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삼성 HBM4: 반도체 시장의 판도 변화

일반 리포트 2024년 12월 02일
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목차

  1. 요약
  2. 삼성전자의 HBM4 개발 현황
  3. HBM4 기술적 특성 및 시장 전망
  4. 삼성전자와 SK하이닉스 간의 경쟁
  5. HBM4 출시 이후의 전략적 방향성
  6. 결론

1. 요약

  • 본 리포트는 삼성전자가 차세대 고대역폭메모리(HBM)인 HBM4의 개발을 통해 반도체 시장에서의 경쟁력을 높이려는 전략을 분석합니다. HBM4는 데이터 전송 통로를 늘리고 전력 효율성을 높이기 위해 버퍼리스 HBM 기술을 채택했습니다. 또한, 삼성전자는 TSMC와 협력하여 이러한 기술적 도전을 극복하고자 하며, 이 협력은 지연 속도를 감소시키고 전력 효율성을 40% 향상시키는 데 기여할 것으로 기대됩니다. HBM4는 주요 파트너인 엔비디아를 대상으로 공급될 예정이며, 삼성전자는 이를 통해 시장 점유율을 확대하고자 합니다. 한편, SK하이닉스도 경쟁적으로 HBM4 양산 일정을 조정하고 TSMC와의 협력을 계속 강화하며 시장에서의 입지를 공고히 하려고 하고 있습니다.

2. 삼성전자의 HBM4 개발 현황

  • 2-1. HBM4 개발 목표 및 일정

  • 삼성전자는 다음 해 하반기에 HBM4 제품의 양산을 목표로 개발을 진행하고 있습니다. HBM4는 6세대 HBM으로, 엔비디아향으로 공급될 예정이며, 삼성전자는 초도 양산라인을 올해 연말에 구축할 계획입니다. HBM4의 데이터 전송 통로는 5세대 HBM3E보다 2배 많은 2048개로 설계되어 있어, 성능이 크게 향상될 것으로 기대되고 있습니다.

  • 2-2. 1c D램의 중요성

  • 삼성전자는 HBM4의 코어 다이(core die)로 1c D램을 채택하였습니다. 이는 최신 10나노급 D램 기술로, SK하이닉스와 마이크론이 채택한 1b D램에 비해 더 높은 집적도를 제공합니다. 삼성전자는 1c D램을 통해 HBM 부문의 경쟁력을 회복하고, 성능을 개선함으로써 시장에서의 지위를 강화하고자 하였습니다.

  • 2-3. TSMC와의 기술 협력

  • 삼성전자는 TSMC와 협력하여 HBM4를 공동 개발하고 있습니다. TSMC와의 협력은 HBM4의 제조 공정이 기존과 크게 달라지기 때문입니다. HBM4에서는 버퍼리스 HBM이 적용되어 전력 효율성을 40% 끌어올리고 지연 속도를 10% 낮출 수 있는 강점을 가지고 있습니다. 또한, TSMC의 고도화된 3나노 공정과의 협력이 삼성전자의 경쟁력을 높이는 일환으로 평가됩니다.

3. HBM4 기술적 특성 및 시장 전망

  • 3-1. HBM4의 성능 향상

  • 삼성전자는 차세대 고대역폭메모리(HBM)인 HBM4의 성능 향상을 위해 버퍼리스 HBM 기술을 적용할 계획입니다. 이 버퍼리스 HBM은 전기적 문제를 방지하고 전압을 분배하는 역할을 하는 ‘버퍼’를 제외하여, 전기적 효율성을 높이고 성능을 개선합니다. 특히, HBM4는 전력 효율성을 40% 끌어올리고 지연 속도를 10% 낮출 수 있는 강점을 가지고 있습니다. HBM4는 2025년 말 양산될 예정이며, 이는 삼성전자의 메모리사업부와 시스템LSI가 협력하여 설계와 생산을 최적화하는 방식으로 진행됩니다.

  • 3-2. 버퍼리스 HBM 기술

  • HBM4에서 적용될 버퍼리스 HBM 기술은 기존 HBM 제품과 큰 차이를 보입니다. 전통적인 HBM 기술에서 사용된 버퍼가 제거됨에 따라, 메모리의 공정 난도가 급격히 상승하게 되며, 이는 고객사가 요구하는 맞춤형 기능을 구현하는 데에 중요한 역할을 할 것입니다. 삼성전자와 TSMC은 이 기술을 공동 개발 중이며, 이러한 협력은 반도체 제조 공정의 복잡성이 증가하는 현대 시장에서 큰 의미를 가집니다.

  • 3-3. HBM 시장의 수요 변화

  • 최근 HBM 시장에서는 엔비디아, 구글 등 대형 고객사의 요구가 증가하고 있습니다. 이들 고객사는 고성능 및 맞춤형 기능을 필요로 하며, 삼성전자가 TSMC와 협력하여 이러한 수요에 대응하고자 하는 노력이 돋보입니다. HBM4의 출시와 함께 삼성전자는 전체 메모리 및 파운드리 서비스의 종합적인 솔루션을 제공함으로써 시장 점유율을 확대할 계획입니다.

4. 삼성전자와 SK하이닉스 간의 경쟁

  • 4-1. SK하이닉스의 HBM4 개발 계획

  • SK하이닉스는 6세대 고대역폭메모리(HBM)인 HBM4의 양산을 당초 계획보다 1년 가량 앞당기기로 하였습니다. 12단 제품은 내년 하반기부터 양산을 시작할 계획이며, 16단 제품은 2026년을 목표로 하고 있습니다. SK하이닉스는 HBM4의 성능 향상을 위해 TSMC와 협력하여 베이스 다이 생산에 TSMC의 로직 선단 공정을 활용하기로 하였습니다.

  • 4-2. 양사 간의 기술적 차별화

  • 삼성전자는 HBM4 개발에 있어 메모리와 파운드리 기술을 모두 보유한 종합반도체(IDM) 기업으로서의 장점을 강조하고 있습니다. HBM4의 맞춤형 개발에 집중하며, HBM4의 16층 제품을 구현하기 위해 필요한 기술적 준비를 진행 중입니다. SK하이닉스는 지난 4월 TSMC와의 협력을 통해 HBM4 개발을 가속화하고 있으며, 실질적으로 양사는 기술적 차별화를 두고 경쟁하고 있습니다.

  • 4-3. 시장 점유율 경쟁

  • 현재 HBM 시장의 선두 주자는 SK하이닉스입니다. SK하이닉스는 HBM4 개발 및 양산 일정 조정을 통해 시장 점유율을 선점하기 위한 전략을 추진하고 있으며, 삼성전자는 HBM4를 통해 시장 점유율에서 역전을 목표로 하고 있습니다. 두 회사 간의 경쟁은 고대역폭메모리 시장에서 더욱 심화될 전망입니다.

5. HBM4 출시 이후의 전략적 방향성

  • 5-1. 맞춤형 HBM 개발 전략

  • 삼성전자는 HBM4부터 공정 난도가 높아지는 가운데, 메모리 제조 공정만으로는 HBM 성능을 높이는 데 한계가 있다고 밝혔습니다. 이를 해결하기 위해 삼성전자는 기존 메모리 제조 공정에 더해 TSMC와의 협력을 통해 고객사의 요구에 맞춘 맞춤형 HBM을 제공하려고 하고 있습니다. 삼성은 HBM4에 대해 20개 이상의 맞춤형 솔루션을 준비 중이라고 하며, TSMC와 협력하여 버퍼리스 HBM 기술을 공동 개발 중입니다. TSMC는 이 기술이 전력 효율성을 40% 끌어올리고 지연 속도를 10% 낮출 수 있을 것이라고 하였습니다.

  • 5-2. 파운드리와의 협력

  • 삼성전자는 대만의 TSMC와 협력하여 HBM4의 기술 및 서비스를 개발하고 있습니다. 이는 파운드리 라이벌인 TSMC와의 협업으로, 고객사의 맞춤형 기능을 구현하기 위한 조치로 해석됩니다. 파운드리와의 협력이 중요해진 이유는 HBM4의 제조 공정이 기존과 크게 달라지고, 로직 다이가 메모리 업체가 아닌 파운드리 기업에 의해 제조되기 때문입니다. SK하이닉스도 TSMC와 함께 HBM4 칩을 공동 개발 중입니다.

  • 5-3. 향후 HBM 기술 발전 방향

  • 향후 HBM 기술에서 삼성전자는 HBM4E 및 HBM5로의 진화를 예상하고 있으며, HBM4E와 HBM5 사이에 HBM4X라는 중간 단계를 추가할 수도 있다는 전망이 나오고 있습니다. SK하이닉스는 HBM4의 양산 일정을 당초 계획보다 1년 앞당겨 내년부터 양산에 들어갈 계획을 밝혔습니다. 이는 삼성전자와 SK하이닉스 간의 치열한 적층 경쟁을 예고하고 있으며, 향후 16단 및 20단 HBM 개발 계획도 보고되고 있습니다.

결론

  • 삼성전자는 HBM4 개발을 통해 반도체 시장에서의 위치를 강화하려 하고 있으며, HBM4의 기술적 혁신은 시장 수요에 대한 삼성의 전략적 대응을 돋보이게 합니다. TSMC와의 협력은 HBM4의 성능 향상에 중요한 역할을 하며, 이는 시장 내 경쟁력을 유지하는 데 기여할 것입니다. 그러나 SK하이닉스는 HBM4 양산 일정을 앞당기고 있어 두 회사 간의 기술 및 시장 점유율 경쟁이 심화될 것으로 보입니다. 이러한 상황에서 삼성전자는 지속적인 혁신과 고객 맞춤형 HBM 솔루션을 통해 시장에서의 리더십을 확고히 할 것으로 전망됩니다. 향후 삼성전자의 HBM4E, HBM5로의 발전이 예고되면서, 반도체 기술의 성장은 더욱 가속화될 것입니다. 이러한 발전은 실제 생산 공정과 최종 소비자에게도 큰 영향을 미치며, 삼성과 SK하이닉스 간의 기술 경쟁은 끊임없이 진화할 것입니다.

용어집

  • HBM4 [제품]: HBM4는 차세대 고대역폭메모리로, 삼성전자의 메모리 기술 혁신의 핵심 제품입니다. HBM4는 데이터 전송 통로의 수를 증가시키고 전력 효율성을 개선하여 높은 성능을 목표로 하고 있습니다.
  • TSMC [회사]: 대만의 반도체 파운드리 기업으로, 삼성전자가 HBM4 개발을 위해 협력하고 있는 주요 파트너입니다. TSMC는 고급 공정 기술을 보유하고 있어 삼성의 HBM4 성능 향상에 중요한 역할을 하고 있습니다.
  • SK하이닉스 [회사]: 삼성전자의 주요 경쟁사로, HBM4 개발 및 시장 점유율 확보를 위한 경쟁을 벌이고 있습니다. SK하이닉스는 HBM4의 양산 일정을 앞당기고 새로운 기술을 적용하여 경쟁력을 강화하고 있습니다.

출처 문서