A.I 기술에 필요한 고성능 메모리 HBM 소개, 장단점, 관련주 및 전망

한국 반도체에 대해 관심이 있으신 분들은 DRAM 이라는 메모리에 대해서 많이 들어보셨을 겁니다. 한국의 자랑 삼성과 하이닉스에서 주력으로 생산하고 있으며, 경기가 안 좋을 때는 적자를 보기도 하지만 경기 확장 국면에서는 기업에 큰 달러 수익을 가져다주는 효자 상품이지요. 그런데 최근에 큰 화두가 되고 있는 HBM 메모리에 대해서는 생소하실 겁니다. HBM 메모리는 High Bandwidth Memory의 약자로, 여러 개의 DRAM을 수직으로 쌓아서 기존의 DRAM보다 데이터 처리 속도를 혁신적으로 높인 고성능 메모리입니다. HBM 메모리는 인공지능, 슈퍼컴퓨터, 고성능 그래픽 등 다양한 분야에서 사용될 수 있기 때문에, A.I 기술이 급격히 발전하고 있는 요즘 해당 제품에 대한 수요가 급격히 증가하고 있는 것이죠. 이번 글에서는 HBM 메모리의 특징, 장점, 단점, 발전 방향, 그리고 관련주에 대해 소개드리도록 하겠습니다.

 

 

HBM 메모리의 특징

HBM 메모리는 기존의 DRAM과는 다른 구조를 가지고 있습니다. 기존의 DRAM은 와이어 본딩이라는 방식으로 메모리 회로를 외부로 연결했지만, HBM 메모리는 TSV (Through Silicon Via)라는 통로를 이용해 회로가 외부로 연결됩니다. TSV는 실리콘 칩을 관통하는 작은 구멍으로, 각 칩을 수직으로 연결하는 역할을 합니다. 이렇게 함으로써 HBM 메모리는 다음과 같은 특징을 가집니다.

● 높은 대역폭: HBM 메모리는 TSV를 통해 데이터를 빠르게 전송할 수 있습니다. 예를 들어, HBM2E라는 최신 버전의 HBM 메모리는 초당 460GB의 데이터를 전송할 수 있습니다. 이는 기존의 GDDR6 메모리보다 약 3배 빠른 속도입니다.
● 낮은 전력 소비: HBM 메모리는 TSV를 통해 회로 길이를 줄일 수 있습니다. 이는 전력 손실을 감소시키고, 발열을 줄여줍니다. 예를 들면, HBM2E 메모리는 GDDR6 메모리보다 약 75% 낮은 전력을 소비합니다.
● 작은 크기: HBM 메모리는 TSV를 통해 여러 개의 DRAM을 쌓아 올릴 수 있습니다. 이는 와이어 본딩 방식보다 공간 효율성을 높여줍니다. 예시로, HBM2E 메모리는 GDDR6 메모리보다 약 85% 작은 크기입니다.

HBM 메모리의 장점

HBM 메모리는 위에서 설명한 특징들로 인해 다음과 같은 장점을 가집니다.

● 고성능 컴퓨팅에 적합: HBM 메모리는 높은 대역폭과 낮은 전력 소비로 인해 고성능 컴퓨팅에 적합합니다. 고성능 컴퓨팅이란 인공지능, 슈퍼컴퓨터, 클라우드 컴퓨팅 등 많은 양의 데이터를 빠르게 처리하는 분야를 말합니다. 이러한 분야에서는 기존의 DRAM으로는 충분한 성능을 내기 어렵습니다. 따라서 HBM 메모리가 필요한 시장이 확대되고 있습니다.
● 고성능 그래픽에 적합: HBM 메모리는 작은 크기와 낮은 발열로 인해 고성능 그래픽에 적합합니다. 고성능 그래픽이란 게임, 가상현실, 증강현실 등 현실감 있는 화면을 구현하는 분야를 말합니다. 이러한 분야에서는 기존의 DRAM으로는 충분한 공간과 냉각을 확보하기 어렵습니다. 따라서 HBM 메모리가 필요한 시장이 확대되고 있습니다.

HBM 메모리의 단점

HBM 메모리는 많은 장점을 가지고 있지만, 다음과 같은 단점도 가지고 있습니다.

● 높은 제조 비용: HBM 메모리는 TSV 기술을 사용하기 때문에 제조 공정이 복잡하고 비용이 높습니다. TSV 기술은 실리콘 칩을 관통하는 구멍을 만들고, 이를 전도성 재료로 채우는 과정을 거칩니다. 이 과정에서 정밀도와 신뢰성을 유지하기 위해 많은 비용이 들어갑니다. 또한, HBM 메모리는 기존의 DRAM과 호환되지 않기 때문에 새로운 인터페이스를 개발해야 합니다. 이러한 이유로 HBM 메모리는 기존의 DRAM보다 훨씬 비싼 가격에 판매됩니다.
● 낮은 수율: HBM 메모리는 여러 개의 DRAM을 쌓아 올리기 때문에 수율이 낮습니다. 수율이란 제품 중에서 정상적으로 작동하는 제품의 비율을 말합니다. HBM 메모리는 하나의 DRAM이라도 불량이면 전체 제품이 폐기되어야 합니다. 따라서 HBM 메모리의 수율은 기존의 DRAM보다 훨씬 낮습니다. 이는 제조 비용을 더욱 높이고, 공급 부족 문제를 야기합니다.

HBM 메모리 관련주

HBM 메모리는 현재까지 4세대까지 개발되었습니다. 각 세대별로 대역폭과 용량이 증가하고 있습니다.

● HBM: 2015년에 출시된 최초의 HBM 메모리입니다. 최대 4개의 DRAM을 쌓아 올릴 수 있으며, 대역폭은 128GB/s, 용량은 1GB입니다.
● HBM2: 2016년에 출시된 두 번째 HBM 메모리입니다. 최대 8개의 DRAM을 쌓아 올릴 수 있으며, 대역폭은 256GB/s, 용량은 8GB입니다.
● HBM2E: 2019년에 출시된 세 번째 HBM 메모리입니다. 최대 12개의 DRAM을 쌓아 올릴 수 있으며, 대역폭은 460GB/s, 용량은 16GB입니다.
● HBM3: 아직 출시되지 않은 네 번째 HBM 메모리입니다. 최대 24개의 DRAM을 쌓아 올릴 수 있으며, 대역폭은 665GB/s, 용량은 64GB입니다.

HBM 메모리를 개발하거나 사용하는 관련주로는 다음과 같은 종목들이 있습니다.

● 삼성전자: 세계 최초로 HBM2E와 HBM-PIM (Processing-in-Memory)를 개발하고 양산하는 기업
● SK하이닉스: 세계 최초로 HBM2를 개발하고 양산하는 기업
● AMD: HBM 메모리를 사용하는 고성능 그래픽 카드와 프로세서를 제조하는 기업
● NVIDIA: HBM 메모리를 사용하는 고성능 그래픽 카드와 프로세서를 제조하는 기업
● 인텔: HBM 메모리를 사용하는 고성능 프로세서를 제조하는 기업
● IBM: HBM 메모리를 사용하는 슈퍼컴퓨터를 제조하는 기업

HBM 메모리는 고성능 컴퓨팅과 고성능 그래픽에 적합하며, A.I 기술이 본격 적용 확장되는 현재와 미래의 산업에서 미래의 컴퓨팅을 이끌어갈 핵심 기술로 평가되므로, 관련주들에 대한 지속적인 관심을 가지고 분석을 할 필요가 있으며 이에 기반한 전략적인 투자를 진행하시면 좋을 것 같습니다.