삼성 ‘HBM 대신 PIM’ VS 하이닉스 ‘발열 관리 HBM’…반도체 맞수, ‘핫칩스’서 뜨거운 경쟁
미국 스탠퍼드대에서 열린 반도체 학술대회 ‘핫칩스 2026’ 현장. 사진 핫칩스
삼성전자는 25일(현지시간) 미국 스탠퍼드대에서 열린 글로벌 반도체 학술대회 ‘핫칩스 2026’에서 저전력 메모리(LPDDR)를 기반으로 개발한 PIM 상용화 제품 ‘LPDDR5X-PIM’의 세부 사양을 처음 공개했다. 스마트폰·태블릿PC 등 AI를 탑재한 모바일 기기(온디바이스 AI)에 적합한 추론용 메모리 반도체다.
삼성전자가 공개한 LPDDR5X-PIM. 사진 삼성전자
하지만 PIM는 내부에 장착된 연산 장치에서 간단한 연산을 직접 처리할 수 있다. 메모리와 프로세서 간 데이터 전송을 최소화해 발열·전력 소모량이 줄고 CPU나 GPU가 복잡한 연산만 처리하면 돼 데이터 처리 효율을 높일 수 있다.
삼성전자는 “지금은 HBM이 사실상 AI 메모리의 표준 역할을 하고 있지만 AI가 학습에서 추론 중심으로 발전하고 스마트폰 등 소형 기기에 적용되면서 전력 소모량이 적은 새로운 메모리의 필요성이 커졌다”고 설명했다.
정근영 디자이너
현재 HBM은 메모리 반도체를 최대 16층으로 쌓아올리고 있는데, 이를 20층까지 높이기 위해서는 발열량을 줄이는 게 관건이다. 하이브리드 본딩은 반도체 웨이퍼 표면에 있는 절연 물질과 구리를 직접 접합하는 칩 연결 기술이다. 기존의 미세한 공간을 없애 밀도를 높여 신호 지연을 막고 발열을 줄일 수 있다는 설명이다. SK하이닉스에 따르면 하이브리드 본딩 기술을 통해 칩 한 장의 두께는 기존보다 24% 늘리고 열 저항은 35% 낮출 수 있다.
또 다른 기술 iHBM은 HBM 내부에서 열이 집중되는 특정 지점을 관리하는 방식이다. 칩과 칩이 신호를 주고받는 통로 근처의 열이 많이 몰리는 지점에 열이 빠져나갈 수 있는 전용 통로를 만들어주는 원리다. 열은 잘 전달하되 전기는 통하지 않는 특수 소재를 내장해 그 지점만 열이 빠져나갈 수 있는 전용 통로를 만들어주는 원리다. SK하이닉스는 iHBM을 통해 HBM의 열 저항을 기존보다 30% 이상 낮출 수 있다고 설명했다.
전문가들은 차세대 메모리 기술이 HBM을 대체하기보다는 보완하는 역할을 할 것으로 기대하고 있다. 성능이 뛰어나지만 값이 비싸고 전력을 많이 쓰는 HBM은 데이터센터용으로 계속 활용되면서 이를 보완하는 추론용 메모리가 특화할 것이라는 전망이다.
앞서 마이크론과 반도체 팹리스 프라임마스는 이달 초 열린 메모리 반도체 전시회 ‘FMS 2026’에서 HBM의 대체 기술로 컴퓨트 익스프레스 링크(CXL)를 제시했다. CPU가 서버 바깥에 있는 D램을 활용할 수 있도록 개발한 일종의 외장 메모리다.
김용석 가천대 반도체학과 석좌 교수는 “국내 반도체 업계가 HBM 시장을 선점했지만, 창신메모리(CXMT) 등 중국 반도체 기업이 무섭게 성장하고 있다”며 “현재의 AI 반도체 점유율을 유지하기 위해 PIM, CXL 등 차세대 AI 메모리 기술 개발에도 속도를 내야 한다”고 말했다.
김경미([email protected])