AI 시대의 전환점, HBM4를 둘러싼 삼성과 SK하이닉스의 경쟁 구도

1. 요약

• HBM(고대역폭메모리)는 인공지능(AI) 기술의 발전과 함께 필수적인 요소로 자리잡고 있으며, 이로 인해 반도체 산업 내에서의 중요성이 증가하고 있습니다. 최근 몇 년간 AI 및 머신러닝 기술의 발전은 고대역폭 메모리에 대한 수요를 급증시켰습니다. 이러한 수요는 삼성전자와 SK하이닉스와 같은 주요 기업 간의 경쟁을 더욱 치열하게 만들고 있습니다. 이 보고서에서는 HBM 시장의 전반적인 동향, 두 기업의 경쟁 전략, 그리고 HBM의 향후 전망을 심층적으로 분석합니다.

• 현재 HBM 시장은 SK하이닉스가 53%의 점유율을 기록하며 강력한 입지를 확보하고 있는 반면, 삼성전자는 엔비디아 품질 테스트에 통과하지 못해 다소 어려움을 겪고 있는 상황입니다. 그러나 이번 연구에서는 HBM4 기술 혁신을 통해 두 기업이 어떻게 시장에서 적응하고 있는지를 살펴봅니다. 최신 HBM4는 더욱 높은 데이터 전송 속도와 대역폭을 제공하여 AI 연산의 성능을 획기적으로 개선할 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다.

• 결국, HBM 기술의 진화는 AI 연산의 필수 요소로 자리잡는 과정에서 두 기업의 경쟁 구도에 중요한 영향을 미칠 것으로 보입니다. 이러한 시장 상황에 대응하기 위해 삼성전자와 SK하이닉스는 각각 전략적 접근 방식을 개발하며 고부가가치 제품을 통해 차별화를 꾀하고 있습니다. 따라서 HBM 기술의 지속적인 발전 및 시장 확대는 앞으로의 반도체 산업 내 중요한 이정표가 될 것입니다.

2. HBM(고대역폭메모리)의 중요성 및 기술적 진화

• 2-1. HBM의 정의와 기술적 특성

• HBM(High Bandwidth Memory)은 고속 데이터 전송을 위해 설계된 메모리 기술로, 특히 컴퓨터의 성능을 향상시키기 위해 고안되었습니다. HBM은 여러 개의 DRAM 칩을 수직으로 적층하여 연결하는 방식을 채택하고 있으며, 이렇게 적층된 구조 덕분에 많은 데이터가 빠르게 전달될 수 있는 장점이 있습니다. HBM의 핵심 기술 중 하나는 'TSV(Through-Silicon Via)'입니다. TSV는 각 적층된 DRAM 칩 간에 세로로 관통하는 전기적 경로를 제공하여 데이터 전송 속도를 크게 향상시킵니다. 기존의 메모리 기술에 비해 HBM은 데이터 전송 대역폭이 크게 증가하여, 따라서 더 많은 양의 데이터를 동시에 처리할 수 있는 능력을 제공합니다.

• 2-2. AI 반도체 시장에서의 HBM의 역할

• 최근 인공지능(AI) 및 머신러닝 기술의 발전과 더불어 HBM의 중요성이 더욱 부각되고 있습니다. AI 연산은 대량의 데이터를 실시간으로 처리해야 하므로, 높은 대역폭의 메모리가 필수적입니다. HBM은 이러한 고대역폭 니즈를 충족시켜주며, 데이터 센터 내 GPU나 ASIC과 같은 고성능 프로세서와 함께 사용될 때 그 진가를 발휘합니다. 예를 들어, 엔비디아의 GPU는 HBM을 통해 AI 처리 성능을 극대화하며, 데이터 전송 속도가 빠른 만큼 연산 효율도 높아집니다. 따라서 HBM은 단순한 메모리 기술을 넘어 AI 시대의 핵심 요소로 자리잡고 있습니다.

• 2-3. HBM 시장에서의 기술 혁신 동향

• HBM 기술은 지속적으로 발전하고 있으며, 최근의 주요 혁신 중 하나는 HBM4의 도입입니다. HBM4는 I/O 수를 기존의 1024개에서 2048개로 늘리며, 데이터 전송 속도와 대역폭을 획기적으로 향상시키고 있습니다. HBM4에서는 새로운 설계가 적용되어 저전력 성능을 강화하고 있으며, 로직 파운드리를 활용하는 최초의 사례로 평가받고 있습니다. 이러한 기술 혁신은 특히 AI 반도체 시장에서의 경쟁력을 강화하는 데 큰 역할을 하고 있습니다. 삼성전자와 SK하이닉스는 HBM4 개발에 총력을 기울이고 있으며, HBM4를 통해 보다 다양한 고객 요구에 맞춘 커스터마이즈된 제품 공급이 가능할 전망입니다.

3. 현재 HBM 및 반도체 시장 동향

• 3-1. HBM 시장의 성장 배경

• 고대역폭 메모리(HBM)는 인공지능(AI)과 데이터센터의 급속한 발전에 힘입어 떠오르는 필수 컴포넌트로 자리 잡고 있습니다. HBM의 구조적 특성은 다수의 D램을 수직으로 적층하여 대폭 향상된 데이터 전송 속도를 제공합니다. 특히 고성능 컴퓨팅과 AI 시스템에서의 연산 처리 능력을 향상시키는 데 기여하고 있습니다. 최근 플래시 메모리 및 일반 D램 시장에서의 가격 하락과 함께, HBM의 중요성은 더욱 부각되고 있으며, 이는 두 대표적인 기업인 삼성전자와 SK하이닉스의 시장 경쟁 구도를 더욱 치열하게 하고 있습니다.

• 3-2. SK하이닉스의 시장 점유율 분석

• SK하이닉스는 HBM 시장에서 현재 53%의 점유율을 보유하고 있으며, 이는 글로벌 시장에서의 리더십을 확보하는 데 기여하고 있습니다. 그들은 최근 HBM3E 12단 제품을 세계 최초로 양산하여 시장의 주목을 받고 있으며, 이는 AI 및 데이터센터의 증가하는 수요에 부응하고 있습니다. 반면 삼성전자는 아직 엔비디아의 품질 테스트를 통과하지 못한 상황으로, HBM 시장에서의 경쟁력이 다소 약화되었음을 알 수 있습니다. 이러한 SK하이닉스의 성과는 AI 연산을 지원하는 고성능 GPU 연동에서 더욱 두드러지고 있습니다.

• 3-3. 삼성전자의 경쟁력 변화

• 삼성전자는 최근 몇 년간 메모리 및 반도체 기술 분야에서 격차를 줄이고 있지만, HBM 기술의 발전 속도에서는 SK하이닉스에 뒤처지고 있는 상황입니다. 특히 삼성전자의 HBM 제품은 엔비디아와 같은 주요 고객사에서의 품질 테스트에서 기대에 미치지 못하고 있는 것으로 나타났습니다. 이로 인해 삼성전자는 HBM 성능 경쟁에서 어려움을 겪고 있으며, 이는 시장 점유율 감소로도 이어질 가능성이 있습니다. 삼성전자는 현재 HBM4의 개발과 생산 준비를 빠르게 진행하고 있으며, 이를 통해 향후 시장에서의 입지를 재정립하려고 하고 있습니다.

4. 삼성전자와 SK하이닉스의 경쟁 양상

• 4-1. 두 기업의 전략적 차별성

• 삼성전자와 SK하이닉스는 각기 다른 접근 방식으로 HBM(고대역폭메모리) 시장에서 경쟁하고 있습니다. 삼성전자는 기술적 역량을 높이고 제품 경쟁력을 강화하기 위해 HBM4 개발에 집중하고 있으며, 맞춤형 솔루션을 제공하기 위해 로직 다이 생산에 파운드리 공정을 도입하고 있습니다. 하이브리드 본딩 기술을 적용하여 더욱 빠르고 효율적인 데이터 전송을 목표로 하고 있습니다.

• 반면 SK하이닉스는 이미 HBM 시장에서 확고한 입지를 구축하고 있으며, HBM3E 제품의 성공적인 양산을 통해 대규모 고객의 요구를 수용하고 있습니다. 고부가 가치의 고성능 HBM 제품 개발에 주력하고 있으며, 고객 맞춤형 솔루션을 제공하여 고객의 다양한 필요를 충족시키는 데 포커스를 맞추고 있습니다. 이는 고객의 신뢰를 확보하고 장기적인 파트너십을 형성하는 데 중요한 요소로 작용할 것입니다.

• 결과적으로 삼성전자는 HBM4를 통해 기술격차를 줄이고 시장 점유율을 회복하려는 전략을 구사하는 반면, SK하이닉스는 일관된 기술력으로 시장 리더십을 유지하는 포지션을 더욱 공고히 하고 있습니다.

• 4-2. HBM4의 커스텀 주문 현황

• 최근 글로벌 빅테크 기업들이 HBM4에서 맞춤형 솔루션을 요청하면서 HBM 시장의 변화가 감지되고 있습니다. 주요 기업인 메타, 마이크로소프트, 구글 등이 삼성전자와 SK하이닉스에 각기 다른 조건의 HBM4를 요구하고 있습니다. 이는 엔비디아와 같은 기존의 대기업에 대한 의존도를 낮추고, 더 높은 성능을 구현하기 위한 시도로 분석됩니다.

• 기존의 HBM3E 제품은 엔비디아의 기술 요구조건에 적합하게 제조되었지만, HBM4부터는 고객이 요구하는 특정 기능을 추가할 수 있는 로직 공정의 적용으로 맞춤형 요구에 보다 효과적으로 대응할 수 있는 기반이 마련되었습니다. 두 회사는 이러한 맞춤형 기술 제공을 통해 고객의 요구를 본격적으로 충족시키려 하고 있습니다.

• 따라서 삼성전자와 SK하이닉스는 이러한 변화에 발 빠르게 대응하여 HBM4의 생산 및 커스터마이징 능력을 확보하기 위한 노력을 강화하고 있습니다.

• 4-3. 향후 시장 대응 전략

• 삼성전자와 SK하이닉스는 HBM4의 기술적 발전과 고객 요구를 반영한 마케팅 전략을 구사하여 HBM 시장에서의 경쟁력을 높이려 하고 있습니다. 삼성전자는 HBM4 개발을 통해 차별화된 기술을 통해 시장 점유율을 확대할 계획입니다. 이 과정에서 파운드리와의 협력을 통해 로직 다이 생산의 효율성을 높이고, 하이브리드 본딩 기술 적용을 통해 더욱 정밀하고 신뢰할 수 있는 제품을 양산할 수 있도록 계획하고 있습니다.

• 반면 SK하이닉스는 이미 높은 시장 점유율을 보유하고 있는 만큼, 그들의 기술적 강점을 지속적으로 강화하며 고객 맞춤형 솔루션 제공에 집중할 예정입니다. 고객의 요구에 맞춘 기술 개발을 통해 파트너십을 강화하고, 성과를 지속적으로 검증함으로써 시장에서의 우위를 지속할 가능성이 높습니다.

• 이러한 각 기업의 전략은 HBM 시장에서의 경쟁 구조를 재편할 것이며, 고객의 니즈에 맞춘 혁신은 향후 반도체 산업 전반에 중요한 영향을 미칠 것입니다.

5. HBM의 향후 전망과 시장 과제

• 5-1. HBM 시장의 장기적인 성장 가능성

• 고대역폭 메모리(HBM)는 인공지능(AI) 및 데이터 센터의 발전에 필수불가결한 요소로 자리 잡고 있습니다. HBM은 여러 개의 DRAM 칩을 수직으로 적층하여 데이터 처리 속도를 획기적으로 향상시키는 기술로, 특히 AI 연산을 지원하는 GPU에 반드시 탑재됩니다. 최근 HBM4의 개발이 진행됨에 따라, 이 시장의 성장 가능성은 더욱 높아지고 있으며, AI 기술의 발전에 따라 HBM에 대한 수요는 증가할 것으로 예상됩니다.

• HBM 시장은 다양한 산업 분야에서의 디지털 전환과 데이터 처리 수요의 증가로 인해 미래 성장 가능성이 큽니다. 특히, 치열한 AI 연산 경쟁이 지속됨에 따라 HBM의 필요성은 더욱 강조되고 있습니다. 예를 들어, SK하이닉스는 HBM3E 16단 메모리를 최초로 개발하여, AI 연산 성능을 대폭 개선한 사례가 있습니다. 이러한 기술 혁신은 HBM의 활용을 넓히고 있으며, 공급업체 간의 경쟁 또한 시장 성장에 긍정적인 영향을 미칠 것입니다.

• 5-2. 기술 차별화의 중요성

• HBM 시장에서 경쟁력을 유지하기 위해서는 기술적인 차별화가 필수적입니다. 삼성전자와 SK하이닉스 등 주요 기업들은 생산 과정에서의 혁신과 연구개발(R&D)에 초점을 맞추고 있습니다. 특히, SK하이닉스는 MR-MUF 공정을 통해 높은 수율과 안정성을 보장하며, 생산 공정을 개선하여 고객에게 더 나은 제품을 제공하고 있습니다.

• 한편, 삼성전자는 TC-NCF 방식을 사용하고 있으나, 복잡한 제작 공정 및 높은 비용 문제로 인해 시장 경쟁에서 뒤처지는 모습을 보이고 있습니다. HBM4에서의 경쟁력이 이를 얼마나 극복할 수 있는지가 관건입니다. 기술적 차별화는 단순히 성능을 넘어, 고객의 요구에 맞춘 맞춤형 솔루션 제공에도 큰 영향을 미칩니다. 따라서 각 기업은 특화된 기술개발에 집중해야 할 것입니다.

• 5-3. 생산 공정과 장비 시장의 미래

• HBM 생산 과정에서의 공정 혁신은 시장의 성장과 직접적으로 연결됩니다. 현재 삼성전자와 SK하이닉스는 HBM 생산을 위한 첨단 장비에 대한 투자를 강화하고 있으며, 한미반도체와 한화정밀기계가 시장에서의 경쟁을 더욱 치열하게 하고 있습니다. 이 두 회사는 HBM 제조 공정에서 필수적인 TC 본더 장비를 통해 HBM의 생산능력을 높이는 데 기여하고 있습니다.

• 앞으로는 하이브리드 본딩과 같은 최첨단 제조 공정이 등장하면서 생산 효율성을 극대화할 것으로 보입니다. 이러한 공정 혁신은 더 높은 생산 수율과 비용 절감 효과를 가져올 수 있으며, HBM 시장의 경쟁력 향상에 기여할 것입니다. 특히, AI 연산 요구의 급증에 걸맞는 HBM 제조 기술이 발전함에 따라, HBM 장비 시장 역시 성장할 것으로 예상됩니다.

결론

• HBM 시장은 AI와 데이터 센터의 발전에 필수적인 요인으로 여겨지며, 이러한 기술 혁신의 흐름 속에서 삼성전자와 SK하이닉스의 경쟁은 한층 심화될 것으로 예상됩니다. HBM4의 발전은 단순한 메모리 기술의 혁신을 넘어, AI 연산의 효율성을 극대화하고 데이터 처리 능력을 향상시키는 데 중요한 역할을 할 것입니다. 따라서, 향후 HBM 시장의 성장은 AI 기술 발전에 결정적인 영향을 미칠 것으로 보입니다.

• 아울러, 기업들은 기술 혁신과 함께 시장 변화에 대한 적시 대응력이 필수적입니다. SK하이닉스는 HBM3E 제품을 성공적으로 양산하여 선두 자리를 확고히 하고 있지만, 삼성전자 또한 HBM4의 개발을 통해 시장 점유율을 회복하기 위해 가속도를 내고 있습니다. 이러한 경쟁 상황은 결국 HBM 기술의 발전과 더불어 AI와 데이터 처리 분야에서의 혁신을 이끌어낼 가능성이 높습니다.

• 따라서, HBM 생산업체들은 시장의 요구를 충족시키기 위해 기술적 차별화와 고객 맞춤형 솔루션을 제공하는 데 주력해야 할 것입니다. 이를 통해 반도체 산업 전반에 걸친 경쟁력을 강화하는 것은 물론, 미래의 기술 개발에서도 중요한 기반이 될 것입니다.

용어집

• HBM(고대역폭메모리) [기술]: 고속 데이터 전송을 위해 설계된 메모리 기술로, 여러 개의 DRAM 칩을 수직으로 적층하여 연결하여 높은 데이터 전송 속도와 대역폭을 제공합니다.

• TSV(Through-Silicon Via) [기술]: DRAM 칩 간에 전기적 연결을 위한 수직 경로로, HBM의 데이터 전송 속도를 크게 향상시키는 핵심 기술입니다.

• AI(인공지능) [개념]: 사람의 지능을 모방하여 학습, 문제 해결, 의사결정 등을 수행하는 컴퓨터 시스템의 기술입니다.

• GPU(그래픽 처리 장치) [하드웨어]: 고급 그래픽과 컴퓨팅 작업을 수행하는 데 최적화된 프로세서로, AI 연산에 자주 활용됩니다.

• ASIC(주문형 집적회로) [하드웨어]: 특정 용도를 위해 설계된 맞춤형 집적회로로, AI 및 데이터 처리에 적합한 높은 성능을 제공할 수 있습니다.

• HBM4 [기술]: 최신의 고대역폭 메모리 기술로, I/O 수를 늘려 데이터 전송 속도와 대역폭을 획기적으로 향상시킵니다.

• 파운드리 [산업]: 반도체 제조를 위한 외부 공정을 제공하는 서비스로, 기업들이 맞춤형 반도체 제품을 생산할 수 있게 합니다.

• 하이브리드 본딩 [기술]: 서로 다른 물질 간의 결합을 통해 더 빠르고 효율적인 데이터 전송을 가능하게 하는 기술입니다.

• MR-MUF 공정 [기술]: HBM 생산 과정에서 높은 수율과 안정성을 보장하기 위한 혁신적인 제작 공정입니다.

출처 문서

• HBM4부터 `커스텀` 주문하는 美 빅테크…기로에 선 삼성https://news.zum.com/articles/94550013
• 반전 노리는 삼성, 1위 방어전 SK…왜 'HBM4'일까https://n.news.naver.com/mnews/article/648/0000030100
• 'HBM 때문' 삼성·SK하닉 엇갈린 '희비'https://m.newsprime.co.kr/section_view.html?no=667026
• 한화-한미반도체 HBM장비 대전···'TC본더' 격돌https://v.daum.net/v/20240531174819643