HBM의 미래: 인공지능 시대의 반도체 시장 주도권을 쥘 기업은 누구인가?

1. 요약

• HBM(고대역폭메모리)은 현재 인공지능(AI) 반도체 시장에서 필수적인 요소로 두드러지며, 이는 고성능 데이터 처리와 빠른 연산을 가능하게 하는 역할을 합니다. HBM은 여러 D램 칩을 수직으로 적층하여 데이터 전송 속도와 처리량을 혁신적으로 개선한 메모리 기술로, 특히 AI 모델과 데이터 센터에서의 활용도가 높습니다. HBM의 출현은 전통적인 D램 기술을 넘어 다양한 고급 응용 프로그램에서 요구되는 고속 데이터 처리의 필요를 충족시키고 있습니다. 이 과정에서 'Through-Silicon Via'(TSV) 기술을 통해 대량의 데이터를 동시에 전송할 수 있는 환경이 구축되었습니다. 이러한 특성 덕분에 HBM은 주로 GPU(그래픽처리장치)에 채택되어, 데이터 분석과 AI 연산의 성능을 극대화하고 있습니다.

• 최근 HBM 시장은 삼성전자와 SK하이닉스 간의 치열한 경쟁이 펼쳐지며, 두 기업 모두 HBM 기술에서 시장 점유율 확대를 다투고 있습니다. SK하이닉스는 HBM 시장에서 53%의 점유율을 기록하며 선두를 차지하고 있으며, 삼성전자는 38%의 점유율로 뒤따르고 있습니다. 이러한 경쟁은 단지 시장 점유율에만 국한되지 않고 기술력과 생산성에서의 차별화가 이루어지고 있는 상황입니다. 특히, SK하이닉스는 HBM3E에서 HBM4로의 기술적 진전을 통해 시장의 리더십을 더욱 강화하고 있으며, 삼성전자는 새로운 기술의 출시 지연으로 인해 어려움을 겪고 있습니다.

• 한편, HBM 제조에 필수적인 TC 본더 장비 시장에서도 한미반도체와 한화정밀기계 간의 경쟁이 심화되고 있습니다. TC 본더 기술은 HBM 품질을 좌우하는 중요한 요소로, 두 기업 모두 시장에서의 위치 강화를 위해 노력하고 있습니다. 경쟁이 격화되는 가운데, HBM과 관련된 기업들의 기술 발전은 앞으로의 HBM 시장 구조에 중대한 영향을 미칠 것으로 기대됩니다. 결국 HBM 시장의 발전은 반도체 산업 전반에 걸쳐 혁신을 촉진하며, AI 분야에서도 지속적인 성장 가능성을 제공할 것입니다.

2. HBM의 중요성과 시장 현황

• 2-1. HBM의 정의

• HBM(고대역폭메모리)은 데이터 처리를 위한 차세대 메모리 기술로, 전통적인 D램보다 훨씬 높은 대역폭과 성능을 제공합니다. HBM은 여러 개의 D램 칩을 수직으로 적층하여 연결하며, 이로 인해 데이터 전송 속도와 처리량이 혁신적으로 향상됩니다. HBM은 주로 고성능 컴퓨팅과 인공지능(AI) 연산에 필수적으로 요구되며, 다양한 고급 응용 프로그램에 사용됩니다. HBM의 가장 큰 특징 중 하나는 'Through-Silicon Via'(TSV)라는 기술을 사용하여 칩 간의 연결을 이루어낸다는 점입니다. 이를 통해 수천 개의 데이터 전송로(I/O)를 제공하며, 기존 메모리 기술보다 더 많은 데이터를 동시에 처리할 수 있습니다.

• 2-2. AI 반도체 시장에서의 HBM의 역할

• AI 반도체 시장에서 HBM은 매우 중요한 역할을 수행하고 있습니다. HBM은 주로 GPU(그래픽처리장치)에 활용되어 대규모 데이터 처리 및 고속 연산을 가능하게 합니다. 엔비디아와 같은 주요 기업들은 HBM을 통해 AI 모델의 훈련을 가속화하고, 데이터 센터의 성능을 극대화할 수 있었습니다. AI 모델의 복잡성이 증가함에 따라 이들이 필요로 하는 데이터 처리 능력도 더욱 커지는데, HBM은 이러한 요구를 충족시켜줄 수 있는 기술로 인식되고 있습니다. 특히, HBM4에서는 데이터 전송로의 개수가 두 배로 늘어나고 저전력 성능이 개선되면서, 고성능 AI 연산에 필수불가결한 요소로 자리잡을 전망입니다.

• 2-3. 현재 HBM 공급 기업

• 현재 HBM 시장은 삼성전자와 SK하이닉스, 그리고 미국의 마이크론이 주요 공급업체로 자리잡고 있습니다. 특히, SK하이닉스는 HBM 시장에서 돌풍을 일으키며 선두를 달리고 있으며, 지난해 전 세계 HBM 시장 점유율 53%를 기록했습니다. 삼성전자도 38%의 점유율로 SK하이닉스를 바짝 추격하고 있으나, 최근 몇 년 간 HBM 관련 기술 투자에서 뒤처지면서 경쟁력이 약화되고 있다는 분석이 있습니다. 두 기업의 주요 고객인 엔비디아와 같은 빅테크들이 HBM의 대량 공급을 요구하며, 앞으로의 HBM 시장은 더욱 확대될 것으로 보입니다. 마이크론은 HBM3E 제품군을 통해 타사에 비해 한 발 앞서 공급하고 있는 상황입니다.

3. 기업 간 경쟁 상황 분석

• 3-1. 삼성과 SK하이닉스의 HBM 경쟁

• HBM(고대역폭메모리) 시장은 삼성전자와 SK하이닉스 간의 치열한 경쟁 구도가 형성되고 있습니다. SK하이닉스는 2024년 기준으로 전 세계 HBM 시장에서 53%의 점유율을 기록하며 선두를 달리고 있습니다. 반면 삼성전자는 38%의 시장 점유율을 보이며 뒤를 따르고 있습니다. 이러한 두 기업 간의 경쟁은 단순한 시장 점유율을 넘어, 기술력과 제품 경쟁력에서의 차별화가 중요한 요소가 되고 있습니다. 특히, SK하이닉스는 3세대 HBM(HBM2E) 기술에서 벗어나 4세대 HBM(HBM3) 기술을 양산하며 HBM 시장에서 리더십을 확고히 하고 있습니다. 반면 삼성전자는 HBM3E 제품의 시장 출시가 지연되고 있으며, 엔비디아의 품질 테스트를 통과하지 못한 상황입니다. 이는 삼성전자가 HBM 시장에서 SK하이닉스에 비해 기술적 우위를 확보하지 못했음을 보여줍니다. 또한 HBM4 기술 개발에 박차를 가하고 있는 SK하이닉스는 HBM4 제품에 대한 시장 반응이 긍정적일 것으로 예상하고 있으며, 이는 향후 삼성전자의 경쟁력을 더욱 저하할 가능성이 존재합니다.

• 3-2. 한미반도체와 한화정밀기계의 위치

• HBM 제조 공정에 필수적인 TC 본더 장비 시장에서도 한미반도체와 한화정밀기계 간의 경쟁이 치열하게 전개되고 있습니다. 현재 한미반도체는 SK하이닉스와 긴밀히 협력하며 HBM2 및 HBM3E 제품에 필요한 TC 본더를 공급하고 있으며, 이는 HBM 시장에서의 경쟁 우위를 강화하는 요소로 작용하고 있습니다. 한화정밀기계는 SK하이닉스에 납품하는 TC 본더를 자체 개발하기 위해 노력하고 있으며, 이러한 노력은 HBM 제조 품질을 높이는 데 기여하고 있습니다. 특히, HBM의 두께 기준이 상향 조정됨에 따라 TC 본더 기술이 더욱 중요해졌고, 이로 인해 두 기업 간의 경쟁이 더욱 격화될 것으로 보입니다. 또한, TC 본더는 HBM 기술의 발전과 함께 발전하고 있어, 향후 어떤 기업이 HBM 장비 시장에서 우위를 점할지는 주목할 만한 요소입니다.

• 3-3. 장비 시장에서의 경쟁구도

• 장비 시장에서의 경쟁은 HBM 기술 발전과 밀접한 관련이 있습니다. 특히, 엔비디아와 같은 주요 고객사에 대한 의존도가 높은 삼성전자와 SK하이닉스는 HBM 기술의 선도적인 위치를 확보하기 위해 경쟁사보다 더 많은 R&D 투자와 기술 개발을 필요로 합니다. 반도체 시장에서의 경쟁은 단순히 시장 점유율을 넘어서, 기술력과 혁신 능력에 따라 결과가 달라질 수 있습니다. HBM의 발전과 함께, HBM4와 같은 차세대 제품이 개발됨에 따라 장비업체들도 이에 맞춰 기술 수준을 끌어올려야 할 목표가 생깁니다. 향후 다양한 고객 맞춤형 솔루션 제공능력은 HBM 장비 시장에서의 경쟁 판도를 결정짖는 중요한 요소가 될 것입니다. 특히 삼성전자는 HBM4 기술에서 로직 다이의 생산능력을 한층 강화할 수 있는 방안을 모색하고 있으며, 이는 HBM 시장에서의 선두 자리 획득에 큰 영향을 미칠 것입니다.

4. 기술적 진전 및 HBM 시장의 미래 전망

• 4-1. HBM4의 발전

• HBM4는 고대역폭메모리의 6세대 제품으로, 이전 세대인 HBM3E에 비해 여러 가지 기술적 발전을 이루었습니다. 우선, HBM4는 데이터 입출력(I/O) 단자의 수가 2048개로, 이전 세대의 1024개에 비해 두 배로 증가하였습니다. 이러한 변화는 데이터 전송의 속도를 비약적으로 향상시키고, 대량의 정보를 더욱 효율적으로 처리할 수 있도록 합니다. HBM의 설계에서 데이터 전송을 위한 실리콘 관통 전극인 TSV(Through-Silicon Via)를 활용하는 방식은 여전히 고수되지만, HBM4에서는 더 좁고 정밀한 연결을 가능하게 하는 기술이 도입될 예정입니다.

• 특히, HBM4에서는 하이브리드 본딩(Hybrid Bonding) 기술이 적용될 가능성이 높습니다. 하이브리드 본딩은 칩과 칩 사이에 전기적 연결을 하는 데 있어 기존의 범프(bump)를 사용하지 않고, 각 칩의 표면에 있는 구리를 직접 연결하는 방식을 채택합니다. 이렇게 되면 데이터 통로의 간격이 훨씬 더 좁아질 수 있어, 빠른 데이터 전송과 열 성능의 최적화가 가능합니다. 이러한 기술적 진전은 인공지능(AI)과 데이터센터에서의 효율적인 데이터 처리를 더욱 지원할 것입니다.

• 4-2. 미국 빅테크들의 HBM 수요

• 최근 글로벌 빅테크 기업들, 특히 메타(Meta), 마이크로소프트(Microsoft), 구글(Google)과 같은 기업들은 자사의 AI 칩 성능을 극대화하기 위해 맞춤형 HBM4 메모리의 필요성을 강조하고 있습니다. 이러한 맞춤형 요구는 HBM4 제품이 과거의 엔비디아 전용 기술에서 한 걸음 나아가 고객의 특정 요구를 반영할 수 있는 기회를 제공합니다.

• HBM4는 이미 AI 연산을 지원하기 위해 등장하고 있으며, 이 분야에서의 수요는 급증하고 있습니다. AI 기능을 갖춘 여러 제품들이 시장에 쏟아져 나오면서, HBM4와 같은 고대역폭 메모리가 반드시 필수적인 요소로 자리잡을 것입니다. 특히, 엔비디아가 선호하는 HBM 제품의 표준화가 이루어지는 동안, 삼성전자와 SK하이닉스 같은 메모리 기업들은 새로운 설계 공정을 통해 고객 맞춤형 메모리 생산에 더욱 집중하게 될 것입니다.

• 4-3. 향후 기술 변화 및 시장 전망

• HBM 시장은 기술적 발전과 함께 급격하게 변하고 있으며, 이는 반도체 기업 간의 치열한 경쟁을 더욱 부각시키고 있습니다. SK하이닉스는 HBM3E에서 이미 시장 점유율을 확보했고, HBM4에서도 빠르게 기술 개발을 진행 중입니다. 반면 삼성전자는 기술적 낙후를 극복하기 위해 HBM4 개발에 집중하고 있으며, 이 시장에서의 경쟁력을 회복하려는 노력을 기울이고 있습니다.

• 향후 HBM4 출시로 인해 시장의 공급 구조가 급변할 것으로 예상되며, 이로 인해 기존 HBM 제품 교체 주기가 단축될 수 있습니다. 그러므로 반도체 기업들은 시장의 변화에 민첩하게 대응할 수 있는 전략을 마련해야 할 것입니다. 특히, 고객 맞춤형 제품 생산이 강조되는 만큼, 각 기업의 기술력과 연구개발 능력이 공급사슬 전반에 걸쳐 중요한 역할을 하게 될 것입니다.

결론

• HBM 기술은 앞으로의 반도체 시장에서 점점 더 중요한 역할을 할 것으로 보입니다. 특히 AI와 관련된 기술의 발전이 HBM의 수요를 더욱 확대할 가능성이 높아지고 있으며, 각 기업의 기술적 혁신과 시장 대응력은 HBM 시장의 경쟁 구도를 결정짓는 요소가 될 것입니다. 현재 HBM 시장에서 활발히 활동하고 있는 삼성전자와 SK하이닉스를 비롯한 기업들은 기술研发과 고객 맞춤형 솔루션 제공을 통해 경쟁력을 강화해야 할 것입니다.

• HBM4의 개발과 같은 기술적 진전은 더욱 제한적인 데이터 처리 요구에 대해 적절히 대응할 수 있는 능력을 배가시켜줄 것입니다. 따라서 앞으로의 HBM 시장은 단순한 공급과 수요의 확대에 그치지 않고, 각 기업들이 더욱 정교한 기술력으로 시장의 변화에 발 빠르게 적응하는 모습을 보여줄 것입니다. 이러한 시장 변화 속에서, 기업들은 고객에게 차별화된 경험을 제공하고, 경쟁 우위를 확보하기 위한 여러 전략적 과제를 해결해 나가야 할 것입니다.

• 결국, HBM 기술의 발전은 단순히 기술적 진보에 그치는 것이 아니라, 반도체 산업 전반에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 예상되며, 이는 AI와 데이터를 기반으로 한 혁신적인 비즈니스 모델의 발전에 기여할 것으로 보입니다. 이러한 관점에서 HBM 시장에 대한 지속적인 관찰과 연구는 매우 중요하며, 향후 이끌어갈 혁신을 위한 바탕이 될 것입니다.

용어집

• HBM [기술]: HBM(고대역폭메모리)은 여러 개의 D램 칩을 수직으로 적층하여 데이터 전송 속도와 처리량을 혁신적으로 향상시킨 차세대 메모리 기술입니다.

• Through-Silicon Via (TSV) [기술]: TSV는 칩 간의 연결을 실리콘 관통 전극을 통해 이루어지게 하는 기술로, 대량의 데이터 전송을 가능하게 합니다.

• GPU [기술]: GPU(그래픽처리장치)는 고속 데이터 처리와 복잡한 연산을 수행하는데 최적화된 전자 회로입니다.

• TC 본더 [장비]: TC 본더는 HBM 제조 공정에서 여러 D램 칩을 결합하는 중요한 장비로, HBM의 품질을 좌우하는 요소입니다.

• 하이브리드 본딩 [기술]: 하이브리드 본딩은 칩 간의 전기적 연결을 기존의 범프 대신 각 칩의 표면에 있는 구리를 직접 연결하는 방식을 의미합니다.

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