AI 시대의 핵심, HBM 메모리: 삼성과 SK하이닉스의 전쟁

1. 요약

• 고대역폭메모리(HBM)는 현대 반도체 시장에서 그 중요성이 날로 커지고 있으며, 특히 인공지능(AI) 기술과 고성능 컴퓨팅의 발전에 필수적이고 혁신적인 역할을 하고 있어요. HBM은 데이터 전송의 속도와 대역폭이 기존 메모리 기술들을 압도적으로 초월하는 특성을 지니고 있으며, 이는 대규모 데이터 처리와 실시간 연산을 요구하는 애플리케이션에서 필수적으로 요구되는 기술입니다. 따라서, AI 연산 장비에서의 HBM의 채택은 필연적이라고 볼 수 있는데요, HBM을 통해 기업들은 데이터 처리 성능을 극대화하고, AI 알고리즘의 정확도와 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

• 최근 HBM 시장은 실제로 빠르게 성장하고 있으며, 이 추세는 앞으로도 계속될 전망이에요. 다양한 기술 보고서에 따르면 HBM의 시장규모는 연평균 25% 이상의 성장률을 기록할 것으로 예측되고 있습니다. 이는 AI 기술의 발전으로 인해 데이터량이 폭발적으로 증가하고, 이로 인해 HBM과 같은 고대역폭 메모리는 더욱 중요해질 것이라는 점을 시사합니다. 현재 주요한 공급업체인 삼성전자와 SK하이닉스의 경쟁 구도 역시 HBM의 발전 속도를 더욱 촉진시키고 있으며, 두 기업 모두 HBM 기술에서 반드시 성공해야 하는 압박을 느끼고 있습니다.

• 결론적으로, HBM은 단순한 메모리 기술을 넘어 반도체 생태계의 혁신을 이끌고 있으며, 향후 기술 발전과 함께 AI와 머신러닝 분야의 근본적인 변화를 예고하고 있습니다. 따라서, HBM 기술의 발전에 따라 반도체 산업 전반의 경쟁력과 효율성이 크게 향상될 것이라고 전망할 수 있습니다.

2. HBM 시장 현황과 성장 가능성

• 2-1. 고대역폭메모리(HBM)의 정의 및 중요성

• 고대역폭메모리(High Bandwidth Memory, HBM)는 메모리 반도체의 일종으로, 데이터 전송 속도와 대역폭이 기존 메모리 기술보다 월등히 높은 것이 특징이에요. HBM은 여러 개의 D램 칩을 수직으로 적층하여 서로 연결함으로써 데이터 전송 속도를 혁신적으로 향상시키는데, 이는 고성능 컴퓨팅과 인공지능(AI) 연산에 적합한 환경을 제공합니다. 특히, HBM은 GPU(그래픽 처리장치)와 데이터센터 등에서 필수적으로 사용되고 있으며, 이러한 특성 덕분에 AI와 머신러닝 분야의 성장에 큰 기여를 하고 있습니다.

• HBM의 등장은 대규모 데이터 처리와 실시간 연산을 요구하는 현대 IT 환경의 변화에 발맞추는 것으로, HBM 기술이 발전함에 따라 반도체 산업 전반의 경쟁력과 효율성이 높아질 것으로 기대되고 있어요. 이처럼 HBM은 단순한 메모리 기술을 넘어 반도체 생태계의 혁신을 이끄는 주역으로 자리잡고 있습니다.

• 2-2. AI 반도체 시장의 변화

• AI 반도체 시장은 최근 몇 년 간 급격한 성장을 보였으며, 특히 HBM의 중요성이 부각되고 있습니다. HBM은 GPU와 같은 고성능 AI 연산 장비에 필수적인 요소로 떠올랐으며, 이러한 변화는 AI 기술의 발전에 따른 데이터 처리 요구의 증가와 직결되고 있어요. 데이터센터와 AI 서버의 수요 증가는 HBM과 같은 고대역폭 메모리의 필요성을 더욱 부각시키고, 기업들은 HBM을 통해 데이터 처리 성능을 극대화하려 하고 있습니다.

• 최근 조사에 따르면, HBM 시장은 연평균 25% 이상의 성장률을 보일 것으로 예측되고 있으며, 이는 AI 산업의 확대와 맞물려 있습니다. HBM의 기술 발전에 따라 대규모 AI 모델이 더욱 복잡해지고, 이러한 기술을 필요로 하는 기업들이 HBM을 채택하는 트렌드는 갈수록 더 확산될 것으로 보입니다.

• 2-3. HBM의 각 기업별 점유율 및 주요 공급업체

• HBM 시장에서 현재 주요 기업들은 삼성전자와 SK하이닉스, 그리고 미국의 마이크론 등입니다. 최근 통계에 따르면, SK하이닉스는 2024년 HBM 시장 점유율에서 53%를 차지하며 1위를 기록하고 있고, 삼성전자가 38%로 뒤를 쫓고 있는 상황이에요. 이는 K-반도체가 세계 HBM 공급망에서 중요한 역할을 하고 있음을 나타내죠.

• SK하이닉스는 HBM 기술에서 선도적인 위치를 유지하며, 지속적으로 신제품을 출시하고 있으며, HBM3E 12단 제품을 최초로 양산하는 등 기술적으로 우위를 점하고 있습니다. 이와 반면 삼성전자는 HBM 분야에서 상대적으로 더딘 진행을 보였고, AI 고객사인 엔비디아 안정적인 공급을 위해 더 많은 노력이 필요한 실정입니다.

• 향후 HBM4 시장에서는 경쟁이 더욱 치열해질 것으로 보이며, HBM4 개발 및 맞춤형 생산이 가능해짐에 따라, 각 기업들의 시장점유율 다툼도 심화될 것으로 예상됩니다. 특히 HBM4에서의 고객 맞춤형 접근 방식은 기업들의 기술 경쟁력을 결정짓는 중요한 요소가 될 것이에요.

3. 삼성전자와 SK하이닉스의 경쟁 구도

• 3-1. 두 기업의 HBM 시장 전략

• 삼성전자와 SK하이닉스는 HBM(고대역폭 메모리) 시장에서 각각 독특한 전략을 세우고 있습니다. SK하이닉스는 2013년에 세계 최초의 HBM을 개발한 이후 지속적으로 시장 점유율을 확대해왔으며, 최근에는 HBM3E 12단 제품을 양산하기 시작했습니다. 이 제품은 엔비디아와 같은 주요 고객에 대한 공급을 통해, 기술적 우위를 확보하는데 중요한 역할을 하고 있습니다. 반면, 삼성전자는 아직 엔비디아의 품질 테스트에 통과하지 못한 상태이며, HBM 기술 개발에 있어 후발주자로 이미지가 굳어지고 있습니다. 이는 삼성전자가 차세대 HBM인 HBM4 시장에 본격 진출하기 위한 반격을 준비하고 있다는 점에서 중요한 의미를 가집니다.

• 삼성전자는 HBM4에서 고객 맞춤형 로직 다이를 제작하고, 하이브리드 본딩 기술을 도입하여 제품 성능을 크게 향상시킬 계획을 세우고 있습니다. 이러한 전략은 현재의 HBM3E 시장에서 경쟁력을 잃은 상황을 극복하기 위한 것으로, 추후 HBM4 시장에서 우위를 점할 기회를 마련할 수 있습니다. 결국, 두 기업은 각자의 기술적 강점을 바탕으로 시장에서의 입지를 다지고 있으며, HBM 시장의 변곡점이 될 수 있는 HBM4에 집중하고 있습니다.

• 3-2. 최근 실적 비교

• 최근 실적을 비교해보면, SK하이닉스가 압도적인 성과를 올리고 있는 상황임을 알 수 있습니다. 2024년 3분기 기준, SK하이닉스는 영업이익 7조300억원을 기록하며, 삼성전자의 3조8600억원을 크게 웃도는 성적을 나타냈습니다. 이는 HBM 시장에서의 원활한 제품 공급과 기술력에 따른 결과입니다. SK하이닉스는 특히 HBM3E 납품을 통해 시장에서 기대 이상의 성과를 올리고 있어, 전년 동기 대비 성장을 이루었습니다.

• 반면, 삼성전자는 HBM3E 시장에서의 성과가 미비하여 주주들과 시장의 우려를 자아내고 있습니다. 2023년 삼성전자는 반도체 부문에서 예상보다 더 급격한 실적 악화를 경험하면서 '반도체 쇄신'을 위한 경영진 교체까지 단행하였습니다. 이러한 결정은 지속적인 기술 혁신과 제품 공급에 대한 압박을 더하고 있으며, 향후 실적 회복에 대한 불확실성을 키우고 있습니다.

• 3-3. HBM 기술 선도 현황

• HBM 기술 선도 현황을 살펴보면, SK하이닉스가 현재 HBM 시장의 선두주자로 자리매김하고 있는 것이 분명합니다. SK하이닉스는 HBM의 1세대부터 3세대 기술을 모두 개발한 경력을 가지고 있으며, 그 결과로 HBM3E와 같은 제품을 시장에 성공적으로 출시했습니다. 이로 인해 HBM 제품의 시장 점유율이 53%에 달해, 삼성전자의 38%를 크게 앞서고 있습니다.

• 반면 삼성전자는 현재까지 HBM3E의 납품에 어려움을 겪고 있으며, 초기 품질 테스트 과정에서 지체되고 있는 상황입니다. 이러한 상황은 향후 HBM4 기술 개발에도 악영향을 미칠 수 있는 요소로 작용할 전망입니다. HBM 시장에서의 기술 리더십은 단순한 판매량 외에도 고객사와의 신뢰 관계, 품질 안정성 등이 중요한 변수로 작용합니다. 따라서 삼성전자가 기술적 우위를 확보하기 위해서는 조속한 품질 테스트 통과와 더불어, 고객 맞춤형 제품 개발에 대한 더욱 강력한 추진력이 필요할 것입니다.

4. HBM 기술적 세부사항 및 기대 효과

• 4-1. HBM3E 및 HBM4 기술적 특징

• 고대역폭메모리(HBM)는 데이터 처리 속도가 매우 높은 반도체 메모리 기술로, 주로 AI 및 고성능 컴퓨팅 애플리케이션에 사용됩니다. HBM3E는 HBM3의 다음 단계로, 성능이 대폭 향상되었습니다. HBM3E는 최대 8개 또는 12개의 다층 구조로 쌓일 수 있으며, I/O(입출력) 성능 또한 크게 증가해 데이터 전송 속도가 예전보다 두 배로 강화되었습니다. 이 기술은 대량의 데이터를 탁월한 속도로 처리가 가능하다는 점에서 매우 주요합니다.

• HBM4의 도입은 특히 주목할 만합니다. HBM4는 I/O 수를 2048개로 늘림으로써 데이터 전송 능력을 더욱 획기적으로 개선할 예정입니다. 이는 반도체 설계의 새로운 경지를 여는 것이며, 엘리베이터 같은 역할을 하는 TSV(Through-Silicon Via) 기술을 통해 여러 D램 칩 간의 직렬 연결을 더욱 최적화합니다. TSV 방식은 칩 사이에 미세한 통로를 만들어 데이터를 신속하게 전송하도록 도와줍니다. HBM4의 출현은 메모리 반도체 시장에서의 환경을 근본적으로 변화시킬 조건을 마련합니다.

• 4-2. heat-pressure bonder 등 생산장비의 중요성

• HBM 기술에서 주요 생산 장비 중 하나인 열압착 본더(heat-pressure bonder)는 여러 개의 반도체 칩을 수직으로 적층하는 공정에 필수적입니다. 이 장비는 D램 차원에서 칩 간의 접착을 견고하게 하여 안정적인 성능을 유지하게 합니다. HBM 제조 공정에서 이 장비의 역할은 일종의 '접착제'로 기능, D램 칩 사이를 강력하게 결합하는 데 필수적입니다.

• 특히 한미반도체가 공급하는 TC 본더는 SK하이닉스의 HBM 생산 라인에 첫 납품된 사례로, 앞으로 HBM 제조 공정의 핵심 장비로 자리잡을 것입니다. 열압착 기술은 고온에서 열력을 가해 접착 필름을 압착하는 과정을 포함하여, 반도체 칩 간의 간격을 최적화하고 제품의 신뢰성을 높이며, 생산 수율을 높이는 데 큰 기여를 하게 됩니다. 공정의 성공 여부는 이러한 생산 장비의 기술 수준에 달려 있다고 해도 과언이 아닙니다.

• 4-3. HBM의 성능과 반도체 생태계에 미치는 영향

• 고대역폭메모리(HBM)는 반도체 생태계 전체에 중대한 영향을 미치고 있습니다. HBM의 뛰어난 성능은 AI, 머신러닝, 고성능 컴퓨팅, 그래픽 처리장치(GPU)와 같은 다양한 분야에서 기초가 되는 기술로 작용하고 있습니다. 데이터 센터에서 효율성을 극대화하고 성능 저하 없이 수많은 작업을 처리하는 데 HBM의 역할은 점점 더 중요해지고 있습니다.

• 특히 HBM4의 시장 진입은 이 생태계에 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대됩니다. 새로운 기술 채택으로 반도체 제조사들은 HBM을 통해 제품의 처리 성능을 극대화하면서도 전력 소모를 줄이는 방향으로 나아가게 될 것입니다. 이는 곧, AI 기술과 직결되어 성능과 효율성 모두를 달성할 수 있는 길이 열리게 된다는 의미입니다. HBM의 발전은 단순히 메모리 기술의 혁신을 넘어, 새로운 산업 패러다임을 이끌어낼 수 있는 가능성을 지닌 것입니다.

5. 미래 전망 및 결론

• 5-1. HBM 시장의 미래와 삼성의 방어 전략

• 고대역폭메모리(HBM) 시장은 현재 인공지능(AI)과 데이터센터의 급격한 발전에 힘입어 빠르게 확대되고 있습니다. 특히 HBM4가 출시 예정인 2026년을 기점으로 시장의 경쟁 구도가 크게 변화할 것으로 예상됩니다. 삼성전자는 HBM4에 맞춰 고객 맞춤형 로직다이 제작과 하이브리드 본딩 기술을 적용해 기술력을 향상시키고 시장 지배력을 확보할 계획입니다. 이는 SK하이닉스가 현재 HBM 시장에서 주도권을 쥐고 있는 상황에서 삼성의 반전을 노리는 전략으로, HBM 기술의 경쟁이 더욱 치열해질 것입니다. 또한, 고객의 요구에 따라 다양한 패키징 및 커스터마이징을 통해 고급 HBM 제품을 공급할 수 있는 능력이 핵심적인 경쟁력이 될 것입니다.

• 5-2. SK하이닉스의 시장 위치와 성장 가능성

• SK하이닉스는 AI 반도체가 필요로 하는 HBM3E 제품에서 큰 성과를 내며 HBM 시장에서 압도적인 1위를 기록하고 있습니다. 최근 HBM3E 16단 제품의 성공적인 개발은 향후 HBM4 시장에서도 우위를 점할 수 있는 기반을 다졌습니다. SK하이닉스는 엔비디아와 같은 주요 기술 고객에게 HBM4의 공급을 확대할 계획이며, 특히 데이터 처리량을 두 배로 늘리는 등의 첨단 기술을 바탕으로 고객의 수요에 적극적으로 대응하고 있습니다. 따라서 SK하이닉스는 HBM 시장에서의 지속적인 성장 가능성이 높다고 평가받고 있습니다.

• 5-3. 전세계 반도체 시장에서의 HBM의 역할

• HBM은 전세계 반도체 시장에서 AI의 발전과 함께 중추적인 역할을 하게 될 것입니다. 특히 AI 연산 능력이 요구되는 다양한 애플리케이션에서 HBM의 성능은 기술적 우위를 점할 수 있는 중요한 요소가 될 것입니다. HBM4의 경우, 이전 세대보다 더 많은 I/O 단자를 통해 데이터 전송 속도를 증가시키고, 저전력 성능이 개선되어, AI 가속기와 GPU에 대한 수요가 더욱 높아질 것으로 전망됩니다. 이러한 변화는 HBM이 단순한 메모리 기술을 넘어 AI 기술의 심장부로 자리 잡는 데 중요한 영향을 미칠 것입니다.

결론

• HBM의 발전은 반도체 산업에 새로운 전환점을 가져올 것으로 예상되며, 이는 기업들이 시장에서 경쟁력을 유지하고 강화하는 데 필수적인 요소로 작용할 것입니다. 특히, 삼성전자는 HBM4를 포함한 신기술에 적합한 고객 맞춤형 전략을 통해 시장의 변화에 적응하고 빠르게 대응해야 할 필요성이 큽니다. 반면, SK하이닉스는 이미 시장에서의 강력한 입지를 바탕으로 정교한 제품 공급 전략을 구사하고 있으며, 이는 향후 HBM 시장의 변동에도 유리한 위치에 있을 것으로 보입니다.

• 인공지능 및 빅데이터의 발전과 함께 HBM 기술은 더욱 중요한 역할을 수행할 것으로 예상되며, 기업들은 이를 통해 기술적 우위를 점하려 할 것입니다. 다가오는 HBM4의 진입은 시장 경계와 경쟁의 규칙을 새롭게 정의할 수 있는 기회가 될 것이며, 이는 반도체 생태계의 재편성을 이끌어낼 전환점이 될 것입니다. 따라서 HBM의 지속적인 혁신과 품질 개선은 반도체 기업들이 성공적으로 나아가기 위한 필수적인 전략이 될 것입니다.

• 결국, HBM의 진화는 단순한 기술적 변화가 아닌 산업 전반의 새로운 패러다임을 규정짓는 요소로, 기업들은 이 기회를 활용하여 앞으로의 시장 경쟁에 대비해야 할 것입니다.

용어집

• 고대역폭메모리 (HBM) [기술]: 고대역폭메모리(High Bandwidth Memory, HBM)는 데이터 전송 속도와 대역폭이 매우 높은 메모리 기술로, 주로 AI와 고성능 컴퓨팅에 사용됩니다.

• GPU [기술]: GPU(그래픽 처리장치)는 고성능 이미지 처리를 위해 설계된 컴퓨터 프로세서로, AI 연산 및 대량 데이터 처리에 필수적인 역할을 합니다.

• TSV (Through-Silicon Via) [기술]: TSV는 여러 D램 칩 간의 직렬 연결을 최적화하여 데이터 전송 속도를 높이는 기술로, 칩 사이에 미세한 통로를 만들어 신속한 데이터 전송을 가능하게 합니다.

• 열압착 본더 (heat-pressure bonder) [장비]: 열압착 본더는 여러 개의 반도체 칩을 수직으로 적층하는 공정에서 칩 간의 접착을 견고하게 하여 안정적인 성능을 유지하게 하는 주요 생산 장비입니다.

• HBM3E [기술]: HBM3E는 고대역폭메모리의 진화된 버전으로, 성능이 대폭 향상되어 최대 8개 또는 12개의 다층 구조로 쌓일 수 있으며, 데이터 전송 속도를 두 배로 증가시킵니다.

• HBM4 [기술]: HBM4는 HBM 기술의 차세대 버전으로, I/O 수가 2048개로 증가해 데이터 전송 능력을 획기적으로 개선할 예정입니다.

출처 문서

• '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
• 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