[서울=뉴스핌] 김정인 기자 = 반도체 업계에 인공지능(AI) 바람이 불면서 고대역폭메모리(HBM)가 '황금 알을 낳는 거위'로 떠올랐다. 챗GPT가 각광을 받기 시작하면서 많은 양의 데이터를 한 번에 처리할 수 있는 HBM의 장점이 주목받기 시작한 것이다.

또 올해 들어 HBM3(4세대) 제품의 평균판매단가(ASP)가 기존 주력제품인 D램 가격 대비 500% 수준까지 치솟아 수익성 개선에 핵심 역할을 할 것이라는 기대도 작용했다. SK하이닉스가 HBM 시장의 선두에 서 있는 가운데 삼성전자가 기술력과 사업부를 총출동시켜 격차 줄이기에 나선 만큼 올해 'HBM 왕좌 경쟁'은 한층 치열해질 전망이다.

22일 업계에 따르면 국내 반도체 업계는 스마트폰과 노트북 등 AI 탑재 기기가 올해부터 본격적인 수요 상승 곡선을 탈 것이라 예상, AI 프로세스에 적합한 HBM 양산 준비에 돌입하고 있다.

SK하이닉스 'HBM3E' [사진=SK하이닉스]

◆ HBM 프리미엄, 500%까지 치솟아…성장세 '맑음'

특히 엔비디아, AMD 등 AI 반도체 시장을 이끌고 있는 기업들의 HBM 주문량은 급격히 늘고 있다. HBM은 여러 개의 D램을 수직으로 연결해 기존 D램보다 초당 데이터 처리 속도를 10배 이상 끌어올린 제품이다. 이는 기존 D램보다 크고 전력 소모는 적어 높은 성능과 효율이 필요한 AI용 메모리로 각광받고 있다. 

수요에 비해 공급량이 적기 때문에 몸값은 계속 뛰고 있다. 시장조사업체 욜그룹에 따르면 올해 들어 HBM 평균판매단가가 기존 DDR4 D램과 비교해 500% 수준의 프리미엄이 더해져 판매되고 있는 것으로 나타났다. 욜그룹은 HBM 공급량이 지난해부터 오는 2028년까지 연평균 45% 수준의 성장률을 기록할 것으로 전망했다. 수요에 비해 공급량을 급격히 늘리기 어려운 HBM의 특성상 가격 프리미엄이 한동안 지속될 것이라는 전망이다.

국내 반도체 업계는 지난해 조 단위 적자를 기록한 만큼 HBM이 수익성 개선에 핵심 역할을 해줄 것이라는 기대를 하고 있다. 업계 관계자는 "향후 고성능·고부가 제품인 HBM 공급 비중이 계속 높아져 경영실적 반등 흐름이 가속화될 것"이라고 말했다.

삼성전자 HBM3E D램. [사진=삼성전자]

◆ 후발주자 삼성전자, '업계 1위' SK하이닉스 맹추격 

HBM 시장은 사실상 SK하이닉스, 삼성전자, 마이크론 등이 주도하고 있다. 이 중 SK하이닉스와 삼성전자의 점유율은 각각 50%, 40%로 추정돼 국내 반도체 기업이 사실상 HBM시장을 장악하고 있다.

가장 큰 장악력을 가진 SK하이닉스는 지난 2013년 세계 최초로 실리콘관통전극(TSV) 기술을 적용한 HBM 제품을 개발하는데 성공했다. 다음달부터는 5세대 고대역폭메모리(HBM) HBM3E 양산을 시작한다. 6세대인 HBM4는 2026년 양산을 목표로 제품을 개발하고 있다.

SK하이닉스는 HBM 개발 단계부터 AI 그래픽처리장치(GPU) 글로벌 시장 점유율 90% 이상을 차지하는 엔비디아와의 협력관계를 돈독히 이어온 것으로 알려졌다. SK하이닉스는 HBM3에 이어 HBM3E까지 엔비디아에 사실상 독점 공급하고 있어 압도적 우위를 점했다.

삼성전자는 AI 반도체 맹추격에 나서고 있다. 삼성전자는 먼저 지난해 9월 업계 최초로 초당 7.5기가비트(Gb)를 전송하는 저전력 D램 LPCAMM을 개발했다. 해당 제품은 이미 인텔 플랫폼에서 7.5Gbps LPCAMM 동작 검증을 마쳤고 주요 고객사와도 차세대 시스템에서 검증할 예정이다. 올해 상용화를 목표로 두고 있다.

HBM의 경우 지난해 3분기 HBM3 첫 양산을 시작했고 4분기 고객사 리스트에 주요 GPU 업체를 추가하며 판매를 확대했다. 게다가 메모리 반도체와 파운드리 사업을 모두 아우르고 있다는 점이 강점을 활용해 역량을 결집, 최고 성능의 HBM4를 개발한다는 계획을 세웠다. HBM4의 경우 2025년 샘플링, 2026년 양산을 목표로 개발 중이다.

HBM 시장 선점의 관건은 커스터마이징 능력이다. HBM은 특수목적 반도체로, 각 기업이 선주문을 하면 맞춤 제작된다. 일각에서는 삼성전자가 '세계 D램 1위 공급자' 지위에 안주, HBM 시장 선점 경쟁에서 SK하이닉스에 비해 한발 뒤쳐졌다는 지적이 나온다.

이규복 한국전자기술연구원 부원장은 "SK하이닉스는 HBM에 대한 가능성을 일찍이 알아보고 산학협력 연구 등을 통해 개발에 적극적인 모습을 보였다"며 "삼성전자의 경우 DDR5 등 일반적인 메모리로도 반도체 시장을 커버할 수 있을 것이라 판단한 것 같다"고 말했다.

그러면서 "결국 HBM에 대한 주도권은 SK하이닉스가 확실히 쥐고 있는 상황이 됐다"고 분석했다.

안기현 반도체산업협회 전무 역시 "SK하이닉스가 가능성을 알아보고 HBM 시장에 먼저 뛰어들었기 때문에 주도권을 갖고 있다"면서도 "다만 제조력을 가졌다는 점에서 삼성전자와 SK하이닉스의 존재감은 커질 것이고 SK하이닉스의 압도적인 주도권은 분산될 것"이라고 내다봤다.

kji01@newspim.com