Samsung이 HBM4 메모리에서 80% 제조 수율을 기록하는 가운데, Nvidia와 AMD는 공급 위기 속에서 사양 다운그레이드를 고려하고 있습니다.

삼성전자가 6세대 고대역폭 메모리(HBM4)에서 업계에서 말하는 '황금 수율'인 80% 대의 수율을 달성했으며, 올해 하반기 공격적인 공급 확대를 추진할 준비를 갖추고 있다. 2월 양산 초기에는 60% 미만이었던 수율이 6개월 만에 안정화되면서 HBM 시장 경쟁 구도가 기술 개발에서 생산 능력 전쟁으로 급속히 전환되고 있다.

삼성전자의 HBM4 수율이 최근 80% 대에 진입했는데, 이는 반도체 제조에서 결함률이 최소화되고 안정적인 산출량이 확보되며 수익성이 확보되는 중요한 전환점이다. 업계 소식통에 따르면 "초기 연말 수율 목표는 80%였지만, 하반기 양산량이 증가하면서 공정 개선 속도가 예상을 초과했다"고 전했다.

삼성전자의 예상보다 빠른 수율 안정화는 메모리, 파운드리, 첨단 패키징 부서가 설계 단계부터 협력하는 '턴키' 시스템에서 비롯됐다. 회사는 열압착 비도전성 필름(TC-NCF) 공정의 한계를 극복했으며, 이전에는 높은 수율 달성의 주요 장애물로 여겨졌던 이 공정에서 속도, 전력 소비, 발열을 동시에 제어하는 데 성공했다.

수율 안정화를 바탕으로 삼성전자는 하반기 시장 공략을 가속화하고 있다. 김재준 삼성전자 메모리 사업부 사장은 Q2 실적설명회에서 "HBM4 매출이 3분기에 전 분기 대비 3배 이상 확대될 것"이라며 "하반기에는 HBM4 매출이 전체 HBM 매출의 60%를 넘게 될 것으로 예상된다"고 밝혔다. 삼성전자는 연말까지 HBM 시장 점유율을 DRAM 시장 점유율 수준인 약 38% 수준으로 높이기로 목표를 설정한 것으로 알려졌다.

글로벌 투자은행 UBS는 HBM 비트 기준 출하량으로 SK하이닉스가 올해 48%의 점유율로 1위를 유지하겠지만, 삼성전자가 내년에 41%를 확보해 SK하이닉스의 39%를 근소한 차이로 추월할 것으로 예측했다.

SK하이닉스는 첫 세대부터 모든 HBM 세대를 양산해 온 경험과 강력한 고객 신뢰도를 가장 큰 경쟁 우위로 활용하고 있다. SK하이닉스 HBM 영업·마케팅 담당 김기태 부사장은 Q2 실적설명회에서 "HBM4 경쟁력은 안정적인 수율과 품질로 대량 공급할 수 있는 능력을 갖춘 경우에만 완성된다. 현재 양산 수율과 품질은 이미 성숙 단계에 진입한 전 세대(HBM3E) 제품 수준에 근접하고 있다"고 강조했다. 업계 소식통에 따르면 SK하이닉스의 HBM4 수율도 80% 대에 진입한 것으로 알려졌다.

수율 안정화와 함께 삼성전자는 글로벌 빅테크 기업들의 폭발적인 수요에 대응하기 위해 주로 화성과 평택 캠퍼스에서 시설 확충을 가속화하고 있다. 화성 캠퍼스 1호선(H1)에서는 유휴 클린룸 공간을 활용해 범용 DRAM 후공정 라인을 확대하고 있다. 평택 캠퍼스 4호선(P4)에서는 최신 10나노급 6세대(1c) DRAM의 HBM용 생산 라인을 구축하고 있다. 동시에 신규 부지에 5호선(P5-1)과 6호선(P5-2)도 건설 중이다.

삼성전자와 SK하이닉스 간 진정한 HBM 패권 싸움은 내년 양산이 예상되는 7세대 HBM4E 시장에서 결정될 것으로 전망된다. 송재혁 삼성전자 최고기술책임자(CTO)이자 반도체연구소장은 지난 6월 말 사내 경영진 브리핑에서 "HBM4E 신뢰성 테스트 수율이 70% 이상 올랐으며, 차세대 10나노급 7세대(D1d) DRAM 공정도 경쟁사보다 우위를 확보했다"고 밝혔다. 삼성전자는 이미 5월 말 주요 고객사에 HBM4E 12단 샘플을 보냈다.

삼성전자와 SK하이닉스가 HBM4 공급을 확대하고 있지만, 시장 수요가 여전히 공급을 크게 웃돈다. 따라서 NVIDIA, AMD 같은 글로벌 AI 칩 제조사들은 차세대 가속기의 메모리 사양을 낮추는 '하향 조정' 전략으로 선회하고 있다.

NVIDIA는 HBM 부족에 대응하기 위해 차세대 AI 칩 '루빈 울트라'의 최소 3개 시제품 버전을 테스트했다. 루빈 울트라는 초기에 최고성능의 HBM4E 12단 스택을 탑재할 계획이었지만, NVIDIA는 HBM4E 8단 또는 전 세대 HBM4 8단 및 12단 제품 채택을 우선시하는 것을 적극 검토 중인 것으로 알려졌다.

AMD도 차세대 AI 가속기인 'MI400'을 HBM4 8단과 12단 모델로 출시할 계획이다. AMD의 리사 수 CEO는 Q2 실적설명회에서 이러한 유연한 채택 정책을 시사했다: "고용량 메모리가 특정 워크로드에서 총소유비용(TCO) 관점에서 명확한 이점을 제공하지 않는다면 고객 수요에 맞게 메모리 용량을 조정할 수 있다."

메모리 사양 다운그레이드는 칩 성능 저하로 이어진다. 동일한 12단 제품이라 하더라도 HBM4는 HBM4E에 비해 용량과 데이터 전송 대역폭이 낮으며, 전력 효율, 열 제어, 운영 안정성에서 뒤진다. 이러한 트레이드오프에도 불구하고 AI 칩 제조사들이 이 선택을 하는 이유는 차세대 메모리의 물리적 생산 능력 한계가 완화될 기미가 거의 없기 때문이다.

JEDEC 사양에 따르면 HBM4E는 HBM4보다 약 38% 높은 대역폭을 제공한다. 시장조사 회사 TrendForce는 "DRAM 공급 부족이 2027년까지 지속될 것으로 예상되면서 메모리 제조사들이 HBM 생산에 할당할 수 있는 웨이퍼 생산 능력이 극히 제한적"이라고 지적했다. 분석에 따르면 매우 복잡한 HBM4E 12단 제품이 엄격한 인증 절차와 불확실한 수율 상승에 직면해 있기 때문에 AI 칩 생태계가 사전에 메모리 사양 재조정을 시작했다고 설명했다.

유진투자증권은 NVIDIA의 이러한 움직임을 "제한된 생산량으로 더 많은 AI 칩을 생산하려는 전략으로 평가된다"고 평가했다. 메모리 용량이 감소하면 대규모 AI 모델을 운영해야 하는 빅테크 기업들은 오히려 더 많은 AI 칩을 구매해야 할 수도 있다.

칩 제조사들 사이에 확산되고 있는 '하향 조정' 추세는 한국 메모리 공급사들의 지위를 강화할 것으로 예상된다. 공급 부족이 심화되면서 HBM 시장에서 삼성전자와 SK하이닉스의 가격 결정력이 더욱 강화될 수 있다. TrendForce는 "HBM 공급사들이 내년까지 가격 결정력을 유지할 것"이라며 "업계 전반이 이미 HBM 가격의 상당한 상승을 예상하고 있다"고 예측했다. 차세대 AI 가속기의 대안으로 HBM4 채택 추세도 삼성전자와 SK하이닉스 모두에 긍정적이다.

또한 중국의 CXMT가 가격 하한선을 유지하면서 빅테크의 저가 중국 부품 교차 채택 전략을 무력화하고 한국 메모리 기업들의 협상력을 높이고 있다. 최근 사례로 애플이 제조원가 절감을 위해 CXMT와 모바일 DRAM 공급 가격 협상을 시도했지만 CXMT가 가격 인하를 거절한 경우를 들 수 있다.