[칩톡]본격화하는 'HBM4 패권 전쟁'…누가 주도권 먼저 잡나

삼성·SK하이닉스·마이크론 3강 구도
'HBM4' 공급으로 판도 바꾸겠다
1c D램 기술로 체급 높이겠단 삼성
내년 HBM 공급 과잉, 가격 하락 우려도

인공지능(AI) 반도체 패권 전쟁의 서막이 올랐다. 전 세계적으로 AI 수요가 늘어나는 시점에서 누가 먼저 안정적인 6세대 고대역폭메모리(HBM)인 HBM4를 고객사에 대량 공급하는지가 차세대 반도체 시장의 주도권을 가를 핵심 변수로 떠올랐다.

산업계에 따르면 글로벌 메모리 3강인 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론은 모두 올해 하반기부터 HBM4 제품을 양산하기 위해 막판 기술 개발에 매진하고 있다. 이미 SK하이닉스와 마이크론은 상반기 HBM4 12단 샘플을 주요 고객사에 공급한 상황이다. 두 업체가 공급한 고객사에는 HBM 주요 수요처인 엔비디아 등이 포함된 것으로 보고 있다.

추격자인 삼성전자도 발등에 불이 떨어졌다. 삼성전자는 HBM3E의 엔비디아 품질 테스트를 넘지 못한 상황에서 동시에 HBM4 개발을 반전 카드로 삼고 있다. 업계 관계자는 "올해 반도체 실적이 좋지 않은 삼성전자가 반등을 노릴 수 있는 마지막 기회로 HBM4를 보고 있다"며 "HBM3E 공급에는 뒤처졌지만 HBM4를 먼저 양산하게 된다면 시장 판도를 뒤집을 수 있다고 보는 것"이라고 설명했다.

세 업체는 HBM4와 관련해 서로 다른 전략을 취하고 있다. 삼성전자는 회심의 무기를 10㎚(1㎚=10억분의 1m)급 6세대(1c) D램으로 보고 있다. 10㎚급 D램 공정 기술은 '1x(1세대)·1y(2세대)·1z(3세대)·1a(4세대)·1b(5세대)' 순으로 개발되는데 6세대인 1c 공정으로 갈수록 공정 난도가 올라가고 용량과 성능이 향상된다. 1c D램 기반의 HBM4는 성능과 전력 효율에서 1b 기반 제품보다 우위에 있다. 삼성전자가 1c D램 개발에 성공해 HBM4를 공급하게 된다면 5세대(1b) 기반으로 HBM4를 양산하는 SK하이닉스보다 더 체급을 올릴 수 있게 된다.

관건은 삼성전자가 HBM4를 계획대로 양산할 수 있느냐다. 이미 2026년 HBM 시장의 공급 과잉이 예상되고 있는 상황에서 공급망 주도권을 잡는 것이 어느 때보다 중요해졌기 때문이다. 그간 SK하이닉스는 HBM3E에서 시장 점유율 70%가량의 독점적 공급자 지위를 유지해왔는데, 내년 HBM4로 넘어가면 가격 프리미엄을 유지하기 어려워질 것이라는 분석도 나온다. 최근 미국 투자은행 골드만삭스는 보고서를 통해 내년 HBM 평균 가격이 올해보다 약 10% 하락할 것이라고 전망했다. 국내 증권사들도 잇달아 내년 HBM 가격 전망치를 하향 조정하고 있다.

이런 가운데 삼성전자가 올 3분기 HBM4 샘플을 엔비디아 등 주요 고객사에 전달할 것이라는 관측이 나온다. 업계에서는 최근 1c 공정 수율이 50% 수준까지 개선됐다고 전해진다. 올해 HBM4가 탑재될 엔비디아의 차세대 제품인 '루빈'이 내년에 출시될 것으로 전망되는 가운데 공급을 위한 마지노선이 더욱 다가오고 있는 상황이다.

일각에서는 SK하이닉스가 주도권을 놓치지 않을 것이라는 전망도 나온다. 이미 HBM 시장에서 경쟁 우위를 가진 SK하이닉스가 수율 확보와 엔비디아 등 고객사와의 협력 관계 등에서 노하우를 갖고 있을 것이라는 해석이다. SK하이닉스는 지난 24일 2분기 실적 발표에서 HBM 매출에 힘입어 사상 최대 분기 실적 달성을 알리기도 했다. 회사는 올해 HBM 출하량을 전년 대비 약 2배로 성장시킬 계획이며 투자 규모도 대폭 확대할 예정이라고 강조했다.

마이크론은 HBM 시장에서의 점유율을 늘리며 빠르게 몸집을 키워가고 있다. 그간 세계 HBM 시장은 SK하이닉스(53%)와 삼성전자(39%)가 90% 이상을 점유해왔는데, 10% 이내 수준이었던 마이크론의 점유율이 두 자릿수대까지 올라갈 것이라는 관측이 나온다. 시장조사업체 트렌드포스는 올해 마이크론의 HBM 시장 점유율이 20%에 육박할 것으로 전망하기도 했다. 마이크론은 HBM4 역시 여러 고객사에 샘플을 공급한 상태이며 1b D램을 기반으로 개발에 매진 중이다.

반도체 적층 기술인 '하이브리드 본딩' 기술 경쟁도 치열하다. 고사양 HBM은 D램을 많이 쌓기 때문에 칩 전체 두께를 얇게 만들 수 있는 하이브리드 본딩 기술이 필수적이라는 분위기다. 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론은 모두 차세대 HBM에 하이브리드 본딩을 적용할 예정이다. 삼성전자는 7세대 HBM인 'HBM4E' 16단에 TC 본딩과 하이브리드 본딩을 모두 활용하고, 8세대 'HBM5' 20단부터는 양산에 본격 적용하겠다고 밝혔다. SK하이닉스는 HBM4에는 기존 공정을 유지하고, 20단 HBM4E부터 하이브리드 본딩을 도입할 계획인 것으로 알려졌다.

박준이 기자 giver@asiae.co.kr