HBM4와 HBM3E 차이 쉽게 설명
삼성전자가 석 달 동안 번 영업이익이 107조 원입니다. 한 분기에 영업이익 100조 원을 넘긴 건 국내 기업 최초이고, 글로벌 빅테크 어디도 해보지 못한 기록이라고 합니다.
이 숫자를 끌어올린 주인공 가운데 하나가 손톱보다 작은 메모리 칩을 여러 겹 쌓아 만든 HBM입니다. 그중에서도 요즘 가장 자주 들리는 이름이 HBM4와 HBM3E입니다.
저는 메모리 설계자가 아니라 고속 인터페이스를 다루는 회로 설계자입니다. 그래서 두 제품의 차이를 "핀이 2배가 됐다"는 한 줄이 아니라, 설계자의 눈으로 구조부터 하나씩 풀어보고, 2026년 10월 기준 최신 뉴스까지 함께 정리했습니다.
HBM이 뭐길래 이렇게 뜨거운가
[HBM3와 HBM4]
HBM(High Bandwidth Memory, 고대역폭 메모리)은 D램 칩을 여러 장 수직으로 쌓고, 칩들을 구멍으로 꿰뚫어 연결한 메모리입니다. 쉽게 말해 일반 D램이 1층짜리 단독주택이라면 HBM은 12층, 16층 아파트이고, 층과 층을 잇는 엘리베이터 통로 역할을 하는 것이 TSV(Through-Silicon Via, 실리콘 관통 전극)입니다.
AI 가속기에서 메모리가 중요한 이유는 간단합니다. 연산 장치가 아무리 빨라도 데이터를 제때 못 가져오면 놀게 되기 때문입니다. 이 데이터를 한 번에 얼마나 많이 실어 나르느냐가 대역폭(Bandwidth)이고, HBM은 칩 하나에 1,000개가 넘는 데이터 통로를 열어 이 대역폭을 극단으로 끌어올린 제품입니다.
삼성전자의 3분기 잠정 영업이익은 107조 4천억 원으로 직전 분기 기록(89조 5천억 원)을 약 20% 넘어섰고, 증권가는 메모리 사업이 실적을 끌어올렸으며 HBM4 판매가 본격적으로 힘을 보태기 시작한 것으로 분석합니다(출처: 머니투데이방송, 삼성전자 분기 영업익 100조 시대). 같은 보도에서 삼성의 HBM4 3분기 매출은 직전 분기의 3배로 추정됩니다. 반도체가 "가장 핫한 이슈"가 된 데에는 이렇게 숫자가 뒷받침하고 있습니다.
HBM은 D램을 TSV로 쌓아 데이터 통로를 극단적으로 넓힌 AI용 메모리입니다. AI 연산의 병목이 메모리 대역폭이라, HBM 세대 경쟁이 곧 반도체 업계의 실적 경쟁이 되었습니다.
HBM3E와 HBM4, 한눈에 비교
먼저 표로 큰 그림을 잡고, 아래에서 항목마다 이유를 풀어보겠습니다. HBM4 표준 수치는 JEDEC이 2025년 4월 발표한 JESD270-4 기준이고, 제품 수치는 삼성전자와 SK하이닉스가 공개한 값입니다.
| 항목 | HBM3E(5세대) | HBM4(6세대) |
| 데이터 I/O 수 | 1,024개 | 2,048개(2배) |
| 독립 채널 수 | 16개(HBM3와 동일) | 32개(각 채널에 의사채널 2개) |
| 핀당 속도 | 9.2~9.8Gbps급(SK하이닉스 9.6Gbps) | JEDEC 표준 8Gbps, 제품은 10~11.7Gbps(삼성 최대 13Gbps) |
| 스택당 대역폭 | 약 1.2TB/s | 표준 2TB/s, 삼성 최대 3.3TB/s |
| 적층·용량 | 12단 36GB(3GB 칩 12장) | 표준 최대 16단 64GB, 삼성 12단 24~36GB·16단 48GB |
| 베이스 다이 | D램 공정으로 제작 | 로직(파운드리) 공정으로 전환 |
| 전압 | - | VDDQ 0.7~0.9V, VDDC 1.0V 또는 1.05V |
| 전력 효율 | 기준 | SK하이닉스는 전력 효율 40% 이상 향상, 삼성은 전력 소모 약 40% 절감 발표 |
정리하면 — 핵심 변화는 데이터 통로 2배, 채널 2배, 그리고 칩 맨 아래층(베이스 다이)의 제조 방식 변경입니다. 핀당 속도는 표준 기준으로 오히려 낮아졌다는 점이 의외입니다.
차이 1, 핀 수 2배와 '넓고 느리게'의 역설
JEDEC 발표문에 따르면 HBM4는 2,048비트 인터페이스에서 핀당 최대 8Gb/s로 동작해 스택당 총 대역폭이 최대 2TB/s이고, 독립 채널 수도 HBM3의 16개에서 32개로 늘어납니다(출처: JEDEC, JESD270-4 HBM4 표준 발표). 쉽게 말해 도로 폭을 두 배로 넓힌 겁니다.
여기서 대역폭은 아주 단순한 곱셈으로 나옵니다. 대역폭(GB/s) = I/O 수 × 핀당 속도(Gbps) ÷ 8입니다. HBM3E는 1,024×9.6÷8로 약 1.2TB/s, HBM4 표준은 2,048×8÷8로 2.05TB/s, 삼성이 말하는 11.7Gbps라면 약 3.0TB/s, 최대 13Gbps라면 약 3.3TB/s가 됩니다. 삼성이 HBM3E의 2.7배라고 소개한 값이 바로 이 계산과 맞아떨어집니다(출처: 삼성반도체이야기, 인포그래픽으로 보는 HBM4).
흥미로운 건 HBM4 표준의 핀당 속도(8Gbps)가 HBM3E 제품(9.6Gbps)보다 낮다는 점입니다. 같은 속도로 달리면서 길을 두 배로 넓히는 대신, 한 차선의 속도는 조금 낮춰서 신호 품질과 전력 효율을 챙기는 선택입니다. HBM 구조를 설명하는 기술 해설에서도 이 "넓고, 느리고, 쌓아 올린" 방식이 전력당 성능을 높이고 등화 부담과 전자기 간섭을 줄이는 이유로 꼽힙니다(출처: Wevolver, What is HBM). 다만 실제 제품은 표준보다 훨씬 빠릅니다. 엔비디아가 표준보다 높은 속도를 요구한 것으로 전해지면서, 삼성전자는 JEDEC 표준보다 약 46% 높은 11.7Gbps를 안정적으로 확보했다고 밝혔습니다.
HBM4는 I/O를 1,024개에서 2,048개로 늘려 대역폭을 키웠습니다. 표준 기준 핀당 속도는 오히려 낮춰서 효율을 챙겼고, 제품은 그 위로 10~13Gbps까지 올리고 있습니다.
차이 2, 맨 아래층 '베이스 다이'가 로직 칩이 된다
HBM은 건물처럼 맨 아래에 베이스 다이(Base Die)가 깔리고 그 위에 D램 코어 칩이 쌓입니다. 베이스 다이는 쉽게 말해 쌓아 올린 D램 칩들과 바깥의 프로세서 사이에서 신호를 정리해주는 "1층 로비 겸 관제실"입니다.
HBM3E까지는 이 베이스 다이를 D램 공정으로 만들었는데, HBM4부터는 파운드리 로직 공정으로 전환하는 흐름이 뚜렷합니다. 삼성전자는 코어 다이에 10나노급 6세대(1c) D램을, 베이스 다이에는 4나노 로직 공정을 적용했다고 밝혔습니다(출처: 삼성전자 뉴스룸, 세계 최초 HBM4 양산 출하). SK하이닉스는 TSMC와 기술 협력 양해각서를 맺고 HBM3E까지 자체 공정으로 만들던 베이스 다이를 HBM4부터 로직 선단 공정으로 만들겠다는 계획을 밝혔습니다(출처: 아이뉴스24, SK하이닉스 TSMC와 맞손). 다만 SK하이닉스의 적용 시점은 보도마다 설명이 조금씩 엇갈리니 최신 발표를 확인해보시길 권합니다.
왜 로직 공정일까요? 데이터 통로가 2,048개로 늘면서 베이스 다이가 처리할 입출력 회로와 제어 기능이 훨씬 복잡해졌기 때문입니다. 베이스 다이의 로직 성능이 전체 시스템 성능을 좌우하는 단계라는 업계 관계자의 평가도 있습니다. 이 구조는 고객이 원하는 기능을 베이스 다이에 넣는 '맞춤형(커스텀) HBM'의 문을 열어주기도 합니다. 삼성이 메모리와 파운드리를 한 회사 안에서 묶어 제공하는 원스톱 구조를 강점으로 내세우고, SK하이닉스는 TSMC와 엔비디아를 잇는 협력 구도를 내세우는 이유가 여기에 있습니다.
HBM3E까지 D램 공정으로 만들던 베이스 다이가 HBM4부터 파운드리 로직 공정으로 바뀌고 있습니다. 삼성은 4나노 자체 파운드리, SK하이닉스는 TSMC와 협력하는 방식으로 접근이 갈립니다.
차이 3, 더 높이 쌓고 더 많이 담는다, 그리고 열
용량은 두 가지 방향으로 늘어납니다. 칩 한 장의 용량과 쌓는 층수입니다. SK하이닉스가 2024년 9월 양산을 시작한 HBM3E 12단은 3GB D램 칩 12개로 36GB를 구현했는데, 기존 8단과 같은 두께를 유지하려고 칩 한 장을 이전보다 40% 얇게 만들었습니다(출처: SK하이닉스 뉴스룸, 12단 적층 HBM3E 양산).
HBM4 표준은 4·8·12·16단과 24Gb·32Gb 칩 밀도를 지원해 16단 구성 기준 최대 64GB까지 담을 수 있게 설계되어 있습니다. 삼성은 24Gb(3GB) 칩으로 12단 36GB를 만들었고 16단이면 48GB라고 밝혔습니다. 칩을 더 높이 쌓을수록 열이 갇히고 휘는 문제가 심각해지는데, SK하이닉스가 HBM4에 적용한 어드밴스드 MR-MUF는 칩을 쌓을 때 가해지는 압력을 줄이고 휨 현상을 제어하는 공정입니다(출처: SK하이닉스 뉴스룸, 세계 최초 HBM4 개발 완료).
열 설계는 앞서 다룬 파워 트랜지스터 방열 설계 글의 열저항 이야기와 그대로 이어집니다. 삼성은 HBM4가 이전 세대 대비 열 저항 특성을 약 10% 개선하고 방열 성능을 약 30% 강화했다고 소개하며, SK하이닉스는 차세대 HBM4E에서 열 저항을 HBM4보다 약 17% 낮췄다고 밝혔습니다. 층이 높아질수록 방열 경로가 길어진다는 건, 방열판 계산에서 열저항을 직렬로 더하던 것과 똑같은 원리입니다.
뉴스로 보는 HBM4 전쟁, 2026년 10월 기준 타임라인
| 시점 | 주요 소식 |
| 2025년 4월 | JEDEC, HBM4 표준(JESD270-4) 발표 |
| 2025년 9월 | SK하이닉스, 세계 최초 HBM4 개발 완료 및 양산 체제 구축 발표(10Gbps 이상) |
| 2026년 2월 | 삼성전자 HBM4 양산 출하 시작(11.7Gbps), 마이크론도 고객 출하 시작 발표(11Gbps 이상) |
| 2026년 5~6월 | 삼성(5월 29일), SK하이닉스(6월) 순으로 HBM4E 샘플 공급 |
| 2026년 9월 | 3분기부터 HBM4 판매가 실적에 본격 반영된다는 전망, 점유율 격차 축소 논의 |
| 2026년 10월 8일 | 삼성전자 3분기 잠정 영업이익 107.4조 원, 분기 100조 원 돌파 |
2026년 2월 HBM4 출하를 둘러싸고는 신경전도 치열했습니다. 마이크론의 CFO는 HBM4 고객 출하를 이미 시작했고 수율은 계획대로이며 11Gbps 이상을 제공한다고 밝히면서, 엔비디아 공급망에서 탈락했다는 관측을 일축했습니다(출처: 쿠키뉴스, 마이크론 HBM4 출하 시작). 같은 시기 삼성전자가 업계 최초로 HBM4 양산 출하를 시작했고 SK하이닉스도 엔비디아 공급을 시작할 것으로 전망됐습니다(출처: YTN, 엔비디아 베라 루빈 HBM4 3파전).
시장 점유율도 달라지고 있습니다. 머니투데이방송은 삼성과 SK하이닉스의 HBM 점유율 격차가 1분기 37%p에서 2분기 17%p로 줄었고, 구글과 AMD 같은 엔비디아 외 고객 판매가 늘고 있다고 전했습니다. JP모건은 SK하이닉스의 HBM 점유율이 지난해 60%에서 올해 46%, 내년 41%로 내려가고 삼성은 20%에서 34%, 39%로 올라갈 것으로 분석했습니다(출처: 머니투데이방송, HBM 점유율 격차 37%에서 17%). 같은 보도는 HBM으로 생산이 쏠리면서 DDR5 같은 범용 D램의 품귀 현상까지 나타난다고 짚습니다.
다음 격전지는 HBM4E입니다. 삼성전자는 5월 29일 12단 HBM4E 샘플을 업계 최초로 출하했고 핀당 최대 16Gbps를 제시했습니다. 16Gbps라면 2,048×16÷8로 약 4.1TB/s입니다. SK하이닉스도 3주 뒤 샘플 공급을 발표했고, 이 제품은 2027년 출시될 엔비디아 '루빈 울트라'에 탑재될 것으로 전망됩니다(출처: 뉴시스, 삼성 이어 3주 만에 SK하이닉스도 HBM4E 샘플 공급). 샘플을 내놓는 것과 수율을 확보해 양산하는 것은 별개의 문제라는 지적도 함께 나옵니다.
2026년 들어 삼성, SK하이닉스, 마이크론이 모두 HBM4 출하에 들어섰고, 점유율 격차가 좁혀지는 가운데 경쟁은 이미 HBM4E로 넘어갔습니다. 샘플 출하와 양산 수율은 별개라는 점이 변수입니다.
병렬이냐 직렬이냐, 인터페이스 설계자가 이 구조를 보는 방식
저는 이 구조를 볼 때마다 디스플레이 인터페이스를 다루던 초기의 일이 떠오릅니다. 처음 설계에 참여했던 디스플레이 모듈이 24비트 RGB 병렬 인터페이스였습니다. 데이터선만 수십 가닥이 넘는 케이블이었고, 클럭과 데이터 사이의 길이 편차(스큐)와 방사 노이즈에 한참 시달렸습니다.
이후 기술이 LVDS를 거쳐 MIPI와 eDP 같은 고속 직렬 인터페이스로 넘어갔고, 저는 "선을 줄이고 한 가닥의 속도를 올리는 것"이 정답인 줄 알았습니다. 그런데 HBM은 정반대로 갑니다. 선(I/O)을 2,048개까지 늘리고, 한 가닥의 속도는 오히려 낮춥니다.
모순처럼 보이지만 이유는 하나입니다. 거리입니다. 디스플레이 케이블은 수 센티미터에서 수십 센티미터를 가야 하니 선을 줄이고 속도를 올려 차동 신호로 가는 것이 유리하고, HBM은 프로세서 옆 수 밀리미터 거리에서 실리콘 인터포저 위로 이어지니 선을 아무리 많이 깔아도 부담이 작습니다. 거리가 짧으면 병렬이 유리하고 길면 직렬이 유리하다는, 인터페이스 설계의 오래된 원칙이 AI 시대의 최첨단 메모리에도 그대로 적용되고 있는 셈입니다. 결국 HBM4의 2,048개 I/O는 2.5D 패키징의 미세한 접합 기술 없이는 불가능한 숫자입니다. 이 부분은 패키징 편에서 마이크로범프와 인터포저로 다룬 내용입니다.
참고 링크
HBM의 기원은 의외로 오래됐습니다. SK하이닉스는 2013년 세계 최초로 HBM 1세대를 내놓은 이후 HBM3E까지 전 세대를 개발해 공급해온 회사라고 소개합니다.
당시 HBM1은 핀당 1Gbps에 1,024비트로 스택당 대역폭이 128GB/s였습니다. 삼성이 HBM4에서 제시한 최대 3.3TB/s와 비교하면 약 26배입니다. 13년 만에 대역폭이 26배로 불어난 것인데, 핀 수는 두 배, 나머지는 속도와 구조 혁신이 만든 결과입니다. 처음 나왔을 때는 틈새시장 제품 정도로 취급받던 메모리가 지금은 국내 기업의 분기 영업이익 100조 원 시대를 열었다는 사실이, 기술 하나가 산업의 중심으로 올라서는 데 걸리는 시간을 새삼 실감하게 합니다.
· 기사 링크: 삼성반도체이야기, 인포그래픽으로 보는 HBM4
· 뉴스 링크: 머니투데이방송, 삼성전자 분기 영업익 100조 시대
· 학회·표준 링크: JEDEC, 반도체 메모리 표준화 기구
· 논문 링크: 마이크로전자 및 패키징학회지, TSV(Through Silicon Via) 기술 동향
자주 묻는 질문 Q&A
Q1. HBM4가 HBM3E보다 핀당 속도가 낮다는 게 사실인가요?
JEDEC 표준 기준으로는 그렇습니다. HBM4 표준 8Gbps는 HBM3E 제품(9.6Gbps)보다 낮습니다. 하지만 I/O가 두 배라 총 대역폭은 오히려 커지고, 실제 양산 제품은 표준을 넘어 10~11.7Gbps로 나오고 있습니다.
Q2. HBM3E는 이제 쓸모가 없어지나요?
아닙니다. 삼성이 상반기에 HBM3E를 앞세워 구글과 AMD 같은 고객을 늘리며 점유율 격차를 좁혔다는 보도가 있을 만큼, HBM3E는 여전히 주력으로 팔리고 있습니다. 고객 시스템이 어느 세대를 요구하느냐에 따라 공급이 갈립니다.
Q3. HBM4E는 HBM4와 뭐가 다른가요?
삼성은 12단 샘플에서 핀당 최대 16Gbps를 제시했고, 이는 HBM4 대비 약 20% 향상이라고 알려졌습니다. SK하이닉스는 열 저항을 HBM4보다 약 17% 낮췄다고 밝혔습니다. 속도와 방열을 더 끌어올린 확장판이며, 2027년 엔비디아 '루빈 울트라'가 목표 고객으로 전해집니다.
Q4. '맞춤형(커스텀) HBM'은 무엇인가요?
HBM4부터 베이스 다이가 로직 공정으로 만들어지면서, 고객사가 필요한 기능을 베이스 다이에 직접 넣을 수 있게 된 제품입니다. 삼성은 2027년 고객 맞춤형 HBM 샘플링을 계획한다고 밝혔고, SK하이닉스도 맞춤형 HBM4E를 로드맵에 올려놨습니다.
Q5. HBM이 늘면 일반 PC 메모리 가격에도 영향이 있나요?
영향이 있다는 보도가 나옵니다. 생산 설비가 HBM에 쏠리면서 DDR5 같은 범용 D램 공급이 빠듯해지고 가격이 오른다는 설명입니다. 트렌드포스도 올해 3분기 D램 가격이 전분기보다 13~18% 오를 것으로 전망했습니다.
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결론
오늘 내용을 정리하면, HBM4는 HBM3E에서 데이터 I/O를 1,024개에서 2,048개로, 독립 채널을 16개에서 32개로 늘리고, 베이스 다이를 D램 공정에서 로직 공정으로 바꾼 6세대 제품입니다. 표준 기준 핀당 속도는 오히려 낮추면서 총 대역폭을 2배로 키웠고, 실제 제품은 10~13Gbps까지 올라 3TB/s대를 넘나듭니다.
저는 회로 설계자의 눈으로 이걸 "거리가 짧으면 넓고 느리게"라는 오래된 원칙의 새 버전이라고 읽습니다. 뉴스는 점유율과 영업이익이라는 숫자 위주로 흘러가지만, 그 숫자 밑에는 베이스 다이, TSV, 인터포저, 열 같은 구조의 선택이 깔려 있습니다. 이 구조를 한 번 이해하고 나면 다음에 HBM4E나 HBM5 소식을 볼 때도 어디가 진짜 변화인지 짚어낼 수 있을 겁니다.
본 글은 필자의 실무 경험과 공개된 자료·언론 보도를 바탕으로 작성한 참고용 정보이며, 특정 기업이나 종목에 대한 투자 권유가 아닙니다. 제품 사양과 시장 수치는 보도 시점 기준이며 이후 달라질 수 있으니, 의사결정 전에는 반드시 제조사 공식 발표와 최신 자료를 직접 확인하시기 바랍니다.