현존 최고 속도보다 무려 7배 빠른 메모리? 4GB HBM D램의 비밀

삼성전자가 또 한 번 최첨단 반도체 기술의 한계를 돌파했습니다. 세계 최초로 TSV 기술 기반 차세대 메모리 '4GB HBM D램' 양산에 성공하면서 '초고속 D램 시대'를 열게 된 건데요. 기존 제품에 비해 7배 빠른 속도에 실장면적도 크게 줄여 앞으로 슈퍼컴퓨터(HPC)를 비롯해 빅데이터를 다루는 크라우드 서비스 서버, 초고해상도 그래픽카드, 콘솔 기기 등 다양한 분야에서 널리 활용될 수 있을 걸로 기대를 모으고 있습니다.

등장 소식에 벌써부터 세계가 주목하고 있는 차세대 메모리 4GB HBM D램, 과연 어떤 제품일까요? 그 놀라운 성능과 특징을 삼성전자 뉴스룸에서 지금부터 하나하나 소개해드립니다.

성능은 높이고 면적 줄인 비밀, 바로 TSV 기술?

▲시스템 구성 사례

4GB HBM D램이 면적은 줄이면서도 현존하는 가장 빠른 속도를 낼 수 있는 비결은 세계 최고 성능의 20나노 공정기술을 기반으로 한 8Gb HBM2 D램 설계 기술과 3차원 수직 적층의 TSV(Through Silicon Via, 실리콘관통전극) 기술에 있습니다.

현재까지 개발된 D램 중에서 가장 빠른 9Gbps로 동작하는 4Gb GDDR5 그래픽 D램이 32비트(bit)의 인터페이스로 초당 36GB의 데이터를 전송할 수 있는 반면, 8Gb HBM2 D램은 2Gbps로 동작하며 1024비트의 폭 넓은 인터페이스로 초당 256GB라는 광대역의 메모리 대역을 실현할 수 있게 됐죠. 

3차원 적층 기술인 TSV는 D램 칩을 일반 종이 두께의 절반 이하의 얇은 두께로 깎은 다음, 수백 개의 미세한 구멍을 뚫고 상단 칩과 하단 칩의 구멍을 관통하는 전극을 연결한 첨단 패키징 기술인데요. 기존 서버용인 8Gb DDR4 D램 칩에 100여개의 TSV 구멍을 뚫는 것에 비해, 8Gb HBM2 D램 칩은 무려 약 37배나 많은 5000개 이상의 구멍을 뚫고 상하를 연결함으로써 기존 D램에 비해 성능을 혁신적으로 끌어올릴 수 있었죠.

또 4개의 코어칩을 한 곳에 쌓는 적층기술을 통해 제품이 차지하는 면적까지 크게 줄이는 데 성공했는데요. 속도는 더 빠르고 면적까지 줄였으니 그야말로 두 마리 토끼를 모두 잡은 셈입니다.

1024개 데이터 전송 통로로 최고의 속도 구현

D램의 동작 속도는 단일 칩의 속도에 데이터 전송 통로 수를 곱해 계산합니다. 때문에 단일 칩의 성능과 더불어 데이터 전송 통로의 수가 상당히 중요한데요. 4GB HBM D램이 기존에 볼 수 없었던 놀라운 성능을 발휘할 수 있는 비결도 바로 여기에 있습니다. 4GB HBM D램은 기존 8Gb GDDR5 그래픽 D램에서 32개였던 데이터 전송 통로를 무려 1024개로 늘리고, 적층칩을 수직연결하기 위해 무려 5000개의 TSV 구멍을 연결하는 데 성공했는데요.

현재 개발된 D램 중 가장 빠른 4Gb GDDR5 그래픽 D램보다 7배 이상 많은 데이터를 처리할 수 있습니다. 이처럼 빠른 속도를 자랑하면서도 와트당 데이터 전송량은 2배로 늘어났습니다. '초고속'은 물론 '초절전' 메모리라고 할 수 있죠.

실장면적 97% 감소? 고성능 초소형 기기의 가능성 열다

이번 4GB HBM D램에서 가장 눈에 띄는 부분 중 하나는 제품 크기를 혁신적으로 줄였다는 점입니다. 기존 20나노 8Gb GDDR5 D램을 8개 사용했던 초고해상도 그래픽카드에 탑재되는 실장 면적을 무려 97%까지 줄이는 데 성공하면서 '초슬림' 고성능 기기의 가능성을 열었는데요. 4개의 코어칩을 쌓는 방식을 통해 공간 효율성을 크게 늘렸습니다. 크기가 줄어든 만큼 다양한 분야에서 유용하게 사용할 수 있겠죠?

그래픽 카드부터 콘솔, 최첨단 기기까지 활용도는 무궁무진

이번 신제품은 다양한 분야에서 관심을 모으고 있는데요. 혁신적인 성능과 공간 효율성을 통해 슈퍼컴퓨터(HPC)를 비롯해 빅데이터를 다루는 크라우드 서비스 서버, 초고속 초대용량 그래픽 카드는 물론 고성능 콘솔 게임기, 가상현실 등 최첨단 기기 등의 발전에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.

삼성전자는 "향후 차세대 HBM 라인업 확대를 통해 새로운 프리미엄 메모리 시장의 성장세를 주도하겠다"는 포부를 밝히기도 했는데요. 매번 놀라운 기술력으로 반도체 기술의 한계를 돌파하고 있는 삼성전자가 향후 또 어떤 놀라운 제품을 만들어 낼 수 있을지 상당히 기대되는 대목입니다. 메모리 시장의 혁신을 주도하고 있는 삼성전자의 도전, 앞으로도 쭉 지켜봐 주세요!