AI와 함께 떠오르는 HBM 반도체 개념, 관련주 정리

AI 인공지능 시장이 커지면서 함께 주목받고 있는 반도체가 있습니다. 바로 HBM입니다. 인공지능 붐과 함께 HBM 주식의 주가도 많이 올라 화제가 되었습니다. 주식 투자자라면 도대체 HBM이 인공지능과 어떤 관계가 있기에 떠오르고 있는지 알아볼 필요가 있습니다. 오늘은 유튜브 ‘한균수경제사용설명서’ 중 HBM 관련 영상을 참고하여 HBM 반도체 뜻, 관련주 등을 정리해보겠습니다.

HBM 반도체 알아보기

HBM 반도체 현 상황

HBM 반도체는 AI 인공지능 개발의 필수재입니다. 얼마 전 엔비디아의 주가가 고공행진하면서 이슈가 되었는데, 엔비디아의 주가가 치솟을 수 있었던 이유는 A100과 H100 때문입니다. A100이 80기가 기준 3천만원, H100이 80기가 기준 6천만원 정도인데, 이것도 없어서 못팔고 있기 때문에 중고가는 더욱 비쌉니다. A100과 H100 덕에 마진이 많이 남게 된 엔비디아의 실적은 엄청나게 올라갔고, 이것이 주가에 고스란히 반영이 되었습니다.

그렇다면 엔비디아의 GPU와 HBM 반도체는 어떤 관계가 있는 걸까요? A100과 H100에 들어가는 메모리 반도체가 바로 오늘 주제로 다루고 있는 HBM입니다. HBM 시장은 점점 더 커지고 있고 공급이 수요를 따라가지 못하고 있는 상태입니다.(관련 기사) 덕분에 HBM 반도체 최강자로 불리는 SK 하이닉스의 주가도 함께 치솟았습니다.

현재 HBM 반도체 시장 점유율을 살펴보면, SK하이닉스가 50%, 삼성이 40%, 미국의 마이크론이 10% 정도 차지하고 있습니다. 그러나 4세대인 HBM3, 5세대인 HBM3E와 같은 신제품은 하이닉스가 거의 독점하고 있습니다. 삼성과 마이크론의 수율과 품질이 상대적으로 떨어지기 때문입니다. 그래서 HBM3E(5세대)까지는 하이닉스가 계속 앞서나갈 것으로 예상됩니다. 삼성에서도 추격을 하기 위해 HBM 연구팀을 따로 꾸리는 등 열심히 달리고 있지만, 격차를 좁히기는 쉽지 않아 보입니다. 삼성에서는 6세대 HBM4로 판도를 뒤집어보겠다라고 이야기했지만, 상황이 어떻게 전개될 지는 계속 지켜보아야겠습니다.

HBM 반도체는 무엇인가?

HBM은 High Brandwidth Memory의 약자로서, 고대역폭 메모리 반도체라는 뜻입니다. 메모리 반도체의 한 종류이고, D-ram을 여러 개 쌓아서 만듭니다. HBM이 인공지능 데이터 처리에 효과적인 이유는 한 번에 처리할 수 있는 데이터의 양이 엄청나기 때문입니다. 인공지능 같은 경우 간단한 문제를 동시에 여러 개 빠르게 처리할수록 효과적인데, HBM이 그 역할을 톡톡히 하고 있는 것입니다.

많은 데이터를 한 번에 처리하려면 I/O(입출력)가 많아야 합니다. 이는 고속도로 차선으로 비유하여 설명할 수 있습니다. 고속도로 차선이 왕복 2차선일 때와 왕복 10차선일 때 중, 어느 곳 도로가 더 막힐까요? 바로 왕복 2차선입니다. 차가 다닐 수 있는 입출력 공간이 2개밖에 없기 때문에 많은 양의 차를 한 번에 소화할 수가 없습니다. 하지만 고속도로 차선이 왕복 10차선이라면 더 많은 차량이 보다 빠르게 도로를 통과할 수 있습니다. 입출력이 많다는 건 고속도로 차선이 늘어나는 효과와 같다고 할 수 있습니다. 기존의 GDDR은 I/O 수가 384개인 반면, HBM은 I/O 수가 4096개로 훨씬 많습니다. 그러다보니 HBM은 한 번에 처리할 수 있는 데이터의 양이 많아, 데이터 처리 속도가 훨씬 빠릅니다.

HBM3는 TSV 공법으로 12개의 D램을 서로 연결하여 한 번에 많은 양의 데이터를 처리할 수 있도록 합니다. TSV공법은 D램 반도체들 간에 실리콘 통로를 만들어 엘리베이터와 같은 역할을 하도록 합니다. HBM의 기술력은 ‘총 높이는 높이지 않으면서 얼마나 더 높은 층수로 쌓을 수 있는가?’에서 판가름됩니다. 일반적으로 D램 반도체를 쌓으면 쌓을수록 높이가 높아질 수밖에 없습니다. 높이는 일정하게 유지하면서 반도체를 많이 쌓기 위해 반도체의 두께를 얇게 만드는 방법을 활용합니다. 현재도 종이만큼 얇은 상태이기 때문에, 같은 높이를 유지하면서 이보다 더 높은 층수로 쌓는 것이 과연 가능할지에 대해 의문을 품는 사람들도 많습니다.

HBM 반도체가 들어가는 GPU는 무엇인가?

GPU를 CPU와 비교하면서 설명드리도록 하겠습니다. 기존 CPU의 강자는 인텔, GPU의 강자는 엔비디아입니다. CPU는 데이터를 직렬로 하나씩 순차적으로 처리합니다. 그래서 어려운 연산을 쉽게 처리하지만, 시간이 다소 오래 걸립니다. CPU는 ‘소수의 엘리트 일꾼’으로 비유할 수 있습니다. GPU는 대량의 데이터를 병렬로 한 번에 처리하기 때문에 매우 빠릅니다. GPU는 ‘수천 개의 일반 일꾼’으로 비유할 수 있습니다. 인공지능은 복잡한 문제보다는 간단한 수만 개의 문제를 처리합니다. 따라서 인공지능에는 GPU가 훨씬 유리합니다.

2012년 인공지능 권위자 Andrew Ng 앤드류 응 교수는 ‘CPU(엘리트 일꾼) 여러 개를 모아서 서버를 돌리면 속도가 훨씬 빨리지지 않겠느냐’는 가설을 제시하여 구글과 협력하여 연구를 진행했습니다. 실제로 CPU 1000개를 병렬로 연결해보니 속도가 정말 좋았습니다. 하지만 비용 문제가 큰 단점으로 다가왔습니다. 만드는 데에만 50억이 소요되었고, 전략소비량도 60만W로 엄청났습니다.

엔비디아에서 이를 보고 일반 일꾼을 더 많이 모아서 똑같은 성능의 GPU를 1억 안에 만들어보겠다고 이야기했습니다. 처음에는 모두 ‘저게 어떻게 가능해?’라고 생각했지만, 엔비디아는 이를 해냈습니다. GPU 가속화 서버 3대를 제작하여 단돈 3천만원에 똑같은 성능의 GPU를 만들었습니다. 전력소비량도 4000W로 훨씬 적었습니다. 이후 인공지능 분야는 GPU가 장악을 하게 됩니다. GPU 점유율은 엔비디아가 90%를 장악하고 있습니다. 엔비디아, 미래가 굉장히 기대되는 회사입니다.

HBM 관련주 정리

엔비디아와 HBM이 이슈화되면서 작년말부터 HBM 관련 주식들이 시장의 주목을 받고 있습니다.

HBM 관련주로는 HBM 시장을 장악하고 있는 SK하이닉스와 삼성전자가 있습니다. 중소형주 탑은 단연 한미반도체입니다. 한미반도체의 TC Bonder 장비는 세계에서 최고로 인정해주고 있는 만큼 다른 HBM 관련주에 비해 한미반도체는 여전히 상승한 자리를 지키고 있습니다. 이 외에 원팩, 피에스케이홀딩스, 오픈엣지테크놀로지, 코세스, 원팩, 기가비스 등이 있습니다.

이 글을 마치며

지금까지 HBM 반도체의 현 상황과 HBM 반도체와 GPU의 개념, HBM 관련주들을 정리해보았습니다. 이렇게 공부해보니 HBM이 요즘 왜 뜨고 있는지 단숨에 이해할 수 있었습니다. HBM 반도체 공부를 하면서 HBM 반도체 경쟁에서 승자가 될 기업은 어디인지 계속 살펴봐야겠다는 생각이 들었고, 기술력이 어느 정도까지 끌어올려질 수 있을지 기대가 되기도 하였습니다. 또한 우리나라에서, 그것도 2개의 기업이 HBM 반도체 최강자라는 사실이 자랑스럽기도 합니다. SK하이닉스, 삼성전자 화이팅!