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삼성전자 HBM4 혁신 전략의 향방

일반 리포트 2024년 12월 14일
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목차

  1. 요약
  2. HBM4 개발의 배경
  3. HBM4의 기술적 특징
  4. 삼성전자와 SK하이닉스의 경쟁 현황
  5. 삼성전자의 협력 전략
  6. 결론

1. 요약

  • 이 리포트는 삼성전자가 차세대 고대역폭 메모리(HBM4)의 개발을 통해 반도체 시장의 경쟁력을 재확보하는 방안을 분석합니다. 삼성전자는 HBM4의 개발을 통해 AI 시대의 요구에 부응하는 고성능 메모리 솔루션을 제공하고자 하며, 이 제품은 1c D램 기술을 기반으로 전력 효율과 성능이 대폭 향상될 것으로 보입니다. 리포트는 또한 이들이 SK하이닉스와의 치열한 경쟁 속에서 위치를 어떻게 확립하고 있는지를 다루며, SK하이닉스가 HBM3E의 엔비디아 독점 공급을 통해 얻은 시장 점유율을 상대하기 위한 삼성전자의 기술적 차별점과 TSMC와의 협력 전략을 조명합니다.

2. HBM4 개발의 배경

  • 2-1. 삼성전자의 HBM 부문 위기론

  • 삼성전자는 최근 몇 년 간의 반도체 시장에서의 여러 악재와 장기적인 부진으로 인해 HBM(고대역폭메모리) 부문에서 위기론이 제기되고 있습니다. 특히, 이전의 HBM 철수와 재진출 이후 SK하이닉스와의 경쟁 속에서 차별화된 제품을 신속히 시장에 내놓지 못하면서 시장 점유율이 감소하고 있다는 평가가 일반적입니다. 삼성전자는 2024년 하반기에 HBM4를 양산할 계획이지만, 경쟁사인 SK하이닉스가 HBM3E를 엔비디아에 독점 공급하고 있어 경쟁력이 떨어지는 상황입니다.

  • 2-2. HBM3E와 HBM4의 기술적 차별점

  • HBM4는 삼성전자가 1c D램을 기반으로 하여 개발하고 있으며, 이는 SK하이닉스와 마이크론의 1b D램과의 비교에서 집적도가 높은 이점을 가집니다. HBM4의 데이터 전송 통로는 HBM3E의 2배인 2048개에 달하며, 이로 인해 데이터 속도와 전력 효율이 대폭 개선될 것으로 예상됩니다. 삼성전자는 HBM4의 개발을 위해 TSMC와 협력하여 공정 난도를 극복하고 있으며, 이는 HBM 부문 경쟁력을 회복하기 위한 전략으로 풀이됩니다.

3. HBM4의 기술적 특징

  • 3-1. 1c D램의 역할과 중요성

  • 삼성전자의 HBM4 개발은 1c D램 기술을 기반으로 하고 있습니다. 1c D램은 높은 대역폭과 낮은 전력 소모로 AI 및 고성능 컴퓨팅 환경에 적합합니다. HBM4는 이러한 1c D램 기술을 활용해 성능을 극대화하고, 다양한 고객사의 요구에 맞춰 고성능 맞춤형 솔루션을 제공합니다. 이는 엔비디아, 구글 같은 대형 업체들이 요구하는 기능 구현에 기여하게 될 것입니다.

  • 3-2. HBM4의 성능 개선 사항

  • HBM4는 기존 모델보다 성능이 크게 개선되었습니다. 주요 개선 사항은 다음과 같습니다. 전력 효율성을 40% 향상시키고, 지연 속도는 10% 낮출 수 있는 강점을 지니고 있습니다. 이러한 성능 개선은 버퍼리스 HBM 기술을 통해 달성되었습니다. 버퍼리스 구조는 전기적 문제를 방지하고, 전압 분배 역할을 수행하여 보다 안정적인 데이터 전송을 가능하게 합니다.

  • 3-3. 버퍼리스 HBM의 도입

  • 삼성전자는 HBM4부터 버퍼리스 HBM 기술을 도입할 계획입니다. 버퍼리스 HBM은 기존 HBM 제품에서 버퍼를 제거하여 전력 소비를 줄이고, 전반적인 성능을 향상시킵니다. 이를 통해 제조 공정의 복잡성을 줄이고, 더 많은 고객의 요구를 반영할 수 있는 가능성을 높이고자 합니다. TSMC와의 협업을 통해 이러한 기술을 개발하고 있으며, 이는 고도화된 제조 과정에서의 협업 중요성을 입증합니다.

4. 삼성전자와 SK하이닉스의 경쟁 현황

  • 4-1. 시장 선점을 위한 전략 비교

  • 삼성전자와 SK하이닉스는 HBM4 개발을 통해 AI 시대의 맞춤형 수요에 발맞추고 있으며, 이러한 개발은 반도체 수퍼사이클에 대응하기 위한 중요한 전략으로 자리잡고 있습니다. SK하이닉스는 HBM4의 시장 선점을 위해 대만의 TSMC와 협력하여 로직 선단 공정을 활용하고 있으며, 내년 하반기에 HBM4 12단 제품을 출하할 계획입니다. 반면, 삼성전자는 HBM4를 기점으로 SK하이닉스와의 시장 선점 역전을 목표로 하고 있으며, 메모리와 파운드리, 패키징 기술을 조화롭게 활용한 차별화 전략에 집중하고 있습니다.

  • 4-2. HBM4 개발 일정 및 목표

  • SK하이닉스는 HBM4 12단의 양산을 2025년으로 앞당기고 16단 제품은 2026년을 목표로 설정하고 있습니다. 삼성전자 또한 내년 HBM4 양산을 목표로 하여 기술 개발을 가속화하고 있으며, 최근 HBM 개발팀을 신설하여 HBM3, HBM3E, HBM4 기술 개발을 모두 포함하는 전략을 추진하고 있습니다. 두 회사 모두 경쟁력을 강화하기 위해 신제품 출시 시점을 앞당기는 전략을 취하고 있습니다.

  • 4-3. HBM4의 적층 경쟁

  • 현재 HBM4의 적층 경쟁은 더욱 치열해지고 있습니다. SK하이닉스가 12단 제품을 내년부터 양산할 계획인 가운데, 삼성전자는 메모리와 파운드리 기술을 결합한 턴키 전략으로 대응할 예정입니다. SK하이닉스는 최근에 16단 및 20단 기술 개발도 진행하고 있으며, 두 회사 간의 치열한 기술 경쟁이 예상됩니다. HBM4 이후에는 HBM4E 및 HBM5로의 진화 과정에서도 이러한 적층 기술 경쟁이 계속될 전망입니다.

5. 삼성전자의 협력 전략

  • 5-1. TSMC와의 협력 배경

  • 삼성전자는 차세대 고대역폭메모리(HBM) 개발을 위해 대만 TSMC와 협력하고 있습니다. 이 협력의 배경에는 엔비디아, 구글 등 대형 고객사의 맞춤형 기능 요구를 충족시키기 위한 전략이 자리하고 있습니다. HBM4부터 공정 난도가 급격히 높아지기 때문에, 고객사의 다양한 요구를 반영하기 위해 TSMC와의 협업이 필수적이라는 분석이 나오고 있습니다. 삼성전자는 파운드리에서 로직다이 생산을 통해 HBM 성능을 극대화할 계획을 세우고 있습니다.

  • 5-2. HBM4의 맞춤형 기능 개발

  • 삼성전자는 2025년 말 양산할 예정인 HBM4에 대해 맞춤형 HBM의 개발을 확인하였습니다. 기존 제품에 비해 전력 효율성을 40% 향상시키고 지연 속도를 10% 낮출 수 있는 성능 개선이 기대됩니다. 특히, 새로운 버퍼리스 HBM 기술을 통해 전기적 문제를 방지하며, 전압 분배를 개선하는 방식이 적용될 예정입니다. 이러한 맞춤형 기능 개발은 삼성전자가 TSMC와 협력을 강화하며 달성할 수 있는 목표입니다.

  • 5-3. 턴키 솔루션 전략

  • 삼성전자는 D램 생산은 물론 파운드리에서 로직다이 양산과 최첨단 패키징까지 포함하는 턴키 솔루션 전략을 추진하고 있습니다. 이를 통해 고객들에게 더욱 종합적인 서비스를 제공하려 하고 있으며, TSMC와의 협력도 이러한 전략의 일환으로 진행되고 있습니다. 삼성전자는 다양한 고객사 요구를 반영할 수 있는 HBM4를 위해 20개 이상의 맞춤형 솔루션을 준비하고 있으며, 이는 파운드리 사업이 포함된 복합적인 솔루션을 제공하는 데 중요한 요소로 작용할 것입니다.

결론

  • 삼성전자의 HBM4 개발은 한계를 극복하고 경쟁력을 강화하기 위한 중요한 전략적 선택으로서, AI 및 고성능 컴퓨팅 수요를 위한 맞춤형 메모리 솔루션을 위해 필수적입니다. TSMC와의 협력으로 공정 난도를 해결하고 다양한 고객 요구에 부합하려는 노력이 담겨 있으며, 이를 통해 삼성전자는 반도체 시장에서 차별화된 입지를 구축할 수 있습니다. 다만, SK하이닉스와의 경쟁이 지속되는 한 삼성전자는 품질 혁신과 시장 전략을 더욱 강화해야 할 것입니다. 이러한 기술 경쟁은 HBM 시장의 성장과 메모리 반도체 기술의 진화에 기여할 것으로 기대됩니다. 실질적으로, 이같은 혁신이 메모리 반도체의 새로운 시대를 여는 데 크게 기여할 것이며, 앞으로의 발전 가능성은 상당합니다.

용어집

  • 삼성전자 [회사]: 삼성전자는 글로벌 반도체 시장에서 메모리 반도체 분야의 선두주자로, HBM4와 같은 고급 메모리 제품 개발에 집중하며 시장의 변화에 민첩하게 대응하고 있습니다.
  • SK하이닉스 [회사]: SK하이닉스는 삼성전자와 함께 고대역폭메모리(HBM) 시장에서 경쟁하고 있으며, HBM4 개발을 통해 시장 선점을 목표로 하고 있습니다.
  • TSMC [회사]: TSMC는 대만에 본사를 둔 세계 최대의 반도체 파운드리 기업으로, 삼성전자와의 협력을 통해 HBM4의 생산 공정에서 기술적 우위를 확보하고 있습니다.

출처 문서