삼성전자가 세계 최초로 6세대 고대역폭메모리(HBM4)를 양산 출하했다고 12일 밝혔다.
삼성전자는 HBM4 개발 착수 단계부터 국제반도체 표준협의기구(JEDEC) 기준을 상회하는 성능을 목표로 설정했다. 이번 제품에는 최선단 공정 1c D램(10나노급 6세대)을 도입해 재설계 없이 양산 초기부터 안정적인 수율과 업계 최고 수준의 성능을 확보했다.
황상준 삼성전자 메모리개발담당(부사장)은 "삼성전자 HBM4는 기존에 검증된 공정을 적용하던 전례를 깨고, 1c D램 및 파운드리(반도체 위탁생산) 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 적용하는 한편, 베이스 다이의 특성을 고려해 성능과 전력 효율 측면에서 유리한 4나노 공정을 적용했다. 베이스 다이는 HBM 적층 구조의 가장 아래에 위치해 전력·신호를 제어하는 기반 칩을 말한다.
삼성전자는 자사 HBM4가 JEDEC 업계 표준인 8Gbps(초당 기가비트)를 약 46% 상회하는 11.7Gbps의 동작 속도를 안정적으로 확보했다고 밝혔다. 이는 전작(HBM3E)의 최대 핀 속도인 9.6Gbps 대비 약 1.22배 향상된 수치다. 삼성전자 측은 "최대 13Gbps까지 구현이 가능해 AI 모델 규모가 커질수록 심화되는 데이터 병목 현상을 효과적으로 해소할 것으로 기대된다"며 "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"고 전했다.
삼성전자의 HBM4는 12단 적층 기술을 통해 24GB~36GB의 용량을 제공한다. 고객사의 제품 일정에 맞춰 16단 적층 기술을 적용해 최대 48GB까지 용량을 확장할 계획이다.
삼성전자는 데이터 전송 입출력(I/O·메모리와 그래픽처리장치 사이에서 데이터를 주고받는 출입구) 핀 수가 1024개에서 2048개로 확대됨에 따라 발생하는 전력 소모와 열 집중 문제를 해결하기 위해, 코어 다이에 저전력 설계 기술을 적용했다. 코어 다이는 HBM을 구성하는 핵심인 D램을 수직으로 적층한 다이(Die)를 말한다. HBM은 D램으로 구성된 코어 다이와 컨트롤러 역할을 하는 베이스 다이로 구성된다.
삼성전자는 또 실리콘관통전극(TSV) 데이터 송수신 저전압 설계 기술 적용과 전력 분배 네트워크(PDN) 최적화를 통해 전 세대 대비 에너지 효율을 약 40% 개선했다. 열 저항 특성은 약 10%, 방열 특성은 약 30% 향상시켰다.
회사 측은 "데이터를 입·출력하는 구동 회로의 전압을 1.1V에서 0.75V로 감소시키는 회로를 개발, TSV 구동 전력을 약 50% 절감한 것"이라며 "데이터센터 환경에 최적화된 최고 수준의 성능과 안정적인 신뢰성을 동시에 갖췄으며, 고객사는 삼성전자의 HBM4를 통해 그래픽처리장치(GPU) 연산 성능을 극대화하는 한편 서버·데이터센터 단위의 전력 소모와 냉각 비용을 절감하는 효과를 기대할 수 있다"고 전했다.
삼성전자는 ▲로직 ▲메모리 ▲파운드리 ▲패키징 등 다양한 반도체 산업 분야에서 사업을 영위하고 있다. HBM 고도화에 맞춰 '베이스 다이' 성능을 높일 수 있는 자체 역량을 확보한 셈이다.
회사 측은 "자체적으로 보유한 파운드리 공정과 HBM 설계 간의 긴밀한 DTCO(Design Technology Co-Optimization) 협업을 통해, 품질과 수율을 동시에 확보한 최고 수준의 HBM을 지속적으로 개발해 나갈 계획"이라며 "글로벌 주요 GPU 및 자체 칩을 설계·개발하는 차세대 맞춤형 반도체(ASIC) 기반 하이퍼스케일러 고객사들로부터 HBM 공급 협력 요청을 지속적으로 받고 있으며, 이들과의 기술 협력을 더욱 확대해 나갈 것"이라고 전했다.
삼성전자는 올해 HBM 매출이 작년 대비 3배 이상 증가할 것으로 보고 HBM4 생산 능력을 선제적으로 확대하고 있다. 2028년부터 본격 가동될 평택사업장 2단지 5라인은 HBM 생산의 핵심 거점으로 활용될 예정이다. AI·데이터센터 중심의 중·장기 수요 확대 국면에서도 안정적인 공급 대응 역량을 지속적으로 확보해 나갈 방침이다.
삼성전자는 HBM4에 이어 HBM4E도 준비 중으로 2026년 하반기에 샘플 출하를 할 계획이다. HBM4E는 HBM4의 기본 구조를 기반으로, 동작 속도·대역폭·전력 효율을 한층 끌어올린 차세대 고대역폭 메모리를 말한다. 또 고객사 맞춤형 HBM도 2027년부터 순차 샘플링을 시작할 예정이다.