삼성전자, 엔비디아에 '세계 최초' HBM4 양산 출하 개시

삼성전자(178,600원 ▲10,800 +6.44%)가 엔비디아에 세계 최초로 업계 최고 성능의 HBM4(6세대 고대역폭메모리)를 양산 출하하며 본격적인 시장 경쟁에 나섰다. AI(인공지능) 칩의 핵심 반도체로 떠오른 HBM 시장에서 그동안 SK하이닉스에 주도권을 내줬지만 HBM4부터는 추월의 발판을 만들어 선두 탈환에 도전하겠다는 목표다.

삼성전자는 HBM4 개발 착수 단계부터 JEDEC(반도체 국제 산업 표준 기구) 기준을 상회하는 성능 목표를 설정하고 개발을 추진해왔으며 이번 제품에는 최선단 공정 1c D램(10나노급 6세대)을 도입해 재설계 없이 양산 초기부터 안정적 수율과 성능을 확보했다고 12일 밝혔다.

황상준 삼성전자 메모리개발담당 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.

섬성전자는 자사 HBM4가 JEDEC 업계 표준인 8Gbps(초당 8기가비트)를 약 46% 상회하는 11.7Gbps의 동작 속도를 안정적으로 확보했다고 밝혔다. 직전 5세대 HBM3E의 최대 핀 속도인 9.6Gbps 대비 약 1.22배 향상된 수치다. 삼성전자 HBM4는 최대 13Gbps까지 구현 가능하다.

또 단일 스택 기준 총 메모리 대역폭을 전작 HBM3E 대비 약 2.7배 향상된 최대 3.3TB/s(초당 테라바이트) 수준으로 끌어올려 고객사 요구 수준인 3.0TB/s를 상회하는 성능을 확보했다.

삼성전자 HBM4는 12단 적층 기술을 통해 24GB(기가바이트)~36GB의 용량을 제공하며 고객사의 제품 일정에 맞춰 16단 적층 기술을 적용해 최대 48GB까지 용량을 확장할 계획이다. HBM4 16단 48GB는 3GB D램 16개를 쌓아서 만든다.

삼성전자는 데이터 전송 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 적용했다고 밝혔다.

아울러 TSV(실리콘 관통 전극) 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. 고객사로서는 서버·데이터센터 단위의 전력 소모와 냉각 비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있다.

앞으로 삼성전자는 세계에서 유일하게 △로직 △메모리 △파운드(위탁생산) △패키징까지 아우르는 '원스톱 솔루션'을 제공할 수 있는 종합 반도체 회사라는 점을 앞세워 시장을 이끌겠다는 전략이다. 특히 자체적으로 보유한 파운드리 공정과 HBM 설계 간의 긴밀한 협업으로 품질과 수율을 끌어올리겠다는 계획이다.

삼성전자는 "2026년 당사의 HBM 매출이 2025년 대비 3배 이상 증가할 것으로 보고 HBM4 생산 능력을 선제적으로 확대하고 있다"며 "업계 최대 수준의 D램 생산능력과 선제적인 인프라 투자를 통해 확보해 온 클린룸을 기반으로 HBM 수요가 확대될 경우에도 단기간 내 유연하게 대응할 수 있는 생산 역량을 갖추고 있다"고 설명했다. 2028년부터 본격 가동될 평택사업장 2단지 5라인은 HBM 생산의 핵심 거점으로 활용될 예정이다.

동작 속도와 전력 효율을 더 높인 차세대 HBM4E도 준비 중이다. 올해 하반기 샘플 출하 예정이다. 고객사별 사양에 맞춘 커스텀 HBM도 2027년부터 순차적으로 샘플을 출하한다.

한편 SK하이닉스도 조만간 엔비디아 등에 HBM4를 양산 출하할 예정이다. SK하이닉스는 지난해 9월 세계 최초로 HBM4 양산 체제를 구축하고 고객사에 샘플을 제공했지만 실제 공급은 다소 지연됐다. 엔비디아의 요구에 맞춰 일부 사양에 대한 리비전(기능 수정)이 이뤄졌기 때문으로 전해졌다.