[디지털데일리 고성현 기자] 인공지능(AI) 가속기의 핵심 성능을 구현하는 고대역폭메모리(HBM)의 6세대 제품 'HBM4' 양산이 코앞까지 다가오면서 글로벌 메모리반도체 업체 간 경쟁에 불이 붙었다. HBM 시장 1위를 굳건히 한 SK하이닉스가 앞서가는 가운데, 삼성전자가 공정 안정화·생산능력 확대 등으로 추격의 발판을 마련하는 모양새다.

15일 업계에 따르면 SK하이닉스는 지난 12일 HBM4 개발을 완료하고 양산 체제를 구축했다고 밝혔다. 이에 따라 조만간 HBM4용 설비를 반입·설치에 본격적인 상업화에 돌입할 것으로 전망된다.

HBM은 개별 D램을 수직으로 적층해 데이터 처리 속도를 크게 높인 고성능 패키지 제품이다. D램 개수를 늘려 용량을 확대하면서도 칩별로 연결된 입출력(I/O) 단자 개수가 증가해 높은 대역폭을 달성할 수 있다. 6세대 제품인 HBM4는 I/O 단자를 종전 1024개에서 2048개로 늘려 대역폭을 2배 확대했고, 스택당 데이터 처리량도 1~1.2TB/s에서 2TB/s 가깝게 늘어난다.

이번 HBM4에서는 신호 전달·전력 배분 등 역할에 그쳤던 베이스 다이(Base die; Logic die)의 역할도 확장된다. 2048비트(bit)로 확장된 I/O 채널의 인터페이스 제어를 하는 한편, 고속 신호 전송을 위한 버퍼 역할도 맡아 데이터 처리 성능을 높였다.

SK하이닉스는 이번 HBM4에서 JEDEC 표준 속도인 8GBps를 웃도는 10Gbps를 달성했고, 전력 효율도 40% 이상 개선해 AI 서비스 성능을 최대 69%까지 끌어올릴 수 있도록 했다. 이같은 성능 구현을 위해 기존에 활용해 온 10나노미터급 5세대(1b㎚) D램 공정과 어드밴스드 매스리플로우-몰디드언더필(MR-MUF) 공법을 채택했다. 이와 함께 고성능화된 베이스 다이 역시 TSMC 12㎚ 공정을 적용했다.

삼성전자 역시 HBM4 양산을 위해 상반기 중 개발을 끝마치고 이 샘플을 고객사에 출하한 상태다. 이를 통해 올 하반기, 연말 중부터 본격적으로 양산하겠다는 목표다.

특히 선두주자인 SK하이닉스 추격을 위한 차별화 방안도 마련했다. 삼성전자는 HBM4에 차세대 D램 공정인 10나노급 6세대(1c㎚)를 적용해 개별 D램 다이의 성능을 높였다. 그러는 한편 베이스 다이를 삼성 파운드리사업부의 4나노 공정을 활용해 제작, 전력 효율과 성능을 개선하겠다는 목표도 내세웠다.

마이크론은 이미 성숙화 단계에 접어든 HBM4에서 상대적으로 난항을 겪는 것으로 전해졌다. HBM4가 I/O 비트 수 증가에 따른 베이스 다이 고도화, 두께 규격 등 진입장벽이 높아진 탓에 엔비디아 등 핵심 고객사 요구 조건을 맞추기 어려워졌다는 평가다.

반도체 업계는 이번 HBM4 경쟁 역시 최대 '큰 손'인 엔비디아의 선택 향방에 따라 전망이 갈릴 것으로 내다봤다. 엔비디아가 차세대 AI가속기 아키텍처인 '루빈(Rubin)'에 HBM4를 탑재키로 한 만큼, 이에 대한 품질 인증 테스트 결과에 따라 초기 진입자가 정해질 수 있다는 관측이다.

일각에서는 SK하이닉스가 보다 유리한 고지를 점할 수 있다는 관측이 나온다. HBM4가 초기 12단 적층으로 기존 방식과 유사한 만큼, 이미 기술적 입지를 빠르게 다진 SK하이닉스가 이른 성과를 낼 수도 있다는 해석이다. 다만 엔비디아가 HBM4에 대한 초기 멀티 벤더(Multi Vendor) 구상을 내세우고 있어 삼성전자·마이크론의 이른 진입 역시 높은 가능성 중 하나로 꼽힌다.

한 반도체 업계 관계자는 "메모리 3사의 엔비디아 품질 인증 테스트가 여전히 진행 중인 터라 결과를 속단하기는 이르다"면서도 "HBM4의 초기 품질은 물론 가격, 물량에 대한 변수가 있어 이전과 같은 압도적인 수주 국면이 나올지도 지켜봐야 할 대목"이라고 말했다.