HBM 메모리 100만장 시대와 삼성·SK의 증설 경쟁

 

 

📑 목차

1. HBM 시장의 폭발적 성장, 무슨 일이?
2. 월 100만장 시대의 의미와 배경
3. 오픈AI 스타게이트 프로젝트의 충격
4. 삼성전자와 SK하이닉스의 대응 전략
5. HBM4와 1c D램 기술의 핵심
6. 수율 경쟁, 승부의 갈림길
7. 증설 전쟁의 실체와 투자 규모
8. 2029년을 향한 로드맵과 전망
9. 결론: 증설이 곧 경쟁력이다

💡 HBM 시장의 폭발적 성장, 무슨 일이?

요즘 반도체 업계에서 가장 뜨거운 화두가 뭐냐고 물으면 단연 HBM이라고 답할 수 있습니다. 고대역폭 메모리라는 이름답게 엄청난 속도로 데이터를 처리할 수 있는 이 기술이 AI 시대의 핵심 부품으로 떠오르면서, 전 세계가 주목하고 있거든요. 특히 최근 들어 시장 규모가 예상을 훨씬 뛰어넘는 속도로 커지고 있다는 점이 놀라운데요.

 

챗GPT를 비롯한 생성형 AI가 우리 일상 곳곳에 스며들면서 이를 구동하는 데이터센터의 수요도 폭발적으로 증가했습니다. 그리고 그 데이터센터의 심장부에는 바로 HBM이 자리 잡고 있죠. 엔비디아의 GPU 한 장에도 여러 개의 HBM이 탑재되는데, 이게 성능을 좌우하는 결정적 요소가 되면서 공급 부족 현상까지 나타나고 있는 상황입니다.

"현재 글로벌 HBM 월 생산량은 약 40만장 수준인데, 수요는 이미 100만장을 바라보고 있습니다. 이 격차를 메우는 것이 바로 지금 반도체 업계의 최대 과제입니다."

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🚀 월 100만장 시대의 의미와 배경

월 100만장이라는 숫자가 얼마나 어마어마한 규모인지 감이 안 오실 수도 있는데요. 현재 삼성전자와 SK하이닉스를 합친 생산량이 월 35만장 정도입니다[7]. 여기에 마이크론까지 포함해도 40만장 수준이죠. 그런데 앞으로 필요한 양이 100만장이라면, 사실상 지금보다 2.5배 이상 생산능력을 끌어올려야 한다는 뜻입니다.

 

이런 엄청난 수요 증가의 배경에는 AI 데이터센터의 급속한 확산이 있습니다. AMD가 발표한 MI400 GPU만 봐도 HBM 총용량이 432GB에 달하는데, 이는 36GB짜리 HBM4를 12개나 붙여야 한다는 계산이 나옵니다. 한 개의 1기가와트(GW) 데이터센터를 구축하려면 약 400만 개의 HBM이 필요하다는 분석도 나왔죠. 단순히 칩 개수만 따져도 어마어마한데, 이를 만들기 위해서는 수율을 고려하면 19만장 이상의 웨이퍼가 투입돼야 합니다.

💰 시장 전문가의 한마디

엔비디아만 해도 월 15만장의 HBM을 필요로 하고 있으며, 이는 전체 수요의 일부에 불과합니다. AI 혁명이 본격화되면서 메모리 반도체 시장의 패러다임 자체가 바뀌고 있는 겁니다.

⚡ 오픈AI 스타게이트 프로젝트의 충격

2025년 10월, 반도체 업계에 지각변동을 일으킨 소식이 하나 들려왔습니다. 챗GPT를 만든 오픈AI의 샘 올트먼 CEO가 삼성전자와 SK하이닉스에 협력 의향서를 제시하며 월 90만장의 HBM 공급을 요청한 것인데요. 이는 단순한 구매 제안이 아니라 향후 4년간 5천억 달러, 우리 돈으로 약 700조 원 규모의 슈퍼컴퓨터와 데이터센터를 건설하는 스타게이트 프로젝트의 일환이었습니다.

 

이 숫자가 얼마나 충격적이었냐면, 김용범 대통령실 정책실장이 직접 브리핑에서 "지금 SK와 삼성이 운영하는 공장을 이론적으로만 봐도 두 배 정도고, 공장을 새로 지어야 된다"고 언급할 정도였습니다. 실제로 현재 두 회사가 구형 D램 공정을 최대한 HBM으로 전환한다 해도 90만장을 맞추려면 대규모 신규 공장 건설이 불가피한 상황이죠.

 

특히 주목할 점은 공급 시점이 2029년이라는 것입니다. 이는 AI 반도체 호황이 단기간에 끝나지 않고 최소한 2029년까지, 어쩌면 2030년대 초반까지도 이어질 것이란 강력한 신호로 받아들여지고 있습니다. 모건스탠리는 메모리 반도체 사이클이 2027년에 정점을 찍을 것으로 예상했지만, 오픈AI의 이번 요청을 보면 그 이후에도 수요가 견조하게 유지될 가능성이 높아 보입니다.

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🏭 삼성전자와 SK하이닉스의 대응 전략

이런 어마어마한 수요 앞에서 삼성전자와 SK하이닉스는 각자의 방식으로 대응 전략을 세우고 있습니다. 삼성전자는 평택 4공장에서 약 10만장의 웨이퍼를 증산할 수 있는 역량을 갖추고 있으며, 5공장 공사도 속도를 내고 있습니다. 특히 HBM4 샘플 제품을 엔비디아에 집중적으로 공급하면서 퀄리피케이션 테스트 통과에 사력을 다하고 있죠.

 

삼성의 전략은 풍부한 생산능력을 활용하는 것입니다. 월 1만장 정도 생산하던 것을 2배 가까이 올려 샘플을 대량으로 만들어내는 방안까지 타진하고 있다고 하는데요. 이는 수율이 아직 완벽하지 않더라도 물량으로 승부를 보겠다는 의지의 표현으로 해석됩니다. HBM에서 다소 뒤처졌던 삼성이 반등을 노리는 결정적 시기인 만큼, 내년을 'HBM 반등의 해'로 만들기 위해 총력을 기울이고 있는 상황입니다.

 

반면 SK하이닉스는 이미 HBM 시장에서 선두를 달리고 있는 만큼 기존 우위를 더욱 공고히 하는 전략을 취하고 있습니다. M14와 M16을 중심으로 1c D램 양산 체제에 돌입하고, M15에는 내년까지 HBM용 1b D램 설비를 월 6만5천~7만장 규모로 신규 구축하는 계획을 진행 중입니다. 이미 1c D램 수율이 상반기에 80%를 넘겼다는 점은 SK하이닉스의 기술력을 보여주는 대목이죠.

⚠️ 증설 경쟁의 핵심 포인트

단순히 공장을 늘리는 것만으로는 부족합니다. 최신 공정 기술을 적용한 설비를 갖추고, 동시에 수율을 빠르게 끌어올리는 것이 진짜 경쟁력입니다. 증설 속도와 기술 완성도, 두 마리 토끼를 모두 잡아야 하는 어려운 싸움이죠.

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🔬 HBM4와 1c D램 기술의 핵심

HBM4는 차세대 고대역폭 메모리의 결정판이라고 할 수 있습니다. 기존 HBM3보다 성능이 크게 향상됐고, 12단으로 칩을 쌓아 올리는 구조를 채택했죠. 이렇게 수직으로 쌓는 방식은 제한된 공간에서 최대한의 성능을 뽑아내기 위한 것인데, 문제는 이 과정이 엄청나게 까다롭다는 겁니다. 각 층을 관통하는 실리콘관통전극(TSV) 기술이 필수적이고, 층을 쌓을 때마다 불량 가능성이 누적되기 때문에 수율 관리가 정말 중요합니다.

 

1c D램은 HBM의 기본 재료가 되는 메모리 칩입니다. 여기서 '1c'라는 건 10나노미터대 공정 중에서도 가장 미세한 공정을 의미하는데요. 칩을 더 작게 만들수록 하나의 웨이퍼에서 더 많은 칩을 생산할 수 있지만, 동시에 제조 난이도는 기하급수적으로 올라갑니다. 특히 HBM용 D램은 TSV 때문에 일반 D램보다 면적이 커서 웨이퍼 한 장당 500개 전후의 다이만 만들어진다고 하네요.

 

삼성전자는 전영현 부회장의 지시로 1c D램을 재설계했습니다. '더미 셀'이라고 불리는 예비 소자의 수를 늘려서 불량이 생겨도 대체할 수 있는 여지를 만든 것인데요. 이런 노력 덕분에 콜드 테스트 수율이 60~70%대까지 올라왔다는 소식도 들립니다. 하지만 아직 엔비디아의 까다로운 퀄 테스트를 통과해야 하는 관문이 남아 있죠.

📊 수율 경쟁, 승부의 갈림길

반도체 산업에서 수율은 곧 수익성과 직결됩니다. 같은 웨이퍼를 투입해도 얼마나 많은 정상 제품을 뽑아내느냐에 따라 원가가 천차만별로 달라지거든요. 특히 HBM처럼 복잡한 구조를 가진 제품에서는 수율이 더욱 중요한데, 현재 삼성전자와 SK하이닉스 사이에 상당한 격차가 있는 것으로 알려져 있습니다.

 

삼성전자의 HBM4용 1c D램 수율은 현재 40~50% 수준으로 추정되는데요[3], 이는 웨이퍼 한 장에서 기대할 수 있는 칩의 절반 정도만 정상품으로 나온다는 의미입니다. 12단으로 쌓는 HBM4의 특성상 극단적으로 수율이 100%라 해도 웨이퍼 한 장당 41개의 완성품이 나오는데, 수율이 35%대라면 겨우 14개만 건질 수 있다는 계산이 나옵니다. 게다가 최종 결합 후의 HBM 수율도 아직 높지 않다고 하니, 삼성으로서는 빠른 개선이 절실한 상황이죠.

 

반면 SK하이닉스는 1c D램 수율이 상반기에 이미 80%를 돌파했습니다[8]. 이 정도면 상용화에 충분한 수준이고, 실제로 엔비디아에 HBM3E를 안정적으로 공급하면서 시장 지배력을 키워나가고 있습니다. 물론 SK하이닉스도 신규 공정을 도입할 때마다 초기에는 수율 문제를 겪지만, 축적된 노하우를 바탕으로 빠르게 개선해나가는 역량을 보여주고 있죠.

"수율 1%를 올리는 것이 공장 하나를 새로 짓는 것보다 효과적일 수 있습니다. 증설도 중요하지만 기존 라인의 효율을 극대화하는 것이 선행돼야 하는 이유죠."

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🏗️ 증설 전쟁의 실체와 투자 규모

월 90만장이라는 목표를 달성하려면 단순히 기존 설비를 풀가동하는 것만으로는 불가능합니다. 신규 공장 건설과 최신 장비 도입이 필수적인데, 이에 드는 비용이 만만치 않습니다. 오픈AI와의 협력 규모만 봐도 HBM 공급 금액이 최대 100조 원에 달할 것으로 예상되는데[2][6], 이를 위해 양사가 투입해야 할 설비 투자 금액도 수십조 원대가 될 것으로 보입니다.

 

삼성전자는 평택 캠퍼스를 HBM 생산의 전진기지로 삼고 있습니다. 평택 4공장의 증산과 함께 5공장 건설에도 박차를 가하고 있는데요, 여기에 더해 기존 D램 라인 중 일부를 HBM 전용으로 전환하는 작업도 병행하고 있습니다. 문제는 단순히 건물을 짓는 것만이 아니라 첨단 장비를 들여와야 한다는 점입니다. 특히 TSV 공정에 필요한 장비나 적층 패키징 장비는 수요 폭증으로 인해 발주부터 납품까지 1년 이상 걸리는 경우도 있다고 하네요.

 

SK하이닉스는 이천의 M14, M15, M16 라인을 중심으로 증설을 진행하고 있습니다. 특히 M15에는 내년까지 월 6만5천~7만장 규모의 HBM용 1b D램 설비를 새로 구축할 계획인데요[8], 이는 차세대 HBM 수요에 대응하기 위한 선제적 투자입니다. 또한 용인에 건설 중인 신규 반도체 클러스터도 장기적으로 HBM 생산능력 확대에 기여할 것으로 예상됩니다.

🎯 증설의 딜레마

너무 빨리 늘리면 과잉 투자 위험이 있고, 너무 느리면 시장 기회를 놓칩니다. 2029년이라는 명확한 타깃이 제시된 지금, 양사는 적절한 투자 타이밍을 저울질하며 신중하면서도 과감한 결정을 내리고 있습니다.

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🔮 2029년을 향한 로드맵과 전망

2029년까지 약 4년이 남았습니다. 짧다면 짧고 길다면 긴 시간인데, 이 기간 동안 삼성전자와 SK하이닉스는 단계적으로 생산능력을 끌어올려야 합니다. 2026년까지 HBM4 양산을 안정화하고, 2027~2028년에는 본격적인 물량 공급 체제를 갖춘 뒤, 2029년에 월 90만장 공급이라는 목표를 달성하는 것이 대략적인 로드맵이죠.

 

흥미로운 점은 메모리 반도체 사이클 정점에 대한 전망이 계속 뒤로 밀리고 있다는 것입니다. 당초 업계에서는 2026년 말쯤 정점을 찍을 것으로 봤지만, 모건스탠리는 2027년으로 예상했고, 이번 오픈AI 프로젝트를 보면 2030년까지도 견조한 수요가 유지될 가능성이 높아 보입니다. 이는 반도체 업체들에게 매우 긍정적인 시그널인데, 수요 둔화를 걱정하지 않고 대규모 투자를 단행할 수 있는 명분이 생긴 셈이니까요.

 

물론 변수도 많습니다. 우선 엔비디아의 차세대 GPU 아키텍처가 어떻게 설계되느냐에 따라 HBM 수요 패턴이 달라질 수 있고, AMD나 인텔 같은 경쟁사들의 움직임도 영향을 미칠 겁니다. 또한 중국의 자체 AI 반도체 개발이나 새로운 메모리 기술의 등장 같은 예상치 못한 변화도 가능하죠. 하지만 적어도 2020년대 후반까지는 HBM이 AI 컴퓨팅의 핵심 부품으로 자리매김할 것이라는 데는 이견이 없어 보입니다.

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✨ 결론: 증설이 곧 경쟁력이다

HBM 100만장 시대는 더 이상 먼 미래의 이야기가 아닙니다. 오픈AI의 스타게이트 프로젝트를 필두로 글로벌 빅테크 기업들이 대규모 AI 인프라 투자에 나서면서, 메모리 반도체 수요는 예상을 뛰어넘는 속도로 증가하고 있습니다. 현재 월 40만장 수준인 글로벌 생산능력을 2.5배 이상 늘려야 하는 상황에서, 삼성전자와 SK하이닉스는 생존을 넘어 시장 지배력 강화를 위한 치열한 경쟁에 돌입했습니다.

 

이 경쟁의 핵심은 바로 '증설'입니다. 단순히 공장을 많이 짓는다고 되는 것이 아니라, 최신 공정 기술을 빠르게 안정화하고, 높은 수율을 달성하면서, 동시에 생산능력을 확대해야 하는 삼중 과제를 해결해야 합니다. SK하이닉스는 선두 주자로서의 위치를 더욱 공고히 하려 하고, 삼성전자는 추격자에서 동반 선두로 도약하려는 의지를 불태우고 있죠.

 

2029년, 그리고 그 이후까지 이어질 AI 반도체 슈퍼사이클 속에서 한국 메모리 반도체 산업이 어떤 성과를 낼지 기대가 됩니다. 기술력과 생산능력, 그리고 과감한 투자가 어우러질 때 비로소 진정한 경쟁력이 탄생할 것입니다. 증설이 곧 경쟁력인 시대, 우리 반도체 기업들의 선전을 응원합니다.

💬 여러분의 생각은 어떠신가요?

HBM 시장의 폭발적 성장이 우리 경제에 어떤 영향을 미칠까요? 삼성과 SK하이닉스 중 누가 더 유리한 위치를 선점할 것 같으신가요? 아래 댓글로 여러분의 의견을 들려주세요. 이 글이 도움이 되셨다면 공유와 구독도 부탁드립니다!

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