[이성진의 Y] 'AI 게임체인저' HBM…메모리도 '맞춤형' 시대로

삼성전자·SK하이닉스 고대역폭 메모리(HBM) [사진=양사]

'고대역폭 메모리(HBM)'가 반도체 시장의 '게임체인저'로 자리매김하고 있다. 인공지능(AI)의 빠른 성장으로 HBM 시장도 고성장을 이어갈 것으로 예측되면서 삼성전자와 SK하이닉스 등 반도체 업체들의 경쟁 양상도 심화될 것으로 전망된다.

16일 시장조사업체 욜 인텔리전스에 따르면 HBM 시장은 2022년 27억 달러에서 2029년 377억 달러로, 연평균 46% 성장할 전망이다.

HBM 시장은 AI가 견인하고 있다. 한국수출입은행 해외경제연구소는 AI 서버 출하량 증가와 AI 서버용 프로세서의 HBM 탑재량 증가 등으로 HBM 수요가 고성장할 것으로 내다봤다. HBM은 AI 학습용 프로세서에 주로 탑재됐으나, 최근에는 추론용 프로세서에도 탑재되는 추세다. AI 서버용 프로세서가 발전할수록 연산능력 개선을 위해 HBM 탑재량이 증가하고 있다.

HBM은 다수의 D램을 적층하고 실리콘관통전극(TSV)으로 수직 연결해 기존 D램 대비 속도와 용량 등을 개선한 것이 특징이다. 중앙처리장치(CPU)와 그래픽처리장치(GPU) 등 프로세서의 성능이 기존 메모리 반도체의 성능보다 빠르게 발전하면서 '메모리 월(Memory Wall)'이라는 병목현상이 발생하는데, 이를 극복하기 위해 메모리의 대역폭과 용량을 확대한 GDDR D램과 HBM 등이 개발된 것이다.

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특히 HBM은 일반 D램처럼 월별, 분기별로 수량과 가격을 협의하는 제품이 아니라 파운드리처럼 제품 출시 전부터 고객과 제품 개발과 수요 등을 논의한 후 주문형으로 제작 및 판매가 이뤄진다는 특징이 있다.

6세대인 HBM4부터는 고객이 요구하는 성능과 전력효율 등을 반영한 고객 맞춤형으로 출시될 예정이다. SK하이닉스는 고객맞춤형 HBM을 생산하기 위해 미세공정과 CoWoS(Chip on Wafer on Substrate) 패키징 기술을 보유한 TSMC와 협력을 강화하고 있다. 최태원 SK그룹 회장도 지난달 대만에서 웨이저자 TSMC 신임 회장과 만나 "인류에 도움되는 AI 초석을 함께 만들자"고 밝힌 바 있다.

HBM 시장 선점을 위한 메모리 반도체 업체들의 경쟁도 뜨겁다. 현재 HBM 시장은 SK하이닉스와 삼성전자가 양분하고 있는 상황이다. 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 지난해 HBM 시장점유율은 SK하이닉스와 삼성전자가 각각 47.5%, 마이크론이 5%를 기록했다. 다만 SK하이닉스가 HBM 최대 고객사인 엔비디아에 최신 제품들을 사실상 독점 공급해오면서 삼성전자보다 우위에 있다는 평가를 받는다.

지난 2019년 HBM 연구개발팀을 해체했던 삼성전자도 최근 전영현 DS부문장(부회장) 체제 첫 조직개편을 통해 'HBM 개발팀'을 신설하며 주도권 탈환에 시동을 켰다. 삼성전자는 현재 HBM3E(5세대) 제품에 대해 엔비디아의 퀄테스트(품질 검증)를 받고 있는 중이며, 올해 말 출시되는 AMD MI325X에도 삼성전자의 HBM3E 288GB가 탑재될 예정이다.

마이크론은 SK하이닉스에 이어 엔비디아 H200의 두 번째 HBM3E 공급사로 선정되면서 HBM 시장점유율이 지난해 5%에서 2026년 10% 수준으로 확대될 것으로 보인다.

한편 HBM은 견조한 AI 수요와 수요처 다변화 등으로 D램 시장 내 비중이 지난해 8%에서 오는 2025년 30% 이상으로 확대될 전망이다.