HBM3E가 이끄는 AI 반도체 시장…'HBM4' 삼성·SK 승부 갈린다

28일 경북 경주 엑스포공원 에어돔에서 열린 'K-테크 쇼케이스' 삼성 부스에서 관계자가 6세대 고대역폭 메모리인 HBM4와 그래픽D램 GDDR7을 소개하고 있다. [사진=연합뉴스]

인공지능(AI) 반도체 시장의 급성장 속에서 고대역폭 메모리(HBM)가 반도체 산업의 핵심 축으로 자리 잡고 있다. 업계에서는 내년까지 5세대 제품인 HBM3E가 시장의 중심을 유지할 것으로 보는 가운데 차세대 HBM4가 본격적으로 상용화되는 2027년을 기점으로 국내 메모리 양대 기업 간 주도권 경쟁이 한층 치열해질 것으로 전망하고 있다.

현재 AI 가속기 시장에서 가장 큰 비중을 차지하는 제품군은 최신 GPU와 함께 탑재되는 HBM3E다. 대규모 언어모델(LLM) 확산과 데이터센터 투자 확대가 이어지면서 고성능·저전력 메모리에 대한 수요는 당분간 견조한 흐름을 유지할 가능성이 크다. 특히 고성능 AI 학습과 추론을 동시에 충족해야 하는 환경에서 HBM3E는 성능과 안정성 측면에서 사실상 표준으로 자리 잡았다는 평가를 받는다.

여기에 중국향 AI 반도체 공급 재개 가능성과 함께, 글로벌 빅테크 기업들이 주문형 반도체(ASIC)를 통해 자체 AI 칩을 개발·운용하는 흐름이 더해지면서 HBM3E 수요 기반은 더욱 넓어지고 있다. 데이터센터 운영 효율을 극대화하려는 움직임 속에서, 특정 GPU에 국한되지 않는 고대역폭 메모리 수요가 늘고 있기 때문이다.

이 같은 시장 구조 속에서 SK하이닉스는 당분간 HBM 시장 1위 지위를 유지할 가능성이 크다는 평가를 받고 있다. 초기 양산 안정화와 주요 고객사 공급 경험을 통해 신뢰도를 확보한 데다, 대량 생산과 수율 관리 측면에서 경쟁력을 갖췄다는 분석이다. 실제로 HBM3E 공급망에서 SK하이닉스의 존재감은 여전히 압도적인 수준으로 평가된다.

다만 시장의 시선은 이미 다음 단계로 옮겨가고 있다. 차세대 제품인 HBM4는 단순한 성능 향상을 넘어, 공정 기술과 패키징 방식 전반의 변화를 요구하는 제품으로 평가된다. 베이스 다이 공정과 파운드리 협업 비중이 커지면서, 메모리 기업의 종합적인 기술 역량과 공급망 통합 능력이 경쟁력을 좌우할 전망이다.

HBM4가 본격적으로 적용되는 첫 AI 가속기는 내년 하반기 이후 등장할 것으로 예상되며, 시장이 본격적으로 확대되는 시점은 2027년 전후가 될 가능성이 크다. 이후 주요 글로벌 빅테크 기업들의 차세대 AI 칩에도 HBM4가 순차적으로 채택되면서, 출하량 기준으로 HBM3E를 넘어설 것이란 전망도 나온다.

이 과정에서 삼성전자의 행보가 주목받고 있다. 삼성전자는 차세대 공정과 파운드리 기술을 결합한 HBM4 전략을 통해 시장 판도를 바꾸겠다는 의지를 분명히 하고 있다. 내부적으로는 최신 D램 공정과 미세 공정 기반 베이스 다이를 결합해 성능과 전력 효율을 동시에 끌어올리는 데 집중하고 있는 것으로 알려졌다.

특히 HBM4는 기존 제품보다 시스템 반도체와의 결합도가 높아, 메모리 단독 경쟁력을 넘어 종합 반도체 역량이 중요한 변수로 떠오르고 있다. 이 점에서 메모리와 파운드리를 동시에 보유한 삼성전자의 전략적 강점이 부각될 수 있다는 분석도 나온다. 업계에서는 삼성전자가 내년 초를 기점으로 HBM4 양산에 본격적으로 돌입할 가능성에 주목하고 있다.

반면 SK하이닉스 역시 HBM4 경쟁에서 쉽게 물러서지 않겠다는 입장이다. 이미 차세대 제품에 대한 준비를 진행하며 주요 고객사와의 기술 협업을 강화하고 있고, 기존 HBM3E에서 쌓은 안정성과 신뢰를 HBM4로 이어가겠다는 전략이다. 대량 공급 경험과 품질 관리 역량은 여전히 SK하이닉스의 핵심 강점으로 꼽힌다.

전문가들은 HBM4 시장이 단기간에 승부가 갈리는 구조는 아닐 것으로 보고 있다. 초기에는 제한된 고객사 중심으로 공급이 이뤄지고, 이후 AI 반도체 수요 확산과 함께 점진적으로 시장이 확대될 가능성이 크다는 분석이다. 이에 따라 기술력, 수율 안정성, 공급 능력, 고객사 대응 속도 등이 복합적으로 작용하는 장기전 양상이 펼쳐질 것으로 전망된다.

AI 산업이 국가 전략 산업으로 부상한 상황에서 HBM을 둘러싼 경쟁은 단순한 기업 간 경쟁을 넘어 산업 전반의 경쟁력과도 직결된다. 내년까지는 HBM3E가 시장을 이끌겠지만, HBM4가 본격적으로 자리 잡는 시점부터는 국내 메모리 산업의 새로운 분기점이 될 가능성이 크다. 삼성전자와 SK하이닉스가 어떤 전략으로 이 전환기를 맞이할지 업계의 관심이 집중되고 있다.

[폴리뉴스 이상명 기자]