5조원 시장 ‘HBM’…삼성전자·SK하이닉스 ‘2파전’ 체제 굳힌다

속도·성능 높인 차세대 D램 수요↑
시장 성장성 커 '경쟁력 강화' 집중

SK하이닉스가 이달 양산에 돌입한 고대역폭 메모리반도체 ‘HBM3’. /제공=SK하이닉스

SK하이닉스와 삼성전자가 차세대 D램으로 꼽히는 HBM 경쟁력 키우기에 나섰다. 데이터센터와 서버의 데이터 처리량이 급증하면서 속도·성능을 동시에 높인 메모리 반도체에 대한 수요가 높아졌기 때문이다.

HBM은 여러 개의 D램을 수직으로 쌓아 집적도와 성능을 대폭 높인 고대역폭 메모리반도체다.

반도체 기술력에 고도의 패키징 기술까지 뒷받침돼야 하기 때문에 시장진입 장벽이 높지만, 신속한 데이터 처리가 필요한 고성능 컴퓨팅(HPC)·인공지능(AI)·머신러닝 등 분야가 각광받으면서 이에 적합한 HBM의 수요도 높아지고 있다. 날로 커지는 시장, 기존 D램 대비 가격이 3~5배 비싼 고수익성 등의 장점 때문에, 세계 D램 1·2위를 꿰찬 삼성전자, SK하이닉스의 시장 선점 경쟁이 치열해지고 있다.

16일 관련 업계에 따르면 SK하이닉스는 최근 엔비디아에 ‘HBM3’ 공급을 시작했다. SK하이닉스의 HBM3는 오는 3분기 출시 예정인 엔비디아의 그래픽처리장치(GPU)인 ‘H100 GPU’에 들어간다. HBM3은 4세대 HBM으로, SK하이닉스의 D램 중에서도 최고 데이터 처리 속도(6.4Gbps)와 최대 용량(24GB)을 구현하는 업계 최고 사양의 제품이다. SK하이닉스는 해당 제품 개발 7개월 만에 고객사에 공급을 시작했다.

삼성전자는 지난해 2월 2세대 HBM인 HBM2에서 한 걸음 진화한 ‘HBM-PIM’을 개발했다. 기존엔 메모리와 프로세서 간 데이터 전송을 하는 과정에서 처리 시간이 지연되고, 전력 손실이 일어났다. HBM-PIM은 메모리 안에 연산 기능을 하는 AI 프로세서를 탑재해 이 문제점을 보완했다. 기존 대비 성능은 두 배 이상 향상되고 시스템 에너지 손실률은 70% 개선했다고 삼성전자는 설명했다.

메모리반도체업계의 HBM 사업 진출은 약 10년 전 시작됐다. SK하이닉스는 2013년 세계 최초로 1세대 HBM을 개발하며 사업을 선도했다. 이후 2016년 삼성전자가 업계 처음으로 HBM2 양산에 성공했고, 2020년 7월에는 SK하이닉스가 업계 최초로 3세대 HBM(HBM2E) 양산에 돌입했다.

이들이 HBM 기술 경쟁력 강화에 나선 이유는 시장이 성장성 때문이다. 시장조사업체 ‘마켓앤마켓’은 HBM 시장 규모가 2017년 5억7000만 달러(약 7200억원)에서 오는 2023년 38억4000만 달러(약 4조8400억원)로 7배가량 증가할 것이라고 내다봤다.

올해 1분기 전 세계 D램 시장 점유율을 보면 SK하이닉스(27.3%)와 삼성전자(43.5%)의 경쟁사는 시장 점유율 3위(23.8%)인 미국 마이크론 정도뿐이다. 마이크론은 2020년 글로벌 메모리반도체 ‘빅3’ 가운데 마지막으로 HBM 시장에 진입했다. 비용·기술력·인프라 등의 이유로 HBM 시장의 진입장벽이 높은 만큼 이들을 따라갈 제4~5의 회사는 당분간 나오기가 어렵다고 업계는 보고 있다.

업계 한 관계자는 “SK하이닉스와 삼성전자의 ‘2파전’으로 전 세계 메모리반도체업계에서 한국이 HBM 사업 주도권을 쥘 것으로 전망된다”고 말했다.