AI 반도체의 핵심, HBM

올해 전 세계적으로 주인공을 하나 꼽으라면 ChatGPT와 인공지능(AI) 반도체라고 할 수 있습니다. 그리고 이 중심에는 미국 반도체 기업 엔비디아가 있습니다. 엔비디아는 최근 발표한 3분기 실적에서도 알 수 있듯이 폭발적인 성장세를 보여주었습니다. 엔비디아의 폭발적인 성장 동력은 바로 AI(인공지능) 반도체입니다.

 

 

 

1. AI 반도체 핵심은 HBM

AI 반도체에는 다양한 종류의 반도체가 부품으로 사용되며, 대표적인 부품이 바로 HBM(고대역폭메모리) 반도체입니다. 이 반도체는 정보 전달을 돕는 역할을 하는데, 서버의 학습 능력이나 연산 능력을 향상하고 더욱 효율적으로 수행할 수 있도록 만듭니다.

 

HBM이 AI 반도체에 본격적으로 장착하기 시작한 건 얼마 되지 않았습니다. 즉 이제 성장 국면에 들어선 초기 단계라고 할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 벌써 필수적인 요소로 자리매김을 했다는 건 주목해야 할 부분입니다. 참고로 전 세계적으로 품귀 현상을 일으킨 엔비디아의  AI 반도체에도 이 HBM이 사용됩니다. 

 

얼마나 중요한 부품인지 말해주는 기사가 있었는데, Financial Times 7월 29일자에 따르면 엔비디아가 국내 제조업체에 돈은 얼마든 지불할 테니 HBM을 공급해 달라고 요청했다고 합니다. 반도체 업계를 호령하는 엔비디아마저 HBM 없이는 만들 수 없다는 뜻이기도 합니다. 바로 이러한 부분이  AI 반도체의 핵심은 HBM이라고 해도 과언이 아니라고 할 수 있습니다.

 

 

2. HBM이 특별한 이유

HBM은 여러 개의 D램을 수직으로 쌓고 곳곳에 구멍을 뚫은 형태입니다. 이 구멍들을 입출구(핀)이라고 부르는데, 이 핀을 통해 정보가 전달됩니다. 핀이 많으면 많을수록 정보가 빠르고 효율적으로 이동합니다. 그렇기 때문에 핀이 많으면 많을수록 좋습니다. 또한 D램을 여러 개 겹칠수록 더 많은 용량을 확보할 수 있기 때문에 겹겹이 쌓은 D램도 많으면 많을수록 좋습니다. 

 

즉, HBM의 강점은 기존의 메모리 반도체와는 다른 획기적인 구조로부터 나온다고 해도 틀리지 않습니다. HBM의 구조는 D램을 수직으로 겹친 형태입니다. 즉 메모리를 더 얇게, 더 많이 쌓아 올릴수록 성능을 끌어올릴 수 있습니다. 그렇기 때문에 이를 구현하는 기술은 매우 중요하다고 할 수 있습니다. 이 기술을 본딩이라고 하는데 단순히 연결하는 본딩은 물론 제대로 본딩 할 수 있도록 하는 백그라인딩, 다이싱 공정 등이 핵심 공정에 속합니다. 또한 성능을 테스트하는 공정, 제품을 포장하고 인쇄하는 공정, 패키징 기판 제작 공정 등도 빼놓을 수 없습니다.

 

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3. 치열해지는 HBM시장

HBM은 2013년 시장이 열리기 시작한 후 1세대(HBM), 2세대(HBM2), 3세대(HBM2E), 4세대(HBM3)까지 진화를 거듭하고 있습니다. 반도체 시장조사 업체에 따르면 글로벌 HBM 시장 규모를 2023년 7억 300만 달러에서 2027년 13억 2,400만 달러로 성장할 것으로 보고 있습니다.

본격적인 HBM 경쟁은 내년 HBM3E(5세대)가 주도할 것이라는 전망이 있습니다.  현재 HBM 시장의 게임체인저라고 불리는 엔비디아가 신형 AI 반도체에 들어가는 HBM3E 공급 협력사를 빠른 시일 내 확정 짓겠다고 발표했습니다. 엔비디아는 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론 등 3사의 5세대 HBM 샘플의 성능 검증을 연내 마무리할 것으로 알려져 있습니다. 참고로 신형 AI반도체의 경우 HBM3E가 8개 들어간다고 알려져 있습니다. 

 

삼성전자와 SK하이닉스는 각각 내년 3분기, 2분기 중 HBM3E 양산에 나설 것으로 알려졌으며, 지난 10월 삼성전자는 '삼성 메모리 테크 데이 2023'에서 HBM3E '샤인볼트(Shinebolt)'를 처음 공개하기도 했습니다.

 

 

4. 고성능 반도체를 위한 고성능 장비

AI반도체의 핵심은 HBM이라고 할 수 있습니다. 그러나 최종 완성품들이 나오기까지는 위에서 말씀드린 핵심 공정들이 필요하며, 이를 수행하기 위해 각 공정마다 필요한 첨단 장비들을 사용합니다. 공정 하나하나가 반도체의 완성도에 영향을 주는 만큼, 특화된 장비를 사용해야 합니다. 게다가 얼마나 고성능의 장비를 사용하는지에 따라 반도체의 품질이 결정됩니다. 반도체 산업을 좌지우지하는 건 반도체 장비 기업이라는 말이 나오는 것도 이러한 이유 때문입니다.

 

흥미로운 건 이처럼 반도체에서 중요한 장비 산업에서 두각을 드러내는 국가가 우리나라 기업들입니다. 국내 반도체 기업뿐만 아니라 글로벌 기업도 찾을 정도로 전 세계적으로 인정받고 있습니다. 앞으로 얼마나 더 눈부시게 발전할지 기대되는 대목이라고 할 수 있습니다.

 

 

* 참조 : 삼성액티브자산운용, KB투자증권, 키움증권 및 각종 언론사 자료 등

* 상기 내용은 투자 권유나 종목 추천이 아닌 단순 정보 제공을 위한 용도입니다. 투자 시 책임은 투자자 개인에게 있으며 투자 시 충분한 분석과 신중한 판단을 하시기 바랍니다.