뉴스에 HBM이라는 말이 자주 나옵니다. 반도체라는 것은 알겠는데 무엇이 다른지는 잘 설명되지 않습니다.
HBM 반도체는 완전히 새로운 부품이 아닙니다. 기존 D램을 쌓아 올린 구조에 가깝습니다.
정의와 일반 D램과의 차이, 시장 전망을 국책 연구기관 자료를 근거로 정리했습니다.
HBM 반도체 뜻부터 정리하면
HBM은 High Bandwidth Memory의 약자입니다. 우리말로는 고대역폭메모리라고 합니다.
KDI 경제교육·정보센터가 소개한 한국수출입은행 보고서는 HBM 구조를 이렇게 설명합니다.
다수의 D램을 적층하고 실리콘관통전극(TSV)으로 수직 연결한 구조입니다.
이 방식으로 기존 D램 대비 속도와 용량을 개선했다고 기술돼 있습니다.
핵심은 ‘쌓았다’와 ‘수직으로 뚫어 연결했다’ 두 가지입니다.
기존에는 칩을 옆으로 나열하고 기판 위 배선으로 연결했습니다. 거리가 길어질수록 손해가 생깁니다.
위로 쌓고 구멍을 뚫어 바로 연결하면 신호가 오가는 길이 짧아집니다.
일반 D램과 무엇이 다른가
둘 다 D램입니다. 저장하는 원리 자체는 같습니다.
차이는 데이터가 한 번에 얼마나 많이 오갈 수 있느냐, 즉 대역폭입니다.
대역폭은 도로의 차선 수에 비유할 수 있습니다. 속도가 같아도 차선이 많으면 통행량이 늘어납니다.
HBM은 적층 구조 덕분에 연결 통로를 크게 늘린 형태입니다.
| 구분 | 일반 D램 | HBM |
|---|---|---|
| 배치 | 기판 위 평면 배열 | 여러 칩을 수직 적층 |
| 연결 방식 | 기판 배선 | 실리콘관통전극(TSV) |
| 주 용도 | PC·스마트폰 등 범용 | AI 연산, 고성능 서버 |
| 거래 형태 | 범용 양산 | 수주형 |
같은 보고서는 HBM을 파운드리와 같은 수주형 제품으로 분류합니다.
미리 만들어 시장에 푸는 방식이 아니라 고객 주문에 맞춰 공급하는 구조라는 뜻입니다.
대역폭과 용량은 다른 개념입니다
메모리를 설명할 때 두 숫자가 자주 섞입니다. 용량과 대역폭입니다.
용량은 얼마나 많이 담을 수 있는지를 뜻합니다. 기가바이트 단위로 표시됩니다.
대역폭은 시간당 얼마나 많이 옮길 수 있는지를 뜻합니다. 초당 데이터양으로 표시됩니다.
창고 크기와 출입구 폭의 차이로 생각하면 이해가 쉽습니다.
창고가 아무리 커도 문이 좁으면 물건을 빨리 꺼낼 수 없습니다.
AI 연산에서 문제가 되는 쪽은 주로 출입구, 즉 대역폭입니다.
HBM이 적층 구조를 택한 이유도 연결 통로를 넓히기 위해서입니다.
다만 쌓을수록 열이 몰리고 공정 난이도가 올라갑니다.
보고서가 적층 방식의 변화를 별도 항목으로 다룬 배경이기도 합니다.
즉 HBM 경쟁은 회로 미세화보다 쌓고 붙이는 기술에서 갈리는 구조입니다.
AI 시대에 HBM이 필요해진 이유
연산 장치가 아무리 빨라도 데이터가 제때 도착하지 않으면 놀게 됩니다.
AI 연산은 방대한 데이터를 반복해 읽고 씁니다. 이때 메모리 대역폭이 병목이 됩니다.
연산 성능을 올리려면 메모리가 데이터를 공급하는 속도도 함께 올라가야 합니다.
HBM이 주목받는 배경이 여기에 있습니다. 계산이 아니라 공급 문제를 푸는 부품입니다.
그래서 HBM은 소비자가 직접 사는 부품이 아닙니다. 서버용 가속기에 함께 실려 공급됩니다.
일반 PC나 노트북에는 여전히 기존 D램이 쓰입니다.
노트북 구매 시 확인할 항목은 가성비 노트북 구매 가이드에서 따로 다뤘습니다.
시장 규모와 전망
보고서는 HBM 시장의 성장 전망을 수치로 제시합니다.
2022년 27억 달러에서 2029년 377억 달러로 연평균 46% 성장할 것으로 전망했습니다.
D램 시장 전체도 HBM 성장 등에 힘입어 연 1,000억 달러에서 1,300억 달러 규모로 확대될 것으로 봤습니다.
점유율에 대해서는 국내 두 메모리 기업이 시장을 양분하고 있다고 기술합니다.
수주 제품 특성상 단기간에 급격한 점유율 변화는 없으나, 2026년 이후 경쟁이 심화될 것으로 전망했습니다.
다만 이 수치는 2024년 7월 발표된 전망치입니다. 실제 흐름은 달라질 수 있습니다.
기술은 어디로 가고 있나
같은 보고서는 세대별 기술 변화도 정리하고 있습니다.
칩을 쌓아 붙이는 공정에는 초기부터 TC-NCF 방식이 사용됐습니다.
이후 HBM2E 세대부터 MR-MUF 방식이 도입됐다고 기술돼 있습니다.
장기적으로는 하이브리드 본딩으로 발전할 것으로 전망했습니다.
제품 측면에서는 HBM4부터 고객맞춤형으로 진화한다고 봤습니다.
즉 표준 규격 제품에서 주문자 요구에 맞춘 설계로 성격이 바뀌는 흐름입니다.
보고서가 지적한 과제
성장 전망만 담긴 것은 아닙니다. 구조적 약점도 함께 지적하고 있습니다.
TSV 식각 장비와 다이싱 장비 등은 일본과 미국 기업 중심이라고 기술합니다.
일부 기업이 TC본더, 리플로우 장비 등을 중심으로 국산화를 추진 중이라고 밝혔습니다.
결론에서는 HBM 장비와 소재의 해외 의존도가 높다는 점을 지적합니다.
공급망 안정화를 위해 소재·부품·장비 육성이 필요하다고 제언했습니다.
또한 HBM의 부상을 계기로 반도체 후공정 기술력 제고 노력이 시급하다고 밝혔습니다.
완제품 점유율이 높아도 만드는 장비를 수입에 의존하면 취약점이 남는다는 뜻입니다.
후공정이라는 말이 자주 나오는 이유
반도체 공정은 크게 전공정과 후공정으로 나뉩니다.
전공정은 웨이퍼 위에 회로를 만드는 단계입니다. 미세공정 경쟁이 벌어지는 영역입니다.
후공정은 만들어진 칩을 자르고 쌓고 포장해 쓸 수 있는 형태로 만드는 단계입니다.
HBM은 여러 칩을 쌓아 연결하는 구조라 후공정 비중이 큽니다.
보고서가 후공정 기술력을 강조한 배경이기도 합니다.
기억장치 전반의 개념은 외장하드로 SSD를 써야 하는 이유에서도 일부 다뤘습니다.
자주 묻는 질문
HBM 반도체를 개인이 살 수 있나요?
일반 소비자용 부품으로 유통되지 않습니다. 서버용 가속기에 탑재되는 형태로 공급됩니다.
HBM이 일반 D램보다 무조건 좋은가요?
용도가 다릅니다. 대역폭이 중요한 AI 연산에 유리하지만, PC 환경에서는 기존 D램이 쓰입니다.
HBM2E, HBM3 같은 이름은 무엇인가요?
세대를 구분하는 명칭입니다. 세대가 올라갈수록 적층 방식과 성능이 달라집니다.
시장 전망 수치는 확정된 것인가요?
2024년 7월 시점의 전망치입니다. 확정된 수치가 아니며 이후 상황에 따라 달라질 수 있습니다.
HBM은 왜 비싼가요?
여러 칩을 쌓아 연결하는 공정이 추가되고 수율 관리가 까다롭기 때문입니다. 수주형 거래라는 특성도 있습니다.
TSV가 정확히 무엇인가요?
실리콘관통전극의 약자로, 칩을 수직으로 뚫어 위아래를 직접 연결하는 방식입니다.
마치며
HBM 반도체는 D램을 수직으로 쌓고 TSV로 연결해 대역폭을 끌어올린 메모리입니다.
새로운 원리의 부품이 아니라 기존 D램의 배치와 연결 방식을 바꾼 결과에 가깝습니다.
AI 연산에서 데이터 공급이 병목이 되면서 수요가 늘었고, 수주형 제품이라는 특성도 함께 갖습니다.
전망 수치는 발표 시점 기준이므로, 본문에 링크된 자료에서 최신 내용을 확인해 주시기 바랍니다.
용어는 낯설지만 구조 자체는 단순합니다. 쌓고 뚫어 연결했다는 한 문장으로 요약됩니다.
뉴스에서 세대 명칭이 나올 때는 적층 방식이 바뀐 지점으로 보면 흐름이 잡힙니다.
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