삼성전자, 세계 최초 HBM4 양산 출하...속도 11.7Gbps

[더파워 이설아 기자] 인공지능(AI) 반도체 경쟁이 격화되는 가운데 삼성전자가 차세대 고대역폭 메모리(HBM) 시장 선점을 위한 승부수를 던졌다. 삼성전자는 12일 업계 최고 성능의 6세대 HBM 제품 ‘HBM4’를 세계 최초로 양산 출하했다고 밝혔다.

삼성전자는 당초 설 연휴 직후 HBM4 양산 출하를 시작할 계획이었지만, 주요 고객사와 협의를 통해 일정을 약 1주일 앞당긴 것으로 전했다. 이번 HBM4는 세계 최고 수준의 성능을 앞세워 주요 고객사인 엔비디아의 품질 테스트를 일찌감치 통과한 것으로 알려졌으며, 회사는 차세대 AI 가속기 수요를 흡수해 HBM 주도권을 회복한다는 구상이다.

HBM4는 개발 초기부터 국제반도체표준협의기구 JEDEC 기준을 능가하는 성능을 목표로 설계됐다. 삼성전자는 10나노급 6세대인 1c D램과 4나노 파운드리 공정을 동시에 적용하는 공정 조합을 채택해 데이터 처리 속도를 JEDEC 표준 8Gbps를 크게 웃도는 11.7Gbps 수준까지 끌어올렸다. 이는 전작 HBM3E(9.6Gbps) 대비 약 1.22배, JEDEC 기준 대비 약 46% 향상된 수치로, 회사는 최대 13Gbps까지 구현이 가능해 대규모 AI 모델 운용에서 발생하는 데이터 병목 현상을 완화할 수 있을 것으로 보고 있다.

대역폭과 용량도 대폭 확대됐다. 삼성전자에 따르면 HBM4는 단일 스택 기준 총 메모리 대역폭을 HBM3E 대비 약 2.7배 높인 최대 3.3TB/s 수준으로 구현해 고객 요구치인 3.0TB/s를 상회한다. 12단 적층 기준으로 24GB에서 36GB까지 용량을 제공하며, 향후 고객 제품 일정에 맞춰 16단 적층 기술을 적용해 최대 48GB까지 확대할 계획이다. 회사는 HBM4 단일 다이 용량을 24Gb(3GB)로 설계해 8단·12단·16단 구성에 따라 24GB, 36GB, 48GB 라인업을 갖추게 된다.

전력 효율과 발열 특성도 강화했다. 데이터 전송용 I/O 핀 수가 1024개에서 2048개로 늘어나면서 증가하는 전력 소모와 열 집중 문제를 해결하기 위해 코어 다이에 저전력 설계 기술을 적용했으며, TSV(실리콘 관통 전극) 데이터 송수신 저전압 설계와 전력 분배 네트워크(PDN) 최적화를 통해 전 세대 대비 에너지 효율을 약 40% 개선했다. 또 열 저항 특성을 약 10%, 방열 특성을 약 30% 끌어올려 데이터센터 환경에서의 안정성과 냉각 비용 절감 효과를 동시에 노렸다는 설명이다.

HBM4의 핵심인 베이스 다이에는 4나노 공정을 적용해 성능과 전력 효율을 동시에 확보했다. 삼성전자는 세계에서 유일하게 로직·메모리·파운드리·패키징까지 통합 제공하는 IDM(종합반도체) 구조를 기반으로, HBM 설계와 파운드리 공정 간 DTCO(설계·공정 최적화) 협업을 강화해 품질과 수율을 안정적으로 확보해 왔다고 밝혔다. 메모리개발담당 황상준 부사장은 “삼성전자 HBM4는 기존에 검증된 공정을 적용하던 전례를 깨고 1c D램 및 파운드리 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 원스톱 솔루션과 인프라 투자를 바탕으로 HBM 공급 안정성도 강화하고 있다. 회사는 글로벌 GPU 업체와 자체 칩을 설계·개발하는 차세대 ASIC 기반 하이퍼스케일러로부터 HBM 공급 협력 요청이 이어지고 있다며, HBM4 생산 능력을 선제적으로 확대하고 있다고 설명했다. 삼성전자는 이런 수요 흐름을 감안할 때 2026년 HBM 매출이 2025년 대비 3배 이상 증가할 것으로 보고 있으며, 업계 최대 수준 DRAM 생산 능력과 선제적으로 확보한 클린룸을 기반으로 HBM 수요 확대에도 유연하게 대응할 수 있다는 입장이다.

향후 제품 로드맵도 제시했다. 삼성전자는 HBM4 이후 동작 속도와 대역폭, 전력 효율을 한층 끌어올린 HBM4E를 준비 중이며, 2026년 하반기 샘플 출하를 계획하고 있다. 또 2027년부터는 고객사 AI 가속기·GPU 아키텍처에 맞춰 용량·속도·전력 특성·인터페이스를 맞춤 설계하는 ‘커스텀 HBM’ 샘플링도 순차적으로 진행할 예정이다. 회사는 2028년부터 본격 가동될 평택사업장 2단지 5라인을 HBM 생산 핵심 거점으로 활용해 AI·데이터센터 중심의 중장기 수요 확대 국면에서도 안정적인 공급 역량을 지속 확보하겠다고 밝혔다.

이설아 더파워 기자 news@thepowernews.co.kr