삼성전자가 엔비디아의 차세대 인공지능(AI) 가속기 ‘베라 루빈’에 탑재될 6세 대 고대역폭메모리(HBM4)를 12일 세계 최초로 출하했다. 동작 속도가 초당 최대 13기가비트(Gb)로 세계 최고 수준의 성 능을 구현한 HBM4를 시장 예상보다 빠르게 납품하며 ’기술 초격차’ 벌리기에 돌입한 것이다. 삼성전자는7세대인 HBM4 E의 샘플 납품 스케줄까지 공개하며 SK 하이닉스에 뺏겼던 AI반도체 시장의 주도권까지되찾아 오겠다는 의지를 내보였다.

삼성전자는 이날 HBM4를 출하하며 본격적인 시장 선점에 나서겠다고 밝혔다. 출하된 HBM4는 엔비디아가 올 하반기 출시할 차세대 AI가속기 ’베라루빈’에 탑재될 예정이다. 삼성전자는 이를 통해 올해 HBM점유율을 회복하고 관련 매출을 지 난해 대비 3배 이상 끌어 올릴수 있을것으로 기대하고 있다. 2028년부터 본격 가동될 평택사업장 2단지 5라인을 HBM 생산의 핵심 거점으로 활용할 예정이다.

엔비디아의 루빈 그래픽처리장치(GPU) 1개에는 삼성전자의 32기가바이트(GB) 용량 HBM 48개가 탑재된다. 특히 차세대 AI슈퍼칩·랙시스템인 ’베라루빈N VL72’에만 루빈 GPU 72개가 들어가는 것으로 알려졌다. 이시스템에 필요한 HB M4만 총 576개로 1개당 600달러(약86만 원)로 추정되는 HBM 4만34만5600달러(약5억원) 규모가 투입된다. 삼성전자는 HBM4를 엔비디아에 가장 빨리 납품하면서 시장 점유율 확대와 수익 극대화라는 두가지 목표를 이룰것으로 전망된다.

삼성전자는 출하와 동시에 자사 HBM4의 최신 성능도 공개하며 기술력과 양산 수율을 자랑했다. 경쟁사보다 한세대앞선 6세대(1c) D램과 4㎚(나노미터·10억분의1m) 공정기반의 베이스다이를 도입했다. 베이스 다이는 HBM 가장 아 래층을 이루며 전력·신호를 제어하는 역할을 하는 반도체로 HBM4부터 새롭게 도입된 설계다. 삼성전자는 경쟁사들보 다 앞선 공정을 적용했지만 안정적인 수율까지 확보 했다고 밝혔다.

특히 이번에 출하된 HBM4의 동작 속도는 시장의 예상을 한번더 뛰어넘는 성능을 구현했다. 국제표준기구 JEDEC의 기준(8Gbps)을 46% 상회하고 5세대인 HBM3E(9.6Gbps)보다 22% 빠른 최고 13Gbps의 동작 속도를 달성했다. 그동안 삼성전자의 HBM4는 동작 속도가 최대 11.7Gbps로 알려져 있었지만 최종 출하 제품은 성능이 최대 11% 더 개선된 것이다. 동작속도는 GPU와데이터를 주고 받는 속도로 HBM의 성능을 좌우하는 요소다. 삼성전자는 최신 동작속도를 밝히면서 경쟁사들과 기술적으로 ‘초격차’에 진입했다는 것을 강조한 것으로 해석된다.

또 데이터 연결 도로의 폭에 해당하는 대역폭은 최대 초당3.3TB(테라바이트)로 전작 대비 2.7배 향상됐을 뿐 아니라 고객사 요구 수준인 초당 3TB보다도 10%가량 상회한다. 용량역시 최대 16단 까지 쌓아 48GB까지 확보했다. GPU와 HBM이 데이터를 주고받는 출입구에 해당하는 ‘데이터 전송 입출력(I/O) 핀’수도 1024개에서 2배인 2048개로 늘었다. 삼성전자는 그외 실리콘 관통전극(TSV) 데이터 송수신 저전압 설계 기술과 전력 분배 네트워크(PDN) 최적화를 통해 전력 효율은 40%, 열저항 특성은 10%, 방열 특성은 30% 향상 시켰다고 설명했다.

이날 삼성전자는 HBM4 양산에 이어 올해 하반기 차세대 제품인 HBM4E의 샘플을 출하 하겠다는 계획을 밝혔다. HB M4E는 HBM4의 기본 구조를 기반으로 동작속도와 대역폭, 전력 효율을 한층 끌어올릴 예정이다. HBM4E 역시 최신 D 램인1cD램이 쓰이는 만큼 이번 HBM4 에서 선제적으로 쌓은 양산 노하우를 바탕으로 주도권을 이어갈 수 있을 것으로 삼성전자는 기대하고 있다.

삼성전자는 또 내년에 주문형 제품인 ‘커스텀 HBM’ 시장에 진출하겠다는 목표도 밝혔다. 커스텀 HBM은 AI 반도체 종류에 따라 맞춤 설계해 HBM 성능을 극대화하는 기술이다. 엔비디아 GPU에 이어 구글 ‘텐서처리장치(TPU)’, AMD ‘MI’, 마이크로소프트(MS) ‘마이아’ 등 빅테크들이 잇달아 자체 개발에 나선 맞춤형 반도체(ASIC)에 대응한다. 삼성전자 내부 테스트에서 커스텀HBM은 기존 HBM보다 2~3배 높은 성능을 발휘하는 것으로 나타났다.

<김윤수 기자>