[FETV=허지현 기자] 삼성전자와 SK하이닉스가 차세대 반도체 고대역폭메모리(HBM)시장 패권을 둘러싸고 진검승부를 예고하고 있다. 양사는 HBM 관련 사업 계획을 차례로 내놓으면서 반도체시장 선점 레이스를 펼치고 있다. 

24일 관련업계에 따르면 삼성전자는 2025년을 목표로 차세대 HBM인 HBM4(6세대)의 개발을 추진하고 있다. 지난 2월 업계 최초로 36GB HBM3E(5세대 HBM) 12H(12단) D램 개발에 성공한 데 이어, 다음 차세대 HBM은 D램 칩을 16단까지 쌓아 올리는 기술에 도전한다. 삼성전자는 '설계·제조·패키징'을 한 곳에서 진행하는 '턴키(일광 시행)' 전략을 펼치고 있다. 삼성전자는 메모리부터 시스템 반도체, 패키팅, 테스트까지 반도체 전 공정을 수행할 수 있는 유일한 기업이다.

삼성전자는 또 TSMC의 CoWoS를 뛰어넘기 위해 여러 개 칩을 위로 얇게 쌓아 하나의 반도체로 만드는 3차원 적층 패키지 기술인 'X-Cube'와 칩과  칩을 연결하는 돌기 없이 구리로 직접 붙여 집적도를 더 높일 수 있는 4㎛(마이크로미터) 간격의 하이브리드 구리 본딩 기술도 2026년 목표로 개발 중이다.

삼성전자는 네이버와도 협업해 추론형 AI반도체 '마하1' 공동개발에 착수했다. 엔비디아 그래픽처리장치(GPU)의 10분의 1 가격으로 맞춤형 AI칩을 만들겠다는 계획이다. AI 추론칩 '마하1'은 저전력으로 활용할 수 있다는 점이 가장 큰 특징으로 전력소모 측면에서 강점을 가지고 있다. 엔비디아의 AI 칩이 고대역폭메모리(HBM)을 사용한다면, 마하1은 저전력을 통해 D램인 LPDDR을 사용하기 때문이다.

삼성전자는 네이버·인텔과의 동맹으로 자체 AI 생태계를 구축, 脫 엔비디아를 실현하겠다는 구상이다. 미국 반도체 기업 엔비디아의 독주로 부담이 커진 AI 사업 비용을 절감하고, 위협받고 있는 지속가능 경쟁력을 되찾겠다는 이유로 보여진다.

삼성전자와 경쟁 레이스를 펼치는 SK하이닉스로 가속패달을 힘찹게 밟기 시작했다. SK하이닉스는 TSMC와의 협업을 통해 HBM 가장 아랫부분 '베이스 다이'를 함께 설계·생산하기로 했다. 베이스 다이는 GPU(그래픽처리장치)와 연결돼 HBM을 컨트롤하는 역할을 수행한다. SK하이닉스는 기존 HBM3E까지는 자체적으로 베이스 다이를 만들었으나, HBM4부터는 TSMC의 선단 공정을 활용해 효율을 높일 전망이다.

5세대인 HBM3E까지는 자체 공정으로 베이스 다이를 만들었으나, HBM4부터는 로직 선단 공정을 활용할 계획이다. 이 다이를 생산하는 데 초미세 공정을 적용하면 다양한 기능을 추가할 수 있기 때문이다. SK하이닉스는 이를 통해 성능과 전력 효율 등 고객들의 폭넓은 요구에 부합하는 맞춤형 HBM을 생산한다는 계획이다.

양사는 우선 HBM 패키지 내 최하단에 탑재되는 베이스 다이의 성능 개선에 나선다. HBM은 베이스 다이 위에 D램 단품 칩인 코어 다이를 쌓아 올린 뒤 이를 TSV 기술로 수직 연결해 만들어진다. 베이스 다이는 GPU와 연결돼 HBM을 컨트롤하는 역할을 수행한다.

SK하이닉스는 또 지난 19일 TSMC와 차세대 HBM 생산과 어드밴스드 패키징 기술 역량을 강화하기 위해 협력하기로 했다. 양사는 대만 타이페이에서 기술 협력을 위한 양해각서를 체결, 2026년 양산 예정인 HBM4(6세대 HBM)을 개발을 목표로 내세웠다.

김주선 SK하이닉스 사장(AI Infra담당)은 “TSMC와의 협업을 통해 최고 성능의 HBM4를 개발하는 것은 물론, 글로벌 고객들과의 개방형 협업에도 속도를 낼 것”이라며, “앞으로 당사는 고객맞춤형 메모리 플랫폼 경쟁력을 높여 ‘토털(Total) AI 메모리 프로바이더’의 위상을 확고히 하겠다”고 전했다.

업계 관계자는 "미래를 위한 가장 중요한 기술로써 차세대 HBM 경쟁은 계속해서 진행될 것으로 보인다"며 "어느 기술을 어디까지 끌어올리고 어떤 기업과 협업을 통해 기술을 키워 나갈지가 관건이 될 것"이라고 말했다.