“HBM4 주도권 잡아라”…불붙은 ‘6세대 AI메모리’ 패권 경쟁

에스케이(SK)하이닉스가 개발한 6세대 고대역폭메모리(HBM4). 에스케이하이닉스 뉴스룸 제공

‘메모리 업황의 봄’을 맞은 반도체 기업들이 차세대 인공지능(AI) 메모리 시장을 선점하기 위해 각축전을 벌이고 있다. 고부가가치 메모리의 공급 주도권을 쥐어야 경쟁에서 승기를 잡을 수 있기 때문이다.

19일 업계에 따르면, 삼성그룹은 오는 27∼31일 경기 용인시 기흥구 삼성세미콘스포렉스에서 ‘2025 삼성 기술전’을 개최한다. 그룹사들이 참여하는 연례 기술 교류 행사다. 올해 행사에선 삼성전자 반도체사업부가 연말 양산 계획인 ‘6세대 고대역폭메모리’(HBM4)를 최초로 공개할 것으로 예상된다.

6세대 고대역폭메모리는 인공지능 칩 선두주자인 미국 엔비디아가 내년 생산 예정인 인공지능 가속기(인공지능 반도체 패키지) ‘루빈’에 장착될 예정이다. 앞선 5세대 제품(HBM3E)의 엔비디아 납품에 애를 먹었던 삼성전자로선 6세대 제품 양산과 공급을 반드시 성사시켜야 하는 상황이다. 올해 에스케이(SK)하이닉스에 내어준 글로벌 메모리 시장 점유율 1위 자리를 되찾고 수익성 회복에도 속도를 내기 위해서다.

삼성전자를 비롯한 하이닉스, 미국 마이크론 등 메모리 3사는 본격적인 6세대 인공지능 메모리 양산을 앞두고 차별화 전략을 내세우고 있다. 고대역폭메모리는 기존 디(D)램을 여러 층으로 쌓아 올리고, 각층을 오가는 데이터 전송 통로(TSV)를 뚫어 한 번에 많은 데이터가 이동할 수 있는 인공지능 특화 칩이다. 각 칩을 연결하고 포장하는 패키징 기술이 성능을 좌우하는 관건이다.

추격자인 삼성전자와 마이크론은 모두 열 압착(TC)-비전도성 필름(NCF) 접합 기술을 사용하지만, 세부 전략은 다르다. 이 기술은 칩 사이에 전기가 통하지 않는 필름을 넣고 열과 압력을 가해 한 번에 한 층씩 붙이는 방식이다.

여기에 삼성전자는 경쟁사 대비 용량·성능 등이 앞서는 6세대 디램을 각 층에 집어넣고, 로직 다이(가장 밑단의 두뇌 역할을 하는 칩) 역시 자사의 첨단 파운드리(반도체 수탁생산) 공장에서 직접 생산할 계획이다. 초미세 기술을 적용한 개별 칩과 외부 의존도를 낮춘 수직 계열화로 승부수를 던지겠다는 얘기다.

반면 마이크론은 기존 생산 공정을 유지하면서도 설계 최적화 등으로 성능을 끌어올렸다고 강조한다. 한국기업평가는 “마이크론은 기존 5세대 디램을 계속 사용하는 등 보수적인 접근을 통해 제품 개발 및 양산 시 불확실성을 최소화하는 데 초점을 맞추고 있다”고 짚었다.

하이닉스는 검증된 기술을 사용한다는 점을 앞세운다. 하이닉스는 칩 여러 개에 고열을 가하며 그사이에 액체를 넣어 한꺼번에 굳히는 엠알-머프(MR-MUF) 접합 기술을 쓴다. 앞서 5세대 제품에도 같은 패키징 방식을 통해 수율(양품 비율)과 성능을 안정적으로 관리했던 만큼, 점진적 기술 개선을 통해 삼성과 마이크론 제품을 뛰어넘는 성능을 발휘할 수 있다는 것이다.

현재 엔비디아가 사용하는 5세대 고대역폭메모리 대부분을 납품하는 하이닉스는 올해 3분기(7∼9월) 창사 이래 처음으로 분기 영업이익 10조원을 돌파할 것으로 시장은 내다보고 있다. 인공지능 메모리 생산의 부가가치가 그만큼 높다는 이야기다.

박종오 기자 pjo2@hani.co.kr