반격 나선 삼성전자…세계 첫 12단 ‘5세대 D램’ 개발

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삼성전자가 ‘생성형 AI’ 시대, 폭발적으로 늘어나는 데이터 처리에 핵심인 HBM(고대역폭메모리) 사업에서 경쟁사를 압도할 회심의 카드를 뽑아들었다. 기존 보다 속도와 용량이 50% 더 좋아진 12단 적층 36기가바이트(GB) HBM3E 개발에 세계 최초로 성공하면서다.

여러 개의 D램을 수직으로 쌓아 성능을 높인 HBM은 적층 수를 늘려가면서, 칩 두께를 얇게 유지해야 하는 게 기술적 과제다. 고용량 데이터 처리 수요가 높아질 수록 높은 적층의 HBM의 필요성도 높아진다. 이 한계를 극복하기 위해 메모리반도체 기업들이 연구에 뛰어들고 있다.

앞서 최초 타이틀의 기회를 몇 번 놓쳤던 삼성전자는 이번 12단 적층의 HBM3E을 가장 먼저 상용화해 업계를 선도하겠다는 각오다.

27일 삼성전자는 업계 최초로 12단 적층에서 최대 용량인 36기가바이트(GB) HBM3E 개발에 성공했다고 밝혔다. 이 칩은 성능과 용량 모두 전작 대비 50% 개선됐다. 초당 최대 10Gb의 속도를 내며, 초당 처리할 수 있는 규모가 1280GB나 된다. 이는 1초에 30GB 용량의 UHD 영화 40여편을 받을 수 있는 속도다.

이러한 성능 개선은 칩을 채용하는 기업들에 전보다 그래픽처리장치(GPU) 사용량을 줄여 주고, 총 소유 비용(TCO)을 절감시킬 수 있는 효과를 준다. 예를 들어 서버 시스템에 이 칩을 적용하면 전작보다 AI 학습 훈련 속도가 평균 34% 향상된다. 추론의 경우 최대 11.5배 많은 AI 사용자 서비스가 가능하다. 삼성전자는 샘플을 고객사에게 제공하기 시작했으며 상반기 양산할 예정이다.

삼성전자가 선제적으로 최대 적층의 HBM을 내놓으면서 올해도 경쟁사 SK하이닉스와의 시장 주도권 경쟁이 치열해질 전망이다. 삼성전자는 SK하이닉스와 함께 HBM 시장을 사실상 양분하고 있다. SK하이닉스는 지난 1월부터 8단 적층의 HBM3E을 초기 양산에 나섰다. 가까운 시일내 고객 인증 완료해 본격 양산에 돌입한다는 계획이다. 또한 12단 HBM3E도 표준 규격에 맞춰 8단과 같은 높이로 구현할 계획에 있다. 고객 일정에 맞춰 순조롭게 제품화에 나서고 있다.

SK하이닉스는 지난해 4분기 HBM 매출이 사상 처음으로 1조원을 돌파한 것으로 추정된다. 삼성전자 또한 HBM 비트 판매량이 매 분기 기록을 경신하고 있다. 지난해 4분기에는 전분기 대비 40% 이상 성장했다. 전년 동기와 비교하면 3.5배 규모로 성장했다.

양사 간 경쟁의 승부처는 내년 하반기 엔비디아가 판매하는 차세대 AI 칩에 들어갈 HBM3E(5세대)의 수주전이 될 전망이다. SK하이닉스는 지난 2013년부터 엔비디아와 HBM 개발을 시작해 10년간 생산 노하우를 축적하고 있어 유리한 고지에 있다고 평가되기도 한다.

삼성전자는 DDR5와 HBM 등 고부가 제품의 매출이 크게 늘면서 지난해 4분기 D램 점유율이 7년 만에 최대치를 기록했다. 옴디아에 따르면 삼성전자의 작년 4분기 D램 점유율은 45.7%로 1위를 기록했다. 이는 2016년 3분기(48.2%) 이후 가장 높은 수준이다. 삼성전자는 점유율을 전 분기(38.7%) 대비 7%포인트 늘리며 2위인 SK하이닉스와의 점유율 격차도 14%포인트로 벌렸다. SK하이닉스의 D램 점유율은 31.7%, 3위 마이크론의 점유율은 19.1%로 집계됐다.

삼성전자는 상반기 양산에 이어 안정적인 양산 체계를 갖추어 나갈 계획이다. 그리고 차세대인 6세대 HBM도 내년 샘플링과 2026년 양산 목표로 개발하고 있다. 6세대 HBM부터는 고객 맞춤형에 대한 대응이 증가할 것으로 보고, 표준 제품뿐만 아니라 선단 로직칩을 추가해 고객별로 최적화된 ‘커스텀 HBM’ 제품을 만든다는 계획이다.

두께 제약이 가장 큰 과제인 HBM에서 삼성전자는 16단으로 쌓아올린 초고용량 6세대 HBM에서도 칩과 칩 사이 갭을 완전히 없애고, 칩을 완전히 붙이는 신공정을 개발하고 있다. 배용철 삼성전자 메모리사업부 상품기획실장 부사장은 “앞으로 HBM 고단 적층을 위한 기술 개발에 주력하는 등 고용량 HBM 시장을 선도하고 개척해 나갈 것”이라고 밝혔다.

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