HBM 뜻 쉽게 설명｜엔비디아가 8단 HBM을 선택하면 무엇이 달라질까?

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인공지능과 반도체 관련 기사를 읽다 보면 HBM, GPU, 적층, 대역폭 같은 어려운 용어가 자주 등장합니다.

최근에는 엔비디아가 차세대 인공지능 시스템에 12단이나 16단보다 낮은 8단 HBM을 사용할 수 있다는 전망이 나오면서 관심이 커지고 있습니다. HBM이 무엇인지부터 엔비디아가 왜 다시 8단 제품에 주목하는지까지 쉽게 알아보겠습니다.

HBM 뜻은 무엇일까?

HBM은 ‘High Bandwidth Memory’의 약자로, 우리말로는 ‘고대역폭 메모리’라고 합니다.

이름만 보면 어렵지만, 인공지능 반도체가 필요한 자료를 아주 빠르게 꺼내 쓸 수 있게 해주는 고속 기억장치라고 생각하면 됩니다.

인공지능은 글을 쓰거나 이미지를 만들 때 수많은 정보를 동시에 계산합니다. 이 계산을 빠르게 처리하려면 자료를 저장하는 공간뿐 아니라 자료를 빠르게 주고받을 수 있는 통로가 필요합니다.

HBM은 일반 메모리보다 데이터가 지나가는 통로가 넓습니다. 그래서 한 번에 많은 자료를 GPU에 전달할 수 있습니다.

GPU와 HBM은 어떤 관계일까?

GPU는 많은 계산을 동시에 처리하는 반도체입니다. 인공지능을 공부 잘하는 학생에 비유한다면 GPU가 학생의 두뇌 역할을 합니다.

HBM은 그 학생이 사용하는 넓은 책상과 같습니다. 책상 위에 필요한 책과 문제집이 잘 정리돼 있으면 학생이 자리에서 계속 일어나지 않고 빠르게 문제를 풀 수 있습니다.

GPU의 계산 능력이 아무리 뛰어나도 필요한 자료가 늦게 도착하면 전체 작업 속도가 떨어집니다. 그래서 AI 반도체에서는 GPU와 함께 사용하는 HBM의 속도도 매우 중요합니다.

대역폭은 도로의 차선 수와 같다

HBM을 이해할 때 가장 중요한 용어가 ‘대역폭’입니다. 대역폭은 일정한 시간 동안 얼마나 많은 데이터를 보낼 수 있는지를 나타냅니다.

자동차가 다니는 도로에 비유하면 이해하기 쉽습니다. 1차선 도로보다 8차선 도로에서 더 많은 자동차가 동시에 이동할 수 있습니다.

메모리의 데이터 통로가 넓으면 같은 시간에 더 많은 정보를 GPU로 보낼 수 있습니다. HBM을 고대역폭 메모리라고 부르는 이유도 여기에 있습니다.

HBM의 8단·12단·16단은 무슨 뜻일까?

HBM은 얇은 D램을 아파트처럼 위로 쌓아 만듭니다. D램은 컴퓨터가 현재 사용하고 있는 정보를 잠시 보관하는 반도체입니다.

D램 8개를 쌓으면 8단, 12개를 쌓으면 12단, 16개를 쌓으면 16단 HBM이라고 부릅니다. 층수가 높을수록 일반적으로 더 많은 정보를 저장할 수 있습니다.

하지만 높이 쌓는 것이 언제나 좋은 것만은 아닙니다. 층수가 높아질수록 각각의 D램을 더 얇게 만들어야 하고, 여러 층을 정확하게 연결하는 작업도 어려워집니다.

적층은 무엇일까?

적층은 얇은 반도체를 여러 층으로 쌓는 것을 뜻합니다. 책상 위에 책을 한 권씩 포개 놓는 모습을 생각하면 됩니다.

HBM은 단순히 D램을 올려놓기만 하는 제품이 아닙니다. 각 층에 작은 구멍과 통로를 만들고 서로 연결해 데이터가 빠르게 이동하도록 해야 합니다.

층이 높아질수록 연결해야 할 부분도 많아집니다. 작은 오차만 생겨도 완제품을 사용하지 못할 수 있어 제조 난도가 올라갑니다.

엔비디아는 왜 다시 8단 HBM을 검토할까?

최근 보도에서는 엔비디아가 차세대 AI 컴퓨팅 시스템에 빠른 8단 HBM을 적용하는 방안을 추진하고 있다는 업계 전망이 나왔습니다.

8단은 12단이나 16단보다 저장 용량이 작을 수 있습니다. 하지만 상대적으로 만들기 쉽고 불량 발생 가능성이 낮아 대량으로 안정적으로 공급하기에 유리합니다.

엔비디아는 한 개의 GPU에 모든 용량을 넣기보다 많은 GPU를 서로 연결해 시스템 전체의 처리 성능을 높이는 방향을 선택할 수 있습니다. 이를 건물에 비유하면 16층짜리 건물 하나보다 빠른 엘리베이터가 설치된 8층짜리 건물 여러 채를 연결하는 방법입니다.

결국 중요한 것은 HBM을 무조건 높게 쌓는 것이 아니라 전체 AI 시스템이 얼마나 빠르고 효율적으로 작동하느냐입니다.

수율이 높다는 것은 무슨 뜻일까?

수율은 생산한 반도체 가운데 정상적으로 사용할 수 있는 제품의 비율입니다.

반도체 100개를 생산했는데 90개가 정상이면 수율은 90%입니다. 정상 제품이 많을수록 같은 시간과 비용으로 더 많은 제품을 공급할 수 있습니다.

HBM의 적층 수가 높아지면 제조 과정이 복잡해져 수율을 높이기가 어려워질 수 있습니다. 상대적으로 구조가 단순한 8단 제품이 공급 안정성 면에서 유리하다는 분석이 나오는 이유입니다.

NVHBM은 엔비디아 맞춤형 메모리

NVHBM은 엔비디아의 AI 시스템에 맞춰 만드는 맞춤형 HBM을 가리킵니다.

기성복을 그대로 사는 것이 아니라 고객의 체형과 요구에 맞게 옷을 제작하는 것과 비슷합니다. 엔비디아가 원하는 속도, 전력 효율, 연결 구조 등을 반영해 HBM을 설계하는 것입니다.

이처럼 특정 고객의 요구에 맞춰 만드는 반도체를 ‘커스텀 반도체’라고 합니다. 앞으로 HBM 시장에서는 용량뿐 아니라 고객이 원하는 성능을 얼마나 정확하고 빠르게 구현하느냐가 더욱 중요해질 가능성이 있습니다.

삼성전자가 주목받는 이유

삼성전자는 데이터를 저장하는 메모리 반도체와 시스템 반도체 설계, 파운드리 생산 능력을 모두 갖추고 있습니다.

파운드리는 다른 회사가 설계한 반도체를 대신 생산해 주는 사업입니다. 고객이 제공한 조리법에 맞춰 공장에서 음식을 만들어 주는 것과 비슷합니다.

맞춤형 HBM에는 D램뿐 아니라 여러 층을 관리하고 GPU와 연결하는 베이스 다이도 필요합니다. 베이스 다이는 HBM의 가장 아래에 놓여 데이터 이동을 조절하는 바닥층입니다.

삼성전자는 이러한 과정을 한 회사 안에서 함께 진행할 수 있다는 점이 강점으로 꼽힙니다. 엔비디아의 맞춤형 HBM 전략이 확대되면 삼성전자에 새로운 공급 기회가 열릴 수 있다는 분석이 나오는 배경입니다.

아직 확정된 계약은 아니다

이번 소식을 삼성전자가 엔비디아의 차세대 HBM 공급사로 최종 확정됐다는 뜻으로 받아들여서는 안 됩니다.

삼성전자가 빠른 HBM4E 8단 제품을 개발하고 있다는 업계 보도가 나왔지만 실제 공급 여부와 물량은 성능 검증과 가격 협상 등을 거쳐야 확정될 수 있습니다.

현재로서는 엔비디아의 전략 변화가 삼성전자에 유리하게 작용할 가능성이 생겼다는 의미로 이해하는 것이 정확합니다.

※ 이 글은 반도체 관련 용어와 보도 내용을 쉽게 설명하기 위한 정보성 글입니다. 특정 종목의 매수나 매도를 권유하지 않으며 투자 판단과 책임은 투자자 본인에게 있습니다.

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