What’s Next After HBM3? – HBM4 기술 개발 현황과 전망

 

목차

1. HBM4는 무엇인가? - 차세대 고대역폭 메모리의 개념

2. 기존 HBM3 대비 기술적 진보

3. 왜 HBM4가 필요한가? - 산업의 요구와 기술 배경

4, 주요 기업의 개방 현황

5. HBM4 경쟁 기술 비교

6. 시장 전망 및 수익성 분석

7. 미래 전망 - HBM4 이후의 설계 방향

 

고대역폭 메모리의 진화는 어디로 향하는가?, AI, HPC, 자율주행, 클라우드 컴퓨팅 등 폭증하는 데이터 처리 요구에 따라 메모리 기술 역시 빠르게 진화하고 있다.
HBM(High Bandwidth Memory)은 기존 DRAM 구조의 한계를 극복한 고성능 메모리로, HBM2 → HBM2 E → HBM3를 거치며 AI 서버, GPU, 데이터센터 등 핵심 산업에 광범위하게 채택되었다.

이제 업계의 관심은 다음 단계인 HBM4로 집중되고 있다.

 

HBM3

HBM4는 단순한 속도 향상을 넘어서, 패키징 구조, 전력 효율, 설계 유연성 측면에서 새로운 기준을 제시할 것으로 기대된다.

본 글에서는 HBM4의 개발 현황, 주요 사양, 경쟁 기술, 산업 영향, 시장 전망 등을 체계적으로 정리해 본다.

1. HBM4는 무엇인가? – 차세대 고대역폭 메모리의 개념

HBM4는 HBM3의 성능과 확장성을 넘어서는 차세대 메모리 표준이다.
JEDEC(반도체 표준화 기구)이 주도하고 있으며, 주요 반도체 기업들이 설계와 시험 양산을 준비하고 있다.

HBM4의 핵심 목표:

• 대역폭 증가: 2TB/s 이상 달성 목표
• 전력 효율 개선: 동급 HBM3 대비 W/GB 절감
• 패키징 유연성 향상: 칩셋 기반 고집적 아키텍처 대응
• 통신 인터페이스 개선: 더 넓은 버스 폭과 낮은 지연시간
• 고신뢰성 연산용 ECC 강화: AI 학습 및 추론 안정성 보완

 

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2. 기존 HBM3 대비 기술적 진보

항목, HBM3, HBM4 (예상 기준)

 

최대 대역폭	1.2TB/s	2.0TB/s 이상
데이터 핀 수	1024	2048 이상
스택 수	16단	최대 24단 이상
I/O 속도	6.4Gbps	9.0~12.0Gbps
패키징	CoWoS, I-Cube	Hybrid Bonding 기반 3D 패키징
ECC 기능	기본 지원	고도화된 ECC 및 PIM 대응 구조

 

HBM4는 HBM3E보다 한층 진화된 성능을 제공하며, 고성능 AI 연산 및 차세대 서버 시스템에 적합하도록 설계되고 있다.

3. 왜 HBM4가 필요한가? – 산업의 요구와 기술 배경

1. 초거대 AI 모델의 확산

GPT-4, Claude 3, Gemini 등 수천억~수조 개 파라미터를 요구하는 초거대 AI 모델이 일반화되고 있다.
기존 GPU 및 메모리만으로는 연산 속도, 전력, 처리량 측면에서 한계에 봉착한다.

HBM4는 대규모 파라미터를 실시간 처리하기 위한 메모리 대역폭과 용량을 제공한다.

2. 고성능 GPU 및 CPU 아키텍처 발전

NVIDIA의 GH200, AMD의 MI300, Intel의 Gaudi3 등 차세대 프로세서는 Chiplet 아키텍처 기반 고성능 연산을 기본으로 한다.
HBM4는 이와 통합 가능한 고속 인터페이스와 공간 효율성을 갖춰야 하며, 이는 패키징 기술과 함께 발전 중이다.

3. 패키징 및 인터커넥트 기술의 진보

• Hybrid Bonding 기술로 HBM 다이 간 연결성이 개선
• UCIe(Universal Chiplet Interconnect Express) 표준 적용
• 3D 패키징 확장을 고려한 버티컬 통합 구조 개발

 

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4. 주요 기업의 개발 현황

1. SK하이닉스

• 2024년 말~2025년 초 HBM4 샘플링 계획
• HBM3 E 양산 경험을 바탕으로 인터포저 효율 및 열 특성 개선
• NVIDIA B100, B200과의 연동 가능성 높음

2. 삼성전자

• 차세대 I-Cube 패키징 기반 HBM4 구조 개발
• PIM(Processing-in-Memory) 기능 내장 고려
• 2025년 상반기 HBM4 초기 샘플 제공 목표

3. Micron

• 미국 내 HBM 생산 인프라 구축 중
• JEDEC 기반 사양 대응 제품 출시 예고
• ECC 및 클라우드 연산용 최적화 기능 탑재 예정

4. AMD, NVIDIA, Intel

• 모두 HBM4을 기반으로 한 차세대 AI GPU/CPU 로드맵 수립
• Chiplet 아키텍처, UCIe 인터페이스와 결합 예정
• 2025년 상반기부터 HBM4 통합 제품 시범 양산 가능성 있음

 

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5. HBM4 경쟁 기술 비교

항목, HBM4, GDDR7, LPDDR6

 

적용 분야	AI, HPC, 서버	그래픽, 게이밍	모바일, 저전력 기기
대역폭	2.0TB/s 이상	1.5TB/s 이하	100GB/s 수준
전력 소비	낮음 (TSV)	보통	매우 낮음
적층 구조	수직 3D	평면형	평면형
연산 최적화	병렬 AI 연산 중심	단일 쓰레드 중심	저전력 모바일

 

HBM4는 다른 메모리보다 비싸지만, 성능과 집적도, 전력 효율에서 월등하며 고성능 연산 중심 시장에서는 대체재가 없는 구조이다.

 

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6. 시장 전망 및 수익성 분석

글로벌 HBM 시장 성장률

연도전체, HBM 시장 규모(억 달러), HBM4 비중(%)

 

2023	16	-
2025	35	약 20%
2027	60+	40% 이상 예상

 

HBM4는 2025년부터 AI GPU, 서버, 고속 클라우드 장비에 본격 탑재되며, 시장 성장의 핵심 동력으로 작용할 전망이다.

7. 미래 전망 – HBM4 이후의 설계 방향

HBM4는 그 자체로도 혁신적이지만, 다음과 같은 트렌드를 예고한다:

• HBM-PIM 통합형: 메모리 내 연산 수행으로 AI 추론 속도 향상
• HBM + UCIe 통합 플랫폼: Chiplet 기반 범용 메모리 플랫폼으로 진화
• HBM4 E, HBM5 로드맵 준비 중
• AI Edge/HPC 시장 동시 공략용 경량 HBM 시리즈 출시 가능성

 

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결론

HBM4는 고성능 연산 시대의 표준이 된다.

HBM4는 단순히 ‘속도가 더 빠른 메모리’가 아니다.
그것은 AI·HPC·클라우드 중심의 차세대 컴퓨팅 아키텍처를 가능하게 하는 인프라 기술이다.

고대역폭, 고집적, 저지연이라는 특성을 통해 HBM4는 미래형 AI 플랫폼의 표준 메모리로 자리 잡을 것이며,
반도체 설계, 패키징, Chiplet 인터페이스 등 여러 기술의 교차점에서 그 위상을 더욱 강화하게 될 것이다.