[비즈니스포스트] 삼성전자가 오픈AI의 자체 맞춤형 AI 반도체(ASIC) '할라페뇨'에 탑재되는 6세대 고대역폭메모리(HBM)를 독점 공급하며, 엔비디아에 집중돼 있던 HBM 고객사를 본격적으로 다각화하고 있다.

삼성전자는 구글 자체 칩에 HBM을 공급하고 있고, 자체 AI 칩을 개발하는 앤트로픽에는 HBM과 더불어 파운드리(반도체 위탁생산) 서비스까지 제공하는 방안을 추진하고 있는 것으로 전해졌다.

전영현 삼성전자 디바이스솔루션(DS)부문장 대표이사 부회장은 급증하는 HBM 수요에 대응해, 2027년 HBM 출하량을 올해보다 2배 이상 늘릴 것으로 예상된다.

27일 반도체 업계 취재에 따르면 오픈AI가 브로드컴과 공동 개발한 자체 AI칩 '할라페뇨'가 기대 이상의 성능을 보이는 것으로 파악되면서, 할라페뇨가 탑재되는 HBM4를 공급하는 삼성전자도 수혜를 입을 것이란 분석이 나온다.

시장조사업체 세미애널리시스가 진행한 초기 벤치마크 결과, 할라페뇨는 엔비디아의 AI 가속기 GB200과 GB300 서버랙보다 킬로와트 당 처리량이 1.5~1.9배 높고, 지연 시간은 1.7~3.6배 낮은 것으로 나타났다.

세미애널리시스 측은 "오픈AI의 할라페뇨가 엔비디아, AMD, 구글 칩을 능가한다"고 밝혔다.

할라페뇨에는 AI 가속기 당 232기가바이트(GB)의 삼성전자 HBM4가 탑재된다. HBM4 12단 제품 기준 6개가 들어가는 것으로, AI 가속기당 288GB가 탑재되는 엔비디아의 차세대 AI 가속기 '베라 루빈'보다는 HBM 탑재량이 약 25% 적다.

하지만 삼성전자는 엔비디아가 독점하다시피 했던 기존 AI 메모리 공급망에서 벗어나 빅테크의 자체 AI칩을 위한 HBM 공급사로 시장 입지를 넓히고 있어 주목된다.

빅테크의 자체 AI 가속기 칩은 최근 HBM의 새로운 수요처로 부상하고 있다.

구글은 자체 AI 가속기 '텐서프로세서(TPU)'를 개발해 AI 데이터센터에 투입하고 있으며, 아마존도 AI 가속기 '트레이니움'과 '인퍼렌시아'를 개발하고 있다.

앤트로픽도 자체 AI 칩  개발을 검토하고 있는데, 삼성전자는 앤트로픽에 HBM 공급뿐 아니라 AI 칩 생산을 위한 파운드리 협력도 논의하고 있는 것으로 알려졌다.

시장조사업체 카운터포인트리서치의 닐 샤 부사장은 "2027년 자체 AI 칩(ASIC) 출하량이 2024년 대비 약 3배 증가할 것"이라며 "2028년에는 AI 서버용 ASIC 출하량이 기존 그래픽처리장치(GPU)를 넘어설 것으로 예상된다"고 말했다. 전영현 삼성전자 부회장은 자체 AI 가속기 칩에 탑재될 HBM 생산량을 대폭 늘리며, HBM 시장 점유율 확대에 나설 것으로 보인다.

삼성전자는 현재 평택 파운드리 생산능력의 50% 이상을 HBM4 기반 '베이스 다이' 생산에 투입할 정도로 HBM 양산 확대를 서두르고 있다.

미국 투자은행 골드만삭스는 최근 보고서를 통해 삼성전자의 HBM 생산량이 2028년까지 연평균 52% 증가할 것이란 전망을 내놓았다. 이는 같은 기간 SK하이닉스의 HBM 생산량 증가 예상치인 37%를 훨씬 웃도는 것이다.

삼성전자는 SK하이닉스보다 엔비디아에 공급하는 HBM 비중이 상대적으로 낮다. 이에 따라 자체 AI칩(ASIC)을 개발하고 있는 빅테크에 대한 HBM 공급량을 늘려 시장 점유율을 늘리는 전략을 취하고 있다.

빅테크 자체 AI칩용 HBM 공급이 늘어나면서 2027년 삼성전자의 HBM 출하량은 올해보다 2배 이상 증가할 것이란 전망도 나온다.

박유악 키움증권 연구원은 "삼성전자의 2027년 HBM 출하량은 233억 기가비트(Gb)로 올해보다 109% 증가할 것"이라며 "기가비트당 평균판매단가(ASP)는 81% 올라, HBM 영업이익이 올해보다 315% 증가한 83조 원에 이를 것"이라고 내다봤다.

내년 세계 HBM 시장 점유율 1위를 달성할 가능성도 제기된다.

스위스 투자은행 UBS는 2027년 삼성전자의 HBM 점유율이 41%까지 오르며 SK하이닉스(39%)를 넘어설 것이란 분석을 내놓았다. 또 KB증권은 2027년 삼성전자의 HBM4 점유율이 44%에 이를 것으로 예상했다.

차세대 제품인 HBM4E(7세대), HBM5(8세대) 개발에도 속도를 내고 있다.

전영현 부회장은 최근 내부 경영진 회의에서 HBM4를 시작으로 경쟁사와 기술 격차를 벌려야 한다고 강조한 것으로 알려졌다.

삼성전자는 지난 5월 세계 최초로 HBM4E 12단 샘플을 출하했으며, 2027년 이후 출시를 목표로 HBM5도 개발하고 있다. HBM5에는 2나노 공정을 처음으로 도입한다.

구자흠 삼성전자 파운드리 사업부 기술개발실장 부사장은 지난 7월 삼성전자 뉴스룸 인터뷰에서 "HBM5는 직전 세대인 HBM4E보다 동작 속도를 약 50% 이상 향상해야 할 것으로 예상된다"라며 "고객 요구에 대응하기 위해 HBM5의 베이스 다이에는 게이트올어라운드(GAA) 구조를 적용한 2나노 공정을 도입하고, 더 높은 집적도의 실리콘관통전극(TSV) 기술을 구현할 것"이라고 밝혔다. 나병현 기자