HBM(고대역폭 메모리)은 미국 칩 제조업체 AMD와 한국의 메모리 칩 공급업체 SK하이닉스가 2013년 세계 최초로 개발·양산한 반도체 제품이다. HBM에 대하여 자세하게 알아보도록 하자.
◈ 고대역폭 메모리(HBM)이란?
고대역폭 메모리(HBM)는 3D 스탬 방식의 DRAM을 위한 고성능 RAM 인터페이스이다. HBM은 DDR4 또는 GDDR5보다 상당히 작은 폼 팩터를 갖추면서 전기를 덜 사용하는 고대역을 달성한다. 이는 최대 8개의 DRAM 다이를 적층함으로써 메모리 컨트롤러를 갖춘 선택적 베이스 다이를 포함하는데, 이는 실리콘관통전극(TSV)과 마이크로범프(microbump)에 의해 상호 연결된다. HBM은 패키지당 최대 4GB를 지원한다. D램을 여러 개 적층 하면 기반 면적당 훨씬 높은 용량을 확보할 수 있어 대용량의 데이터 처리가 가능하다.
고대역 메모리 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전
위키백과, 우리 모두의 백과사전. 고대역 메모리를 사용하는 그래픽 카드의 단면. 실리콘관통전극(through-silicon via, TSV)을 참고할 것. 고대역폭 메모리(高帶域幅 - , 영어: High Bandwidth Memory, HBM) 또
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▣ 실리콘관통전극(TSV)(Through Silicon Via)
여러 개의 D램을 블록처럼 수직으로 연결하는 수직관통전극
◈ 고대역폭 메모리(HBM)의 장단점
▣ 고대역폭 메모리(HBM)의 장점
㉮ 짧은 메모리 레이턴시와 높은 메모리 대역폭 : 메모리 적층을 통해 여러 메모리 채널을 갖추어 GDDR 계열 SGRAM에 비해 짧은 레이턴시와 높은 대역폭을 동시에 구현할 수 있다.
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㉯ 작은 칩 면적과 작은 컨트롤러 면적 : 메모리 용량도 늘어나고 공간소비도 줄어드는 엄청난 장점을 갖는다. 인터포저로 HBM과 SOC와 원 패키지로 연결된다.
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㉰ 낮은 전력 소모 : HBM은 DDR4 또는 GDDR5 보다 상당히 작은 폼 팩터를 갖추면서 전기를 덜 사용하는 고대역을 달성한다. 전력 공급의 한계에 걸린 하이엔드 VGA에선 HBM2를 써서 메모리에서 아낀 전력을 GPU에 줘서 더욱 성능을 이끌어 낼 수 있다.
▣ 고대역폭 메모리(HBM)의 단점
㉮ 비싼 가격 : HBM은 생산공정이 복잡하고 고난도의 작업이 필요해 평균판매단가(ASP)가 최고성능 D램의 최소 3배 이상이다. Silicon Interposer를 사용하기 때문에 비싸다는 것이 단점이다.
㉯ 호환성 문제 : HBM은 GPU와 인터포저라는 실리콘 칩을 사용하여 메모리와 연결한다. 이 인터포저는 메모리와 프로세서가 물리적으로 가깝게 위치시키는 것을 요구함으로써 메모리 경로를 감소시키는 장점이 있지만, 호환되는 GPU나 프로세서가 제한적이다.
◈ 고대역폭 메모리(HBM) 사용되는 분야
HBM은 저전압과 고대역폭의 성능으로 고성능 컴퓨팅에 특화되어 있어 AI(인공지능) 서버와 생성형 AI의 핵심 부품으로 꼽힌다. 또한, 고성능 그래픽스 가속기와 네트워크 장치와 결합하기 위해 사용된다.
㉮ 그래픽 카드 : HBM은 고성능 그래픽 처리를 위해 필요한 대역폭, 에너지 효율성, 밀폐성 등의 특징을 가지고 있다. AMD와 Nvidia 등의 그래픽카드 제조사들이 HBM을 적용한 제품을 출시하고 있다.
㉯ 고성능 컴퓨터(HPC) : HBM은 초고성능 연산에 필요한 대역폭, 에너지 효율성, 신뢰성, 밀폐성 등의 특징을 가지고 있다. 인공지능, 딥 러닝, 5G, 사물인터넷(loT)등의 분야에서 HPC가 필요한 경우 HBM을 사용하는 경우가 많다.
㉰ 인공지능(AI) : HBM은 반복적인 작업을 수행하는 AI 추론 시스템에서 데이터 대역폭과 계산 능력 부분 모두에서 중요한 역할을 한다. AI 반도체 설계에 필요한 IP솔루션을 공급하는 기업들도 HBM을 사용하고 있다.
◈ 고대역폭 메모리(HBM) 수요 예상
5월 31일 시장조사업체 트랜스포스는 AI연산에 필요한 고성능 GPU(그래픽저장장치) 수요가 급증하면서, 여기에 탑재되는 HBM의 수요가 이전보다 58% 급증할 것이라 관측하였다.
“올해 HBM 수요 60% 증가 전망”
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트랜스포스에 따르면 지난해 글로벌 HBM 시장에서 SK하이닉스가 시장 점유율 50%로 1위이며, 삼성전자와 마이크론이 각각 40%, 10%를 차지한 것으로 나타났다. 현재 HBM을 두고 SK하이닉스와 삼성전자가 어마어마한 경쟁을 하고 있는 상황이다.
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글로벌 빅테크 기업들은 급격하게 늘어나는 데이터를 빠르게 처리하기 위해 기존 D램 대비 성능을 현격히 높인 HBM을 채택하는 추세다.