“지키거나 빼앗거나”…삼성·SK, HBM 경쟁 새 라운드

삼성전자가 3월 20일 경기도 수원시 수원컨벤션센터에서 주주, 기관투자자, 경영진이 참석한 가운데 제55기 정기 주주총회를 개최했다. 삼성전자는 주주총회에서 사업전략을 공유하고 주주와의 대화 시간을 가졌다.ⓒ삼성전자

차세대 HBM(고대역폭메모리) 주도권을 놓고 새로운 경쟁이 펼쳐지고 있다. 지난해 SK하이닉스에 밀린 삼성전자가 HBM3E(5세대) 양산 속도전에 나서자 SK하이닉스도 로드맵을 앞당기며 방어전을 펼치는 모습이다.

양사 모두 “맞춤형(Custom) HBM은 내가 강자”를 어필하며 다양한 선단 기술 및 고객사와의 협력을 과시하고 있다. 차세대 메모리 승부에 따라 ‘선두’ 타이틀에 변화가 생길지 관심이다.

3일 업계에 따르면 삼성전자 DS(반도체)부문과 SK하이닉스는 생성형 AI(인공지능) 수요 대응을 위해 HBM을 중심으로 AI향 반도체 공급을 대폭 확대한다. HBM, DDR5, 고용량 SSD 등 고부가 AI향 제품들은 올해 1분기 전사 흑자에 기여한 일등공신들로, 이들 제품 공급이 늘어날 전망이다.

한 발 앞서 HBM3(4세대) 시장을 선점한 SK하이닉스는 삼성전자 DS부문 보다 빨리 전사 흑자를 달성했고, 올해 1분기에는 1조 가까이 영업이익 격차를 벌렸다. 삼성전자는 작년의 부진을 만회하고 HBM 강자 타이틀을 가져와야 하는 과제를, SK하이닉스는 경쟁사 추격을 방어전을 효율적으로 펼쳐야 하는 숙제를 안고 있다 .

올해 들어 5세대 HBM 경쟁이 새롭게 펼쳐진 상황에서 삼성전자와 SK하이닉스는 CEO(최고경영자)가 직접 나서 다음 라운드를 준비중이다. 경계현 삼성전자 DS부문장(사장)은 최근 구성원을 대상으로 연 사내 경영 현황 설명회에서 “AI 초기 시장에서는 우리가 승리하지 못했다. 2라운드는 우리가 승리해야 한다”고 독려했다. 이어 “작년부터 새로운 기회가 시작되고 있다. 그 기회를 놓치지 않고 올해 반드시 턴어라운드해야 한다”고 덧붙였다.

업계에서는 삼성전자의 반격 승부처가 5세대 HBM인 HBM3E가 될 것으로 본다. HBM3E 8단 양산을 4월에 시작한 삼성은 현재 12단 제품 샘플을 고객사에 공급중으로, 2분기 중 양산을 시작하겠다는 계획이다. HBM 제조사 중 가장 빠른 속도다.

HBM3E 12단은 초당 최대 1280GB(기가바이트)의 대역폭과 현존 최대 용량인 36GB을 제공해 성능과 용량 모두 전작인 HBM3(4세대 HBM) 8단 대비 50% 이상 개선된 것이 특징이다.

이 같은 속도라면 연말에는 삼성전자 전체 HBM에서 HBM3E가 차지하는 비중이 3분의 2로 늘어날 것으로 추정된다. 기술 속도전 뿐 아니라 케파(공급능력)도 확대한다. 삼성전자는 “올해 HBM 공급은 전년 대비 비트 기준 3배 이상 늘리고 있다. 내년에는 올해 보다 2배 이상의 공급을 계획하고 있다”고 했다.

HBM 반격이 효과를 보려면 ‘큰 손’ 유치가 절대적이다. 업계는 HBM3E 12단 제품이 엔비디아의 ‘블랙웰’ 기반 차세대 AI칩인 ‘B100’에 탑재될 가능성에 주목한다. 지금까지는 엔비디아향 HBM을 SK하이닉스가 독점적으로 공급해왔으나, 삼성이 물꼬를 트게 된다면 다 양사 점유율 차이도 축소될 것으로 예상된다.

삼성전자자 거센 반격에 나서자 SK하이닉스도 발 빠르게 차세대 HBM 로드맵을 수정했다. 당초 HBM3E 12단 제품을 내년에 공급할 예정이었으나 올해 3분기로 앞당긴 것이 대표적이다.

SK하이닉스 곽노정 대표이사 사장이 2일 이천 본사에서 ‘AI시대, SK하이닉스 비전과 전략’을 주제로 기자 간담회를 진행하고 있다.ⓒSK하이닉스

SK하이닉스는 지난달 말에만 하더라도 “올해 3분기 개발 완료, 내년 공급”이라는 입장이었으나 불과 1주일 만에 “5월 샘플 제공, 3분기 양산”으로 로드맵을 전격 수정했다. 뿐만 아니라 2026년 공급 예정이었던 HBM4(6세대) 12단 제품도 내년으로 앞당겨 양산하기로 했다. HBM4 16단 제품은 2026년에 양산한다.

로드맵 변경 이유로는 AI 메모리 시장의 가파른 성장이 지목된다. SK하이닉스는 2023년 전체 메모리 시장의 약 5%(금액 기준)를 차지했던 HBM과 고용량 D램 모듈 등 AI 메모리 비중이 5년 뒤인 2028년에는 61%에 달할 것으로 내다봤다. 경쟁사들이 엔비디아향 HBM 수주전을 놓고 열을 올리는 상황에서 대응책을 내놓은 것으로 풀이된다.

SK하이닉스는 상대적으로 공급 물량이 적다는 단점도 극복하기 위해 캐파도 확대한다. 청주 M15x에 EUV(극자외선) 장비를 포함, HBM 일괄 생산 공정을 구축하기로 했다. 이 공장은 2025년 준공 후 2026년 3분기 가동을 목표로 한다.

특히 SK하이닉스는 대만 파운드리 업체인 TSMC와의 HBM4 공동개발 협력도 발표, 엔비디아(팹리스)-SK하이닉스(HBM)-TSMC(파운드리) 연합이 중장기적 연대로 발전할 가능성을 시사하기도 했다. 추격자인 삼성전자는 SK하이닉스-TSMC 벽을 뚫고 엔비디아 물량을 따내야하는 상황이다. 또 다른 경쟁자 마이크론은 이미 엔비디아에 HBM을 공급하고 있다.

업계는 HBM3E를 필두로 삼성전자가 메모리 반도체 ‘선두’ 타이틀을 회복할 수 있을지 각별한 관심을 보이고 있다.

한화투자증권은 “삼성전자는 지난해 HBM 시장에서 경쟁사 대비 열위에 있으면서 고전을 면치 못했으나 HBM3E 시장에서 격차를 빠르게 축소, 현재 8단 제품 격차는 약 3개월 수준으로 좁혀진 것으로 파악되며 12단 제품에서는 우위에 설 가능성이 존재한다”고 진단했다.

유진투자증권은 “지금은 초격차 얘기를 할 때가 아니다. 삼성은 이제 추격자로서 앞서있는 업체들과의 거리를 좁혀야 하는 입장”이라고 말했다.

CXL 2.0을 지원하는 삼성전자 128GB CXL D램.ⓒ삼성전자

한편 삼성전자와 SK하이닉스는 HBM 뿐 아니라 CXL, QLC 기반 SSD 등 차세대 AI 메모리 투자·개발에서도 속도전에 나섬으로써 ‘토탈 AI 프로바이더’ 타이틀을 부각시키겠다는 포부다.

삼성전자는 9세대 V낸드의 2분기 TLC(트리플레벨셀) 양산에 이어 3분기에는 QLC(쿼드레벨셀) 양산에 나서겠다고 했다. QLC 기술은 TLC 보다 하나의 셀에 4bit 데이터를 기록할 수 있는 구조로, TLC에 비해 집적도가 약 30% 높아진다. AI 시대 수요가 늘고 있는 고용량∙고성능 낸드플래시 개발에 힘을 주겠다는 것이다.

SK하이닉스도 자회사 솔리다임의 QLC 기반 eSSD 제품을 통해 eSSD 수요에 대응하겠다는 계획을 세웠다. 안현 SK하이닉스 부사장은 “SK하이닉스도 올해 QLC 기반 60TB를 개발해 내년에는 300TB까지 초고용량 제품도 준비할 계획”이라고 말했다.