. 때문에 그동안 주목을 받지 못했지만 한번에 많은 양의 데이터를 처리해야 하는 AI 시장이 커지면서 새로운 수익원으로 부상하고 있다. 

    지난해 하반기부터 삼성전자와 SK하이닉스가 실적 개선을 보인 것도 HBM 효과가 컸다는 분석이다. 성장 전망도 밝다. 향후 5년 동안 연평균 성장률(CAGR)이 60~80%에 달할 것으로 예상된다. 올해 HBM 시장은 10조~15조원 규모에 달할 것이라는 분석이 나온다.

    현재 글로벌 시장에서 1위는 SK하이닉스다. 점유율 50%로 1위를 유지하며 삼성전자(40%), 마이크론(10%)과 격차를 벌리고 있다.