[반도체 머니전쟁] ③ '초격차' 노린다…HBM 등 첨단반도체 주도권 쟁탈전

삼성·SK·마이크론, '큰손' 고객 엔비디아 행사서 5세대 HBM 기술력 과시
고객 요구 다양화에 '맞춤형' 개발 분주…'적기 투자' 두뇌싸움도 치열


미국을 비롯한 세계 각국 정부가 자국의 반도체 산업을 키우기 위해 총력전을 펼치는 가운데 반도체 업계는 고대역폭 메모리(HBM) 등 첨단 반도체 기술 경쟁력을 기반으로 시장 주도권 다툼이 치열하다.

'총성 없는 전쟁' 속에서 살아남기 위해 인공지능(AI) 반도체 시장의 '큰 손' 엔비디아를 향해 구애를 펼치는 동시에 초격차 기술 확보와 적기 투자에 실기하지 않기 위한 두뇌 싸움도 활발하게 벌어지고 있다.

◇ "5세대 HBM은 우리가 먼저"…SK·삼성·마이크론 경쟁 격화
24일 업계에 따르면 삼성전자 주가는 지난 20일 유가증권시장에서 5.63% 급등한 데 이어 21일에도 3.12% 오른 7만9천300원에 마감했다.

22일에는 장중 7만9천900원까지 오르며 '8만 전자'에 대한 기대감을 키웠다.

이는 젠슨 황 엔비디아 최고경영자(CEO)가 "현재 삼성 HBM을 테스트하고 있으며, 기대가 크다"고 발언한 영향이 크다.

지난 18∼21일(현지시간) 미국 새너제이에서 연례 개발자 콘퍼런스 'GTC 2024'를 열어 전 세계의 이목을 집중시킨 황 CEO는 이 기간 삼성전자 부스를 찾아 전시돼 있던 HBM3E 제품에 '승인'이라고 친필 사인을 남기기도 했다.

황 CEO는 'GTC 2024'에서 기존 제품보다 최대 30배 성능을 내는 차세대 AI 칩 '블랙웰'을 선보이며 AI 반도체 왕좌 굳히기에 나선 상태다.

엔비디아는 생성형 AI의 학습과 추론에 필수인 그래픽처리장치(GPU) 시장의 80% 이상을 장악하고 있다.

엔비디아의 새로운 칩에 다수의 고성능 HBM이 탑재될 예정인 만큼 메모리 업체들의 발걸음도 분주해졌다.

현재 SK하이닉스가 HBM3를 엔비디아에 사실상 독점 공급하며 HBM 시장 주도권을 쥔 가운데 경쟁사인 삼성전자와 마이크론이 맹추격하며 지각 변동이 예고됐다.

3사 모두 'GTC 2024'에 마련된 부스에서 5세대 HBM인 HBM3E를 전면에 내세웠다.

SK하이닉스는 'GTC 2024' 개막에 맞춰 HBM3E 8단 신제품을 본격 양산해 가장 먼저 고객사(엔비디아)에 공급한다고 발표한 데 이어 전시에서는 현재 제품화 단계인 HBM3E 12단 실물을 공개하고 HBM3를 엔비디아에 공급하고 있다는 점도 부각했다.

삼성전자는 업계 최초로 12단을 쌓은 36기가바이트(GB) HBM3E를 처음 공개했고, 마이크론 역시 8단 HBM3E 제품을 전시했다.

HBM 후발 주자인 마이크론은 지난 20일 2024회계연도 2분기(지난해 12월∼올해 2월) 실적 발표를 통해 "HBM3E로부터 매출이 발생하기 시작했다"며 2025년 HBM 생산량 대부분도 이미 판매 계약이 끝났다고 밝히기도 했다.

향후 메모리 3사의 HBM 생산능력(캐파)과 안정적인 수율 확보도 HBM 경쟁에서의 주요 변수로 꼽힌다.

김록호 하나증권 연구원은 "(마이크론이) 엔비디아용 HBM3E 양산을 개시했다고 밝혔는데, 관련해서 수율 이슈는 지켜봐야 할 포인트"라고 말했다.

◇ "HBM 다음은"…삼성, AI 반도체 판도 바꿀 '마하1' 공개
반도체 업계는 AI 시장 확대로 고객의 다양한 요구에 대응할 수 있는 '맞춤형' 메모리 솔루션을 비롯해 HBM의 뒤를 이을 차세대 메모리 기술 개발에도 주력하고 있다.

삼성전자는 지난해 12월 메모리 컨트롤타워 역할을 수행하는 '메모리 상품기획실'을 신설하고, 기술 동향 분석과 상품 기획, 사업화, 기술 지원 등 전 영역을 담당하며 미래 준비에 나서고 있다.

삼성전자와 SK하이닉스는 차세대 메모리 기술인 '컴퓨트 익스프레스 링크'(CXL) 생태계 확장에도 힘을 쏟고 있다.

CXL은 AI, 머신러닝, 빅데이터 등 고성능 연산이 필요한 애플리케이션에서 서로 다른 기종의 제품을 효율적으로 연결할 수 있는 차세대 인터페이스로, 기존 메인 D램과 공존하면서 대역폭과 용량을 확장할 수 있다.

최근에는 온디바이스 AI에 대한 관심이 커지며 스마트폰과 확장현실(XR) 디바이스를 지원하는 저지연성(LLW) D램 등 '맞춤형' 메모리 반도체에 대한 요구도 커지는 추세다.

곽노정 SK하이닉스 사장은 올해 초 'CES 2024'에서 "어떤 고객에게는 용량과 전력 효율이 중요할 수 있고, 또 다른 고객은 대역폭과 정보처리 기능을 선호할 수 있다"며 "이런 요구에 대응하고자 SK하이닉스만의 고객 맞춤형 메모리 플랫폼을 준비하고 있다"고 말했다.

SK하이닉스는 'GTC 2024'에서 차세대 그래픽 D램인 'GDDR7'을 처음 공개하기도 했다.

최대 대역폭이 초당 128GB로, 이전 세대 대비 2배 증가했고 전력 효율성은 40% 개선된 제품이다.

SK하이닉스 측은 "GDDR7이 대용량 데이터를 더 빠르게 처리하며 AI 기술을 고도화해 나가는 데 필수적인 역할을 할 것"이라고 설명했다.

글로벌 AI 시장이 학습에서 추론으로 빠르게 이동하는 가운데 삼성전자는 지난 20일 주주총회에서 메모리 병목 현상을 해결할 솔루션인 '마하1' 개발 소식을 깜짝 공개하기도 했다.

경계현 삼성전자 디바이스솔루션(DS) 부문장(사장)은 "메모리 처리량을 8분의 1로 줄이고, 8배의 파워 효율을 갖게 하는 것을 목표로 현재 개발 중인 마하1 AI 인퍼런스(추론) 칩은 혁신의 시작이 될 것"이라며 "HBM보다는 저전력(LP) 메모리를 써도 거대언어모델(LLM) 추론이 가능하도록 준비하고 있다"고 말했다.

업계에서는 HBM 시장에서 SK하이닉스에 주도권을 뺏긴 삼성전자가 차세대 HBM 개발에 속도를 내는 한편, HBM을 사실상 대체할 마하1을 내세워 AI 반도체 시장의 판도를 아예 바꾸는 '투트랙' 전략을 취한 것이라는 해석을 내놨다.

시장조사업체 옴디아와 KB증권에 따르면 2030년 추론용 AI 칩 시장은 1천403억달러로, 2023년(60억달러) 대비 24배 성장할 것으로 예상된다.

김동원 KB증권 연구원은 "AI 학습 과정에서는 전산 자원을 유연하게 활용할 수 있는 GPU 사용이 불가피하지만, 추론에서는 산업별, 업체별마다 추론 기능이 강화된 맞춤형 AI 칩이 더 효과적"이라고 말했다.

◇ 삼성, 美 추가 투자 계획 내놓을 듯…SK, 내년 3월 용인 클러스터 착공
이처럼 첨단 반도체 시장에서 주도권 경쟁이 한창인 가운데 주요 업체들의 투자도 이어지고 있다.

한발이라도 더 앞선 반도체를 시장에 내놓기 위한 연구개발은 물론, 엔비디아와 같은 대형 수요자를 위한 맞춤형 제품을 적기에 공급하기 위해서는 생산시설 및 공정을 갖춰야 한다.

이를 위해서는 투자가 필수다.

그야말로 반도체 업체들 간 '쩐의 전쟁'이라 해도 과언이 아니다.

삼성전자는 현재 170억달러 이상을 투자해 미국 텍사스주 테일러시에 파운드리(반도체 위탁생산) 공장을 건설 중이다.

미국 정부가 최근 자국 기업인 인텔에 195억달러(약 26조원)의 보조금을 지급한다고 발표한 가운데 삼성전자에도 60억달러의 보조금이 지급될 것으로 예상된다.

이에 맞춰 삼성전자가 AI 반도체 등을 중심으로 한 추가 투자 계획을 내놓을 가능성도 거론된다.

삼성전자는 오는 2030년까지 기흥 R&D 단지에 20조원을 투입하고, 반도체연구소도 양적·질적 측면에서 2배로 키울 계획이다.

최근 삼성디스플레이가 출범 후 첫 배당을 시행하면서 삼성전자도 5조6천억원대의 배당금을 받게 돼 반도체 투자를 위한 '실탄'도 확보했다.

SK하이닉스는 경기 용인에 120조원 이상을 투자해 신규 메모리 생산기지인 용인 반도체 클러스터를 조성하고 있다.

내년 3월 착공해 오는 2046년까지 총 4기의 팹(반도체 생산공장)을 구축한다.

최근 안덕근 산업통상자원부 장관이 부지를 방문해 진행 상황을 점검하고 "반도체 초격차는 속도에 달린 만큼 우리 기업이 클러스터 속도전에서 뒤처지지 않도록 전 부처가 합심해 대응하겠다"고 밝히기도 했다.

/연합뉴스