K-반도체, 차세대 HBM 기술 개발·상용화 '속도전'

송고 2024.10.02 14:53 | 수정 2024.10.02 14:53
EBN 김채린 기자 (zmf007@ebn.co.kr)

시장 선점에 낙수효과… SK하이닉스, 세계 최초 타이틀 연이어 획득

삼서전자, HBM3E 퀄 테스트… HBM4 엔비디아 납품 박차 가할 듯

ⓒ각 사

인공지능(AI) 적용 영역 확대 전망에 고대역폭메모리(HBM) 시장의 경쟁도 보다 과열 양상을 보일 전망이다. 시장 선점 효과에 따른 낙수효과가 극명해서다.

2일 업계에 따르면 최근 SK하이닉스는 세계 최초로 5세대 HBM3E 12단 양산에 돌입했다. 올해 3월 업계 최초로 HBM3E 8단을 고객사에 납품한 지 6개월 만에 차지한 세계 최초 타이틀이다. 신제품은 연내 엔비디아 공급을 시작한다.

앞서 2월 삼성전자가 세계 최초로 HBM3E 12단 개발에 성공했다고 발표한 가운데 SK하이닉스가 제품 공급에 먼저 나서며 선두 자리를 굳히겠다는 전략으로 풀이된다.

SK하이닉스가 양산에 돌입한 HBM3E 12단은 현존 HBM 가운데 최대 용량은 36GB다.기존 HBM3E은 최대 용량이 3GB D램 단품 칩 8개를 수직으로 쌓아 24GB였다.

12단의 동작 속도도 현존 메모리 최고 속도인 9.6Gbps로 높였다. 이 제품 4개를 탑재한 단일 그래픽처리장치(GPU)로 메타의 거대언어모델(LLM)인 ‘라마3 70B’를 구동할 경우 700억개의 전체 파라미터를 초당 35번 읽어낼 수 있는 속도다.

두께는 기존 8단 제품과 동일하게 유지했다. 이를 위해 D램 단품 칩을 기존보다 40% 얇게 만들고 TSV(실리콘전통관극) 기술을 활용해 수직으로 쌓았다. 용량은 3GB D램 칩 12개를 쌓아 50% 증가했다.

얇은 칩을 높이 쌓을 때 발생하는 구조적 문제 해결을 위해 SK하이닉스 핵심기술인 어드밴스드 MR-MUF 기술을 적용했다.

MR-MUF는 반도체 칩을 쌓아 올린 뒤 칩과 칩 사이 회로를 보호하기 위해 액체 형태의 보호재를 공간 사이에 주입하고 굳히는 공정이다.이를 통해 전 세대 대비 방열 성능을 10% 높이고, 휨 현상을 제어해 안정성과 신뢰성을 확보했다.

SK하이닉스는 유일하게 HBM3E 8단 제품을 엔비디아에 납품하고 있다. 현재 삼성전자는 HBM3E 8단, HBM3E 12단 제품에 대해 엔비디아 승인 평가를 진행하고 있다.

차세대인 HBM4의 기술 개발전도 치열할 전망이다. 삼성전자와 SK하이닉스 등 글로벌 반도체 기업들은 HBM4 개발 속도전에 선제 돌입했다. 특히 향후 관련 시장의 지속 성장 전망에 무게가 실리면서 차세대 반도체 시장 선점을 위한 기술개발에 박차를 가하고 있다.

HBM4 개발이 가장 빠른 곳은 SK하이닉스다. 삼성전자도 오는 4분기 HBM3E 12단 양산을 시작으로 내년 HBM4 개발을 끝내고 오는 2026년 양산에 나선다는 계획이다.

특히 삼성전자는 HBM3E 12단과 HBM4 기술 개발에 보다 박차를 가할 것으로 예상된다. 현재 삼성전자는 HBM3E 8단, 12단의 엔비디아 퀄(품질) 테스트를 진행하고 있다. 다만, 이미 SK하이닉스가 엔비디아에 다수 물량을 공급하고 있는 만큼, 삼성전자는 공급 시장 개척에 의의를 두고 있는 것으로 풀이된다.

젠슨 황 엔비디아 최고경영자(CEO)가 올해 상반기 삼성전자 반도체(DS) 부문 경영진과의 만남에서 “HBM3E 12단 구조 제작에 성공하면 메인 벤더지위를 보장하겠다”고 밝힌 것 역시 향후 삼성전자의 제품 개발에 영향을 줄 것으로 풀이된다.

또 엔비디아의 HBM4 공급을 처음으로 시작하게 될 경우 1차 공급사와 2차 공급사의 차별이 커, HBM4 개발을 위한 속도전은 보다 치열할 것으로 예상된다.

경쟁은 보다 과열될 전망이다. 업계 한 관계자는 “SK하이닉스는 HBM4 본딩 방식을 기존의 MR-MUF와 하이브리드 본딩 투 트랙 개발 중이나 기술적 난이도 문제로 HBM4에서도 16단까지 MR-MUF의 적용 가능성이 높을 것”이라며 “

삼성전자는 HBM4에서 하이브리드 본딩을 반드시 성공시켜야 한다는 입장이며 원료 수급 문제 등에 따라 당분간 MR-MUF의 채택 가능성은 제한적이다”고 전망했다.

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