“HBM 시장에서 삼성전자vsSK 중 승자는?”…전문가들의 답변

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2024.05.14

엔비디아 HBM 12단 주문
삼성·SK 물량 수주 경쟁
전문가들 승자 예측 갈려

최근 반도체 시장에 대한 수요가 증가하면서 HBM에 대한 기대치가 높아지고 있다. 특히 한국의 SK하이닉스와 삼성전자가 HBM을 두고 경쟁 구도가 심화하면서 승리의 여신이 누구의 손을 잡을지와 관한 관심이 증대했다.

우선 HBM 시장에 먼저 발을 들인 건 SK하이닉스다. HBM은 고대역폭 메모리이며, 지난 2013년 SK하이닉스가 최초로 개발하고 양산을 시작했다. 기존 반도체 시장에서 주력 제품인 GDDR(그래픽 카드 메모리의 한 종류)과 큰 차별점이 없다는 이유로 저평가되었지만, HBM과 관련한 기술이 발전하면서 점차 격차가 벌어졌다.

삼성전자는 HBM 생산에 지난 2019년 잠시 철수했다, 본격적으로 사업에 뛰어들었고, 2022년에 ‘HBM3 아이스 볼트’를 개발하면서 시장에서 두각을 드러냈다. 삼성전자가 HBM 시장에 들어선 이후 SK와 삼성전자는 선의의 경쟁을 벌이며 서로 신제품을 내놓는 등 패권 전쟁을 벌이고 있다.

우선 현재 HBM의 단연 1위는 SK하이닉스다. SK하이닉스는 기존에 세계 인공지능 산업에서 강력한 영향력을 보이는 엔비디아에 독점으로 HBM을 납품하면서 큰 위상을 떨친 바 있다. 하지만 올해 들어 엔비디아가 삼성에도 추가 납품을 진행하면서 그 기록은 깨지게 되었다.

지난 10일 삼성전자에 따르면 지난해 젠슨 황 엔비디아 CEO는 삼성전자에 “5세대 HBM을 12단 구조 형태로 개발, 납품할 수준에 도달한다면 메인 공급사(벤더) 지위를 보장하겠다”라고 말한 사실을 밝혔다.

젠슨 황이 이런 주문을 한 배경으로는 HBM은 D램을 수직으로 쌓아 올려 GPU 장치의 다이(Die)에 붙여 탑재되는데, D램을 12단까지 적층할 경우 초고속 및 초고용량 시스템을 구현할 수 있고 인공지능(AI)의 연산 성능을 향상할 수 있기 때문이다.

이에 대해 삼성과 하이닉스는 주요한 공급업체인 엔비디아의 높은 물량의 수주를 따내기 위해 기술 경쟁에 돌입했다.

삼성전자는 HBM 초기 시장 선점에 실패한 점을 인정하며 SK하이닉스보다 3개월 더 빠르게 5세대 HBM인 HBM3E 12단 제품을 양산하여 역전의 기반을 마련하겠단 포부를 드러냈다.

반면 SK하이닉스는 삼성전자보다 빠르게 HBM3E 8단을 개발한 저력으로 엔비디아의 메인 벤더 자리를 지키겠다는 의지를 보이기도 했다. 이 같은 양사의 ‘양산 경쟁’에 관해서 전문가들이 엇갈린 의견을 내놓고 있다.

반도체 전문가들은 HBM3E 12단 조기 양산을 두고 얼마나 가능성이 높은가에 따라 의견이 갈리고 있다. 특히 삼성전자를 두고, 초기 HBM 시장에서 8단 제품을 두고 주춤했던 기술력으로 패키징 수율을 일정 수준까지 도달하기 힘들 것이란 의견과 함께 반도체 시장 1위인 삼성전자가 우수한 재료와 기술력을 확보했을 경우 충분한 역전의 기회가 주어질 것이란 의견도 나왔다.

성균관대 화학공학과 권석준 교수는 “HBM 8단 이상의 핵심기술은 TSV(실리콘 관통 전극)로, 삼성전자는 8단에서 양산 품질관리를 제대로 운용한 적이 없기 때문에 12단에서 더욱 높은 고난을 겪을 것으로 예상된다”고 주장했다.

이어 권 교수는 “삼성전자가 주로 사용하는 TC-NCF(열 압착 필름) 계열은 여러 층으로 갈수록 원리상 유리하다고 분석되지만, 패키징 과정에서 생각보다 수율이 잘 잡히지 않기 때문에 고단으로 올라가는 것이 어렵다”라며 “MR-MUF(레이저 본딩) 기술을 도입한 하이닉스는 8단 이상에서도 이와 같은 방식을 적용할 수 있을 것으로 판단된다”라고 덧붙였다.

이어 카이스트 유회준 전기전자공학부 교수는 “HBM 12단은 3차원으로 쌓아 올리는 기술 자체는 그리 어렵지 않지만, 이것을 더욱 효과적인 열 방출과 얇은 제품으로 수율을 개선하는 과정이 어려운 부분”이라며 “SK하이닉스가 장점을 보여온 MR-MUF 기술은 낮은 단에서는 장점으로 적용되지만, 높은 단에서는 장점이 없다”고 주장했다.

유 교수는 “단을 쌓는 기술 자체는 8단과 12단은 큰 차이를 보이지 않기 때문에, 우수한 NCF 확보가 삼성전자의 경쟁력 관건”이라며 “현재 삼성전자를 보면 해당 소재에 높은 자신감을 가진 것으로 보인다”라고 평가했다.

삼성전자 반도체 출신 A 교수는 “열린 조직문화 덕분에 장비업체와 긴밀히 협력한 SK하이닉스는 기존에 업계가 사용하지 않았던 MR-MUF 기술을 성공적으로 적용하는 장점을 보였고, 그에 반해 삼성전자는 새로운 시도를 어려워하는 분위기다”라며 “SK하이닉스는 높은 단에서 한계가 있는 방식을 사용하기 때문에, 양사 가운데 열 방출과 수율을 잡기 위한 더 나은 소재를 확보하는 것이 향후 경쟁력을 좌우할 것이다”라고 분석했다.

이어 경제 전문 유튜브 채널 ‘신사임당’에 출연한 세종대학교 반도체 비즈니스 MBA 과정 담당 권영화 교수도 HBM 시장에서 삼성전자와 SK하이닉스의 경쟁을 분석했다. 권 교수는 반도체 시장 1위인 삼성전자가 결국 SK하이닉스를 이길 것으로 분석했는데, 그 배경으로 삼성전자의 파운드리를 주목했다.

권 교수는 삼성전자의 파운드리는 한국을 비롯해 미국 등 세계 각국에 세워져 있는데, 패키징 능력이 SK하이닉스보다 우수한 능력을 보유했다고 판단하기 때문이다.