HBM, GPU, AI 반도체… 뉴스에서 많이 접했지만, 막상 설명하려 하면 쉽지 않은 반도체 용어들. 반도체를 더 깊이 이해하고 싶어도 어려운 용어들 때문에 길을 잃은 독자들을 위해, 삼성전자 반도체가 페퍼톤스 이장원과 함께 새로운 시리즈인 ‘DS 딕셔너리’를 선보였다. 오늘의 첫 번째 주제는 요즘 가장 많은 관심을 받고 있는 반도체 용어 ‘HBM’이다.

HBM은 대역폭, 즉 데이터의 이동 통로를 넓히고 속도를 높인 메모리로, 초고속 데이터 전송이 필요한 AI 시스템의 핵심 부품으로 주목받고 있다. 기존 메모리를 ‘단층 주택’에 비유한다면, HBM은 이를 수직으로 쌓아 올린 ‘아파트’에 가깝다. 그렇다면 최근 삼성전자 반도체가 출시한 HBM4는 기존 세대와 무엇이 달라졌을까? HBM의 개념부터 AI 시장에서의 활용 사례, 그리고 삼성전자 HBM4가 보여주는 기술적 진화까지. DS 딕셔너리의 첫 페이지를 지금 함께 펼쳐보자.

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삼성전자는 18일 평택사업장에서 미국 AI 반도체 기업 AMD와 차세대 AI 메모리, 컴퓨팅 기술 분야 협력을 확대하는 업무협약(MOU)을 체결했다.

협약식에는 전영현 삼성전자 DS부문장, 리사 수 AMD CEO를 비롯한 양사 경영진들이 참석했다.

전영현 DS부문장은 “삼성과 AMD는 AI 컴퓨팅 발전이라는 공통된 목표를 공유하고 있으며, 이번 협약으로 양사 협력 범위가 확대될 것”이라며, “▲업계를 선도하는 HBM4 ▲차세대 메모리 아키텍처 ▲최첨단 파운드리·패키징 기술까지 삼성은 AMD의 AI 로드맵을 지원할 수 있는 독보적인 턴키 역량을 보유하고 있다”고 강조했다.

리사 수 AMD CEO는 “차세대 AI 인프라 구현을 위해서는 업계 전반의 긴밀한 협력이 필수적”이라며 “삼성의 첨단 메모리 기술 리더십과 AMD의 ▲Instinct GPU ▲EPYC CPU ▲랙 스케일 플랫폼을 결합하게 돼 매우 기쁘다”고 말했다.

삼성전자는 AMD AI 가속기에 탑재되는 HBM4 우선 공급업체로 지정됐다. 이에 따라 삼성전자는 AMD의 차세대 AI 가속기 ‘Instinct MI455X’ GPU에 업계 최고 성능 HBM4를 본격 탑재할 계획이다.

삼성전자 HBM4의 업계 최고 수준 성능, 신뢰성, 전력 효율성을 기반으로 AMD의 차세대 AI 가속기 ‘Instinct MI455X’ GPU는 AI 모델의 학습과 추론을 수행하는 고성능 시스템에 최적의 솔루션이 될 것으로 기대된다.

* Instinct MI455X GPU : 데이터센터용 인공지능 연산 가속기

삼성전자는 업계 최초로 1c D램, 4nm 베이스다이 기술 기반 최고 성능 HBM4를 지난 2월부터 양산 출하한 데 이어, AMD에 HBM4를 공급하며 HBM 시장 주도권을 강화할 방침이다.

* 삼성전자 HBM4 : 데이터 처리속도 최대 13Gbps(업계 표준 8Gbps) 최대 대역폭 3.3TB/s

삼성전자와 AMD는 AI 데이터센터 랙 단위 플랫폼 Helios와 6세대 EPYC 서버 CPU의 성능을 극대화하기 위해 고성능 DDR5 메모리 솔루션 분야에서도 협력한다.

* Helios : 랙 단위로 AI 서버를 통합한 데이터센터 플랫폼
* EPYC CPU : 차세대 데이터센터 서버용 CPU

삼성전자는 AMD의 차세대 제품을 위탁 생산하는 파운드리 협력에 대해서도 논의해 나가기로 했다.

삼성전자는 ▲메모리 ▲파운드리 ▲패키징을 아우르는 턴키 솔루션의 강점을 활용해 글로벌 빅테크 기업과의 협력을 지속적으로 확대해 나갈 계획이다.

삼성전자와 AMD는 약 20년간 그래픽, 모바일, 컴퓨팅 기술 분야에서 협력을 이어왔다. 특히 삼성전자는 AMD의 최신 AI 가속기 MI350X, MI355에 탑재된 HBM3E의 핵심 공급사 역할을 해왔다.

양사는 이번 MOU 체결을 통해 AI·데이터센터용 차세대 메모리 분야에서 더욱 긴밀하게 협력하며, 고객들에게 최적의 AI 인프라를 제공하기 위해 노력할 예정이다.

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삼성전자 반도체는 미국 캘리포니아주 새너제이에서 3월 16일(현지 기준) 개최된 엔비디아의 연례 기술 콘퍼런스 ‘GTC 2026’에 참가해 AI 반도체의 미래 비전을 제시했다. 올해 GTC 행사에서 삼성전자는 최근 업계 최초로 양산을 개시한 HBM4와 함께 차세대 HBM4E 칩 실물을 처음으로 공개하고, 엔비디아 Vera Rubin 플랫폼을 위한 메모리와 스토리지 ‘토털 솔루션’ 제품군을 선보이며 엔비디아와의 협력을 강조했다.

기조연설에서 더욱 강조된 양사의 AI 파트너십

GTC 2026 참석자들의 시선은 가장 먼저 엔비디아 젠슨 황 CEO의 기조연설에 집중됐다. 황 CEO는 ‘블랙웰(Blackwell)’과 ‘루빈(Rubin)’을 중심으로 한 차세대 AI 칩 시장 규모 비전을 제시하는 한편, 최신 Vera Rubin 플랫폼을 비롯해 네트워크, 소프트웨어 등 AI 산업 혁신을 앞당길 엔비디아의 컴퓨팅 플랫폼 전략과 기술을 공개했다.

특히 황 CEO는 기조연설에서 삼성전자 반도체와의 협력을 직접 언급하기도 했다. HBM4를 중심으로 한 메모리, 스토리지 솔루션 협력은 물론, 삼성전자 파운드리를 통해 그록3 언어처리장치(Groq 3 LPU) 칩을 생산할 계획을 밝히면서 양사 간 파트너십의 중요성이 그 어느 때보다 부각됐다.

삼성전자만의 AI 메모리 토털 솔루션 선보여

삼성전자는 이번 GTC에 마련된 전시 부스에 ‘HBM4 Hero Wall’을 마련해, HBM 기술 리더십을 조명했다. 지난 달 양산 출하를 발표한 HBM4를 비롯해 차세대 HBM4E 실물 칩과 코어 다이 웨이퍼도 최초로 공개했다.

또한 ‘Nvidia Gallery’를 별도로 구성해 ▲Rubin GPU용 HBM4 ▲Vera CPU용 SOCAMM2 ▲스토리지 PM1763을 Vera Rubin 플랫폼과 함께 전시했으며, 특히 기조연설에 언급돼 청중의 관심이 집중된 그록3 LPU 4나노 웨이퍼 실물도 일반에 공개해 눈길을 끌었다.

이와 함께 Vera Rubin 플랫폼에 새롭게 도입된 CMX(Context Memory eXtension) 기술을 AI Factories존에 공개해 많은 관심을 받기도 했다.

*CMX(Context Memory eXtension): AI 추론 과정에서 생성되는 KV Cache 데이터를 GPU 메모리 밖의 스토리지로 확장해 활용하는 메모리 확장 기술

한편, 젠슨 황 CEO는 올해도 삼성전자 반도체 부스를 찾아 많은 관람객들의 관심이 집중됐다. 그는 전시존에 마련된 삼성전자 HBM4 코어 다이 웨이퍼와 그록3 LPU 4나노 웨이퍼에 각각 ‘AMAZING HBM4’와 ‘GROQ SUPER FAST’라는 문구를 적고 서명한 뒤, 삼성전자 Foundry사업부장 한진만 사장, 메모리개발담당 황상준 부사장과 함께 기념 촬영을 하며 양사 간 끈끈한 협력 관계를 보여줬다.

AI 산업의 급격한 발전을 바탕으로 나날이 전 세계의 관심이 높아지고 있는 GTC 2026 콘퍼런스에서, 삼성전자 반도체는 앞선 AI 메모리 기술 경쟁력과 엔비디아와의 전략적 파트너십을 다시 한 번 대중에 각인시켰다. 양사는 글로벌 AI 인프라 발전을 위한 비전을 공유하며 계속해서 긴밀히 협력해 나갈 계획이다.

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차세대 AI를 위한 대역폭의 재정의

HBM4는 HBM3E에서 적용된 1,024개의 데이터 전송 I/O(Input/Output) 핀보다 두 배로 증가한 2,048개의 I/O 핀(pin) 인터페이스를 적용한다. 삼성전자 HBM4의 동작 속도는 11.7 Gbps를 안정적으로 확보했고 최대로는 13 Gbps에 달하는데, 이를 바탕으로 단일 스택당 최대 3.3 TB/s의 메모리 대역폭을 구현했다. 이는 HBM3E 대비 약 2.7배 향상된 수준으로, 4 GB 용량의 영화 파일 750편을 1초 만에 전송할 수 있는 전송 속도다. 이러한 성능은 대규모 AI 모델의 학습과 추론 과정에서 요구되는 방대한 데이터 처리 수요에 효과적으로 대응하도록 설계됐다.

메모리와 파운드리 기술의 유기적 결합으로 구현한 시너지

HBM4는 코어 다이에 삼성전자의 1c D램(10나노급 6세대)을, 베이스 다이에는 4나노 로직 공정을 적용해 메모리와 파운드리의 기술 역량을 결합했다. 이는 업계를 선도하는 IDM(Integrated Device Manufacturer, 종합 반도체 기업)으로서 삼성전자만의 차별화된 경쟁력이 만들어낸 결과로, 메모리와 로직 간 인터페이스를 더욱 정교하게 구현해냈다.

더 높은 적층과 용량 확장을 향한 로드맵

삼성전자 HBM4 라인업은 12단 적층 구조를 기반으로 24GB부터 36GB까지의 용량으로 구성되며, 향후 16단 적층 기술을 적용해 메모리 용량 증가 요구에도 대응할 계획이다. 이 같은 고용량 HBM 제품의 구현은 TSV(Through Silicon Via, 실리콘 관통 전극) 를 활용한 삼성전자의 첨단 패키징 기술을 통해 가능하다.

전력 효율과 발열 관리의 새로운 기준

HBM4의 아키텍처는 이전 세대 대비 전력 소모를 약 40% 줄여 AI 인프라의 에너지 부담을 크게 낮췄다. 열 저항 특성도 약 10% 개선되었으며, 방열 성능은 약 30% 강화되었다. 이를 통해 열 부하가 높은 AI 데이터센터 환경에서도 안정적인 성능을 유지할 수 있다.

이와 같이 영상을 통해 삼성전자 HBM4의 특징과 AI 인프라에서 HBM4의 역할을 간략히 살펴보았다. 보다 자세한 내용은 아래 영상을 통해 알아보자.

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삼성전자가 세계 최초로 업계 최고 성능의 HBM4를 양산 출하하며, 본격적인 HBM4 시장 선점에 나섰다.

삼성전자는 HBM4 개발 착수 단계부터 JEDEC 기준을 상회하는 성능 목표를 설정하고 개발을 추진해왔으며, 이번 제품에는 최선단 공정 1c D램(10나노급 6세대)을 선제적으로 도입해 재설계 없이 양산 초기부터 안정적인 수율과 업계 최고 수준의 성능을 확보했다.

*JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council): 반도체 표준을 제정하는 국제 산업 표준 기구

삼성전자 메모리개발담당 황상준 부사장은 “삼성전자 HBM4는 기존에 검증된 공정을 적용하던 전례를 깨고 1c D램 및 Foundry 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.

☐ 11.7Gbps 데이터 처리 성능 안정적 확보…최대 13Gbps까지 구현

삼성전자는 HBM4 기술 경쟁력 강화를 위해 1c D램을 적용하는 한편, 베이스 다이의 특성을 고려해 성능과 전력 효율 측면에서 유리한 4나노 공정을 적용했다.

*베이스 다이: HBM 적층 구조의 가장 아래에 위치해 전력·신호를 제어하는 기반 칩

그 결과 삼성전자 HBM4는 JEDEC 업계 표준인 8Gbps를 약 46% 상회하는 11.7Gbps의 동작 속도를 안정적으로 확보하며, HBM4 성능의 새로운 기준을 제시했다.

이는 전작 HBM3E의 최대 핀 속도인 9.6Gbps 대비 약 1.22배 향상된 수치이며 최대 13Gbps까지 구현이 가능해 AI 모델 규모가 커질수록 심화되는 데이터 병목을 효과적으로 해소할 것으로 기대된다.

삼성전자의 HBM4는 단일 스택 기준 총 메모리 대역폭을 전작 HBM3E 대비 약 2.7배 향상된 최대 3.3TB/s 수준으로 끌어올려, 고객사 요구 수준인 3.0TB/s를 상회하는 성능을 확보했다.

삼성전자의 HBM4는 12단 적층 기술을 통해 24GB~36GB의 용량을 제공하며, 고객사의 제품 일정에 맞춰 16단 적층 기술을 적용해 최대 48GB까지 용량을 확장할 계획이다.

*HBM4 단일 다이 용량 24Gb(기가비트) = 3GB(기가바이트)
*HBM4 8단 용량: 24GB (3GB D램 x 8)
*HBM4 12단 용량: 36GB (3GB D램 x 12)
*HBM4 16단 용량: 48GB (3GB D램 x 16)

☐ 코어 다이 저전력 설계·전력 분배 최적화…전력효율·발열 개선

삼성전자는 데이터 전송 I/O(Input/Output) 핀 수가 1,024개에서 2,048개로 확대됨에 따라 발생하는 전력 소모와 열 집중 문제를 해결하기 위해, 코어 다이에 저전력 설계 기술을 적용했다.

*데이터 전송 I/O(Input/Output): 메모리와 GPU 사이에서 데이터를 주고받는 출입구
*코어 다이: HBM을 구성하는 핵심인 D램을 수직으로 적층한 다이(Die). HBM은 D램으로 구성된 코어 다이와 컨트롤러 역할을 하는 베이스 다이로 구성됨

또한 TSV 데이터 송수신 저전압 설계 기술 적용과 전력 분배 네트워크(PDN) 최적화를 통해 전 세대 대비 에너지 효율을 약 40% 개선했으며, 열 저항 특성은 약 10%, 방열 특성은 약 30% 향상시켰다.

*TSV(Through Silicon Via, 실리콘 관통 전극): 수천 개의 미세 구멍을 뚫은 D램 칩을 수직으로 쌓아 적층된 칩 사이를 전극으로 연결하는 첨단 패키징 기술
*TSV 데이터 송수신 저전압 설계: 데이터를 입·출력하는 구동회로의 전압을 1.1V에서 0.75V로 감소시키는 회로를 개발하여 TSV 구동 전력을 약 50% 절감
*전력 분배 네트워크(PDN, Power Distribution Network): 반도체 칩 내부의 전력 공급망으로, 고속 동작 시에도 안정적인 전력 공급을 가능하게 하는 핵심 기술

삼성전자의 HBM4는 데이터센터 환경에 최적화된 최고 수준의 성능과 안정적인 신뢰성을 동시에 갖췄으며, 고객사는 삼성전자의 HBM4를 통해 GPU 연산 성능을 극대화하는 한편 서버·데이터센터 단위의 전력 소모와 냉각 비용을 절감하는 효과를 기대할 수 있다.

☐ 원스톱 솔루션·인프라 투자로 공급 안정성 확보…매출 3배 전망

삼성전자는 세계에서 유일하게 ▲로직 ▲메모리 ▲Foundry ▲패키징까지
아우르는 ‘원스톱 솔루션’을 제공할 수 있는 IDM(Integrated Device Manufacturer) 반도체 회사다.

향후 HBM이 고도화됨에 따라 베이스 다이의 역할이 더욱 중요해질 것으로 전망된다.

삼성전자는 자체적으로 보유한 Foundry 공정과 HBM 설계 간의 긴밀한 DTCO(Design Technology Co-Optimization) 협업을 통해, 품질과 수율을 동시에 확보한 최고 수준의 HBM을 지속적으로 개발해 나갈 계획이다.

또한 삼성전자는 선단 패키징 역량을 자체적으로 보유하고 있어, 공급망 리스크를 최소화하는 한편 생산 리드타임을 단축할 수 있는 경쟁력을 갖추고 있다.

이와 함께 삼성전자는 글로벌 주요 GPU 및 자체 칩을 설계·개발하는 차세대 ASIC 기반 하이퍼스케일러 고객사들로부터 HBM 공급 협력 요청을 지속적으로 받고 있으며, 이들과의 기술 협력을 더욱 확대해 나갈 방침이다.

삼성전자는 이러한 시장 흐름 속에서 2026년 당사의 HBM 매출이 2025년 대비 3배 이상 증가할 것으로 보고, HBM4 생산 능력을 선제적으로 확대하고 있다.

삼성전자는 업계 최대 수준의 DRAM 생산능력과 선제적인 인프라 투자를 통해 확보해 온 클린룸을 기반으로, HBM 수요가 확대될 경우에도 단기간 내 유연하게 대응할 수 있는 생산 역량을 갖추고 있다.

또한, 2028년부터 본격 가동될 평택사업장 2단지 5라인은 HBM 생산의 핵심 거점으로 활용될 예정이며, AI·데이터센터 중심의 중·장기 수요 확대 국면에서도 안정적인 공급 대응 역량을 지속적으로 확보해 나갈 예정이다.

☐ 2026년 HBM4E·2027년 Custom HBM 샘플 출하로 차세대 라인업 가동

삼성전자는 HBM4에 이어 HBM4E도 준비 중으로 2026년 하반기에 샘플 출하를 할 계획이다.

*HBM4E: HBM4의 기본 구조를 기반으로, 동작 속도·대역폭·전력 효율을 한층 끌어올린 차세대 고대역폭 메모리

또한 Custom HBM도 2027년부터 고객사별 요구에 맞춰 순차 샘플링을 시작할 예정이다.

*Custom HBM: Custom HBM은 고객의 AI 가속기·GPU 아키텍처에 맞춰 용량, 속도, 전력 특성, 인터페이스 등을 맞춤 설계한 고대역폭 메모리 제품. 표준화된 제품과 달리, 고객별 연산 구조와 사용 환경에 최적화해 성능 효율을 극대화할 수 있는 것이 특징

HBM4 양산 과정에서 확보한 1c 공정 기반의 품질과 공급 안정성은 향후 HBM4E 및 Custom HBM 등 고부가 제품으로의 전환 과정에서도 중요한 경쟁 요소가 될 것으로 기대된다.

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