삼성전자, 세계 최초 HBM4 양산 출하…코어 다이 저전력 설계·전력 분배 최적

삼성전자가 12일 세계 최초로 업계 최고 성능의 고대역폭 메모리(HBM)의 6세대 제품인 HBM4의 양산 출하를 시작했다. 고대역폭 메모리는 인공지능(AI) 산업의 핵심 부품으로 꼽힌다. 삼성전자는 HBM4를 바탕으로 차세대 시장 선점에 나선 셈이다.

삼성전자는 HBM4 개발 착수 단계부터 JEDEC(반도체 표준 제정 국제산업 표준기구) 기준을 상회하는 성능 목표를 설정하고 개발을 추진해왔다. HBM4는 최선단 공정 1c D램(10나노급 6세대)을 선제적으로 도입해 재설계 없이 양산 초기부터 안정적인 수율과 업계 최고 수준의 성능을 확보했다.

황상준 삼성전자 메모리개발담당(부사장)은 "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"고 말했다.

삼성전자는 HBM4 기술 경쟁력 강화를 위해 1c D램을 적용하고, 베이스 다이의 특성을 고려해 성능과 전력 효율 측면에서 유리한 4나노 공정을 적용했다. 베이스 다이는 HBM 적층 구조의 가장 아래에 위치해 전력·신호를 제어하는 기반 칩이다. 그 결과 삼성전자 HBM4는 JEDEC 업계 표준인 8Gbps를 약 46% 상회하는 11.7Gbps의 동작 속도를 안정적으로 확보하며, HBM4 성능의 새로운 기준을 제시했다. 전작 HBM3E의 최대 핀 속도인 9.6Gbps 대비 약 1.22배 향상된 수치다.

삼성전자의 HBM4는 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. 삼성전자의 HBM4는 12단 적층 기술을 통해 24GB~36GB의 용량을 제공하며, 고객사의 제품 일정에 맞춰 16단 적층 기술을 적용해 최대 48GB까지 용량을 확장할 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.

TSV 데이터 송수신 저전압 설계 기술 적용과 전력 분배 네트워크(PDN) 최적화를 통해 전 세대 대비 에너지 효율도 약 40% 개선했으며, 열 저항 특성은 약 10%, 방열 특성은 약 30% 향상시켰다. 삼성전자의 HBM4를 통해 GPU 연산 성능을 극대화하는 동시에 서버·데이터센터 단위의 전력 소모와 냉각 비용을 절감하는 효과를 기대할 수 있을 것이라고 전했다.

삼성전자는 세계에서 유일하게 로직, 메모리, Foundry, 패키징까지 아우르는 '원스톱 솔루션'을 제공할 수 있는 IDM(Integrated Device Manufacturer) 반도체 회사다. HBM이 고도화됨에 따라 베이스 다이의 역할이 더욱 중요해질 것으로 전망된다.

삼성전자는 HBM4에 이어 HBM4E도 준비 중으로 2026년 하반기에 샘플 출하를 할 계획이다. Custom HBM도 2027년부터 고객사별 요구에 맞춰 순차 샘플링을 시작할 예정이다.

김세형 기자 [e-mail]