삼성의 게임체인저 zHBM 정리

단순히 HBM(고대역폭메모리)의 성능을 높이는 것을 넘어, 메모리와 시스템 반도체(GPU/CPU)의 결합 방식 자체를 2.5차원(2.5D)에서 3차원(3D)으로 완전히 바꾸는 기술

zHBM이란 무엇인가? (개념 정의)

기존의 AI 반도체 구조는 GPU 옆에 HBM을 나란히 배치하고, 바닥에 ‘인터포저’라는 회로 기판을 깔아 서로 연결하는 2.5D 패키징 방식이임

하지만 zHBM은 이 구조를 타파하고 GPU(로직 칩) 위에 HBM(메모리)을 수직으로 직접 쌓아 올리는 3D 적층 기술

 HBM을 수직(Z축)으로 쌓는다는 의미와, 로직과 메모리 사이의 간격을 없앤다는 중의적인 의미를 담고 있음

핵심 변화 :GPU - 인터포저 - HBM으로 이어지던 긴 데이터 이동 경로가 GPU - HBM으로 직접 연결되어 극적으로 단축.

핵심 기술: 어떻게 가능한가?

이 구조를 실현하기 위해 삼성전자는 두 가지 핵심 기술을 강조

• 하이브리드 본딩 (Hybrid Bonding):

• zHBM은 범프 없이 구리(Cu)와 구리를 직접 맞붙이는 기술을 사용. 이를 통해 칩 두께를 줄이고 신호 전달 속도를 획기적으로 높임

• 기존에는 칩과 칩 사이에 전기를 통하게 하는 작은 돌기(범프)가 필요했음

• W2W (Wafer-to-Wafer) 본딩:

  • 잘라진 칩(Die) 단위로 붙이는 것이 아니라, 웨이퍼 상태에서 로직 웨이퍼와 메모리 웨이퍼를 통째로 붙여 생산성을 극대화하는 공정 기술이 적용될 것으로 보임

기대 성능 및 효과

삼성전자는 zHBM이 최신 규격인 HBM4 대비 다음과 같은 성능 향상을 가져올 것이라고 밝혔음

• 대역폭(속도) 4배 증가: 데이터 고속도로가 수직으로 직통 연결되면서 병목 현상이 사라짐

• 전력 효율 4배 개선 (소모 전력 1/4 감소): 데이터 이동 거리가 짧아지고 전기 저항이 줄어들어 전력 소모가 급격히 줄어즘.

• 폼팩터(크기) 축소: 옆에 있던 메모리를 위로 올리므로 전체 칩 면적이 줄어들어, 같은 서버 공간에 더 많은 칩을 넣을 수 있음

삼성전자의 전략적 의도 (Why Samsung?)

이 발표는 단순히 “새로운 제품이 나왔다”는 것을 넘어, 삼성전자가 HBM 시장의 주도권을 되찾기 위한 ‘승부수’로 해석됨

• ‘턴키(Turn-key)’ 역량의 극대화:

  • 경쟁사(SK하이닉스, 마이크론)는 메모리만 만들 수 있고, 파운드리(TSMC 등)와 협업해야만 3D 패키징이 가능

  • 반면 삼성전자는 메모리(HBM), 파운드리(로직), 패키징(조립)을 모두 할 수 있는 세계 유일의 종합 반도체 기업(IDM)임

  • zHBM처럼 로직과 메모리를 한 몸처럼 합치는 공정에서는 삼성의 이러한 원스톱 솔루션이 강력한 경쟁력이 됨

• 패러다임 전환 (Fast Follower → First Mover):

  • HBM3E 등 기존 시장에서는 SK하이닉스를 추격하는 입장이었지만, 차세대 기술인 ‘3D 패키징’ 시장을 선점하여 경쟁의 룰을 바꾸겠다는 의도