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HBM (High Bandwidth Memory)
HBM은 기존의 GDDR계약 SGRAM을 대체하고 보다 고대역폭의 메모리 성능을 달성하기 위해 제안된 것이 특징입니다. 2013년에 반도체 표준협회 JEDEC에 의해 채택이 되었고, 메모리 다이를 적층 하여 실리콘을 관통하는 통로를 통해 주 프로세서와 통신을 한다는 것으로 이를 위해 직접 인쇄 회로 기판 위에 올려지는 GDDR계열 SGRAM과는 달리 인터포저라는 중간단계를 필요로 하기도 합니다. 조금 더 쉽게 풀이하자면 D램을 수직으로 쌓고 연결하여 데이터 처리 용량과 속도를 일반 D램 대비 열 배 이상으로 높인 반도체라고 보시면 될 듯합니다. 정말 엄청난 기술인 거죠. AI가속기에 그래픽장치(GPU) 등과 함께 들어가게 됩니다. 최근 급부상한 AI로 인하여 수요가 빠르게 늘고 있는 고성능 D램입니다.
국내에는 SK하이닉스와 삼성전 자게 대표적인 반도체 제조 회사입니다. 국내뿐만이 아니라 전 세계적으로도 알아주는 대한민국의 자랑인 기업들이죠. 오늘 21일 세계최초로 HBM3 5세대 제품 개발을 했다고 보도가 나왔습니다. 이것이 전 세계 최초라는 타이틀을 거머쥐게 된 거죠. 삼성전자보다도 빠른 연구실적이라고 합니다. 참고로 현재 글로벌 HBM시장은 SK하이닉스와 삼성전자가 각각 50%, 40%의 점유율을 기록하고 있습니다.
엔비디아 AI가속기에 탑재
SK하이닉스가 개발한 5세대 HBM은 최신 인공지능 AI가속기의 필수 부품으로 손꼽히는 제품입니다. 최근 유튜브나 블로그 같은 것을 사용할 때 오픈 AI의 챗GPT를 많이 사용하시는데 이 챗GPT 서비스에 활용 도니 엔비디아의 H100 AI 가속기에 자랑스러운 SK하이닉스의 HBM3D램이 적용되어 있습니다. 정말 대단하죠? 우리나라 기업이 전 세계 타이틀을 거머쥐고 전 세계적으로 엄청난 기업들에게 채택되어 상용화되고 있다는 사실에 정말 뿌듯하고 자랑스럽네요.
그럼 5세대 HBM에 대해서 간단하게 알아보도록 하겠습니다.
1. 여러 D램 칩을 수직으로 연결하는 만큼 패키징을 통해 열을 효율적으로 배출하는 기술이 중요합니다.
2. HBM3E에 어드밴스드 MR-MUF 기술을 적용. 열 방출 성능을 전작 대비 약 10%가량 높였습니다.
(MR-MUF)는 반도체 칩을 쌓아 올린 뒤 칩과 칩 사이 회로를 보호하기 위해 '액체'형태의 보호재를 공간 사이에 주입하고 굳히는 공정입니다.
3. 칩을 하나씩 쌓을 때마다 필름형 소재를 깔아주는 기존 방식 대비 방열에 이점을 갖습니다.
4. HBM3E는 하위 호환성도 갖춰 전세대 HBM3를 염두에 두고 구성한 시스템에서도 설계나 구조 변경 없이 신제품을 적용할 수 있습니다.
HBM의 장점과 단점
장점
- 짧은 메모리 레이턴시와 높은 메모리 대역폭 - 메모리 적층은 통해 여러 메모리 채널을 갖추어 GDDR계열 SGRAM에 비해 짧은 레이턴시와 높은 대역폭을 동시 구현이 가능함.
- 작은 칩 면적과 작은 컨트롤러 면적 - PCB에서 차지하는 메모리 칩(모듈)의 층 면적을 줄일 수 있고, 프로세서 내부에 탑재되는 GDDR6 SGRAM 컨트롤러의 총면적만 봐도 HBM컨트롤러보다 훨씬 더 넓은 면적으로 차지하고 있어 제한된 크기에서 성능을 올려야 할 때 HBM으로 성능 밀도를 더 올릴 수 있음.
- 낮은 전력 소모
단점
- 높은 구현 난이도로 인한 비싼 가격 - 단순히 기판에 분이면 되는 SGRAM에 비해 HBM은 추가로 미세회로인 인터ㅗ저를 그려 넣는 공정이 추가로 필요.
- 복잡한 구조와 낮은 공정 숙련도로 인한 낮은 내구성 - 메모리가 고장났을 경우 GDDR고 ㅏ달리 그래픽 카드 다이에 인터포저가 직격 되어 있는 HBM은 수리가 굉장히 까다로우며, 사실상 자가수리가 불가능하다고 보아야 합니다.
- 낮은 메모리 클럭과 낮은 오버클럭 마진 - HBM메모리의 대역폭이 GDDR대비 넓지만 동작 속도 자체가 훨씬 낮고 GDDR에 비해 구조가 복잡하여 여러 개의 칩으로 구성되어 열원이 분산되는 GDDR에 비해 하나의 칩에 적층으로 구성되어 있어 열원이 더 집중되어 나타나게 됩니다. 그러므로 방열에 더욱 불리한 구조를 가지고 있습니다.
- 불리한 메모리 용량 확장
왼쪽 GDDR6와 동세대에서 경쟁하던 시절의 HBM메모리는 4층까지 적층이 가능했는데 용량한계가 2GB이기에 총 8GB 용량이 한계였습니다. 그림에서 보이는 것처럼 GDDR의 경우 넓은 기판 전 후면으로 수십 개의 칩을 박아 넣는 식의 용량확장이 가능했지만, HBM은 실리콘 인터포저를 사용하는 방식의 한계 때문에 이런 용량 확대는 불가능하게 됩니다.
HBM관련주
1. 한미반도체 - 한미반도체는 고대역폭 메모리(HBM)를 붙여주는 본딩 장비를 제조 하고 있으며, 이에 대한 수요가 증가하면서 한미반도체의 주가는 최근 52주 신고가를 경신했고, 업황 회복에 대한 기대감으로 상승세를 보이고 있는 상황입니다.
2. 미래반도체 - 반도체 후공정장비를 제조하는 기업이며, 삼성전자와 SK하이닉스 등 대형 반도체 기업들과 협력하고 있습니다. AI돌풍과 함께 HBM주문둥이 쇄도되고 있는 상황에서 수요 증가에 따른 성장이 기대되고 있습니다. 또한, 주가도 함께 상승세를 보이고 있어 투자자들이 관심을 보이고 있습니다.
3. 오로스테크놀로지 - 반도체 후공정 업체로 고대역폭 메모리를 높이는 기술인 TSV(실리콘 관통 전극)와 관련된 장비를 공급하며 AI용 메모리 HBM의 수요 급증에 따른 기업의 수익성이 개선되는 것으로 평가되고 있고, 이로 인하여 주가가 상승세를 나타네고 있습니다.
* 항상 투자는 본인의 선택에 따른 결과를 나타내므로 투자 전 신중하게 준비하시고 투자를 결정하시기 바랍니다.