HBM4 삼성전자 물량 확보! SK하이닉스 수율 앞세운 AI 반도체 경쟁

 

📋 목차

• 서론: AI 시대를 여는 메모리 대전
• HBM4가 뭐길래? 차세대 기술의 핵심
• SK하이닉스의 전략: 수율 70%의 안정성
• 삼성전자의 역습: 1c 공정과 물량 공세
• 베이스다이 전쟁: 게임 체인저의 등장
• 시장 점유율 전쟁: 누가 엔비디아를 잡을까?
• 기술적 차별화: 적층기술과 전력효율
• 미래 전망: 500억 달러 시장의 향방
• 결론: 한국 반도체의 새로운 전기

지난 10월 22일, 서울 코엑스에서 열린 '반도체대전(SEDEX) 2025'에서 삼성전자와 SK하이닉스가 나란히 HBM4 실물을 공개했습니다. 이 순간은 단순한 전시회가 아니라, 2026년 500억 달러 규모로 성장할 AI 메모리 시장의 패권을 두고 벌이는 본격적인 전쟁의 시작이었죠.

요즘 AI 붐이 거세게 불면서 반도체 업계도 뜨거워지고 있는데요. 특히 엔비디아의 AI 가속기에 들어가는 고대역폭메모리(HBM)가 진짜 핵심 부품으로 떠올랐습니다. 그런데 이 HBM도 세대가 빠르게 진화하고 있어요. HBM3E까지는 SK하이닉스가 압도적으로 시장을 장악했는데, 이제 곧 양산될 6세대 HBM4부터는 판도가 완전히 달라질 수 있다는 전망이 나오고 있습니다.

SK하이닉스는 올해 9월 세계 최초로 HBM4 개발 완료를 선언하며 선수를 쳤고, 삼성전자는 연말 양산을 목표로 기술력과 생산능력을 총동원하고 있습니다. 두 회사 모두 국제반도체표준협의기구가 정한 기준을 훌쩍 뛰어넘는 성능을 자랑하며 엔비디아의 차세대 GPU '루빈'을 겨냥하고 있죠.

"HBM4 개발 완료는 업계에 새로운 이정표가 될 것입니다. 고객이 요구하는 성능, 에너지 효율, 신뢰성을 모두 충족하는 제품을 적시에 공급해 AI 메모리 시장 경쟁 우위를 확보하겠습니다." - 조주환 SK하이닉스 HBM 개발 담당 부사장

이번 HBM4 경쟁은 단순히 메모리 성능을 높이는 차원을 넘어섭니다. 베이스다이에 파운드리 공정이 도입되면서 시스템 반도체 기술까지 필요해졌거든요. SK하이닉스는 세계 1위 파운드리 TSMC와 손잡았고, 삼성전자는 자체 파운드리와 시스템LSI 인력을 투입해 종합 반도체 역량을 과시하고 있습니다.

 

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🔬HBM4가 뭐길래? 차세대 기술의 핵심

HBM4가 왜 이렇게 중요한 걸까요? 먼저 기본적인 이해가 필요한데요. HBM은 여러 개의 D램 칩을 수직으로 쌓아 올려서 데이터 처리 속도를 엄청나게 높인 메모리입니다. 일반 D램보다 훨씬 빠르게 대량의 데이터를 처리할 수 있어서 AI 서버처럼 복잡한 연산이 필요한 곳에서 필수적이죠.

HBM4는 이전 세대와 비교하면 정말 엄청난 발전을 이뤘습니다. 데이터 전송 통로인 I/O 단자 수가 1024개에서 2048개로 두 배가 됐어요. 덕분에 대역폭이 2TB/s까지 올라가면서 초당 처리할 수 있는 데이터량이 기하급수적으로 늘어났습니다. 전력 효율도 40% 이상 개선됐고요.

삼성전자는 최대 11Gbps의 동작속도를 구현했다고 밝혔고, SK하이닉스는 10Gbps 이상이라고 발표했습니다. 둘 다 JEDEC 표준인 8Gbps를 훌쩍 넘는 수치죠. 이런 고성능이 필요한 이유는 명확합니다. 엔비디아가 HBM4를 만드는 업체들에게 10Gbps 수준의 동작속도를 요구하고 있거든요.

성능 수치로 본 HBM4의 진화

구체적인 수치를 보면 더 명확합니다. 삼성전자의 HBM4는 스택당 대역폭이 최대 2.8TB/s이고, SK하이닉스는 2.6TB/s입니다. 둘 다 JEDEC 표준인 2.0TB/s를 크게 웃도는 성능이죠. 이 정도면 트릴리언 파라미터 규모의 AI 모델도 실시간으로 처리할 수 있는 수준입니다.

발열 문제도 중요한데요. HBM3E 때 발열로 고전했던 삼성전자는 이번에 방열 성능을 특히 강조했습니다. SK하이닉스 역시 전력 효율을 40% 이상 끌어올렸다고 밝히면서 두 회사 모두 에너지 효율성에서 동등한 수준을 보여주고 있습니다.

 

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🎯SK하이닉스의 전략: 수율 70%의 안정성

SK하이닉스는 현재 HBM 시장에서 압도적인 위치에 있습니다. 올해 2분기 기준으로 시장 점유율이 무려 62%나 되거든요. 그리고 올해 3분기에는 사상 처음으로 분기 영업이익 10조원을 돌파할 것으로 예상됩니다. HBM이 얼마나 대박 상품인지 알 수 있죠.

SK하이닉스의 HBM4 전략은 한마디로 '안정성'입니다. 이미 시장에서 검증된 어드밴스드 MR-MUF 공정과 10나노급 5세대(1b) D램 기술을 그대로 적용해서 양산 과정의 리스크를 최소화했어요. 새로운 기술을 도입하면 성능은 좋을 수 있지만 수율이 떨어지는 위험이 있거든요. SK하이닉스는 이미 70% 이상의 수율을 확보했다고 알려져 있습니다.

지난 3월에는 세계 최초로 12단 HBM4 샘플을 엔비디아에 조기 공급하는 성과를 거뒀습니다. 5월 컴퓨텍스 2025에서 HBM4 샘플을 전시했을 때는 젠슨 황 엔비디아 CEO가 직접 SK하이닉스 부스를 찾아 "HBM4를 잘 지원해달라"고 말하기도 했죠. 이미 최종 제품 공급이 사실상 확정된 것 아니냐는 해석도 나왔습니다.

TSMC와의 전략적 동맹

SK하이닉스의 가장 큰 무기는 TSMC와의 협력입니다. HBM4부터는 베이스다이를 파운드리 공정으로 만드는데, SK하이닉스는 자체 파운드리 시설이 없어서 TSMC의 12나노 공정을 활용하기로 했어요. TSMC는 세계 1위 파운드리 기업이니까 기술력은 검증됐죠.

다만 이 전략에도 약점은 있습니다. TSMC에 베이스다이 생산을 외주로 맡기다 보니 비용이 상당히 높아졌거든요. 업계에서는 HBM4 전체 단가에서 로직다이가 차지하는 비중이 20%대에 이를 것으로 추산하고 있습니다. 가격은 HBM3E보다 30% 정도 비싸질 것 같은데, 실제 수익성은 생각보다 높지 않을 수 있다는 얘기죠.

 

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⚡삼성전자의 역습: 1c 공정과 물량 공세

삼성전자는 HBM3E에서 좀 밀렸던 게 사실입니다. 엔비디아 품질 테스트 통과가 늦어지면서 시장 점유율이 17%까지 떨어졌거든요. 하지만 HBM4에서는 상황이 완전히 다릅니다. 삼성전자는 이번에 정말 전사적인 역량을 총동원하고 있어요.

삼성전자의 핵심 전략은 더 앞선 공정 기술입니다. SK하이닉스가 10나노급 5세대(1b) 공정을 사용하는 반면, 삼성전자는 한 단계 더 진보한 6세대(1c) 나노 공정을 선제 적용했습니다. 더 미세한 공정을 쓰면 칩 집적도가 높아지고 성능도 더 좋아지거든요.

최근 보도에 따르면 삼성전자는 HBM4용 1c D램에서 수율 50%를 달성했다고 합니다. 아직 SK하이닉스의 70%보다는 낮지만, 내부적으로는 이미 70% 이상으로 끌어올렸다는 보고도 나왔어요. 로직다이 수율은 무려 90%까지 올라왔다고 하니 양산 준비는 거의 끝난 셈이죠.

자체 파운드리의 강점

삼성전자의 가장 큰 무기는 뭘까요? 바로 메모리, 시스템반도체, 파운드리를 모두 가진 종합 반도체 기업이라는 점입니다. 베이스다이를 외부에 맡기는 SK하이닉스와 달리, 삼성전자는 자체 파운드리 4나노 공정으로 직접 생산합니다. 더 미세한 공정이니까 성능 면에서도 유리하고, 비용도 절감할 수 있죠.

게다가 시스템LSI 사업부에서 시스템 반도체 설계 경험이 풍부한 인력들을 메모리 부문으로 대거 이동시켰습니다. 로직다이에 고객 맞춤형 기능을 넣으려면 설계 능력이 중요한데, 이 부분에서 삼성전자가 SK하이닉스와 TSMC보다 우위에 있다는 평가도 있어요.

생산능력 확대도 적극적입니다. 평택 P4 공장을 중심으로 HBM4 전용 생산라인을 구축하고 있고, 네덜란드 ASML에서 최신 하이-NA EUV 노광 장비 5대를 추가로 구매했습니다. 총 10대가 넘는 EUV 장비로 물량 공세를 펼칠 준비를 하고 있는 거죠.

 

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🧠베이스다이 전쟁: 게임 체인저의 등장

HBM4에서 가장 큰 변화는 바로 베이스다이에 있습니다. 베이스다이는 HBM 패키지의 맨 아래에 있는 칩인데요. GPU와 메모리를 연결하는 일종의 두뇌 역할을 합니다. HBM3E까지는 그냥 단순히 연결만 하는 수준이었는데, HBM4부터는 완전히 달라집니다.

HBM4의 베이스다이는 파운드리 초미세 공정으로 만들어집니다. 그러면 뭐가 좋을까요? 첫째, 연산 효율을 높이고 에너지를 관리하는 적극적인 기능을 담당할 수 있습니다. 둘째, 메모리 컨트롤러 같은 고급 기능을 넣을 수 있어요. 셋째, 고객사가 원하는 맞춤형 기능을 자유롭게 추가할 수 있습니다.

이게 왜 중요하냐면, AI 시대에 GPU의 데이터 처리량이 폭발적으로 증가하면서 기존 베이스다이의 성능으로는 한계에 부딪혔기 때문입니다. 아무리 GPU가 좋아도 메모리와의 데이터 교환 속도가 느리면 전체 시스템 성능이 떨어지거든요. 이른바 '메모리 장벽' 문제를 해결하는 열쇠가 바로 HBM4의 베이스다이인 거죠.

삼성 4나노 vs TSMC 12나노

베이스다이 전략에서 두 회사의 접근이 완전히 다릅니다. 삼성전자는 자체 파운드리의 4나노 공정을, SK하이닉스는 TSMC의 12나노 공정을 선택했어요. 숫자만 보면 삼성전자가 훨씬 미세한 공정을 쓰는데요. 더 미세한 공정을 쓰면 칩 안에 더 많은 기능을 넣을 수 있고, 전력 효율도 좋아집니다.

업계에서는 같은 수율을 낸다면 삼성전자가 고객사 맞춤 설계와 성능 개선에서 유리한 고지를 차지할 것으로 보고 있습니다. 다만 TSMC는 검증된 기술력으로 안정성이 높다는 장점이 있죠. 결국 성능과 안정성 중 어느 쪽이 더 중요하냐의 싸움이 될 것 같습니다.

 

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📊시장 점유율 전쟁: 누가 엔비디아를 잡을까?

HBM 시장에서 엔비디아의 영향력은 절대적입니다. 전체 HBM 수요의 73%를 엔비디아가 차지하고 있거든요. 그래서 엔비디아에 HBM4를 공급하느냐 못하느냐가 시장 점유율을 좌우합니다. 두 회사 모두 엔비디아의 차세대 GPU 플랫폼 '루빈'을 정조준하고 있어요.

현재 상황을 보면 SK하이닉스가 한 발 앞서 있습니다. 올해 2분기 HBM 시장 점유율이 출하량 기준으로 62%나 되고, 엔비디아와의 막바지 물량 협상을 진행 중이라고 알려져 있어요. 젠슨 황 CEO가 직접 SK하이닉스 부스를 찾았던 것도 이미 공급 관계가 단단하다는 걸 보여주는 신호죠.

하지만 삼성전자도 최근 변화의 조짐이 보입니다. HBM3E 공급이 임박했고, HBM4 품질 검증도 순조롭게 진행 중이라는 소식이 들리거든요. 엔비디아도 공급망 안정성을 위해 복수 공급처 확보가 필요하니까, 삼성전자가 HBM4에서 좋은 품질을 보여준다면 점유율을 크게 끌어올릴 가능성도 있습니다.

"HBM4는 단순한 메모리가 아니라 시스템 반도체 기술이 융합된 차세대 제품입니다. 우리는 메모리와 파운드리, 설계 능력을 모두 갖춘 유일한 기업으로서 최고의 제품을 만들어낼 것입니다." - 삼성전자 관계자

AMD와 인텔도 주목하는 HBM4 시장

엔비디아만 중요한 건 아닙니다. AMD와 인텔도 AI 가속기 시장에서 점유율을 확대하고 있어요. 특히 AMD의 MI300 시리즈가 엔비디아의 아성에 도전하고 있는데, 이들 회사에 HBM4를 안정적으로 공급하는 업체가 새로운 기회를 잡을 수 있습니다.

현재 SK하이닉스는 엔비디아에 집중된 공급 구조를 가지고 있고, 삼성전자는 다양한 고객사에 분산 공급하는 전략을 취하고 있습니다. 어떤 전략이 더 유리할지는 시장 상황에 따라 달라질 수 있어요. 엔비디아가 계속 시장을 장악한다면 SK하이닉스가 유리하지만, AI 가속기 시장이 다변화된다면 삼성전자의 전략이 빛을 발할 수 있겠죠.

 

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⚙️기술적 차별화: 적층기술과 전력효율

HBM은 메모리 칩을 수직으로 쌓아 올리는 적층 기술이 핵심입니다. HBM4는 최대 12단까지 쌓을 수 있는데요. 칩을 많이 쌓을수록 용량은 커지지만 열 문제와 수율 확보가 어려워집니다. 그래서 적층 기술력이 제품의 경쟁력을 좌우하죠.

SK하이닉스는 어드밴스드 MR-MUF(Mass Reflow Molded Underfill) 공정을 사용합니다. 이 기술은 칩과 칩 사이에 특수 소재를 채워 넣어서 열을 분산시키고 물리적 안정성을 높이는 방법인데요. HBM3E에서 이미 검증됐기 때문에 양산 수율이 높다는 게 장점입니다.

삼성전자는 NC-MR-MUF(Non-Conductive Mass Reflow Molded Underfill) 공정을 독자 개발했습니다. 기존 MR-MUF 공정의 문제점을 개선해서 더 정밀한 적층이 가능하다고 하는데요. 아직 양산 경험이 많지 않아서 수율 안정화가 관건이라는 평가도 있습니다.

발열 관리가 승패를 가른다

HBM의 가장 큰 숙제는 발열 문제입니다. 칩을 12단씩 쌓아 올리면 당연히 열이 많이 발생하거든요. 열이 많으면 성능이 떨어지고 오류도 생기기 쉽습니다. 그래서 냉각 기술이 정말 중요해요.

삼성전자는 HBM3E에서 발열 문제로 엔비디아 품질 테스트를 통과하는 데 시간이 걸렸습니다. 이번 HBM4에서는 방열 성능을 대폭 강화했다고 하는데요. 새로운 패키징 기술을 적용해서 열 배출 효율을 크게 높였다고 합니다.

SK하이닉스는 기존에 검증된 열 관리 기술을 고도화했습니다. 전력 효율을 40% 이상 개선했다고 밝혔는데, 전력 소비가 줄면 발열도 함께 줄어드니까 일석이조인 셈이죠. 엔비디아도 전력 효율을 매우 중요하게 보기 때문에 이 부분이 품질 검증에서 핵심 기준이 될 겁니다.

 

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🌟미래 전망: 500억 달러 시장의 향방

HBM 시장은 정말 빠르게 성장하고 있습니다. 2025년 HBM 시장 규모는 380억 달러로 예상되고, 2026년에는 500억 달러를 돌파할 것으로 전망됩니다. 2030년에는 무려 1000억 달러까지 성장한다는 분석도 나오는데요. AI가 더 발전할수록 HBM 수요도 계속 폭증할 겁니다.

두 회사 모두 HBM4 양산에 성공하면 막대한 수익을 기대할 수 있어요. HBM4 한 개당 가격은 HBM3E보다 30% 정도 비싼 300~400달러 선으로 예상됩니다. 엔비디아의 차세대 AI 가속기 한 대에 HBM4가 8~12개씩 들어간다고 하니, GPU 한 대당 HBM 비용만 3000~4000달러가 넘는 셈이죠.

업계에서는 2026년 기준으로 SK하이닉스가 여전히 시장을 주도하되, 삼성전자가 점유율을 20%대 중반에서 30%대로 끌어올릴 것으로 예상하고 있습니다. 마이크론도 HBM4 개발에 뛰어들었지만, 한국 두 회사와의 기술 격차가 상당해서 당분간은 SK하이닉스와 삼성전자의 양강 구도가 이어질 것 같습니다.

HBM4E와 HBM5, 그 다음은?

HBM4가 끝이 아닙니다. 벌써 HBM4E와 HBM5 개발 경쟁도 시작됐어요. HBM4E는 HBM4를 개선한 버전이고, HBM5는 7세대 제품으로 2027~2028년쯤 나올 것으로 예상됩니다. SK하이닉스는 이미 HBM5 개발에 착수했다고 밝혔고, 삼성전자도 차세대 제품 개발에 박차를 가하고 있습니다.

미래에는 메모리와 로직을 통합한 PIM(Processing In Memory) 기술도 HBM에 적용될 것으로 보입니다. 메모리 안에서 직접 연산 처리를 하면 데이터 이동 없이 바로 계산할 수 있어서 속도와 전력 효율이 획기적으로 좋아지거든요. 두 회사 모두 이런 차세대 기술 개발에 투자하고 있습니다.

결국 HBM 시장의 승자는 단순히 현재 제품만 잘 만드는 게 아니라, 미래 기술까지 선점하는 회사가 될 겁니다. 지금은 HBM4 경쟁이지만, 실제로는 HBM5, HBM6까지 내다보는 장기전인 셈이죠.

 

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🏆결론: 한국 반도체의 새로운 전기

HBM4 전쟁은 단순한 메모리 경쟁을 넘어 한국 반도체 산업의 미래를 가늠하는 시금석이 될 것입니다. SK하이닉스는 높은 수율과 검증된 기술력으로 시장 점유율 1위를 지키려 하고, 삼성전자는 더 앞선 공정과 종합 반도체 역량으로 역전을 노리고 있습니다.

흥미로운 점은 두 회사의 전략이 완전히 다르다는 겁니다. SK하이닉스는 '안정성'을 선택했고, 삼성전자는 '도전'을 선택했어요. SK하이닉스는 이미 확보한 선두 자리를 지키는 게 목표라면, 삼성전자는 기술 격차를 좁히고 시장 점유율을 끌어올리는 게 목표입니다. 어느 쪽이 승리할지는 2026년 시장 반응이 말해줄 겁니다.

한 가지 확실한 건 HBM 시장에서 한국 기업들이 압도적인 기술력을 가지고 있다는 사실입니다. 미국, 중국, 일본 기업들도 HBM 시장에 뛰어들려 하지만, 아직은 한국의 기술력을 따라오기 어렵습니다. AI 시대를 여는 핵심 부품을 한국이 주도하고 있다는 건 정말 자랑스러운 일이죠.

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