20단 고지, 누가 먼저…커스텀 전쟁도 주목[HBM 진검승부③]

[서울=뉴시스]이인준 기자 = 6세대 고대역폭메모리(HBM) 'HBM4'는 첨단 기술의 정수지만, 물리적으론 이제 한계다.

새로운 기술로 차세대 제품 개발의 활로를 열어야 한다. 이런 가운데 커스텀(맞춤형) HBM의 출현으로, HBM 시장이 다변화될 가능성도 존재한다.

3일 업계에 따르면 HBM은 D램 칩을 깎고 다듬은 뒤 여러 개를 수직으로 쌓고 구멍을 뚫어 연결하는 제품이다.

여기 들어가는 단품 D램 칩 하나의 두께는 30마이크로미터(μm)로, 머리카락 두께의 절반 이하다. 엔비디아의 젠슨 황 CEO는 "HBM은 기적과도 같다"고 평했을 정도다.

HBM4에 이르러 적층 단수는 기존 '최대 12단'에서 '최대 16단'으로 높아진다. 한 개당 최대 용량도 36GB에서 48GB로 확장된다. SK하이닉스가 2021년 10월 세계 최초로 개발한 8단 HBM3(4세대) 16GB 제품과 비교하면 5년 만에 층수는 2배, 용량은 3배 커지는 것이다.

이어 2027년 양산되는 7세대 HBM4e는 20단까지 높아지며, 최대 용량은 64GB가 될 것으로 업계에선 전망한다.

지금의 기술로는 난관이 많다.

표준 규격상 제품의 높이(최대 775μm)는 거의 그대로인데 더 많은 D램 칩을 넣으려다 보면 공정이 복잡해지고, 만드는 과정에서 칩이 부러지거나 구부러질 수 있다. 회로가 작아져 전기가 안정적으로 흐르지 못하고, 발열이 생기기도 한다.

업계에선 앞으로 20단 이상의 HBM은 '하이브리드 본딩' 기술이 공통으로 쓰일 것으로 본다.

과거에는 작은 금속 구슬(범프)를 넣고 열과 압력을 이용해 부착했는데, 앞으로는 범프 없이 직접 연결하게 된다. 열 저항이 많이 생기던 범프 부분을 생략해 신호 지연과 전력 손실이 준다. 또 D램 단면이 밀착되기 때문에 구조적으로도 안정적이라는 평가다.

한편으로 맞춤형 HBM 시장도 열린다.

HBM은 앞으로는 고객과 필요한 성능에 따라 다변화될 수 있다.

예를 들어 데이터센터용 AI 가속기 제품에는 고성능 HBM이 필요하지만, 보급형(중성능) AI 가속기나 추론용 제품 등에는 특정 용도에 최적화된 HBM이 비용 효율적이다.

HBM에 새로운 기능을 넣을 수도, 뺄 수도 있다. 특히 메모리에 연산 기능을 넣어 GPU(그래픽처리장치)에 실리는 부하를 줄이려는 고민도 있다. HBM 공급업체의 힘이 더 세질 수 있다.

또 HBM의 집적도가 높아질수록 발열 문제가 더 심해질 수 있다. 이를 극복하기 위한 신소재 도입이나 패키징 기술, 냉각 솔루션 개발 등도 함께 진행되고 있다.

업계 관계자는 "맞춤형 HBM은 단순히 메모리 기술의 발전을 넘어 솔루션으로 진화하는 추세"라며 "컴퓨팅의 근본적인 패러다임을 바꿔놓을 수도 있다"고 전망했다.


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