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[IT뉴스]진짜 병목은 POWER…삼성, HBM4E '전력망' 대수술 [강해령의 테크앤더시티]

온카뱅크관리자

2026-02-28 13:07:29

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="2i5f5rpXhf">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="1ee1614783d5ff521a25d34172e75e597aea91393e37d5797c25a0331037178d" dmcf-pid="V8SuSgGhTV" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="삼성전자의 HBM4. 사진제공=삼성전자" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202602/28/ked/20260228130445401curv.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="ZmI5rRhDv0" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202602/28/ked/20260228130445401curv.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            삼성전자의 HBM4. 사진제공=삼성전자
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="7ffa144aa7a4bbf2c2f0d932bc2e23d7b42b1d6eeaea54f78eecb6e9eb0d860b" dmcf-pid="f6v7vaHly2" dmcf-ptype="general">삼성전자 요즘 분위기 완전 좋죠. 특히 올해 간판 제품인 HBM4는 엔비디아에 초도 양산품 출하를 경쟁사를 따돌리고 가장 먼저 해내면서 기세를 올리고 있습니다.</p>
          <div contents-hash="4754e538387ce2f45145dc20df7963d1d59f22d3cb88e426b7673fdcd90e7dd8" dmcf-pid="4PTzTNXST9" dmcf-ptype="general">
           오늘 이야기는 삼성의 HBM4의 다음 세대 제인 HBM4E에 관한 이야기입니다. 설날 즈음에 미국에서 열렸던 ISSCC 2026 학회에서 임대현 삼성전자 마스터가 발표했던 자료 일부를 가져왔습니다.
           <br> 
          </div>
          <hr class="line_divider" contents-hash="2b70149d71924a8558263556001eef5fb82f790e5ab4785d55be4db4dfe03701" dmcf-pid="8QyqyjZvlK" dmcf-ptype="line">
          <div contents-hash="edd2e7b14bb2defb7785251cc63fe61ab60823828b93f456b3826f2a390e452b" dmcf-pid="6xWBWA5Thb" dmcf-ptype="general">
           <strong>바보야, 문제는 전력이야</strong>
          </div>
          <hr class="line_divider" contents-hash="5ad18d28d2eec5c0f917e39963f8eb37cf981556052d9353ef6d41df86784cc0" dmcf-pid="PMYbYc1yWB" dmcf-ptype="line">
          <div contents-hash="a78663692024a579eb00b6a3e5f216bda4331e481a58fa9b61147ea4d3eeffae" dmcf-pid="QRGKGktWSq" dmcf-ptype="general">
           <br>이미 우리는 고대역폭메모리(HBM)에 대해 너무 잘 알고 있습니다. 여러 개의 D램을 수직으로 쌓고 중간에 실리콘관통전극(TSV)을 2048개 뚫어서 정보 이동 통로를 극대화한 칩이죠.
          </div>
          <p contents-hash="a486e4bda1bd950a4e84065b277d871bebae6605eb2a6e6d99cf7dc66214748c" dmcf-pid="xeH9HEFYyz" dmcf-ptype="general">이렇게 쌓은 칩에는 큰 문제가 있습니다. <strong>전력</strong>입니다. 사람들이 반도체에 원하는 것은 간단합니다. 많은 정보를 빠르게 처리하는 것이죠. HBM3E→HBM4→HBM4E→HBM5, 이렇게 세대가 거듭될수록 용량이 늘어나고 기능도 많아집니다.</p>
          <p contents-hash="709eee7ece728a83c45d6ef44bf1b69bd462b73032d97f368d84ebfa5bacfc69" dmcf-pid="yGdsdzgRT7" dmcf-ptype="general">그러면서 칩 속에 있는 배선도 촘촘해지고 늘어납니다. HBM 하면 가장 먼저 떠오르는 배선은 정보를 실어나르는 초고속 엘리베이터인 TSV죠. 하지만 그뿐만이 아닙니다. 용량과 대역폭이 늘어나면 이를 지탱하기 위한 <strong>전력 배선과 범프, 금속층도 함께 늘어나면서</strong> 서로의 간격까지 촘촘해집니다. 마치 내 방에 스마트폰, 무선 이어폰, 노트북 PC, 태블릿 PC이 있는데 TV, 로봇청소기, 스탠바이미, 프로젝터, 가습기, 에어컨까지 들이면 멀티 탭이 늘어나는 것과 유사합니다.</p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="3160467c3fa74352f2cecdfffc206003008ef3657fc3b5bec951f0d7526384ae" dmcf-pid="WHJOJqaeyu" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="출처 : 삼성전자 ISSCC 2026 발표 자료" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202602/28/ked/20260228130446679yqkm.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="5t19HEFYy3" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202602/28/ked/20260228130446679yqkm.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            출처 : 삼성전자 ISSCC 2026 발표 자료
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="9d9334efe4b78e4be1d07ff49cd50d455870655474f613317e8edc22bc58189d" dmcf-pid="YXiIiBNdvU" dmcf-ptype="general">이건 HBM-인터포저, HBM 내 베이스다이-코어다이 사이에서 가교 역할을 하는 마이크로 범프 수, 인터포저-기판이 닿는 구간에서 가교 역할을 하는 C4 범프수로 전력 배선이 얼마나 촘촘하고 복잡해지는지 가늠할 수 있는데요. </p>
          <p contents-hash="6bf9422da75edbde81b4686f20d21cb9cd5139a4b1ba188f519ea3aa3f92bf44" dmcf-pid="GZnCnbjJhp" dmcf-ptype="general">삼성전자의 자료에 따르면 HBM의 각 부분에 전류를 전달하는 회로의 범프 수가 1만 3682개(HBM4)에서 1만4457개(HBM4E)로 늘어났다고 합니다. (C4 범프와 마이크로범프(uBump) 수의 합계입니다. 자세한 건 표를 봐주세요.)</p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="d09fc026330391390ad65bdc1976d03f6d48c61a37a99b4757910ebbe89b887a" dmcf-pid="HZnCnbjJl0" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="출처= 삼성전자 ISSCC 2026 발표자료" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202602/28/ked/20260228130447936tcwx.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="1H8Q0CqFWF" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202602/28/ked/20260228130447936tcwx.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            출처= 삼성전자 ISSCC 2026 발표자료
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="d07c824ba64db40c4ea286148e314671cb5642c34309ad21c2407257cde3bab8" dmcf-pid="X5LhLKAiW3" dmcf-ptype="general">그런데 범프 수가 늘어난 후에도 전작 제품만큼 원활하게 동작이 되면 좋은데, 이게 참 말처럼 쉽지가 않습니다. 같은 공간에 배선을 더 집어 넣으려면 두께가 더 가늘고 촘촘해져야 합니다. 그러면 전류 밀도가 높아지고, 저항값이 늘어나는 걸 감당해야 합니다. </p>
          <p contents-hash="fad9bc1c62f464faef41428e2e29104997c1b0af01f13f10aa8fac22253285a5" dmcf-pid="Z1olo9cnSF" dmcf-ptype="general">그러다 보면 HBM 각 부분을 동작시키기 위해 <strong>최종 목적지까지 도달해야하는 전압이 줄어듭니다</strong>. 이걸 IR 드롭(Drop)이라고 합니다. 전압이 줄어들면, 이걸 메꾸기 위해서 평소보다 더 많은 전류를 흘려야죠.</p>
          <p contents-hash="353e4e88273abed49302d67c2dcaaa159e8afcfe7e0d41a06c97898af6574a7b" dmcf-pid="5tgSg2kLht" dmcf-ptype="general">그러면 이때부터 열이 발생하기 시작합니다. 금속은 온도가 올라가면 저항값이 더 증가하죠.  IR 드롭은 문제가 더 커집니다. 그럼 또 전력이 더 필요하고, 또 더 뜨거워지고, 저항값은 겉잡을 수 없이 커지고…. 결국 성능이 저하되거나 아예 회로가 끊어지는 현상까지 벌어집니다.</p>
          <div contents-hash="4a88d02658f2c7ad7aba452d5013985cfe32adbbbac9a10965985556b82d3a01" dmcf-pid="1FavaVEov1" dmcf-ptype="general">
           신호가 끊기고 말고의 문제가 아니라 물리적인 문제가 발목을 잡으면서 칩 자체가 퍼져버릴 수 있다는 거죠. 대역폭도 대역폭이지만, 이 모든 일의 기반인 전력과의 싸움을 위해 칩 내부 전력망(PDN·Power Delivery Network)을 어떻게 짜임새 있고 효율적으로 짜느냐가 HBM 업계에서 가장 중요한 과제로 떠오를 것이라는 뜻이기도 합니다. 
           <br> 
          </div>
          <hr class="line_divider" contents-hash="e6baacf8e3c662d2baad39a1c6b0c20254a2da1049815af1d93d26fd056137dd" dmcf-pid="t3NTNfDgh5" dmcf-ptype="line">
          <div contents-hash="e652d620def65860c97283ad900b5cc4da858f3ec790c694f3ce3d88fa840d2a" dmcf-pid="F0jyj4wahZ" dmcf-ptype="general">
           <strong>HBM 전력망 설계도 다시 그리기…고강도 조직개편</strong>
          </div>
          <hr class="line_divider" contents-hash="b2e52f4e2e7bda4c5d05750a3a8916d9a975839900c4efa0823af2f73c45eb19" dmcf-pid="3pAWA8rNlX" dmcf-ptype="line">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="6e4c4a77acd120756f83e324a2849f16c0287972f7ee56ccffccafe9a941252c" dmcf-pid="0UcYc6mjCH" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="출처=삼성전자 ISSCC 2026 발표자료." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202602/28/ked/20260228130449192eupf.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="tDWHEQOcvt" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202602/28/ked/20260228130449192eupf.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            출처=삼성전자 ISSCC 2026 발표자료.
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="ff8f916c959c1df32a473fd706730eb0e720ed7b4ac778000b8cd0bde343742b" dmcf-pid="pukGkPsAlG" dmcf-ptype="general">삼성전자는 올해부터 양산할 HBM4E부터 새로운 전력공급망을 도입하려는 것 같습니다.<br>핵심은 HBM 내부의 전력망을 세그맨테이션해서 분산하는, 일종의 조직개편을 했다는 건데요. 위 그림을 한번 보실까요.</p>
          <p contents-hash="bd46d2c7f1e0db7583d9d52a564dbcde15086139774e43091848239db7584281" dmcf-pid="U7EHEQOcyY" dmcf-ptype="general">칩 내부에는 전력망을 아무런 규칙 없이 깔지는 않습니다. 배선끼리 서로 얽힘이 없도록 그물망(mesh) 형태로 깔죠. 자료에 따르면 베이스 다이의 전력 체계도 5개의 그물망으로 구성돼 있습니다.</p>
          <p contents-hash="1eb7e806bf6d2ae1ccdcf69a60b76aa25def14f40557c602107ad7c60a3e0cb4" dmcf-pid="uzDXDxIkCW" dmcf-ptype="general">현존하는 제품까지는 베이스다이의 전력망이 <strong>상당히 거대하게 밀집돼있는 모습</strong>입니다. 특히 HBM에서 기판의 인터포저와 가깝게 맞닿아있는 전력망(MET4)은 마치 벌집처럼 커다란 블록이 형성돼 있죠.</p>
          <p contents-hash="ca97bbab0cef1346b1ff546078ed366eaf8bf1bb9024ab9938e0b7f8ec7198e4" dmcf-pid="7qwZwMCEhy" dmcf-ptype="general">그다음 레이어에서 기판에서 받은 전력을 HBM까지 올리는 배선이 점점 좁아지기 시작하는 형태인데요. 이렇게 하면 여러 경로에서 전력이 흐를 수 있으니 안정적이라는 장점이 있긴 해도, 배선이 복잡해지면 여러 문제가 발생합니다.</p>
          <p contents-hash="201652d12824bc3ae235ab1b9a5fe4aa6e86cce36c515300f79bf320ca34159d" dmcf-pid="zBr5rRhDWT" dmcf-ptype="general">하위에 있는 좁은 경로로 이동하는 지점에서 갑자기 입구가 좁아지니까, 마치 좁아진 차선에서 발생하는 교통체증처럼 병목현상이 생기고요. 아무래도 첫지점에서 도착 지점까지의 거리가 상당히 길어지기도 해서 IR 드롭 문제가 심화할 가능성이 큽니다. </p>
          <p contents-hash="091bb76472d992d641829e9639ee72daff72b59c4069595870107dfd96b6be7a" dmcf-pid="q3NTNfDgTv" dmcf-ptype="general">이 문제를 해결하기 위해 PDN 세분화를 합니다. 개선된 MET4 레이어를 보시면 거대한 배선 블록이 단 4개의 블록으로 쪼개진 것을 보실 수 있죠. 그 다음 층에서도 배선 블록을 늘리면서 병목 현상을 최소화했습니다. 일단 적어도 한 개 범프에서 목적지까지의 배선에서 불필요한 것이 없고 곧바로 연결됐다는 느낌을 강하게 줍니다.</p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="7f5e6b015bc5d725e8a05341c937d15ccff786ec39e7bc7be6f04fdbe404b72f" dmcf-pid="B0jyj4waTS" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="삼성전자 ISSCC 21026 발표자료. 사진제공=삼성전자" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202602/28/ked/20260228130450439xlbh.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="FVaA8tRfv1" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202602/28/ked/20260228130450439xlbh.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            삼성전자 ISSCC 21026 발표자료. 사진제공=삼성전자
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="01bba60d4acc65dfdcafd3241547976404cc13971321060003f24c44a4a8e43b" dmcf-pid="bpAWA8rNyl" dmcf-ptype="general">이렇게 최적화한 PDN을 '항공뷰'로 보면 각 부분에서 선택과 집중을 확실하게 한 것으로 보여집니다. 삼성전자 측은 <strong>"HBM4E의 금속 회로의 불량이 HBM4 대비 97%가 줄었고, IR 드롭 문제가 41%나 개선됐다"</strong>고 밝혔습니다. IR드롭이 줄면 전압 마진이 좋아지니까 더 나은 속도를 구현할 수 있고 칩 자체의 신뢰성도 좋아지겠죠.</p>
          <div contents-hash="82ad586a1fba8697fa0e7ff2d253a57eb26cf1c98a98d38cd2ecf802a022e093" dmcf-pid="KUcYc6mjTh" dmcf-ptype="general">
           다만 이렇게 전력망을 일일이 분산 배치하면 개발 시간이 더 늦어질 수 있는 가능성도 있죠. 삼성전자는 원래 범프 하나만 옮기더라도 연쇄적으로 발생하는 문제들을 해결하느라 12주가 걸렸지만, 자동 배선 배치툴을 활용해 이 시간을 2.5주로 줄였다는 장표도 공개했습니다. 이건 시높시스, 이들이 인수한 앤시스 등 설계 검증 자동화툴(EDA) 경쟁력이 강한 회사들과 긴밀한 협업을 한 것으로 추정됩니다.
           <br> 
          </div>
          <hr class="line_divider" contents-hash="246e5b8e9e33da38065e9b75dafc8a91d5ddf78df56a1f7d27684bb81ab65726" dmcf-pid="9ukGkPsAvC" dmcf-ptype="line">
          <div contents-hash="7a7e806516734fd0dc40df501b9f5362cd9e319db9b0da81fafeae93b4071f10" dmcf-pid="27EHEQOcCI" dmcf-ptype="general">
           <strong>HBM-GPU, 포토닉스로 연결?</strong>
          </div>
          <hr class="line_divider" contents-hash="e802d073fb58274b602efa4f18802c07131dd6af581a6bd9c0690fd719fd61d2" dmcf-pid="VzDXDxIkTO" dmcf-ptype="line">
          <div contents-hash="c3077095e328887d569c8ab81fffbf5a2169dd870e2eb1686e7704147a4375d6" dmcf-pid="fqwZwMCETs" dmcf-ptype="general">
           <br>전력망 분산 배치마저도 만약 한계에 다다른다면, 그래도 AI 반도체에서 발열 이슈가 안잡힌다면 어떻게 해야할까. 삼성전자는 이번 발표에서 다양한 아이디어를 내놓았습니다. 
          </div>
          <p contents-hash="219755c5b57272f60a1b18cdc56f1ac4ed9da1238791f5f3cd3605738e5843e6" dmcf-pid="4Br5rRhDWm" dmcf-ptype="general">배선이 복잡하게 얽힌 HBM과 GPU를 분리(disaggregation)한다는 게 핵심인데요. 먼저 HBM과 GPU를 '포토닉스'로 연결한다는 신박한 아이디어를 보여줍니다.</p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="fed5adac9d959a0baa4a796674d7a9afcca015aa929887829c44e61b0b29b809" dmcf-pid="8bm1melwhr" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="자료출처= 삼성전자 ISSCC 2026 발표자료." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202602/28/ked/20260228130451709syjc.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="3hPxphB3h5" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202602/28/ked/20260228130451709syjc.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            자료출처= 삼성전자 ISSCC 2026 발표자료.
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="db548f229a13c99cd41372c3ad4e30981fd985ecc4346e7e301c7e3116906073" dmcf-pid="6KstsdSrhw" dmcf-ptype="general">포토닉스는 한마디로 광선이죠. 이론 상 기존 구리회로가 초당 기가(G·10억) 단위의 데이터를 전송했다면 포토닉스는 테라(T·1조), 그러니까 약 1000배 개선된 속도를 구현할 수 있습니다.</p>
          <p contents-hash="ded2230fc42b3bc6a22b1f1f159274ba3a8b6fa89ad3ed0695ec61a9af49274a" dmcf-pid="P9OFOJvmWD" dmcf-ptype="general">HBM과 GPU 거리가 떨어져서 물리적 거리로 인한 지연성이 발생하는 문제를 광학 기술로 해결할 수 있다는 아이디어 같습니다.</p>
          <p contents-hash="c89747790895bd39057a7d33ef2d1d0bde29481f33b44ea4b55fbc864b0c8bea" dmcf-pid="Q2I3IiTsyE" dmcf-ptype="general">또한 기판의 배선 기술의 개선만으로 HBM과 GPU의 거리를 띄워 발열 문제를 개선할 수 있다고도 주장했습니다. 지금은 HBM과 GPU가 거의 딱 붙어있다고 해도 과언이 아니지만, 이 거리를 5cm 이상 띄워서 문제를 해결해보겠다는 주장인거죠.</p>
          <p contents-hash="4ced9ef407a1e9922442442890d04535054b41f1541acef80788bb78a66c112e" dmcf-pid="xVC0CnyOTk" dmcf-ptype="general">HBM 업계에서는 칩의 속도와 단수가 늘 화제가 되죠. 그런데 이런 도파민 도는 숫자들 뒤에 전력 문제도 큰 화두가 되고 있다는 것도 주목하시면 훨씬 폭넓게 칩 기술 동향을 볼 수 있을 것 같습니다.</p>
          <p contents-hash="dd9aea01b2ee8e1abc7740f008b7b0332f2761e909329446929839dba2bb8784" dmcf-pid="ytgSg2kLSc" dmcf-ptype="general">오늘은 여기까지입니다. 즐거운 연휴 보내세요. </p>
          <p contents-hash="4bc0fc91f95048b96bbea6d2c907d22b2385ae6209d12a803a5a559e736690c8" dmcf-pid="WFavaVEohA" dmcf-ptype="general">강해령 기자 hr.kang@hankyung.com</p>
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        <p class="" data-translation="true">Copyright © 한국경제. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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