삼성은 'HPB' SK는 'iHBM'…HBM5 발열 관리 기술 승부처

[아이뉴스24 권서아 기자] 삼성전자와 SK하이닉스가 차세대 고대역폭메모리(HBM) 시장의 핵심 변수로 떠오른 발열 관리 기술 경쟁에 나섰다.

삼성전자는 열 전달 경로를 추가한 HBM5(8세대)를 공개했고, SK하이닉스는 냉각소자를 패키지 내부에 넣은 신기술을 선보였다. AI 반도체 성능이 높아질수록 전력 소모와 발열 부담이 커지면서 업계에서는 HBM5부터 열관리 기술이 승부를 가를 것으로 보고 있다.

삼성, HBM5 첫 공개…"2나노 베이스다이 적용"

삼성전자는 지난 2일 대만 타이베이에서 열린 컴퓨텍스 2026에서 HBM5 실물 모형을 처음 공개했다. 송재혁 삼성전자 반도체(DS) 부문 최고기술책임자(CTO) 사장은 현장에서 차세대 HBM 기술 방향을 직접 설명했다.

삼성전자가 내세운 핵심 기술은 HPB(Heat Path Block)다. HBM 내부 물리 계층(PHY)에서 발생하는 열을 보다 효율적으로 분산·방출할 수 있도록 별도 열 전달 경로를 추가한 기술이다. HBM5에는 2㎚(나노미터·10억분의 1m) 공정 기반 베이스다이도 적용할 계획이다.

베이스다이는 HBM 맨 아래층에 위치한 로직 칩으로 그래픽처리장치(GPU)와 상부 D램을 연결하는 역할을 한다. 삼성전자는 HBM4E(7세대)에 적용한 4나노 베이스다이보다 한 단계 진화한 2나노 공정을 적용해 전력 효율과 성능을 높인다는 전략이다.

삼성전자가 발열 개선 기술을 공개한 것은 이번이 처음은 아니다. 회사는 지난달 세계 최초로 샘플 출하한 HBM4E에도 HPB 기술 구현과 검증을 완료했다고 밝힌 바 있다.

SK하이닉스, 냉각소자 내장한 iHBM 공개

SK하이닉스는 지난달 HBM 패키지 내부에 일체형 냉각 요소(ICE)를 내장한 'iHBM' 기술을 공개했다.

iHBM은 발열이 집중되는 D2D PHY(칩과 칩 사이 데이터를 실제로 전달하는 통신 통로) 영역에 냉각소자를 넣어 열이 빠져나갈 수 있는 전용 경로를 만드는 방식이다. 회사는 이를 통해 기존 대비 열저항을 30% 이상 낮출 수 있다고 설명했다.

SK하이닉스는 이미 양산에 활용 중인 MR-MUF(액체 형식의 보호재를 주입해 굳히는 공정) 기반 웨이퍼레벨패키징(WLP) 공정을 적용해 대량 생산성도 확보했다고 강조했다. 해당 기술은 HBM5부터 적용될 예정이다.

삼성, HBM4부터 반격…HBM5 승부처는 '발열'

삼성전자는 엔비디아 블랙웰용 HBM3E(5세대) 품질 인증 과정에서 어려움을 겪으며 한때 HBM 시장 주도권을 SK하이닉스에 내줬다. 시장조사업체 카운터포인트리서치에 따르면 글로벌 HBM 시장 점유율은 지난해 2분기 기준 SK하이닉스 64%, 삼성전자 15%, 마이크론 21%로 집계됐다.

하지만 올해 들어 분위기가 달라졌다. 삼성전자는 지난 2월 업계 최초로 HBM4(6세대) 양산에 돌입했고 지난달에는 HBM4E 12단 샘플도 세계 최초로 고객사에 공급했다. 이어 HBM5 실물 모형까지 가장 먼저 공개하며 차세대 시장 선점에 나섰다.

반면 SK하이닉스는 HBM4 고객사 최적화 작업을 진행하는 동시에 HBM5용 iHBM 기술을 먼저 공개하며 선두 굳히기에 나서고 있다.

김양팽 산업연구원 전문연구위원은 "열관리는 새롭게 등장한 개념이 아니라 원래부터 중요했던 요소"라며 "AI 데이터센터는 전력 사용량이 많아 발열이 커질수록 냉각 비용도 증가하는 만큼 저전력·저발열 제품이 유리할 수밖에 없다"고 말했다.

이어 "삼성은 점유율을 끌어올리기 위해 공격적으로 투자하고 있고, SK하이닉스도 선두 자리를 지키기 위해 기술 개발을 이어가고 있다"며 "결국 고객사는 발열과 전력 효율이 뛰어난 제품을 선택하게 될 것"이라고 말했다.