새해 엔비디아 선점할 승자는...삼성·SK 'HBM4' 양산 준비 박차

[2025 전망 ①메모리] 내년 AI 메모리 등 첨단제품 성장 지속...HBM4 하반기 상용화 R&D·투자 활발

(지디넷코리아=장경윤 기자)한국 경제가 대통령 탄핵정국과 트럼프 2기 정부 출범을 앞두고 을사년 새해를 맞게 됐습니다. 비상 계엄 해제 이후에도 환율과 증시가 출렁이는 불확실성 속에 우리 기업들이 새해 사업과 투자 전략을 짜기가 더욱 어려워졌습니다. 정책 혼돈과 시시각각 변화는 글로벌 경제 환경에 어떻게 대처해야 하는지 지디넷코리아가 각 산업 분야별 새해 전망을 준비했습니다. [편집자주]   

메모리반도체 시장이 2025년 을사년 새해에도 성장세를 이어갈 것으로 보인다. 세계반도체무역통계기구(WSTS)가 최근 발간한 보고서에 따르면, 전 세계 메모리 시장 규모는 올해 1천670억 달러(약 238조원)에서 내년 1천894억 달러(약 270조원)로 13.4%의 성장세가 예상된다.

다만 제품별 상황은 '극과 극'으로 나뉠 전망이다. 먼저 AI 데이터센터에 필요한 HBM(고대역폭메모리), 고용량 eSSD(기업용 SSD) 등 부가가치가 큰 첨단 메모리 제품은 내년에도 수요가 견조한 분위기다. 해당 제품은 국내 삼성전자·SK하이닉스가 주도하는 시장이기도 하다.

반면 범용 메모리, 특히 레거시 제품의 공급 과잉은 심화되는 추세다. 올 4분기 들어 이들 제품의 가격은 이미 하락세로 접어든 바 있다. IT 수요가 여전히 부진하고, 중국 후발주자들의 공격적인 사업 확대 등이 위기 요소로 다가오고 있다.

삼성전자가 개발한 36GB(기가바이트) 12단 HBM3E(사진=삼성전자)

■ 내년도 답은 AI…삼성·SK, HBM4 준비 박차

이러한 상황에서 삼성전자, SK하이닉스 등 국내 메모리 기업들의 돌파구는 HBM 등 AI 메모리가 될 것으로 관측된다.

삼성전자는 내년 하반기 HBM4(6세대 HBM) 양산을 위한 준비에 나서고 있다. HBM4는 현재 상용화된 가장 최신 세대의 HBM인 HBM3E(5세대)의 뒤를 이을 제품이다. 엔비디아의 차세대 AI 가속기인 '루빈' 시리즈 등에 탑재될 예정이다.

삼성전자의 HBM4에는 10나노급 6세대 D램인 1c D램을 기반으로 한다. 경쟁사인 SK하이닉스, 마이크론이 HBM4에 5세대 D램인 1b D램을 채용한다는 점을 고려하면 한 세대 앞선다. 차세대 HBM 시장에서의 경쟁력 확보를 위해, 성능을 빠르게 끌어올리겠다는 전략이 깔려 있다.

이를 위해 삼성전자는 올 연말부터 평택 P4에 1c D램용 양산 라인을 설치하기 위한 투자를 진행하고 있다. 관련 협력사들과 구체적인 장비 공급을 논의한 상황으로, 이르면 내년 중반에 라인 구축이 마무리될 것으로 전망된다.

동시에 삼성전자는 HBM3E(5세대 HBM)의 회로를 일부 수정해 엔비디아향 공급을 재추진하고 있다. 그간 삼성전자는 엔비디아와 HBM3E 8단 및 12단에 대한 퀄(품질) 테스트를 진행해 왔으나, 성능 등의 문제로 대량 양산 공급에 이르지는 못했다.

SK하이닉스는 올 4분기 HBM4의 '테이프아웃'을 목표로 연구개발을 지속해 왔다. 테이프아웃은 연구소에서 진행되던 칩 설계를 완료하고 도면을 제조 공정에 보내는 것을 뜻한다. 제품의 양산 단계 진입을 위한 주요 과정이다.

SK하이닉스는 HBM4에 HBM3E와 마찬가지로 1b D램을 적용한다. 제품의 안정성 및 수율에 무게를 둔 선택이다. 때문에 업계는 SK하이닉스가 경쟁사 대비 HBM4를 순탄하게 개발할 수 있을 것으로 보고 있다.

현재 SK하이닉스의 1b D램 투자는 이천 M16 팹을 중심으로 이뤄지고 있다. 기존 레거시 D램 생산라인을 1b D램용으로 전환하는 방식으로, 내년까지 생산능력을 최대 월 14~15만장 수준으로 끌어올릴 것으로 알려졌다.

SK하이닉스 이천 캠퍼스(사진=SK하이닉스)

■ 범용 메모리 공급 과잉 우려…中 추격, 삼성 HBM 등이 관건

최선단 D램은 주요 메모리 기업들의 HBM 출하량 확대에 따른 여파로 내년에도 견조한 흐름을 보이겠지만, 범용 레거시 D램 시장은 공급과잉이 지속될 것으로 전망된다.

시장조사업체 디램익스체인지에 따르면 이달 말 8GB(기가바이트) DDR4 모듈의 평균 가격은 18.5달러로 전월 대비 11.9% 감소했다. PC를 비롯한 IT 수요가 부진하다는 증거다.

여기에 중국 창신메모리테크놀로지(CXMT) 등도 레거시 D램의 출하량 확대를 꾀하고 있다.

CXMT는 중국 최대 D램 제조업체로, 웨이퍼 투입량 기준 D램 생산능력을 올해 말까지 월 20만장 수준으로 끌어올릴 계획이다. 내년에도 중국 상하이 팹에 최소 월 3만장 수준의 설비투자를 진행하기로 했다.

다만 CXMT가 미칠 파급력이 제한적이라는 분석도 제기된다. CXMT의 수율이 비교적 낮은 수준이고, 생산 제품이 18~16나노미터(nm)급의 DDR4·LPDDR4 등에 집중돼 있기 때문이다.

한편 삼성전자의 엔비디아향 HBM3E 12단 공급 여부가 범용 D램에 영향을 미칠 수 있다는 의견도 제기된다.

미즈호증권은 최근 리포트를 통해 "엔비디아향 HBM3E 12단 공급이 계속 지연되는 경우, 삼성전자는 HBM에 할당된 D램 생산량을 범용 제품으로 전환할 것"이라며 "이에 따라 D램 공급이 증가해 내년 상반기 D램 가격 하락이 가속화될 것으로 예상된다"고 밝혔다.

■ 낸드 투자, QLC 중심으로 신중하게 접근

낸드 시장 역시 AI 데이터센터 분야로 수요가 몰리는 추세다. 반도체 전문 조사기관 테크인사이츠에 따르면 비트(Bit) 기준 전체 낸드 수요에서 데이터센터가 차지하는 비중은 2023년 18%에서 내년 28%에 육박할 것으로 전망된다.

특히 고용량 데이터를 처리해야 하는 데이터센터용으로는 QLC(쿼드레벨셀) 낸드가 각광을 받고 있다. QLC는 셀 하나에 4비트를 저장한다. 2비트를 저장하는 MLC나 3비트를 저장하는 TLC보다 데이터 저장량을 높이는 데 유리하다.

이에 삼성전자는 지난 9월 업계 최초의 V9 QLC 낸드 양산에 돌입했다. 낸드는 세대를 거듭할수록 더 높은 단을 쌓는다. V9는 280단대로 추정된다. 

삼성전자의 QLC 9세대 V낸드'(사진=삼성전자)

SK하이닉스 역시 최근 QLC 기반의 61TB(테라바이트) SSD를 개발했다. PCIe 5세대 적용으로 데이터 전송 속도를 최대 32GT/s로 구현했으며, 순차 읽기 속도를 4세대 적용 제품 대비 2배 향상시킨 것이 특징이다.

SK하이닉스는 해당 신제품의 샘플을 곧 글로벌 서버 제조사에 공급해 제품 평가를 진행할 계획이다. 또한 내년 3분기에는 제품군을 122TB로 확대하고, 세계 최고층 321단 4D 낸드 기반의 244TB 제품도 개발에 들어가기로 했다.

다만 삼성전자, SK하이닉스는 내년 낸드용 설비투자에 매우 보수적인 입장을 취하고 있다.

삼성전자의 경우 당초 낸드 생산라인으로 계획했던 P4 페이즈1 라인을 낸드·D램 혼용 양산라인으로 전환했다. 라인명 역시 P4F(플래시)에서 P4H(하이브리드)로 변경됐다. 이에 따라 당초 예상 대비 낸드용 신규 설비투자 규모가 축소될 것으로 알려졌다.

SK하이닉스도 새해 낸드에 대한 신규 투자를 진행할 가능성이 낮은 것으로 관측된다.

반도체 업계 관계자는 "SK하이닉스의 설비투자가 HBM 및 최선단 D램에 집중돼 있고, 낸드 설비를 들일 만한 여유 공간도 많지 않다"며 "신규보다는 기존 설비를 활용한 전환 투자에 무게를 둘 것"이라고 설명했다.

장경윤 기자(jkyoon@zdnet.co.kr)