불 붙은 ‘HBM4 전쟁’

삼성, 수직으로 쌓는 기술력 집중
용량·대역폭 늘려 고객 수요 공략

SK·TSMC, 설계~생산 맞춤 대응
초미세공정 활용 6세대 공동개발

차세대 인공지능(AI) 메모리 반도체인 6세대 고대역폭메모리 ‘HBM4’ 개발을 놓고 국내 업체 간 주도권 경쟁이 치열하다. 삼성전자는 자체 기술력, SK하이닉스는 파운드리(위탁생산) 1위인 대만 TSMC와의 협업으로 성능의 한계를 돌파한다는 전략이다. 2026년 HBM4 양산을 앞두고 두 업체가 얼마나 많은 고객사를 확보하느냐가 관건이 될 것으로 보인다.

21일 업계에 따르면 삼성전자는 지난 2월 D램 칩을 12단까지 쌓아 올린 5세대 HBM(HBM3E)을 가장 먼저 개발한 데 이어 HBM4에는 16단 기술을 도입한다는 계획이다. D램 칩을 수직으로 많이 쌓을수록 용량과 대역폭(메모리의 데이터 전송 속도)이 늘어난다. 대역폭이 높을수록 한번에 처리할 수 있는 데이터의 양이 많아지기 때문에 고성능 메모리를 요구하는 인공지능(AI) 반도체 업체로부터 선택받을 확률도 커진다.

다만 HBM 제품의 전체 두께는 고정돼 있는 상황에서 층수를 높이는 거라 조립 난도가 높아지고 열 저항이 커지는 문제가 발생한다. 메모리와 파운드리 역량을 결집해 차세대 HBM 전담팀을 구성한 삼성전자는 자체 기술력으로 이 한계를 극복하면서 수율을 극대화한다는 전략이다.

윤재윤 삼성전자 D램개발실 상무는 지난 18일 삼성전자 뉴스룸 인터뷰에서 16단 도입 계획을 밝히며 “HBM 칩 1개라도 불량이 발생하면 AI 서비스가 그 순간 멈출 수 있기 때문에 HBM의 품질을 완벽하게 보증할 수 있는 설계·테스트 기술을 확보하는 게 중요하다”고 강조했다.

이에 맞서 SK하이닉스는 파운드리 1위 업체인 대만 TSMC와의 협업 카드를 꺼내 들었다. SK하이닉스는 5세대 HBM까지는 자체 공정으로 HBM의 두뇌 역할을 하는 ‘베이스 다이’를 만들었는데, 6세대부터는 TSMC가 보유한 초미세 선단 공정을 활용한다는 것이다. 베이스 다이는 HBM 제품의 바닥 부분으로 그래픽처리장치(GPU)와 연결돼 HBM을 통제하는 역할을 한다.

TSMC의 패키징 방식(CoWoS)과 SK하이닉스의 HBM 기술 결합을 최적화해 HBM 관련 고객사 요청에도 공동 대응한다는 방침이다. 업계에선 두 업체가 HBM 설계·생산부터 함께하면 맞춤형 설계 요구에 대응하기 수월해져 이들의 고객사인 엔비디아와의 공조 체제도 더 강화될 것으로 본다.

김양팽 산업연구원 전문연구원은 “메모리와 파운드리 업체 간 협력은 (기존에) 없었던 모델”이라면서 “이러한 협업으로 SK하이닉스가 TSMC의 고객사까지 확보가 용이해졌다는 점은 주목할 만하다”고 말했다.