[이코노미스트 정두용 기자] 삼성전자가 36기가바이트(GB) HBM3E(5세대 HBM) 12단 적층(12H) D램 개발에 성공했다고 27일 밝혔다. 업계 최초로 내놓은 이번 제품을 통해 고용량 HBM 시장 선점에 나설 방침이다. 삼성전자는 HBM3E 12H의 견본을 고객사에 제공하기 시작했다. 본격적인 양산 시점은 올해 상반기로 잡았다.

고대역폭메모리를 뜻하는 HBM은 여러 개 D램을 수직으로 쌓아 올려 성능을 고도화한 제품이다. 인공지능(AI) 서비스의 등장으로 데이터 처리 규모가 커지면서 최근 시장에서 주목받고 있다. HBM은 현존 메모리 반도체 중 데이터를 가장 빠르게 처리하고 전송한다.

삼성전자는 24기가비트(Gb) D램 칩을 실리콘 관통 전극(TSV·Through-Silicon Via) 기술로 12단까지 적층했다. 업계 최대 용량인 36GB HBM3E 12H를 구현할 수 있었던 이유다. 24Gb D램 용량은 3GB와 같다. 이를 12단으로 쌓아 36GB 5세대 HBM을 상용화했다는 게 회사 측 설명이다. 이 과정에서 수천 개의 미세 구멍을 뚫은 D램 칩을 수직으로 쌓아 적층된 칩 사이를 전극으로 연결하는 TSV 기술 노하우가 적용됐다.

HBM3E 12H는 초당 최대 1280GB의 대역폭과 현존 최대 용량인 36GB을 제공한다. 회사 측은 “성능과 용량 모두 전작인 HBM3(4세대 HBM) 8H(8단 적층) 대비 50% 이상 개선된 제품”이라고 소개했다. 초당 1280GB 처리할 수 있다는 건 1초에 30GB 용량의 UHD 영화 약 40편을 내려받을 수 있다는 의미다.

삼성전자는 ‘열압착 비전도성 접착 필름’(Advanced TC NCF·Thermal Compression Non Conductive Film) 기술로 12H 제품을 8H 제품과 같은 높이로 구현, HBM 패키지 규격을 만족시켰다. 이 기술을 적용하면 HBM 적층 수가 증가하고, 칩 두께가 얇아지면서 발생할 수 있는 ‘휘어짐 현상’을 최소화할 수 있다.

삼성전자는 NCF 소재 두께도 지속해 낮추고 있다. 업계 최소 칩 간 간격인 ‘7마이크로미터’(um)를 구현했다. 이를 통해 HBM3 8H 대비 20% 이상 향상된 수직 집적도를 실현했다.

칩과 칩 사이를 접합하는 공정에서 신호 특성이 필요한 곳은 작은 범프를, 열 방출 특성이 필요한 곳에는 큰 범프를 목적에 맞게 크기를 설정했다. 크기가 다른 범프 적용을 통해 열 특성을 강화하는 동시에 수율도 극대화했다. 범프는 칩 사이를 전기적으로 연결하기 위해 형성한 전도성 돌기를 통칭한다.

삼성전자는 NCF로 코팅하고 칩을 접합해 범프 크기를 다양하게 하면서, 동시에 공극(Void) 없이 적층하는 업계 최고 수준의 기술력도 선보였다. 삼성전자 측은 HBM3E 12H에 대해 “인공지능 서비스의 고도화로 데이터 처리량이 급증하는 상황 속에서 AI 플랫폼을 활용하는 다양한 기업들에 최고의 솔루션이 될 것”이라고 자신했다.

성능·용량이 증가한 이번 제품을 사용할 경우, 그래픽처리장치(GPU) 사용량이 줄어 기업들이 총소유 비용(TCO·Total Cost of Ownership) 절감을 기대할 수 있게 됐다. 서버 시스템에 HBM3E 12H를 적용하면, HBM3 8H를 탑재보다 평균 34% AI 학습 훈련 속도 향상이 가능하다. 추론의 경우에는 최대 11.5배 많은 AI 사용자 서비스가 가능할 것으로 기대된다.

배용철 삼성전자 메모리사업부 상품기획실장(부사장)은 “삼성전자는 AI 서비스를 제공하는 고객사의 고용량 솔루션 니즈(요구)에 부합하는 혁신 제품 개발에 힘쓰고 있다”며 “앞으로 HBM 고단 적층을 위한 기술 개발에 주력하는 등 고용량 HBM 시장을 선도하고 개척해 나갈 것”이라고 말했다.

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