SK하이닉스가 개발에 성공한 HBM3E 제품 [SK하이닉스 제공]

[헤럴드경제=김민지·김지헌 기자] SK하이닉스가 인공지능(AI)용 초고성능 D램 신제품인 ‘HBM3E’ 개발에 성공하고, 성능 검증 절차를 위해 고객사에 샘플을 공급하기 시작했다고 21일 밝혔다. 내년 상반기 양산을 시작하며, 엔비디아에 공급될 전망이다.

HBM(고대역폭 메모리)는 여러 개의 D램을 수직으로 연결해 기존 D램보다 데이터 처리 속도를 혁신적으로 끌어올린 고부가가치, 고성능 제품이다. HBM3E는 5세대 제품으로, 4세대 제품인 HBM3의 확장(Extended) 버전이다.

SK하이닉스는 “당사는 HBM3를 독점적으로 양산해온 경험을 바탕으로 세계 최고 성능이 구현된 확장 버전인 HBM3E를 개발하는 데 성공했다”며 “업계 최대 HBM 공급 경험과 양산 성숙도를 토대로 내년 상반기부터 HBM3E 양산에 들어가 AI용 메모리 시장에서 독보적인 지위를 확고히 하겠다”고 강조했다.

SK하이닉스는 이번 HBM3E가 속도는 물론, 발열 제어, 고객 사용 편의성 등 모든 측면에서 세계 최고 수준을 충족시켰다고 강조했다.

속도 측면에서 HBM3E는 초당 최대 1.15TB(테라바이트) 이상의 데이터를 처리할 수 있다. 이는 FHD급 영화(5GB) 230편 이상 분량의 데이터를 1초 만에 처리하는 수준이다.

이와 함께 어드밴스드 MR-MUF 최신 기술을 적용해 제품의 열 방출 성능을 기존 대비 10% 향상시켰다. MR-MUF는 반도체 칩을 쌓아 올린 뒤 칩과 칩 사이 회로를 보호하기 위해 액체 형태의 보호재를 공간 사이에 주입하고, 굳히는 공정이다. 기존 방식 대비 효율적이고 열 방출에도 효과적인 공정으로 평가받는다. 또한, 이번 HBM3E는 하위 호환성(Backward compatibility)도 갖춰, 고객은 HBM3를 염두에 두고 구성한 시스템에서도 설계나 구조 변경 없이 신제품을 적용할 수 있다.

이안 벅 엔비디아 하이퍼스케일, HPC 담당 부사장은 “엔비디아는 최선단 가속 컴퓨팅 솔루션즈(Accelerated Computing Solutions)용 HBM을 위해 SK하이닉스와 오랜 기간 협력을 지속해왔다”며 “앞으로도 차세대 AI 컴퓨팅을 선보이고자 HBM3E 분야에서 양사 간의 협업이 계속되길 기대한다”고 밝혔다.

류성수 SK하이닉스 D램상품기획담당 부사장은 “당사는 HBM3E를 통해 AI 기술 발전과 함께 각광 받고 있는 HBM 시장에서 제품 라인업의 완성도를 높이며 시장 주도권을 확고히 하게 됐다”며 “앞으로 고부가 제품인 HBM 공급 비중이 계속 높아져 경영실적 반등 흐름이 가속화될 것”이라고 말했다.

SK하이닉스가 인공지능(AI) 칩 시장에서 각광받는 D램인 ‘고대역폭메모리3E(HBM3E)’ 개발에 성공한 데 대해, 업계에선 ‘당초 예상보다는 빠르다’는 평가가 제기되고 있다. SK하이닉스에서는 하반기 안에 HBM 신제품을 개발한다고 밝힌 바 있으나, 상반기가 지난지 불과 2달도 안 돼 기술을 구현하고 엔비디아와 협력을 가속화하고 있다는 점에서 업계에선 놀라움을 금치 못하고 있다는 평가다. 관련 시장의 라이벌인 삼성전자와의 경쟁에서 주도권을 잃지 않으려는 SK하이닉스의 포석으로 풀이된다.

21일 업계에 따르면 SK하이닉스는 세계 최대 그래픽처리장치(GPU) 기업인 미국의 엔비디아에게 조만간 HBM3E를 공급하고 내년 상반기 양산을 본격화할 예정이다. SK하이닉스의 제품은 엔비디아의 슈퍼 GPU인 ‘GH200 그레이스 호퍼 슈퍼칩’에 탑재될 가능성이 유력하다.

8일(현지 시각) 미국 로스엔젤레스에서 열린 ‘시그래프 2023′에 나타난 젠슨 황 엔비디아 최고경영자(CEO)가 회사의 차세대 AI칩 '그레이스 호퍼(GH) 200'를 소개하는 모습.[엔비디아 제공]

앞서 젠슨 황 엔비디아 최고경영자(CEO)는 8일(현지시간) 미국 로스앤젤레스에서 열린 ‘시그래프 2023’ 행사에서 차세대 HBM인 ‘HBM3E’를 탑재한 슈퍼 GPU인 ‘GH200 그레이스 호퍼 슈퍼칩’을 내년 2분기에 양산한다고 밝힌 바 있다. 그는 “생성형 AI 발전에 따라 컴퓨터그래픽(CG) 성능은 물론, AI 학습·추론·활용을 뒷받침할 고성능 하드웨어와 소프트웨어가 필요하다”며 새로운 GPU 출시 이유를 설명했다.

눈길을 끄는 부분은 HBM3E의 경쟁력을 특별히 강조하며 엔비디아 GPU 성능을 알렸다는 점이다. 이에 따라 현재 글로벌 첨단 HBM을 생산하는 기업은 SK하이닉스와 삼성전자 뿐이기 때문에, 그만큼 국내 기업들의 수혜가 예상된다는 관측이 제기됐다.

엔비디아의 GPU는 글로벌 IT기업들이 줄서서 구입을 기다리는 필수 AI 칩으로 평가된다. 시장조사업체 가트너는 올해 AI 반도체 시장이 553억달러(약 74조원) 규모가 될 것으로 예측했다. 이는 2022년보다 25% 성장한 것으로, 2027년에는 1120억달러(약 150조원)에 이를 것으로 전망된다. 2023년부터 2027년까지 연평균 20%에 달하는 성장률이다.

SK하이닉스와 삼성이 개발 중인 HBM은 현재 1세대(HBM)-2세대(HBM2)-3세대(HBM2E)-4세대(HBM3)-5세대(HBM3E)-6세대(HBM4) 순의 제품명으로 개발되고 있다. 제품의 세대가 높아질수록, 칩의 대역폭이 커져 속도가 더 빨라질 수 있고, 메모리 용량도 더 높다는 설명이다. 이 칩은 고성능 AI를 가동하기 위해 탑재돼야 하는 필수 메모리 칩으로 꼽힌다.

현재 엔비디아가 개발한 AI 관련 칩 중 시장에서 가장 핫한 GPU는 ‘H100’이다. 그런데 내년 2분기 출시 예정인 ‘GH200 그레이스 호퍼 슈퍼칩’은 ‘H100’보다 1.7배의 용량, 1.5배의 밴드위스(대역폭) 구현이 가능한 것으로 전해진다.

SK하이닉스는 HBM3E에 대한 속도감 있는 개발을 바탕으로 엔비디아 칩 탑재 시장의 주도권을 유지할 것으로 전망된다. 현재 엔비디아의 H100에는 SK하이닉스가 만든 HBM3만 유일하게 탑재된 상태다. 엔비디아의 차세대 GPU에 SK하이닉스와 삼성전자의 HBM 칩 탑재 가능성을 업계가 주목하는 가운데, SK하이닉스가 H100의 시장 점유율을 삼성전자에 내놓지 않기 위해 공격적인 투자와 개발을 지속하고 있다는 분석이다.

업계에선 SK하이닉스와 삼성전자의 HBM 기술 개발과 시장 확대가 내년에 더 가속도가 붙을 것으로 내다보고 있다. 트렌드포스는 HBM3와 HBM3E(HBM3P 포함) 등 SK하이닉스와 삼성이 내놓은 차세대 제품들이, 내년 관련 칩 시장을 장악할 것으로 평가했다. SK하이닉스는 내년 상반기에는 5세대 제품인 HBM3E 양산에 돌입하고, 2026년 6세대 제품인 HBM4를 양산할 계획이다. 삼성은 올해 4분기부터 HBM3와 5세대인 HBM3P를 출하한다. HBM4 출시 시점은 아직 공식적으로 밝힌 적이 없다. HBM3E는 10나노대 5세대 첨단 공정이 활용되는 제품이다. 최근에는 미국 반도체 기업인 마이크론이 직접 HBM3E를 개발하기로 하며, SK하이니스와 삼성이 주도하는 HBM 시장에 참전하기로 선언해 관심을 모으고 있다.

지난해 HBM 시장 점유율은 SK하이닉스(50%)가 삼성전자(40%)보다 10%포인트 앞섰다. 다만 올해는 양사가 각각 46~49%씩 점유하고 2024년에는 47~49%를 양분할 것으로 트렌드포스는 내다봤다.

한편 최근 메모리 시장이 다시 활기를 되찾으면서 SK하이닉스와 삼성전자 등 국내 기업들의 실적 개선에 대한 기대감도 커지고 있다. 세계반도체시장통계기구(WSTS)에 따르면, 올해 2분기에 세계 반도체 시장 매출은 직전 1분기에 비해 4.2% 성장했다. 2021년 4분기 이후 분기마다 하락세를 보이던 시장 규모가 1년 3개월이 지나 처음으로 반등세를 보인 것이다. 업계 관계자는 “AI 반도체 활황세에 힘입어 메모리 수요가 지속 증가할 것으로 보인다”며 “2분기부터 회복된 반도체 칩 업황이 하반기에도 긍정적 흐름을 지속할 것”이라고 관측했다.