삼성전자가 이르면 다음 달 엔비디아에 차세대 고대역폭메모리(HBM4) 공급을 시작한다. HBM3E에 이어 AI(인공지능) 반도체 시장의 차세대 게임체인저로 꼽히는 HBM4가 실제 공급 단계에 들어서는 첫 사례로, 글로벌 AI 메모리 시장이 본격적인 세대 전환 국면에 진입했음을 알리는 신호탄으로 평가된다. 삼성을 시작으로 메모리 3사가 HBM4를 둘러싼 본격적인 공급 경쟁에 돌입했다는 분석이 나온다.
26일 반도체업계에 따르면 삼성전자는 최근 엔비디아 HBM4 공급을 위한 퀄테스트(품질검증) 단계를 마무리하고 본격적인 대량 양산 수순에 돌입했다. 이르면 다음 달부터 엔비디아로 HBM4 공급이 시작될 가능성에 힘이 실린다.
엔비디아 입성으로 뒤집힌 HBM 판도
삼성전자 HBM4의 이번 엔비디아 입성은 그간 HBM 시장의 흐름을 뒤집는 사건이라는 점에서 주목된다. AI 투자 수요가 폭발하던 시기에 앞선 세대 제품인 HBM3E가 시장의 핵심 제품으로 부상했지만, 삼성은 해당 경쟁에서 엔트리 명단에 오르지 못했다. 경쟁사 대비 HBM의 중요성을 늦게 인식하면서 시장 진입이 지연됐고, 선두 주자들의 기술 격차를 따라잡기 위한 긴 조정기를 거쳤다. 삼성 반도체의 경쟁력에 대한 의구심이 제기됐던 배경도 이 때문이다.
그러나 6세대 HBM 시장에서는 흐름이 달라졌다. 삼성은 HBM3E에서의 시행착오를 발판 삼아 10나노급 6세대(1c) D램을 HBM4에 적용하는 전략을 선택했고, 성능과 수율을 동시에 끌어올리는 데 집중했다. 메모리 1위 위상 회복을 목표로 전사적인 역량을 투입한 결과, 가장 먼저 엔비디아 공급 문턱을 넘는 성과를 거뒀다는 평가다.
HBM4는 단순한 성능 개선 제품이 아니다. 대역폭 확대와 전력 효율, 고적층 구조 안정성을 동시에 요구하는 고난도 제품이다. 엔비디아 등 주요 고객사가 요구하는 동작 속도는 초당 10기가비트(Gb) 수준으로 알려졌는데, 삼성은 이를 상회하는 초당 11.7Gb 구현에 성공하며 업계 최고 수준에 도달한 것으로 전해진다. HBM의 두뇌 역할을 하는 로직 다이에는 4나노미터(nm) 파운드리 공정을 적용해 성능과 수율 안정성에서도 경쟁 우위를 확보했다는 평가가 나온다.
업계에서는 삼성이 HBM4에서 가장 먼저 엔비디아 공급에 성공하면서 차세대 AI 메모리 경쟁의 주도권을 확보했다고 입을 모은다. 특히 엔비디아가 HBM4를 차기 AI 가속기 로드맵의 핵심 메모리로 검토하고 있는 만큼, 이번 공급은 향후 수년간 이어질 고부가 메모리 수요를 선점한다는 의미도 크다.
AI가 앞당긴 'HBM 세대전환'
HBM이 반도체 산업 전반의 핵심 메모리로 부상한 결정적 계기는 AI다. 대규모 언어모델과 생성형 AI 확산으로 연산량이 폭증하면서, 연산 성능뿐 아니라 이를 뒷받침하는 메모리 대역폭이 AI 시스템 성능을 좌우하는 구조가 형성됐다. 이 과정에서 HBM은 선택지가 아닌 필수 부품으로 자리 잡았고, AI 가속기 경쟁은 곧 HBM 확보 경쟁으로 이어졌다.
현재 시장의 주력 제품은 HBM3E다. 엔비디아를 비롯한 주요 AI 반도체 업체들이 HBM3E를 대거 채택하면서 올해 HBM 시장은 수조 원대 규모로 성장할 것으로 예상된다. 전체 메모리 시장에서 차지하는 비중은 아직 제한적이지만, 성장 속도만 놓고 보면 가장 가파른 영역으로 평가된다. 중장기적으로는 AI 투자 확대를 기반으로 연평균 두 자릿수 성장세가 이어질 것이란 전망이 우세하다.
이런 흐름 속에서 등장한 HBM4는 단순한 성능 개선 이상의 의미를 갖는다. HBM4는 AI 가속기 아키텍처와의 결합도가 한층 높아진 것이 특징으로, 메모리 성능이 AI 시스템 전체 성능을 좌우하는 환경에서 차세대 AI 반도체 설계의 기준점 역할을 하게 될 가능성이 크다.
엔비디아가 차세대 AI 가속기 제품군에 HBM4 적용을 검토하고 있는 것도 이런 맥락이다. HBM4는 기술 로드맵에만 머무는 차기 제품이 아니라, 엔비디아의 차세대 AI 가속기 플랫폼에 실제 적용을 전제로 공급이 시작되는 상용 제품이다. 엔비디아를 비롯한 AI 반도체 업체들이 차세대 제품 개발 속도를 끌어올리면서 HBM 역시 이에 맞춰 세대 교체 주기가 과거보다 빨라질 것이란 관측이 나온다.
다만 단기간에 시장의 주력이 HBM4로 전환되지는 않을 전망이다. 당분간은 HBM3E가 주력 제품 지위를 유지하고, HBM4는 최상위 AI 가속기를 중심으로 점진적으로 확대될 가능성이 크다. 업계에서는 HBM4가 시장의 주류로 자리 잡는 시점을 1~2년 뒤로 보고 AI 반도체 세대 교체 속도에 따라 전환 시점이 앞당겨질 수 있을 것으로 예상한다.
삼성이 불을 당긴 HBM4 경쟁에는 조만간 SK하이닉스와 마이크론도 본격적으로 가세할 전망이다. 향후 3년간 HBM4는 반도체 시장 최대 격전지로 떠오를 가능성이 크다. 범용 메모리와 달리 단순한 가격 경쟁이 아닌, AI 반도체 산업 주도권을 가늠하는 시험대가 될 것이란 평가다.
반도체업계 관계자는 "HBM4는 메모리 성능 경쟁을 넘어 AI 반도체 설계 구조 자체를 바꾸는 세대"라며 "누가 더 빠르고 안정적으로 차세대 제품을 공급하느냐가 향후 AI 메모리 시장의 판도를 가를 것"이라고 말했다.
장소희 기자
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