HBM도 초격차 시동… 삼성전자, 업계 최초 36GB HBM3E 12단 D램 개발

기존 HBM3 8단 적층 대비 성능과 용량 모두 50% 이상 향상
고객사 샘플 제공 시작, 상반기 양산 예정

▲HBM3E 12단 D램 제품 이미지 (사진제공=삼성전자)

글로벌 메모리 반도체 1위 삼성전자가 경쟁사보다 뒤처져있던 고대역폭메모리(HBM) 시장에서 맹추격에 시동을 걸었다.

삼성전자는 업계 최초로 36GB(기가바이트) HBM3E(5세대 HBM) 12단 적층 D램 개발에 성공했다고 27일 밝혔다. 이 제품은 5세대 HBM 중에서도 가장 용량이 크다.

삼성전자는 제품 샘플을 고객사에 제공하기 시작했으며, 상반기 양산할 예정이다. 회사는 5세대 HBM을 터닝 포인트로 삼고 고용량 HBM 시장 선점에 나선다.

삼성전자는 24Gb(기가비트) D램 칩을 TSV(Through-Silicon Via, 실리콘 관통 전극) 기술로 12단까지 적층해 업계 최대 용량인 36GB HBM3E 12H를 구현했다. TSV는 수천 개의 미세 구멍을 뚫은 D램 칩을 수직으로 쌓아 적층된 칩 사이를 전극으로 연결하는 기술이다.

HBM3E 12단 제품은 초당 최대 1280GB의 대역폭과 현존 최대 용량인 36GB를 제공해 성능과 용량 모두 전작인 HBM3(4세대 HBM) 8단 적층 대비 50% 이상 개선됐다. 1초에 30GB 용량의 UHD 영화 40여편을 업(다운)로드 할 수 있는 속도다.

삼성전자는 'Advanced TC NCF'(Thermal Compression Non Conductive Film, 열압착 비전도성 접착 필름) 기술로 12단 제품을 8단 제품과 동일한 높이로 구현해 HBM 패키지 규격을 만족시켰다.

'Advanced TC NCF' 기술을 적용하면 HBM 적층수가 증가하고, 칩 두께가 얇아지면서 발생할 수 있는 '휘어짐 현상'을 최소화 할 수 있는 장점이 있어 고단 적층 확장에 유리하다.

삼성전자는 NCF 소재 두께도 지속적으로 낮춤으로써, 업계 최소 칩간 간격인 '7마이크로미터(um)'를 구현했다. 이를 통해 HBM3 8단 대비 20% 이상 향상된 수직 집적도를 실현했다.

특히 칩과 칩 사이를 접합하는 공정에서 신호 특성이 필요한 곳은 작은 범프(Bump)를, 열 방출 특성이 필요한 곳에는 큰 범프를 목적에 맞게 사이즈를 맞춰 적용했다. 크기가 다른 범프 적용을 통해 열 특성을 강화하는 동시에 수율도 극대화했다. 범프는 칩 사이를 전기적으로 연결하기 위해 형성한 전도성 돌기를 말한다.

또 삼성전자는 NCF로 코팅하고 칩을 접합해 범프 사이즈를 다양하게 하면서 동시에 공극(Void)없이 적층하는 업계 최고 수준의 기술력도 선보였다.

삼성전자가 개발에 성공한 HBM3E 12단은 인공지능(AI) 서비스의 고도화로 데이터 처리량이 급증하는 상황 속에서 AI 플랫폼을 활용하는 다양한 기업들에게 최고의 솔루션이 될 것으로 기대된다.

특히 성능과 용량이 증가한 이번 제품을 사용할 경우 GPU 사용량이 줄어 기업들이 총 소유 비용(TCO)을 절감할 수 있는 등 리소스 관리를 유연하게 할 수 있는 것도 큰 장점이다

예를 들어 서버 시스템에 HBM3E 12단을 적용하면 HBM3 8단을 탑재할 때보다 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 요구에 부합하는 혁신 제품 개발에 힘쓰고 있다"며 "앞으로 HBM 고단 적층을 위한 기술 개발에 주력하는 등 고용량 HBM 시장을 선도하고 개척해 나갈 것"이라고 밝혔다.