“이건 반칙 수준” 삼성전자가 작정하고 꺼낸 SK하이닉스 잡을 비밀병기 ‘zHBM’, 드디어 공개됐습니다

삼성전자가 인공지능(AI) 반도체에 필요한 주력 제품 고대역폭메모리(HBM) 성능을 한단계 더 높인다. HBM을 엔비디아 등의 AI 반도체 위에 쌓음으로써 곧 공개될 최신 제품보다도 4배 성능을 낼 수 있다는 게 회사 설명이다.

송재혁 삼성전자 디바이스솔루션(DS)부문 최고기술책임자(CTO) 사장은 11일 서울 강남구 코엑스에서 열린 국내 최대 반도체 산업 전시회 ‘세미콘 코리아 2026’ 기조연설을 통해 “HBM 자체를 Z축으로 올리는 방식인 zHBM 기술을 개발할 계획”이라며 “(최신 제품) HBM4보다 대역폭과 전력 효율을 4배 높일 수 있는 것으로 나타났다”고 밝혔다. 삼성전자는 최근 해당 기술을 특허청에 상표 출원한 데 이어 주요 고객사 엔비디아와 경쟁사 SK하이닉스를 포함한 550개사가 모인 이날 행사에서 관련 전략을 공식 발표했다.

HBM은 삼성전자 최신 제품 기준으로 D램을 12단 이상 쌓은 고집적 메모리다. 엔비디아의 그래픽처리장치(GPU)가 AI 연산을 수행하려면 데이터를 잠시 두고 작업할 기억 장치인 메모리가 필요하다. 작업자(GPU)가 제대로 일하려면 서류를 쌓아둘 책상(메모리)이 필요한 것과 비슷하다. 기존 D램으로는 GPU의 메모리 수요를 충족할 수 없어 HBM이 AI 연산의 핵심 부품으로 자리잡았다. 삼성전자는 엔비디아가 다음달 공개할 차세대 GPU ‘베라 루빈’에 탑재될 최신 HBM인 HBM4를 이달 양산한다.

업계 최초 HBM4 양산에 이어 신기술 확보를 통해 차기 제품 경쟁에서도 앞서가겠다는 게 삼성전자의 구상이다. HBM4를 포함한 현재 기술은 HBM을 GPU 옆에 나란히 두고 가장 아래층인 베이스 다이를 통해 서로 연결하는 방식이다. 이와 달리 송 사장이 설명한 zHBM은 GPU 위에 HBM을 다시 쌓아올리는 방식이다. 베이스 다이에 해당하는 인터레이어(중간층)을 통해 상단의 HBM과 하단의 GPU가 데이터를 주고받는 방식으로 보인다. zHBM의 구체적 상용화 시점은 공개되지 않았다.

송 사장은 또 ‘삼성 커스텀 HBM(cHBM)’ 개발 소식도 소개하며 “고객사와 소통 중”이라고 전했다. cHBM은 AI 반도체 고객사 맞춤으로 설계해 성능을 극대화하는 맞춤형 반도체(ASIC)의 일종이다. 엔비디아 GPU뿐 아니라 구글 ‘텐서처리장치(TPU)’, 마이크로소프트(MS)의 ‘마이아’ 등 빅테크들이 앞다퉈 AI 반도체를 독자 개발하면서 이와 가장 잘 호환될 수 있는 HBM도 맞춤형 설계가 필요해진 것이다. AI 반도체마다 차이가 있지만 맞춤형 설계를 통해 2~3배 성능 향상 효과를 거둘 수 있다는 게 삼성전자 설명이다. 삼성전자는 하이브리드본딩 공정 기술, 신소재를 쓴 산화물 반도체 등도 주력 기술로 동원할 계획이다.

HBM4는 전작 HBM3e보다 속도 1~2배, 대역폭 2배 이상, 전력 효율도 2배가량을 낼 수 있는 것으로 나타났다. 송 사장은 이날 기조연설에 앞서 취재진을 만나서도 엔비디아 탑재를 준비 중인 HBM4 성능과 관련해 “고객사가 아주 만족스러워한다”고 답했다. 그는 “메모리와 파운드리 패키지를 통해 현재 (엔비디아 등이) 요구하는 제품을 만드는 데 아주 적합하다”며 “삼성전자가 가장 좋은 기술력으로 대응했던 모습을 잠시 못 보여드렸지만 (이제) 다시 보여드린 것”이라고 덧붙였다.

<김윤수 기자>