HBM 반도체란 무엇인가 (SK 하이닉스와 삼성전자 HBM차이점)

오늘은 AI시대 반도체를 이끌어가고 있는 HBM 반도체란 무엇인지 알려드리겠습니다. 

인터넷 검색해 보면 많은 정보가 있기에 오늘은 실무적인 측면에서 지금까지 반도체와 어떻게 다른지에 대해 중점적으로 말씀드리겠습니다. 마지막에는 SK 하이닉스와 삼성전자 HBM의 차이점에 대해서도 설명드리겠습니다.

HBM - 삼성전자 뉴스룸

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HBM 이란

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HBM은 High Bandwidth Memory의 약자로 직역하면 고대역폭 메모리입니다. SK 하이닉스가 최초로 양산했으며 DRAM 반도체를 적층 하여 제조합니다.

 

HBM은 2013년 발표되어 양산되었지만 거의 10년 동안 사용처가 마땅하지 않아 수요가 적었지만 AI 시대에 초고속 Data 처리가 필요해짐에 따라 주목받았고 현재는 메모리 시장을 주도하고 있습니다.

 

현재 SK 하이닉스가 HBM 시장을 주도하고 있는데 이는 어마어마한 선견지명에 따른 결과입니다. 최초 개발되었던 10여 년 전만 해도 사용처가 마땅하지 않은 제품에 시간과 비용을 투자한다는 건 비용에 민감한 반도체 업계에서는 상상하기 힘든 일이기 때문입니다.

 

지금은 수요가 많아 HBM이 선도하고 있긴 하지만 HBM이 계속해서 시장을 이끌어갈지는 두고 봐야 할 문제인 것 같습니다.

GDDR5 VS HBM - 출처 AMD

 

 

HBM 효과는 언제까지 지속될까

 

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HBM DRAM 차이와 장, 단점

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HBM과 DRAM을 혼동하시는 분이 계신데 HBM은 그냥 DRAM 반도체 여러 개를 수직으로 쌓았다고 생각하시면 됩니다.

GDDR 같은 DRAM은 단독주택, HBM은 아파트라고 생각하시면 간단합니다.

 

위 그림을 보면 알 수 있듯이 DDR(Double Data Rate) 대비 HBM이 한 번에 처리할 수 있는 Bit (Data)나 속도가 훨씬 빠른 것을 알 수 있습니다. 이건 장점이라 할 수 있겠고....

 

단점으로는 당연하겠지만 DRAM을 적층 하기 때문에 제조원가가 훨씬 비쌉니다.

그리고 단순히 DRAM을 적층 시키는 거라 단순하다 생각하실 수 있지만 공정 난이도도 엄청나게 올라갑니다. 공정난이도가 올라간다는 뜻은 양산하기 위해 필요한 수율 확보가 어려워 그만큼 비용과 시간, 엔지니어들의 공수가 들어간다는 뜻입니다.

 

솔직히 AI시대가 오기 전까지는 장점보다 단점이 더 많은 방식이라고 볼 수 있습니다. 생산원가만 많이 들어가는 DRAM이라 수요가 뒤받쳐 주지 않으면 이익을 내기가 쉽지 않습니다. 하지만 이제 AI 시대가 왔고 없어서 못 파는 메모리가 되어 버렸습니다.

 

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HBM3와 HBM3E의 차이

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HBM 뒤에 붙는 숫자가 무슨 의미인지 궁금하신 분들이 많습니다. 숫자가 커지면 당연히 초고속 대용량 처리에 더욱 유리해진다는 것은 아실 것 같고

 

근본적인 차이는 메모리 소자(Cell) 특성의 차이가 가장 큰데 보통 HBM3는 D1z 제품을 HBM3E는 D1a 제품을 적층 하여 만들게 됩니다.

 

D1z, D1a의 차이는 DRAM에서 통용되는 규격으로 Z에서 A, B, C 순으로 넘어가게 되는데 넘어갈수록 한 장의 반도체 웨이퍼에 많은 DRAM을 만들 수 있습니다. 

 

한마디로 말씀드리면 HBME3가 HBM3보다 좋은 DRAM을 적층 해서 만들었다 정도로 이해하시면 될 것 같습니다.

DRAM 반도체 ROADMAP

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SK 하이닉스 삼성전자 HBM의 차이

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SK하이닉스와 삼성전자 HBM의 차이는 Dram을 적층 할 때 본딩방식(칩을 붙이는)의 차이가 가장 크다고 할 수 있습니다.

 

SK하이닉스는 MR-MUF(Mass Reflow-Molded UnderFill) 삼성전자는 TC-NCF(Thermo Compression-NonConductive Film)를 채택하고 있는데 업계에서는 MR-MUF 방식이 더욱 앞선 기술로 평가하고 있습니다.

• MR-MUF : 칩을 1차로 한꺼번에 쌓아 붙이고 이후 칩 사이에 끈적한 액체를 흘려 낮은 온도에서 한꺼번에 붙이는 방식
• TC-NCF : 칩사이 (Dram과 Dram 사이)를 한 층 한 층 얇은 비전도성필름(NCF)을 넣은 뒤 열로 압착하여 붙이는 방식

설명만 본다면 한꺼번에 붙이는 MR-MUF 방식이 완성도 측면에서 떨어질 수 있어 보이나 SK 하이닉스는 단점을 보완하여 타기업과 본딩방식에서 현격한 격차를 만들어 낸 것으로 보입니다.

 

중요한 점은 이 방식을 타 기업에서는 알면서도 따라지 못한다는 점인데 MR-MUF에 사용되는 핵심 화학물질이 무엇인지 알 수 없다는 것입니다. 일본기업에서 공급받는 것으로 알고 있는데 자세한 내용은 알려지지 않고 있습니다

 

반도체 업계에서는 이런 핵심 물질을 특정기업에서 공급받기 전에 타기업은 사용하지 못하도록 계측 체결을 해두는데 유효기간이 수년은 되기 때문에 향후 몇 년간은 삼성전자나 마이크론은 이기술을 쓰지 못할 것으로 보입니다.  

 

이 말은 즉슨 향후 몇 년간 HBM 시장은 SK 하이닉스가 주도할 수밖에 없습니다. 이방식을 다른 업체도 사용하게 되는 시점 이후부터는 또 다른 기술경쟁이 이어질 것이고 그 경쟁에서 이기는 업체가 HBM 시장을 이끌어 갈 것으로 보입니다.

HBM STACK 기술 비교 - SK하이닉스

 

 

HBM 반도체 시장에서 삼성전자가 고전하는 이유

 

 

SK 하이닉스 DRAM 선두주자 되나