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글로벌 고대역폭메모리(HBM) 시장을 2026/08/24 20:20

gregory16

[美학회서 HBM 병목 해법 발표]
삼성, 베이스다이 고도화
맞춤형 설계로 효율 향상
하닉은 하이브리드 본딩
적층?발열 해법으로 제시

글로벌 고대역폭메모리(HBM) 시장을 주도하는 삼성전자(005930)와 SK하이닉스(000660)가 전 세계 연구자를 상대로 메모리 병목 개선 방안을 나란히 제시했다. 삼성전자는 다양한 인공지능(AI) 프로세서 특성에 맞게 설계한 맞춤형 HBM을, SK하이닉스는 패키징 기술로 승부하겠다는 의지를 밝혔다.

한상욱 삼성전자 메모리사업부 D램 디자인팀 테크니컬리더(TL)는 23일(현지 시간) 미국 캘리포니아주 스탠퍼드대에서 열린 반도체 세미나 ‘핫칩스 2026’에서 HBM 베이스다이(Die)가 어떻게 AI 연산 능력을 높일 수 있는지 발표했다. 베이스다이는 D램을 적층한 HBM 맨 아래에서 속도와 전력을 제어하는 로직 칩이다.

한 TL은 메모리 대역폭(초당 데이터 전송량) 확장을 가로막는 주요 병목 요인으로 실리콘 관통전극(TSV)과 물리계층(PHY) 입출력의 한계를 꼽았다. TSV는 D램 칩을 일반 종이 두께의 절반보다 얇게 깎은 후 와이어(선)로 칩을 연결하지 않고 미세한 구멍을 뚫어 칩 상하단을 전극으로 연결하는 패키징 기술이다. PHY는 AI 칩과 메모리 간 데이터 이동을 담당한다. 문제는 작은 메모리 안에 TSV나 PHY를 무한정 늘릴 수 없다는 점이다.

삼성전자는 이를 맞춤형(커스텀) HBM(cHBM)으로 해결하려고 한다. 베이스다이를 엔비디아나 AMD 등 고객사가 쓰는 그래픽처리장치(GPU), 신경망처리장치(NPU)에 맞춰 속도나 전력효율 등 필요한 기능만 강화하는 설계다. 이 맞춤형 기능을 넣을 공간을 위해 PHY를 다이 간(Die to Die) 연결 구조로 바꾸겠다는 구상도 덧붙였다. 한 TL은 GPU 안에 있는 메모리 제어나 일부 AI 연산을 베이스다이로 이식하는 구상도 소개했다. 한 TL은 “베이스다이와 시스템온칩(SoC) 간 차이가 줄어드는데 왜 베이스다이 기능을 SoC처럼 만들지 않느냐는 질문에서 시작됐다”고 설명했다.

SK하이닉스는 패키징 기술을 해법으로 제시했다. 이재식 SK하이닉스 아메리카 부사장은 “앞으로는 HBM 자체의 성능뿐 아니라 GPU?패키징?파운드리까지 고객과 함께 최적화해야 한다”고 강조했다.

HBM은 GPU 등 다른 반도체와 함께 하나의 기판 위에 올려져 패키징을 거치는데 이 과정에서 높은 열과 물리적 응력이 발생하는 만큼 모든 공정을 거친 뒤에도 HBM이 성능과 구조를 안정적으로 유지하도록 HBM 제조사가 해결해야 한다는 의미다.

이 부사장은 “발열 문제의 해법은 구조와 재료에 변화를 주는 것”이라며 “메모리를 20층으로 쌓기 위해서는 해결해야 할 도전 과제가 많다. HBM4E(7세대)에 적용할지는 모르지만 하이브리드 본딩 기법을 연구 중”이라고 밝혔다.

하이브리드 본딩은 칩 사이에 매개 물질 없이 금속 패드를 직접 연결하는 공정으로 열 발생을 최소화하면서 메모리를 쌓고 본딩 강도를 높일 수 있다. 이 부사장은 하이브리드 본딩으로 기존 기법보다 TSV 회로를 좁히고 HBM 대부분을 차지하는 코어다이 두께를 24% 확대할 수 있다고 설명했다. 그는 HBM 내부 특정 영역에서만 발생하는 열을 식히기 위해 고열전도 소재를 추가한 ‘iHBM’ 기술 개발 상황도 전했다.

/실리콘밸리=김창영 특파원 kcy@sedaily.com

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