질주하는 삼성전자, 하반기 차세대HBM 출하

삼성전자 HBM4. 자료 : 서울경제신문

삼성전자(005930)가 엔비디아의 차세대 인공지능(AI) 가속기 ‘베라 루빈’에 탑재될 6세대 고대역폭메모리(HBM4)를 12일 세계 최초로 출하
동작 속도가 초당 최대 13기가비트(Gb)로 세계 최고 수준의 성능을 구현한 HBM4를 시장 예상보다 빠르게 납품하며 ‘기술 초격차’ 벌리기에 돌입한 것
삼성전자는 7세대인 HBM4E의 샘플 납품 스케줄까지 공개하며 SK하이닉스에 뺏겼던 AI반도체 시장의 주도권까지 되찾아오겠다는 의지를 내보였음

삼성전자는 이날 HBM4를 출하하며 본격적인 시장 선점에 나서겠다고 밝혔음
출하된 HBM4는 엔비디아가 올 하반기 출시할 차세대 AI 가속기 ‘베라 루빈’에 탑재될 예정
삼성전자는 이를 통해 올해 HBM 점유율을 회복하고 관련 매출을 지난해 대비 3배 이상 끌어올릴 수 있을 것으로 기대하고 있음
2028년부터 본격 가동될 평택사업장 2단지 5라인을 HBM 생산의 핵심 거점으로 활용할 예정
엔비디아의 루빈 그래픽처리장치(GPU) 1개에는 삼성전자의 36기가바이트(GB) 용량 HBM4 8개가 탑재
특히 차세대 AI 슈퍼칩·랙 시스템인 ‘베라 루빈 NVL72’에만 루빈 GPU 72개가 들어가는 것으로 알려졌음
이 시스템에 필요한 HBM4만 총 576개로 1개당 600달러(약 86만 원)로 추정되는 HBM4만 34만 5600달러(약 5억 원) 규모가 투입
삼성전자는 HBM4를 엔비디아에 가장 빨리 납품하면서 시장점유율 확대와 수익 극대화라는 두 가지 목표를 이룰 것으로 전망
삼성전자는 출하와 동시에 자사 HBM4의 최신 성능도 공개하며 기술력과 양산 수율을 자랑
경쟁사보다 한 세대 앞선 6세대(1c) D램과 4㎚(나노미터·10억 분의 1m) 공정 기반의 베이스 다이를 도입
베이스 다이는 HBM 가장 아래층을 이루며 전력·신호를 제어하는 역할을 하는 반도체로 HBM4부터 새롭게 도입된 설계
삼성전자는 경쟁사들보다 앞선 공정을 적용했지만 안정적인 수율까지 확보했다고 밝혔음
특히 이번에 출하된 HBM4의 동작 속도는 시장의 예상을 한 번 더 뛰어넘는 성능을 구현
국제 표준기구 JEDEC의 기준(8Gbps)을 46% 상회하고 5세대인 HBM3E(9.6Gbps)보다 22% 빠른 최고 13Gbps의 동작 속도를 달성
그동안 삼성전자의 HBM4는 동작 속도가 최대 11.7Gbps로 알려져 있었지만 최종 출하 제품은 성능이 최대 11% 더 개선된 것
동작 속도는 GPU와 데이터를 주고받는 속도로 HBM의 성능을 좌우하는 요소
삼성전자는 최신 동작 속도를 밝히면서 경쟁사들과 기술적으로 ‘초격차’에 진입했다는 것을 강조한 것으로 해석
또 데이터 연결 도로의 폭에 해당하는 대역폭은 최대 초당 3.3TB(테라바이트)로 전작 대비 2.7배 향상됐을 뿐 아니라 고객사 요구 수준인 초당 3TB보다도 10%가량 상회
용량 역시 최대 16단까지 쌓아 48GB까지 확보
GPU와 HBM이 데이터를 주고받는 출입구에 해당하는 ‘데이터 전송 입출력(I/O) 핀’ 수도 1024개에서 2배인 2048개로 늘었음
삼성전자는 그외 실리콘 관통 전극(TSV) 데이터 송수신 저전압 설계 기술과 전력 분배 네트워크(PDN) 최적화를 통해 전력 효율은 40%, 열 저항 특성은 10%, 방열 특성은 30% 향상시켰다고 설명
TSV는 수천 개의 미세 구멍을 뚫은 D램 칩을 수직으로 쌓아 적층된 칩 사이를 전극으로 연결하는 첨단 패키징 기술, PDN은 고속 동작 시에도 안정적인 전력 공급을 가능하게 하는 기술
이날 삼성전자는 HBM4 양산에 이어 올해 하반기 차세대 제품인 HBM4E의 샘플을 출하하겠다는 계획을 밝혔음
HBM4E는 HBM4의 기본 구조를 기반으로 동작 속도와 대역폭, 전력 효율을 한층 끌어올릴 예정
HBM4E 역시 최신 D램인 1c D램이 쓰이는 만큼 이번 HBM4에서 선제적으로 쌓은 양산 노하우를 바탕으로 주도권을 이어갈 수 있을 것으로 삼성전자는 기대
삼성전자는 또 내년에 주문형 제품인 ‘커스텀 HBM’ 시장에 진출하겠다는 목표도 밝혔음
커스텀 HBM은 AI 반도체 종류에 따라 맞춤 설계해 HBM 성능을 극대화하는 기술
엔비디아 GPU에 이어 구글 ‘텐서처리장치(TPU)’, AMD ‘MI’, 마이크로소프트(MS) ‘마이아’ 등 빅테크들이 잇달아 자체 개발에 나선 맞춤형 반도체(ASIC)에 대응
삼성전자 내부 테스트에서 커스텀 HBM은 기존 HBM보다 2~3배 높은 성능을 발휘하는 것으로 나타났음
삼성전자는 HBM4 출하를 시작으로 AI 반도체 시장에서 SK하이닉스에 빼앗긴 주도권을 탈환할 방침
반도체 석학인 김정호 한국과학기술원(KAIST) 전기 및 전자공학부 교수는 “이번 HBM4는 삼성전자가 전작에서 경쟁사에 시장을 빼앗긴 후 절치부심하고 성능으로 다시 승부수를 던진 것”이라며 “특히 커스텀 HBM이 준비되는 만큼 앞으로 엔비디아뿐 아니라 구글·AMD 등 빅테크들로부터 맞춤 설계를 해달라는 러브콜이 줄이을 것으로 본다”고 평가

삼성전자 HBM4 역사

삼성전자의 HBM 역사는 영욕의 세월이었다. 원인을 찾자면 시계를 2019년으로 되돌려봐야 한다. 당시 반도체 시장은 슈퍼 사이클이 끝난 뒤 찾아온 다운사이클의 공포에 휩싸여 있었다. D램 가격은 곤두박질쳤고 재고는 산처럼 쌓였다. 당시 삼성전자의 의사결정 라인은 기술보다는 관리와 효율에 방점이 찍혀 있었다. 김기남 당시 DS부문장(부회장)과 그룹의 컨트롤타워 격인 사업지원TF를 이끄는 정현호 부회장의 체제 하에서 삼성은 전사적인 원가 절감과 수익성 방어에 올인했다.
그 불똥은 HBM으로 튀었다. 당시 HBM은 기술적으로 훌륭하지만 당장 돈이 되지 않는 미운 오리 새끼 취급을 받았다.
사업지원TF의 철저한 효율성 중심 기조와 DS부문의 단기 실적 압박이 맞물리며 경영진은 HBM 전담팀을 축소하고 인력을 범용 D램 부서 등으로 재배치하는 결정을 내렸음
미래를 내다본 기술 투자보다는 당장의 재무제표를 중시한 ‘재무통’들의 판단이 낳은 뼈아픈 실책
SK하이닉스는 삼성전자가 주춤하는 사이 HBM 연구개발(R&D) 투자를 멈추지 않았음
결국 2022년 챗GPT 등장으로 AI 붐이 터지자 SK하이닉스는 HBM3 시장을 선점하며 엔비디아의 독점 공급 파트너가 됐음
삼성전자는 뒤늦게 추격에 나섰지만 한 번 벌어진 기술 격차는 쉽게 좁혀지지 않았고, 안팎에서 “기술의 삼성은 어디 가고 관리의 삼성만 남았다”는 비판이 쏟아졌음
반전의 계기는 지난해 5월 구원투수로 등판한 전영현 DS부문장(부회장)의 결단
엔지니어 출신으로 반도체 신화의 주역인 전 부회장은 취임 직후 “기본으로 돌아가자”고 외쳤음
그는 과거의 실책을 인정하고 경쟁사를 따라잡는 데 급급했던 ‘패스트 팔로어’ 전략을 과감히 수정
이미 격차가 벌어진 HBM3E(5세대) 개량에만 매달리기보다 판을 완전히 뒤집을 수 있는 차세대 규격인 HBM4를 선제적으로 개발해 시장의 ‘룰’을 바꾸겠다는 승부수를 띄웠음
전 부회장의 승부수는 적중했다. 이날 출하된 HBM4는 삼성전자가 메모리와 반도체 위탁생산(파운드리) 사업을 동시에 영위하는 종합반도체기업(IDM)이기에 가능한 괴물 스펙을 자랑한다. 삼성전자는 HBM의 두뇌 역할을 하는 베이스 다이(Base Die)에 4나노미터(㎚·1㎚=10억 분의 1m) 초미세 파운드리 공정을 적용했다. 경쟁사가 메모리만 만들고 베이스 다이는 외부 파운드리에 맡겨야 하는 것과 달리 삼성은 자체적으로 설계와 생산을 최적화해 성능과 효율을 극대화했다. ‘원팀 삼성’의 시너지가 제대로 발휘된 것이다.
성능은 압도적
이날 공개된 삼성전자 HBM4의 동작 속도는 초당 최대 13Gb(기가비트)다. 당초 업계가 예상했던 11.7Gbps를 훌쩍 뛰어넘는 수치
국제반도체표준협의기구(JEDEC) 표준인 8Gbps보다 46% 빠르고 전작인 HBM3E(9.6Gbps)와 비교해도 35% 이상 향상
데이터가 오가는 통로인 대역폭은 초당 최대 3.3TB(테라바이트)로 늘었음
이는 1초에 풀HD급 영화 수백 편을 전송할 수 있는 속도
고객사인 엔비디아가 요구한 스펙을 웃도는 성능을 구현하며 기술적 우위를 확실히 증명
고질적인 문제로 지적받았던 발열과 전력 효율도 획기적으로 개선. 삼성전자는 칩 사이에 미세한 구멍을 뚫어 전극을 연결하는 실리콘 관통 전극(TSV) 기술을 고도화하고 전력 분배 네트워크(PDN)를 최적화
이를 통해 전력 효율은 전작 대비 40% 개선됐고 발열 제어 능력도 30% 좋아졌음
AI 데이터센터의 최대 고민인 전력 비용 절감에 획기적인 기여를 할 것으로 보여 고객사들의 반응도 뜨거움
HBM3E에서는 좀처럼 삼성전자에 오케이 사인을 주지 않던 엔비디아가 이번에는 먼저 손을 내밀기도 했다. 젠슨 황 엔비디아 최고경영자(CEO)는 삼성전자의 HBM4 샘플을 테스트한 뒤 양산 일정을 앞당길 것을 주문한 것으로 알려졌다.
삼성전자의 시선은 이미 다음 전장을 향해 있다. 범용 제품을 넘어 고객사의 입맛에 맞춘 ‘커스텀(Custom) HBM’ 시장이다.
구글과 AMD 마이크로소프트 등 글로벌 빅테크들은 엔비디아 의존도를 줄이기 위해 자체 AI 반도체 개발에 열을 올리고 있다. 이들에게 필요한 것은 자사 칩에 최적화된 맞춤형 메모리다. 삼성전자는 HBM4 양산과 동시에 하반기 개량형인 HBM4E 샘플을 내놓고 내년부터는 본격적으로 커스텀 HBM 시장에 뛰어든다. 메모리 설계부터 파운드리 생산 패키징까지 한 번에 제공하는 턴키(Turn-key) 솔루션이 삼성의 가장 큰 무기다. 삼성전자 내부 테스트 결과 커스텀 HBM은 범용 제품 대비 2~3배 높은 성능을 발휘하는 것으로 나타났다.
업계는 이번 HBM4 천안 출하가 삼성전자의 ‘잃어버린 3년’을 되찾는 결정적 분수령이 될 것으로 봄
업계 관계자는 “이번 HBM4는 삼성전자가 전작에서 경쟁사에 시장을 빼앗긴 후 절치부심하고 성능으로 다시 승부수를 던진 결과물”이라며 “재무적 논리가 아닌 기술적 논리로 돌아온 삼성전자가 턴키 역량을 앞세워 엔비디아뿐 아니라 빅테크들의 러브콜을 휩쓸 것”이라고 전망

<시사점>

오늘 서울경제신문은 삼성전자가 세계 최초로 6세대 고대역폭메모리(HBM4) 양산·출하에 나섰다는 소식과 함께 대반전의 역전 서사를 심층 기사로 보도했습니다. 한때 HBM 시장 주도권을 내주며 ‘잃어버린 3년’이라는 뼈아픈 평가를 감내해야 했던 삼성이 기술력으로 정면 돌파에 성공했다는 점을 집중 조명한 내용이었습니다.

무엇보다 주목할 대목은 HBM4가 보여준 ‘초격차의 재가동’입니다. 삼성은 최선단 10나노급 1c(6세대) D램 공정과 4나노 파운드리 로직 공정을 결합하는 고난도 전략을 택했습니다. 경쟁사들이 검증된 공정 안정성에 무게를 둔 것과 달리, 삼성은 한 단계 더 앞선 기술적 모험을 선택했습니다. 그 결과 동작 속도는 최대 13Gbps, 단일 스택 기준 3.3TB/s에 달하는 대역폭을 구현했습니다. I/O 핀 수를 두 배로 늘리면서도 에너지 효율을 40% 개선한 점은 인공지능(AI) 인프라의 병목을 정조준한 해법입니다. 이는 메모리가 단순 저장장치를 넘어 ‘연산의 동반자’로 진화했음을 상징합니다.

이번 성과의 본질은 기술에 대한 태도의 변화입니다. 재무 효율성 중심의 의사결정이 혁신의 속도를 늦췄다는 내부 반성 위에서, 전영현 부회장 체제는 “기본으로 돌아가자”는 기치 아래 엔지니어 중심 문화를 복원했습니다. 메모리·파운드리·시스템LSI 간 칸막이를 허무는 ‘원팀’ 전략은 HBM4에서 비로소 결실을 맺었습니다. 고객 요구에 맞춰 출하 일정을 앞당긴 결정은 기술 자신감의 표현이자, 빅테크의 신뢰를 회복했다는 방증입니다.

향후 HBM4 세대는 SK하이닉스와 양강 구도로 재편될 가능성이 크지만, 승부는 이제 ‘누가 먼저 양산했는가’가 아니라 ‘누가 고객 맞춤형 솔루션을 가장 정교하게 제공하느냐’에 달려 있습니다. 범용 D램 시대와는 다른 문법입니다. 설계기술최적화(DTCO)와 첨단 패키징, 전력 효율까지 통합 제안하는 기업이 우위를 확보할 것입니다.

향후 반도체 경기에 대해 주요 기관들은 2030년까지 시장 규모가 1조6천억~1조8천억 달러에 이를 것으로 전망하고 있습니다. 이번 반도체 사이클은 단순한 재고 조정 국면과는 차원이 다릅니다. 하이퍼스케일러(아마존, 마이크로소프트, 구글, 메타 등의 기업)들의 대규모 설비투자도 이어지고 있습니다. AI가 기업 생존 전략으로 자리 잡은 이상, 인프라 투자는 구조적 수요로 굳어질 가능성이 높습니다.

그렇다고 해도 ‘AI 버블’ 경고를 흘려들어서는 안 됩니다. 과잉 투자와 수익성 둔화, 지정학적 리스크는 언제든 변수가 될 수 있습니다. 슈퍼사이클은 영원하지 않고, 초격차를 유지하려면 기술 혁신의 속도를 늦추지 않는 동시에, 수요 변동에 대응할 수 있는 유연한 생산 전략과 재무 건전성을 병행해야 합니다.

삼성전자의 HBM4는 과거 64K D램, 3D V낸드가 그랬듯 위기 속에서 길을 찾은 결과물입니다. 기술의 삼성이 돌아왔다는 평가는 이제 시작일 뿐입니다. 진정한 시험대는 HBM4E, HBM5로 이어질 다음 세대와 맞춤형 AI 반도체 시장에서 펼쳐질 것입니다.