SK하이닉스는 21일 “인공지능(AI)용 초고성능 D램 신제품인 5세대 HBM(HBM3E) 개발에 성공했다”며 “검증 절차를 진행하기 위해 고객사에 샘플을 공급하기 시작했다”고 발표했다. 5세대 HBM을 개발해 고객사 검증을 하는 것은 SK하이닉스가 처음이다.

HBM은 D램을 수직으로 쌓고 연결해 데이터 처리 용량과 속도를 일반 D램 대비 열 배 이상으로 높인 반도체다. 대규모 데이터 학습·추론에 특화한 반도체 패키지인 ‘AI 가속기’에 그래픽처리장치(GPU) 등과 함께 들어간다. 생성형 AI가 확산하면서 수요가 빠르게 늘고 있는 고성능 D램이다.

SK하이닉스의 HBM3E는 초당 최대 1.15테라바이트(TB) 이상의 데이터를 처리할 수 있다. 풀HD급 영화 230편 이상 분량의 데이터를 1초 만에 처리하는 수준이다. 열 방출 성능은 전작 대비 약 10% 향상했다. 류성수 SK하이닉스 부사장은 “앞으로 고부가가치 HBM 공급 비중이 계속 높아져 실적 반등 흐름이 가속화할 것”이라고 말했다.

SK하이닉스가 고대역폭메모리(HBM) 시장에서 두각을 나타내고 있다. 4세대 HBM 제품인 ‘HBM3’에 이어 5세대 제품 개발 경쟁에서도 삼성전자를 제치고 ‘세계 최초’ 타이틀을 가져갔다.

2013년 HBM을 최초로 개발한 이후 10년 가까이 연구개발(R&D)에 꾸준히 투자한 게 성과를 내고 있다는 분석이다. 삼성전자도 절치부심하고 있다. 올 하반기 5세대 HBM을 공개하고 내년엔 6세대 제품을 개발해 주도권 탈환에 나설 계획이다.

SK하이닉스가 21일 공개한 5세대 HBM ‘HBM3E’는 최신 인공지능(AI) 가속기의 필수 부품으로 꼽힌다. AI 가속기는 생성형 AI에 필수적인 대규모 데이터 학습·추론에 특화된 반도체 패키지다. 그래픽처리장치(GPU), 중앙처리장치(CPU)를 배치하고 그 옆에 D램을 수직으로 쌓은 다수의 HBM을 배치하는 ‘첨단패키징’을 통해 데이터 처리 성능을 극대화한 게 특징이다. 오픈AI의 챗GPT 서비스에 활용된 엔비디아의 ‘H100’ AI 가속기엔 SK하이닉스의 HBM3 D램이 적용됐다.

HBM3E는 엔비디아가 내년 하반기 공개 예정인 차세대 AI 가속기 ‘GH200’에 적용될 것이 유력하다. SK하이닉스는 실제 HBM3E 샘플을 엔비디아에 보내 성능을 테스트 중인 것으로 알려졌다. 젠슨 황 엔비디아 최고경영자(CEO)도 지난 8일 한 행사에서 “HBM3E를 탑재한 ‘GH200 그레이스 호퍼 슈퍼칩’을 내년에 양산할 것”이라고 언급했다.

HBM은 여러 D램 칩을 수직으로 연결하는 만큼 패키징을 통해 열을 효율적으로 배출할 수 있게 하는 기술도 중요하다. SK하이닉스는 HBM3E에 ‘어드밴스드 MR-MUF’ 기술을 적용해 열 방출 성능을 전작 대비 약 10% 높였다. MR-MUF는 반도체 칩을 쌓아 올린 뒤 칩과 칩 사이 회로를 보호하기 위해 ‘액체’ 형태의 보호재를 공간 사이에 주입하고 굳히는 공정이다.

칩을 하나씩 쌓을 때마다 필름형 소재를 깔아주는 기존 방식 대비 방열에 이점을 가질 수 있다. 이 밖에 HBM3E는 하위 호환성도 갖춰 HBM3를 염두에 두고 구성한 시스템에서도 설계나 구조 변경 없이 신제품을 적용할 수 있다.

삼성전자도 올 하반기 5세대 HBM 제품인 ‘HBM3P’를 공개하며 SK하이닉스에 맞불을 놓을 계획이다. 제품명은 ‘스노우볼트’가 유력한 것으로 알려졌다. 내년에는 6세대 HBM도 생산하기로 했다. 삼성전자는 지난달 열린 2분기 실적설명회에서 “업계 최고 수준의 HBM 성능과 용량을 바탕으로 AI 시장 요구에 적극 대응할 계획”이라고 밝힌 바 있다.

생성형 AI 시장 확대에 삼성·SK 간 경쟁이 더해져 HBM 시장은 지속적으로 성장할 것으로 예상된다. 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 글로벌 HBM 시장 규모는 올해 39억달러(약 5조2300억원)에서 2024년 89억달러(약 12조원)로 127% 커질 것으로 전망된다. 반도체업계에선 HBM의 가격이 일반 D램 대비 다섯 배 이상 비싸기 때문에 메모리반도체 기업의 실적 개선에도 긍정적인 영향을 줄 것이란 분석이 나온다.

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