삼성전자·SK하이닉스, HBM 두뇌 ‘베이스 다이’ 경쟁

삼성, 직접 설계 ‘독자노선’ 전략
SK, TSMC 기술 활용 공급 안정성

올해부터 양산에 돌입한 6세대 고대역폭메모리(HBM4)의 기술적 성패를 쥐고 있는 ‘베이스 다이’(로직 다이) 경쟁이 치열해 지고 있다. HBM의 가장 아랫단에 깔리는 베이스 다이는 그래픽처리장치(GPU)와 상부에 적층된 메모리 칩을 연결하고 데이터 흐름을 제어한다. 인공지능(AI) 기술 확산으로 GPU가 처리해야 할 데이터 양이 급증하면서, ‘통로’이자 ‘두뇌’ 역할을 하는 베이스 다이의 성능이 갈수록 중요해지는 상황이다. 베이스 다이의 성능이 HBM 전체 성능을 좌우한다는 평가도 나온다.

HBM 시장 패권을 두고 맞붙고 있는 삼성전자와 SK하이닉스는 각기 다른 전략을 택하는 모습이다. 삼성전자는 메모리부터 파운드리(위탁생산)까지 직접 설계해 납기 기간을 줄이고 효율을 높이는 ‘독자 노선’으로 가고 있다. SK하이닉스 경우 오랜 파트너인 대만 TSMC와의 동맹 강화로 방향을 잡았다.

삼성전자는 HBM4 제품에 4나노(㎚) 파운드리 공정을 적용해 핀당 최대 11.7기가비트(Gbps) 속도를 구현했다. 핀은 메모리와 연산장치 사이 데이터 출입구로, 11.7Gbps는 1초에 117억 비트의 데이터가 전달된다는 의미다. 삼성전자는 최근 열린 엔비디아의 기술 콘퍼런스 ‘GTC 2026’에 참가해 핀당 16Gbps 속도를 구현한 7세대 HBM4E를 선보일 예정이라고 밝히기도 했다.

8세대 HBM5 베이스 다이에는 2㎚ 공정을 적용한다는 계획이다. 2㎚는 현재 상용화된 파운드리 공정 중 가장 섬세한 기술이다. 베이스 다이에 적용되는 공정이 미세화될수록 전력 효율과 열 관리 성능은 개선된다. 수율만 안정적으로 유지된다면 ‘초격차’를 벌리는 열쇠가 될 수 있다.

SK하이닉스는 현재 HBM4의 베이스 다이를 TSMC의 12㎚ 공정으로 제조하고 있다. 시장 검증을 충분히 거친 기술을 활용해 가격 경쟁력과 공급 안정성을 확보하겠다는 전략이다.

차세대 HBM4E에는 TSMC의 3㎚ 공정을 베이스 다이에 적용하는 방안을 검토 중인 것으로 알려졌다. HBM4E부터는 고객사가 자사의 AI 가속기 특성에 맞춰 전력 효율을 극대화하거나, 특정 연산 기능을 추가하는 등 맞춤형으로 제품을 요구하는 ‘커스텀 HBM’ 시장이 열릴 전망이다. 따라서 복잡한 요구를 완벽히 구현해 내는 초미세 공정 적용 여부가 핵심 변수가 될 것으로 보인다.

GPU와 연결 및 제어를 담당하는 베이스 다이는 TSMC 기술을 활용하되, 메모리 저장을 맡는 코어 다이는 직접 생산하는 ‘투트랙 구조’도 가시화되는 양상이다. SK하이닉스는 24일 네덜란드 장비업체 ASML로부터 12조원 규모의 극자외선(EUV) 스캐너를 도입한다고 공시했다. 코어 다이에 적용되는 6세대(1c) D램 생산 능력을 강화하기 위한 포석으로 풀이된다. SK하이닉스 관계자는 “EUV 기반 선단 공정 전환으로 AI 메모리 경쟁력을 강화하고 범용 메모리 공급도 안정적으로 확대해 나갈 것”이라고 말했다.

박선영 기자 pomme@kmib.co.kr

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