HBM D램은 TSV 기술을 적용해 D램 칩에 5000개 이상의 구멍을 뚫고 상하를 연결함으로써 기존의 금선을 이용한 D램 패키지(pakage)에 비해 데이터 처리속도를 혁신적으로 끌어올린 제품으로 차세대 초고성능 컴퓨팅 시스템에 최적의 솔루션을 제공한다.

※TSV(Through Silicon Via, 실리콘관통전극) 기술은 D램 칩을 일반 종이 두께의 절반보다도 얇게 깎은 다음, 수백 개의 미세한 구멍을 뚫고, 상단 칩과 하단 칩의 구멍을 수직으로 관통하는 전극을 연결한 첨단 패키징 기술

삼성전자가 이번에 양산한 HBM D램은 2세대 HBM규격(HBM2)을 만족하는 제품으로 기존 1세대 규격보다 2배 빠른 속도를 갖추었고 '초절전, 초슬림, 고신뢰성'까지 구현해 차세대 그래픽카드와 초고성능 컴퓨팅 환경이 요구하는 특징을 모두 만족시키는 제품이다.

삼성전자는 지난해 10월 '128기가바이트 DDR4(Double Data Rate 4) D램 모듈'을 양산하며 초고속 메모리 시장을 크게 확대한 지 2개월 만에 2세대 HBM D램 양산에 성공하며 차세대 그래픽 D램 시장을 선점했다.

이번 4기가바이트 HBM D램은 삼성전자의 최신 20나노 공정을 적용한 8기가비트(Gb) HBM2 D램 4개로 이루어져 있으며 1개의 버퍼칩 위에 4개의 코어칩을 적층하고 각 칩을 TSV 접합볼(Bump, 범프)로 연결한 구조다.

특히 8기가비트(Gb) HBM2 D램 칩은 높은 대역폭으로 속도를 향상시킬 수 있도록 기존 8기가비트 TSV DDR4보다 36배 이상 많은 5000여 개의 구멍을 뚫는 고난이도 TSV 기술을 적용했다.

4기가바이트 HBM2 D램은 초당 256기가바이트의 데이터를 전송해, 현재 개발된 D램 중 가장 빠른 4기가비트 GDDR5(9Gbps)보다 7배 이상 많은 데이터를 처리하며, 와트당 데이터 전송량을 2배 높여 전력소모도 크게 줄였다.  

TSV기술을 적용한 적층 형태의 HBM2 D램은 그래픽카드 등에 탑재될 경우 평면상에 D램을 배열해야 하는 GDDR5 대비 D램 실장면적을 95%이상 줄일 수 있다. 

예를 들어 8GB 그래픽카드에 8Gb GDDR5를 탑재할 경우 8개의 칩을 평면상에 넓게 배열해야 되지만 4GB HBM2 D램은 단 두 개의 칩만으로도 구성이 가능해 그래픽카드에서 D램이 차지하는 공간을 대폭 줄일 수 있다. 

삼성전자는 금년 상반기에 용량을 2배 올린 '8기가바이트 HBM2 D램’도 양산할 계획이며, 차세대 초고해상도 그래픽카드에 최적의 솔루션을 제공할 것으로 기대된다.

전세원 삼성전자 메모리사업부 마케팅팀 전무는 "차세대 HBM2 D램 양산으로 글로벌 IT 기업이 초고성능 차세대 HPC를 적기에 도입하는 데 크게 기여하게 됐다"며 "향후에도 3차원 메모리 기술을 기반으로 글로벌 IT 시장 변화에 한발 앞서 대응하고 새로운 성장 기반을 지속 확보해 나갈 것"이라고 강조했다. 

※HPC(High Performance Computing): 슈퍼컴퓨터 또는 빅데이터 전용 클라우드 서비스 등을 제공하는 초고성능 컴퓨팅 시스템

향후 삼성전자는 차세대 HBM 제품군을 더욱 확대해 초고속 컴퓨팅용 HBM시장을 지속 선점하고, 글로벌 IT 고객의 수요 증가세에 맞춰 HBM D램의 생산 비중 확대를 통해 네트워크, 서버 등 새로운 프리미엄 메모리 시장 성장세를 주도한다는 전략이다. 

관련 내용은 삼성 그린 메모리 홈페이지에서 확인할 수 있다.  

[참고] 삼성전자 TSV기술기반 D램 제품 개발·양산 연혁  
• 2010. 40나노급 8GB 3D TSV DDR3 RDIMM 개발 
• 2011.08월.  30나노급 32GB 3D TSV DDR3 RDIMM 개발  
• 2014.08월.  20나노급 64GB 3D TSV DDR4 RDIMM 양산
                 ※ CES 2015 ECO Tech부문 '혁신상' 수상 
                 ※ 2015년 제25주차 IR52 장영실상 '장관상' 수상 
• 2015.10월.  20나노 128GB 3D TSV DDR4 RDIMM 양산
• 2015.10월.  20나노 4GB HBM2 개발    
• 2015.12월.  20나노 128GB 3D TSV DDR4 LRDIMM 양산  
• 2015.12월.  20나노 4GB HBM2 양산  
• 2016.1H      20나노 8GB HBM2 양산 예정  

▲(왼쪽부터) 4GB HBM2 단면도와 8GB HBM2 단면도

20나노 8기가비트 LPDDR4 모바일 D램은 1기가바이트(1GB=8Gb) 칩 4개로 모바일 D램 최대 용량인 4기가바이트를 구성할 수 있는 제품입니다. 이는 기존 LPDDR3 제품보다 2배 빠르게 데이터를 처리하며 소비전력은 최대 40%까지 절감해 주는데요.

▲20나노 8기가비트 LPDDR4 기반 4기가바이트 모바일 D램

삼성전자는 CES에서 2013년엔 2기가바이트 LPDDR3, 2014년엔 3기가바이트 LPDDR3가 CES 혁신상을 수상했는데요. 2015년에 ‘4기가바이트 LPDDR4 모바일 D램’까지 CES 혁신상을 수상하며 3년 연속 수상이란 진귀한 기록을 달성했습니다. 이는 삼성전자의 차별화된 기술 경쟁력을 인정받은 것으로 메모리 업계에서 유일하게 모바일 D램으로 이룬 쾌거입니다.

8기가비트 LPDDR4는 삼성전자가 독자적으로 개발한 로우 볼트에이지 스윙 터미네이티드 로직(Low Voltage Swing Terminated Logic, LVSTL) 기술을 적용했는데요. 일반 PC의 D램보다 2배 빠른 3200Mb/s 속도로 데이터를 처리해 UHD급 동영상과 2000만 화소 이상의 초고화질 사진을 연속으로 촬영할 수 있습니다.

삼성전자는 지난 9월 20나노 6기가비트 LPDDR3 모바일 D램을 양산했는데요. 3개월 만에 8기가비트 LPDDR4를 선보여 글로벌 모바일 고객들에게 초고속·초절전·고용량 솔루션을 제공할 수 있게 됐습니다.

또한 삼성전자는 올해 글로벌 모바일 기기 제조업체들의 하이엔드 제품 출시에 맞춰 2기가·3기가바이트 LPDDR4 D램을 동시에 공급할 예정인데요. 내년엔 4기가바이트 LPDDR4 D램을 본격적으로 공급해 업계 최대의 라인업으로 확대, 프리미엄 D램 시장의 성장을 주도해나갈 계획입니다.

“8기가비트 모바일 D램으로 고객들에게 차세대 플래그십 모바일 기기를 출시하는 데 기여하게 됐습니다. 앞으로도 글로벌 고객들과 기술 협력을 강화해 새로운 운영체제 환경에 최적화된 D램을 제공하겠습니다.”

– 최주선 삼성전자 메모리사업부 전략마케팅팀 부사장