[비즈니스포스트] 6세대 고대역폭메모리(HBM) HBM4의 국제 예비 표준이 공개되면서 HBM을 뚤러싼 반도체 기업의 경쟁이 더욱 뜨거워질 것으로 보인다.

삼성전자는 HBM3E의 엔비디아 품질 인증이 늦어지며 쓴맛을 본 터라, HBM4 양산에 기술력을 집중하며 총공세를 펼칠 것으로 예상된다.

엔비디아가 2026년 출시하는 차세대 '루빈' 그래픽처리장치(GPU)에 HBM4를 탑재하겠다고 밝힌 만큼, 이르면 2025년에는 엔비비아의 HBM4 수주 승자가 가려질 것으로 보인다.

16일 반도체 업계 취재를 종합하면 미국 전자산업협회(EIA) 산하 국제반도체표준협의기구(JEDEC)는 최근 HBM4의 예비 표준을 공개했다.

제덱(JEDEC)이 정한 예비 표준에 따르면 HBM4는 HBM3와 비교해 스택 당 채널 수가 두 배로 증가하고, 16단 적층 스택에서 최대 32기가바이트(GB)의 메모리 용량을 제공한다. 또 낮은 대역폭, 낮은 전력 소모, 스택 당 높은 메모리 용량을 유지하되 데이터 처리 속도는 더 높아진다.

대만 시장조사업체 트렌드포스는 “스택 당 채널 수가 HBM3E보다 두 배로 증가한다는 것은 상당한 성능 향상과 더 넓은 활용 영역이 예상된다”고 분석했다.

HBM4 시장은 인공지능(AI) 순풍을 타고 기하급수적으로 성장할 것으로 예상된다.

반도체 전문 매체 세미컨덕터인사이트는 글로벌 HBM 시장이 2024년 9조7300억 원 규모에서 2030년 55조2100억 원에 이를 것으로 전망했다. 연간 성장률 68%가 넘는 수치다.

이에 HBM3E에서 부진했던 삼성전자는 새로운 HBM4 시장에서 종합 반도체 기업 역량을 살려 반전을 꾀하고 있다.

삼성전자는 HBM4에서 경쟁사가 갖지 못한 강점이 부각될 수 있을 것으로 예상하고 있다. 메모리 기술만 필요했던 이전 세대 HBM과는 다르게 HBM4에선 파운드리(반도체 위탁생산) 공정이 필수로 요구되기 때문이다.

D램을 컨트롤하는 ‘베이스 다이’를 HBM3E까지는 메모리 반도체 기업이 직접 제조했지만, HBM4에 탑재되는 고객사별 맞춤형 로직 다이는 파운드리를 통한 제조 공정이 필수가 된다. 세계 HBM 시장 1위인 SK하이닉스와 파운드리 1위인 TSMC가 손잡은 이유도 이 때문이다.

SK하이닉스 관계자는 “5세대인 HBM3E까지는 자체 공정으로 베이스 다이를 만들었으나, HBM4부터는 TSMC의 로직 선단 공정을 활용할 것”이라고 말했다.

삼성전자는 파운드리와 HBM 설계를 모두 할 수 있는 유일한 기업이다. 삼성전자는 이같은 장점을 십분 활용, SK하이닉스-TSMC 연합의 성능과 전력효율을 넘어서는 HBM4를 양산하겠다는 계획이다. 
 

삼성전자는 특히 4나노 파운드리 공정을 HBM4 로직 다이에 적용할 것으로 전해졌다. 기존 HBM3E까진 7나노 공정을 적용했지만, HBM4는 5~6나노 공정을 건너뛰고 4나노 로직 공정을 적용해 경쟁사 대비 성능과 전력효율을 더 높여 제품 경쟁력을 끌어올리겠다는 것이다.

이를 위해 삼성전자는 HBM 전담 개발팀 400여 명을 최근 꾸렸다. 회사는 전담 개발팀을 통해 HBM3E 12단과 HBM4를 동시에 개발하고 있는 것으로 파악되다.

SK하이닉스도 1위 자리를 지키기 위해 함께 TSMC의 4나노급 공정을 적용할 것으로 예상된다. 

SK하이닉스는 또 HBM 개발력 보강을 위해 인력 확충에도 나서고 있다. 지난 15일까지 HBM 관련 경력사원 채용접수를 진행했다. 회사가 채용할 경력사원의 주요 업무는 ‘파운드리 공정 개선을 통한 HBM 로직 다이의 수율 확보’, ‘HBM 로직 다이 테스트’ 등이다.

HBM4 기술 경쟁 결과는 2025년에 나올 것으로 전망된다.

세계 AI 반도체 시장의 98%를 점유하고 있는 엔비디아가 HBM4가 탑재되는 차세대 루빈 GPU를 2026년 공개할 예정이기 때문에 2025년엔 엔비디아의 인증 테스트를 통과해야 하기 때문이다. 

삼성전자와 SK하이닉스는 엔비디아 일정에 맞춰 HBM4 생산에 들어간다. 삼성전자는 2025년 생산에 들어갈 것으로 예상되는 대용량 HBM4를 개발하고 있고, SK하이닉스는 HBM4 12단 양산을 당초 계획보다 1년 앞당긴 내년으로 예고했다.

업계 관계자는 “어느 기업이 앞서갈진 시간이 지나야 더 분명히 알 수 있을 것”이라며 “삼성전자는 HBM3 경쟁에서 밀린 만큼 역량을 최대한 집중할 것으로 보인다”고 말했다. 김호현 기자