시작된 'HBM4 대전'…SK 수성·마이크론 도전·삼성 반격 준비

마이크론, 고객사에 샘플 공급
SK하이닉스 하반기 양산 추진
삼성전자 추격도 시장 변수로
1c설계·하이브리드 본딩 진화
HBM4E 선점 위한 전초전

마이크론이 SK하이닉스에 이어 차세대 고대역폭메모리(HBM)인 'HBM4'를 고객사에 공급하면서 기술력과 시장 주도권을 둘러싼 본격 경쟁이 시작됐다. 삼성전자도 반격을 준비하고 있는 것으로 알려졌다.

12일 업계에 따르면 SK하이닉스는 초당 2테라바이트(TB) 이상의 데이터 처리 속도와 36GB의 용량을 갖춘 12단 HBM4 샘플을 바탕으로, 올 하반기 양산을 목표로 제품 완성도를 끌어 올리고 있다. 마이크론도 이달 들어 동일한 사양의 샘플을 공개했으며 자사 HBM3E 제품과 비교해 성능은 60%, 전력 효율은 20% 이상 향상됐다고 밝혔다. 삼성전자 역시 이와 유사한 성능 수준을 목표로 제품을 개발 중인 것으로 업계는 보고 있다.

업계에서는 이번 HBM4 경쟁이 내년 출시가 예상되는 'HBM4E'를 앞둔 전초전의 성격이 강하다고 보고 있다. SK하이닉스와 마이크론 모두 HBM4는 기존 방식으로 제작하고 있으며, 새롭게 연구 중인 설계와 공정 기술은 HBM4E부터 적용할 방침이다. 이에 따라 내년 HBM4 양산이 본격화된 이후 곧바로 HBM4E로 기술 경쟁이 옮겨갈 것이란 전망이 나온다.

HBM4E부터는 설계와 본딩 방식이 크게 바뀔 것으로 예상된다. 양 사는 HBM4에는 10㎚(1㎚=10억분의 1m)급 1b 설계 기반의 D램을 12단으로 쌓아 제품을 구성했지만, HBM4E에는 한 단계 진화한 1c 설계를 적용할 계획이다. 본딩 방식도 기존에 활용하던 '하이브리드 본딩'으로 전환이 추진된다. MR-MUF는 여러 개의 칩을 한 번에 접착해 열 방출에 유리하고 공정 시간을 줄일 수 있다는 장점이 있으나 HBM4E 수준의 고집적 구조에는 한계가 있다는 지적이 나온다.

하이브리드 본딩은 칩 사이에 범프 없이 직접 연결하는 방식으로, 연결 밀도를 높여 데이터 전송 속도를 끌어올릴 수 있어 차세대 HBM 경쟁의 핵심 기술로 주목받고 있다. 양 사는 현재 이 기술을 HBM4E에 적용하기 위한 시연과 개발을 서두르고 있다.

SK하이닉스가 시장 선점을 이어가고 마이크론이 이를 빠르게 추격하는 구도가 형성된 가운데 삼성전자의 움직임이 또 다른 변수로 떠오르고 있다. 삼성전자는 아직 HBM4 샘플을 공개하지 않았지만 업계에서는 HBM4부터 1c 설계와 하이브리드 본딩을 동시에 적용해 경쟁 구도를 뒤바꾸겠다는 전략을 세운 것으로 알려졌다. 현재 삼성전자는 HBM3E가 주요 고객사인 엔비디아의 품질 검증(퀄테스트) 일정에 따라 일정 부분 제약을 받고 있는 상황이지만, 이와 별개로 HBM4 개발에는 계속 매진하고 있는 것으로 전해진다.

김정회 한국반도체산업협회 부회장은 "HBM4 샘플 공급에 이어 미국 아이다호에 대규모 공장을 짓는 등 최근 마이크론의 움직임이 공격적"이라며 "각종 지표에서도 영향력이 커지고 있고, 미국 기업으로서 통상 측면에서도 유리한 고지를 점할 수 있다"고 말했다. 이어 "SK하이닉스와 삼성전자가 주도권을 지키기 위해 기술 완성도와 공급 전략에서 더욱 정교한 대응이 필요하다"고 덧붙였다.

김형민 기자 khm193@asiae.co.kr