[비즈니스포스트] 삼성전자가 경쟁사보다 앞선 ‘1c D램’ 공정으로 제작하는 6세대 고대역폭메모리(HBM4) 개발이 순항하고 있는 것으로 알려지며, 올해 말 삼성전자가 HBM 시장에서 반전할 수 있을지 주목된다.

5세대 HBM3E의 엔비디아 인증을 확보해도 공급량은 제한적일 수 있다는 분석이 나오는 가운데 점차 인공지능(AI) 칩 수요가 당초 예상보다 줄어들 것이란 전망이 나오고 있다. 이에 따라 삼성전자는 HBM4에 개발에 사활을 걸고 있다.
 

19일 반도체 업계 취재를 종합하면 삼성전자가 ‘1c D램’ 공정을 활용해 제작하는 HBM4가 현재까지 차질 없이 개발이 진행되고 있는 것으로 알려졌다.

송명섭 iM증권 연구원은 “삼성전자의 1c 나노 공정은 많은 스텝과 낮은 난이도의 새로운 버전으로 재개발돼, 6월까지 40% 수율(완성품 비율)을 달성하고 양산 준비를 마치는 것을 목표로 하고 있다”며 “현재까지 큰 문제없이 진행 중”이라고 말했다.

삼성전자가 1c 나노 기술로 만드는 HBM4가 성공한다면, 회사의 메모리반도체 위기론을 타개할 수 있을 것이란 전망이 나온다. 경쟁사인 SK하이닉스와 마이크론은 한 단계 낮은 1b 공정으로 HBM4를 제작하고 있어, 그동안 뒤처졌던 HBM 시장에서 기술 우위에 설 수 있기 때문이다.

첨단 D램 공정은 1x(1세대), 1y(2세대), 1z(3세대), 1a(4세대), 1b(5세대), 1c(6세대) 순으로 개발됐는데, 세대를 거듭할수록 선폭이 미세해져 성능과 전력 소비 효율이 높아진다.

SK하이닉스가 최근 업계 최초로 HBM4 개발에 성공하며 엔비디아에 샘플 공급을 완료했지만, 삼성전자가 1c 공정 수율 안정화에 성공한다면 반전이 가능할 것이란 관측이다. 

업계 관계자는 “SK하이닉스가 최초로 HBM4 공급에 성공한 이유는 삼성전자의 1c 공정보다 한 단계 낮은 1b 공정으로 제작했기 때문”이라고 주장했다.

삼성전자는 HBM4 개발을 위해 대만 TSMC와도 협력하고 있는 것으로 알려졌다. HBM의 가장 밑단에 위치한 '베이스 다이' 제작을 위해 최근 TSMC와 협력을 위한 팀을 꾸렸다는 소식이다. 삼성전자는 자체 파운드리(반도체 위탁생산) 4나노 공정도 함께 사용할 것으로 전해진다.

HBM4 성공을 위한 삼성전자의 최우선 과제는 1c D램 수율 개선이다. 일반적으로 수율은 60% 대로 올라와야 양산성이 있다고 판단한다. 삼성전자는 6월까지 40% 수율을 맞추고, 연말 양산 직전까지 60%까지 끌어올려야 하는 상황이다.

삼성전자는 오는 6~7월 엔비디아의 HBM3E 8단과 12단 인증을 받을 것으로 예상되지만, 이미 SK하이닉스와 마이크론이 엔비디아의 HBM3E 대부분 물량을 선점한 상황이다. 인증을 확보하더라도 공급량은 제한적일 수 있다는 것이다.

SK하이닉스는 이미 엔비디아의 ‘블랙웰(GB200)’과 ‘블랙웰 울트라(GB300)’에 HBM3E 8단과 12단 공급을 시작했으며, 마이크론 역시 12단 인증을 앞두고 있다.
 

미국 금융증권사 JP모간은 “엔비디아 GB300을 위해 설계된 마이크론의 HBM3E 12단이 좋은 진전을 보이고 있으며, 수율과 물량은 계획대로 진행되고 있다”고 설명했다.

게다가 삼성전자의 HBM3와 HBM3E가 탑재됐던 엔비디아의 중국용 AI 칩 ‘H20’의 수출이 미국의 대중 반도체 규제로 막혔다. 엔비디아가 규제를 피하기 위해 그래픽용 D램 ‘GDDR7’을 탑재한 AI칩삼성전자의 공급 가능성이 커졌지만, GDDR 메모리는 HBM보다 낮은 판매가격으로 수익성이 떨어진다.

이와 비교해 HBM4 가격은 이전 세대 HBM3E와 비교해 30% 정도 오를 것으로 예상돼, HBM4 엔비디아 공급은 삼성전자의 상당한 매출 상승으로 이어질 수 있다. 

김동원 KB증권 연구원은 “HBM4는 직전 세대인 HBM3E 대비 30% 단가 인상이 예상된다”며 “기존 1b D램 메모리 웨이퍼 비용이 약 2천~2500달러인 반면 TSMC에서 생산하는 HBM4 로직 웨이퍼는 약 7천~8천 달러로 기존 대비 3~4배 증가한다”고 말했다.

삼성전자의 1c D램 공정을 적용한 HBM4 성공은, AI 반도체의 수요 불확실성이 커져가는 상황에서 특히 중요하다는 관측이 나온다. AI 반도체 수요 전망치가 트럼프 정부의 관세 정책에 따라 낮아지고 있기 때문이다.

호주 맥쿼리증권에 따르면 AI 수요에 불안감이 커지며 당초 올해 4분기로 예정됐던 TSMC의 AI 칩 생산 장비 조달이 내년 1분기로 지연됐다. 맥쿼리증권은 “장비 조달 지연의 이유는 내년 AI 반도체 수요를 둘러싼 불확실성"이라며 ”이로 인해 관련 공급망에도 상당한 변수가 발생할 수 있다”고 전망했다.

iM증권은 용량 기준 올해 HBM 생산량 전망을 기존 37.5억GB에서 31.8억 GB로 15.2% 하향했다. SK하이닉스가 16.2GB, 삼성전자가 10.6GB, 마이크론이 5GB를 차지할 것으로 예상된다. HBM 성장률 전망치 역시 기존 126%에서 86%로 낮춰잡았다. 김호현 기자