[서울=뉴스핌] 김정인 기자 = 삼성전자가 세계 최초로 업계 최고 성능의 고대역폭메모리(HBM)4를 양산 출하하며 차세대 인공지능(AI) 메모리 주도권 탈환에 나섰다. 국제표준(JEDEC)을 크게 웃도는 속도·대역폭을 앞세운 '최고 성능'에 더해, 고객 맞춤형 커스텀 HBM을 축으로 한 차세대 메모리 전략까지 제시하며 AI 반도체 주도권 경쟁에서 한발 앞서가겠다는 의지를 분명히 했다.

◆ 1c D램·4나노 베이스 다이…HBM4 성능 한계 끌어올려

12일 삼성전자는 세계 최초로 업계 최고 성능의 HBM4를 양산 출하했다고 밝혔다. 이번 제품은 개발 초기부터 JEDEC 기준을 웃도는 성능을 목표로 설계됐다. 최선단 1c D램(10나노급 6세대)을 선제 도입하고, 베이스 다이에 4나노 파운드리 공정을 적용해 재설계 없이 양산 초기부터 안정적인 수율과 최고 수준의 성능을 동시에 확보했다.

HBM4의 데이터 처리 속도는 JEDEC 표준인 8Gbps를 약 46% 상회한 11.7Gbps다. 최대 13Gbps까지 확장이 가능하다. 전작 HBM3E(9.6Gbps) 대비 약 1.22배 향상된 수치다. 단일 스택 기준 메모리 대역폭은 최대 3.3TB/s로, HBM3E 대비 약 2.7배 수준이다. 고객 요구치인 3.0TB/s를 웃돈다.

용량은 12단 적층 기준 36GB다. 16단 적층 기술을 적용하면 48GB까지 확장할 수 있다. 생성형 AI를 넘어 에이전틱 AI, 피지컬 AI로 확장되는 환경에서 급증하는 메모리 트래픽과 데이터 병목을 해소하는 데 초점을 맞췄다.

삼성전자는 I/O 핀을 2048개로 확대하면서도 저전력 설계를 적용했다. TSV 저전압 설계와 전력 분배 네트워크(PDN) 최적화를 통해 에너지 효율은 전 세대 대비 약 40% 개선했다. 열 저항은 10%, 방열 특성은 30% 향상했다.

삼성전자는 "자사의 HBM4는 데이터센터 환경에 최적화된 최고 수준의 성능과 안정적인 신뢰성을 동시에 갖췄다"며 "고객사는 삼성전자의 HBM4를 통해 그래픽처리장치(GPU) 연산 성능을 극대화하는 한편 서버·데이터센터 단위의 전력 소모와 냉각 비용을 절감하는 효과를 기대할 수 있다"고 설명했다.

◆ HBM4E·커스텀 HBM 로드맵 공개…경쟁 축 '맞춤형'으로

삼성전자는 HBM4에 이어 차세대 제품 준비에도 속도를 내고 있다. HBM4의 성능을 한층 끌어올린 HBM4E는 2026년 하반기 샘플 출하를 목표로 개발 중이다. 고객별 요구에 맞춰 설계하는 커스텀 HBM도 순차적으로 선보일 계획이다. 표준 제품 중심의 경쟁을 넘어, 고객 아키텍처에 최적화된 맞춤형 메모리로 경쟁 축을 옮기겠다는 전략이다.

이와 관련해 송재혁 삼성전자 디바이스솔루션(DS)부문 최고기술책임자(CTO) 사장은 지난 11일 서울 강남구 코엑스에서 열린 '세미콘 코리아 2026' 기조연설에서 "고객이 원하는 방식으로 최적화한 커스텀 HBM을 준비하고 있다"며 "전력 소모를 줄이고 효율을 높이는 방향으로 발전하고 있다"고 언급했다.

특히 송 사장은 메모리에 연산 기능을 일부 결합하는 '삼성 커스텀 HBM(cHBM)' 구상을 제시, "열을 줄이고 더 높게 쌓을 수 있는 기술을 준비 중"이라며 "차세대 HBM 경쟁의 중요한 기반이 될 것"이라고 말했다.

◆ 원스톱 솔루션·선제 투자…물량 대응 자신감

이 같은 차세대 HBM 전략의 실행 기반으로 삼성전자는 종합 반도체(IDM) 구조를 전면에 내세웠다. HBM 고도화로 베이스 다이의 역할이 더욱 중요해지는 가운데, 파운드리 공정과 HBM 설계 간 DTCO(Design Technology Co-Optimization) 협업을 통해 품질과 수율을 동시에 확보할 수 있다는 설명이다.

특히 삼성전자는 선단 패키징 역량을 자체적으로 보유하고 있어 공급망 리스크를 최소화하고 생산 리드타임을 단축할 수 있다고 강조했다. 글로벌 주요 GPU 기업과 차세대 ASIC 기반 하이퍼스케일러 고객사들로부터 HBM 공급 협력 요청이 이어지고 있다는 점도 자신감의 배경으로 제시됐다.

HBM 수요 확대에 맞춰 생산 능력도 선제적으로 확대하고 있다. 삼성전자는 올해 HBM 매출이 2025년 대비 3배 이상 증가할 것으로 내다봤다. 업계 최대 수준의 D램 생산 능력과 기존 인프라 투자를 통해 확보해 온 클린룸을 기반으로 수요 확대 시에도 유연하게 대응할 수 있다는 설명이다.

2028년부터 본격 가동될 평택사업장 2단지 5라인은 HBM 생산의 핵심 거점으로 활용될 예정이다. AI·데이터센터 중심의 중장기 수요 확대 국면에서도 안정적인 공급 대응 역량을 확보하겠다는 전략이다.

kji01@newspim.com