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HBM4로 본 삼성과 SK의 메모리 경쟁

일반 리포트 2024년 11월 07일
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목차

  1. 요약
  2. HBM 기술 개요
  3. 삼성전자 HBM4 개발 현황
  4. SK하이닉스 HBM4 개발 현황
  5. 시장 경쟁 현황
  6. 기술적 도전과제
  7. HBM4 개발 및 AI 메모리 시장 경쟁력 분석
  8. 결론

1. 요약

  • 본 리포트에서는 삼성전자와 SK하이닉스가 HBM4 개발을 통해 AI 메모리 시장에서 어떤 경쟁력을 갖추고 있는지를 분석합니다. 삼성전자는 HBM4를 통해 2025년 양산을 계획하고 있으며, TSMC와 협력하여 맞춤형 솔루션을 제공하고자 합니다. SK하이닉스는 HBM3E의 성공적인 양산을 바탕으로 2026년까지 16층 HBM4 제품을 출시할 계획입니다. 두 기업은 각각 고객사와의 협력을 통해 맞춤형 옵션을 강화하고 고대역폭 메모리가 요구되는 AI 시장의 수요를 충족하기 위해 기술적 난제를 극복하고 있습니다. HBM4는 높은 전력 효율성과 빠른 데이터 처리 속도로 AI 기술의 성장을 지원하며, 이 시장에서 두 회사의 입지를 강화하는데 중요한 역할을 합니다.

2. HBM 기술 개요

  • 2-1. HBM 기술 정의 및 중요성

  • HBM(고대역폭 메모리)은 고대역폭 데이터 전송을 위한 메모리 기술로 정의됩니다. HBM의 주요 특징은 높은 대역폭과 낮은 전력 소비를 동시에 제공할 수 있다는 점입니다. 이는 AI, 머신 러닝, 고성능 컴퓨팅 등 다양한 응용 분야에서 매우 중요한 기술로 자리 잡고 있습니다.

  • 2-2. HBM의 구조 및 작동 원리

  • HBM은 여러 개의 DRAM 다이를 수직으로 쌓아와 인터커넥트 기술을 이용하여 연결하는 구조를 가지고 있습니다. 이러한 구조는 공간 효율성을 높이고 대역폭을 극대화하는데 기여합니다. HBM은 메모리 컨트롤러와의 연결을 위해 고속 인터페이스를 사용하여 데이터를 신속하게 전송하는데, 이는 특히 대량의 데이터를 필요로 하는 응용 프로그램에서 중요합니다.

3. 삼성전자 HBM4 개발 현황

  • 3-1. 삼성전자의 HBM4 개발 계획

  • 삼성전자는 세계 최대 메모리 반도체 제조업체로서, HBM4 AI 칩 개발을 위해 대만 반도체 제조업체 TSMC와 공동으로 개발을 진행하고 있습니다. 이 파트너십은 AI 칩 시장에서의 위치를 강화하기 위한 노력의 일환으로, 두 회사는 버퍼 없는 HBM4 칩을 공동 개념 설계하기로 하였습니다. 삼성전자는 2025년 하반기부터 HBM4의 양산을 계획하고 있으며, TSMC의 기술을 활용하여 고객 맞춤형 솔루션을 제공하는 것을 목표로 하고 있습니다. 특히, 삼성전자는 엔비디아와 구글과 같은 주요 고객의 요청에 따른 커스터마이징 기능을 포함할 것으로 기대하고 있습니다.

  • 3-2. HBM4의 주요 특징 및 기술적 발전

  • HBM4는 고대역폭 메모리로, 기존 모델보다 40% 높은 전력 효율성과 10% 낮은 대기 시간을 제공합니다. HBM4의 제조 과정에서는 논리 다이(logic die)가 메모리 제조업체가 아닌 파운드리 업체에 의해 생산될 예정이며, 이는 이전 세대와 다른 점입니다. 삼성전자는 메모리 생산, 파운드리 서비스, 고급 패키징 서비스를 포함한 HBM4의 종합적인 서비스를 제공하며, 이를 통해 고객의 요구에 부합하는 차별화된 제품을 제공하려 하고 있습니다. 또한, 삼성전자는 다양한 파트너와 협력하여 20개 이상의 맞춤형 솔루션을 준비하고 있습니다.

4. SK하이닉스 HBM4 개발 현황

  • 4-1. SK하이닉스의 HBM4 개발 계획

  • SK하이닉스는 차세대 고대역폭 메모리(HBM) 제품을 개발 중으로, 이는 인공지능(AI) 및 고성능 컴퓨팅의 높은 수요를 충족하기 위해서입니다. SK하이닉스의 패키지 개발 책임자 이강욱은 HBM이 AI 서버와 고성능 컴퓨팅 메모리 제품으로 널리 채택되었음을 언급하며, 메모리 대역폭 개선에 대한 수요가 증가하고 있다고 전했습니다. HBM4는 HBM3E와 비교하여 더 높은 메모리 용량, 빠른 데이터 처리 속도, 그리고 개선된 효율성을 제공할 것으로 기대되고 있습니다. 이를 위해 SK하이닉스는 고객의 다양한 요구를 충족하기 위한 생태계 구축에 주력하고 있으며, 글로벌 파트너와의 협력을 강화할 계획입니다.

  • 4-2. HBM4의 기술적 특징 및 성능 향상

  • SK하이닉스의 HBM4는 혁신적인 기술 개선을 통해 성능이 향상될 예정입니다. HBM3E의 최신 12층 제품이 3분기에 대량 생산될 것이며, HBM4는 질량 리플로우 몰딩 언더필(MR-MUF) 기술을 활용하여 고온 문제를 해결할 수 있습니다. HBM 시장은 AI 기술의 발전에 따라 평균 109% 성장할 것으로 예상되며, 이에 따라 SK하이닉스는 내년에 12층 HBM4 제품을 출하하고 2026년까지 16층 제품 출시를 목표로 하고 있습니다. AI 시장의 증가에 따라, HBM은 Nvidia와 같은 고객사에 중요한 요소로 자리 잡고 있습니다.

5. 시장 경쟁 현황

  • 5-1. 삼성전자와 SK하이닉스의 시장 점유율 비교

  • 삼성전자와 SK하이닉스는 고대역폭 메모리(HBM) 시장에서 중요한 경쟁자로 자리 잡고 있습니다. SK하이닉스는 2024년 하반기 출시 예정인 HBM4 12단 제품에 어드밴스드 MR-MUF 기술을 적용하여 독자적인 패키징 기술을 도입할 예정입니다. 또한, 하이브리드 본딩 방식도 연구하고 있으며, 이는 제품의 성능 증가 및 열방출 측면에서 장점이 있습니다. 시장에서 이들의 경쟁력은 높은 에너지 효율 및 열 방출 성능을 갖춘 제품 개발에 달려 있습니다.

  • 5-2. 고객사와의 협력 및 맞춤형 솔루션 제공

  • SK하이닉스의 이강욱 부사장은 고객 요구에 맞춘 맞춤형 솔루션을 제공하기 위해 글로벌 파트너들과의 협력을 강화하고 있다고 밝혔습니다. 이는 HBM4 및 이후 세대 제품 개발에 있어 기술적 난제를 해결하기 위한 중요한 전략입니다. SK하이닉스는 2027년부터 양산을 시작할 새로운 시설을 한국 용인에 세울 계획이며, 이는 반도체 중심지로 자리매김할 것입니다. 이를 통해 고객 맞춤형 솔루션을 보다 효과적으로 제공할 수 있을 것으로 기대됩니다.

6. 기술적 도전과제

  • 6-1. HBM4 기술적 도전과제

  • HBM4 기술의 개발 과정에서는 다양한 기술적 도전과제가 존재합니다. 이러한 도전과제들은 주로 성능, 안정성, 에너지 효율성 개선을 목표로 하며, 기술적인 혁신이 필요한 영역입니다.

  • 6-2. HBM4의 성능 및 에너지 효율 개선 방안

  • HBM4의 성능 및 에너지 효율성을 개선하기 위해 다양한 방안들이 모색되고 있습니다. 이를 위해 제조 공정의 최적화, 새로운 소재의 도입 및 아키텍처 개선 등이 포함됩니다. 이러한 개선 방안들은 기술적 도전과제를 해결하는 데 중요한 역할을 하고 있으며, 지속적인 연구개발이 필수적입니다.

7. HBM4 개발 및 AI 메모리 시장 경쟁력 분석

  • 7-1. SK하이닉스의 HBM4 기술 개발 현황

  • SK하이닉스는 6세대 고대역폭 메모리(HBM)인 HBM4 16단 제품에 '어드밴스드 매스 리플로우 몰디드 언더 필(MR-MUF)' 기술을 적용할 가능성을 발표했습니다. 이강욱 SK하이닉스 PKG개발담당 부사장은 기술 적용의 가능성을 확인했으며, 고객 요구에 맞춰 최적의 방식을 선택할 계획이라고 전했습니다. 하이브리드 본딩 방식은 성능, 용량, 열 방출 측면에서 장점이 있지만 기술 완성도와 양산 인프라 준비 등 해결해야 할 과제가 존재합니다. HBM4는 12단 및 16단으로 공급될 예정이며, 최대 용량은 48기가바이트(GB), 데이터 처리 속도는 초당 1.65TB 이상으로 개발되고 있습니다. SK하이닉스는 TSMC와 협력하여 로직 공정 적용을 위해 노력하고 있습니다.

  • 7-2. 삼성전자의 HBM4 개발 및 파트너십

  • 삼성전자는 대만의 반도체 제조업체인 TSMC와 협력하여 차세대 인공지능 칩인 HBM4를 공동 개발하고 있습니다. 이 협력은 AI 칩 시장에서의 경쟁력을 강화하기 위한 전략으로, HBM4는 기존 메모리 칩보다 더 빠른 처리 속도를 제공합니다. 삼성전자는 내년 하반기에 HBM4의 대량 생산을 계획하고 있으며, 고객 맞춤형 칩과 서비스를 제공하기 위해 TSMC의 기술을 활용하고 있습니다. 현재 삼성전자는 AI 칩 시장에서 35%의 점유율을 가지고 있으며, SK하이닉스의 53%에 대항하기 위해 노력하고 있습니다.

  • 7-3. AI 메모리 시장의 기술적 경쟁

  • HBM4는 AI 기술의 발전과 함께 시장에서 높은 수요를 보이고 있으며, SK하이닉스와 삼성전자의 경쟁이 지속되고 있습니다. 전문가들은 HBM4가 기존 모델보다 40% 더 높은 전력 효율과 10% 낮은 지연 시간을 제공할 것으로 예상하고 있습니다. 특히 두 기업 모두 차세대 기술을 통해 고대역폭 메모리 시장에서 경쟁력을 높이기 위해 뚜렷한 전략을 가지고 있습니다.

결론

  • 삼성전자와 SK하이닉스는 HBM4 개발을 통해 AI 메모리 시장에서 경쟁력을 강화 중이며, 각자의 전략이 시장 점유율에 중대한 영향을 미치고 있습니다. 삼성전자는 TSMC와의 협력을 통해 맞춤형 HBM4 솔루션을 제공하고자 하며, AI 칩 시장에서의 점유율 확대를 목표로 하고 있습니다. 반면 SK하이닉스는 HBM3E의 성공적인 양산을 바탕으로 차세대 HBM4의 발전에 주력하고 있습니다. HBM4의 개발은 고대역폭 메모리의 성능 및 에너지 효율을 크게 개선할 수 있으며, 이는 Nvidia와 같은 주요 고객사의 요구를 충족할 수 있는 강력한 무기가 될 것입니다. 다만, 기술적 도전과제가 남아 있어 이를 해결하기 위한 지속적인 연구개발이 필요합니다. TSMC와의 협력 강화는 이러한 과정에도 큰 도움을 줄 것이며, 앞으로 HBM 시장은 AI 기술 발전에 따라 더 빠른 성장을 보일 것으로 예상됩니다. 두 기업의 혁신은 미래 AI 메모리 시장에서의 성공을 좌우할 것입니다.

용어집

  • 삼성전자 [회사]: 삼성전자는 글로벌 반도체 시장에서 주요한 위치를 차지하고 있으며, HBM4 개발을 통해 AI 메모리 시장에서의 경쟁력을 강화하고 있습니다. HBM3E 및 HBM4 개발과 생산 능력 확대를 추진하며, AI 및 고성능 컴퓨팅 시장의 수요 증가에 대응하고 있습니다.
  • SK하이닉스 [회사]: SK하이닉스는 HBM 시장에서 삼성전자의 주요 경쟁사로, HBM4 개발 및 생산 확대를 계획하고 있습니다. HBM3E 제품을 성공적으로 양산하고 있으며, AI 시장에서의 점유율 확대를 위해 다양한 고객사와 협력을 강화하고 있습니다.
  • HBM [기술]: HBM(High Bandwidth Memory)은 여러 개의 DRAM 칩을 수직으로 적층하여 고속 데이터 전송을 가능하게 하는 메모리 기술로, AI 및 고성능 컴퓨팅에서 높은 수요를 보이고 있습니다.
  • Nvidia [회사]: Nvidia는 AI 및 GPU 시장에서 주요한 플레이어로, 삼성전자와 SK하이닉스의 HBM 제품의 주요 고객사 중 하나입니다. Nvidia의 요구에 맞춘 맞춤형 HBM 솔루션이 시장에서의 경쟁력을 결정할 것입니다.
  • TSMC [회사]: TSMC는 세계 최대의 반도체 파운드리 업체로, 삼성전자 및 SK하이닉스와 협력하여 HBM4 개발을 통해 시장에서의 경쟁력을 강화하고 있습니다.

출처 문서