| 한스경제=고예인 기자 | AI 반도체 경쟁의 최대 승부처가 GPU에서 ‘HBM4’로 옮겨가고 있다. 대규모 AI 학습과 추론 수요가 폭발하면서 고대역폭메모리(HBM)가 서버용 반도체 생태계의 핵심 부품으로 자리 잡았고 시장의 관심은 HBM3E를 넘어 차세대 HBM4로 빠르게 이동하는 분위기다.
업계에서는 HBM4부터 단순한 ‘메모리 성능 경쟁’을 넘어 첨단 패키징과 공정·후공정 통합 역량이 승부를 가르는 분기점이 될 것으로 보고 있다.
◆ HBM4의 변수는 ‘속도’가 아니라 ‘수율’
HBM4를 주목하는 이유는 단순히 성능 향상 폭이 크기 때문만은 아니다. 대역폭 확장과 전력 효율 개선을 바탕으로 AI 연산 성능을 끌어올리지만 이를 안정적으로 구현하려면 제조 난이도와 불량률 관리(수율)가 이전 세대보다 훨씬 까다로워진다.
HBM은 적층 수가 늘고 인터페이스가 고도화될수록 열과 전력 소모, 신호 무결성 문제가 동시에 커진다. 더 얇고 많은 다이를 쌓아야 하고 미세 공정 D램과 결합하는 비중도 늘어난다. 결국 ‘누가 먼저 양산을 시작하느냐’보다 ‘누가 높은 수율로 안정적으로 공급하느냐’가 시장 지배력을 결정하는 구조로 재편될 전망이다.
HBM4는 메모리 자체 성능만으로 끝나는 제품이 아니다. GPU·ASIC과 결합한 모듈 단위에서 신뢰성과 안정성이 확보돼야 하고 고객사가 요구하는 검증된 공급망에 진입하지 못하면 시장 확대 국면에서 도태될 수 있다.
엔비디아의 루빈(Rubin:차세대 AI GPU)용 HBM4 양산 시점이 2026년 1분기 말~2분기 초로 밀린 핵심 배경 중 하나가 사양 상향(핀당 11Gbps 이상)과 그에 따른 수율 확보 부담이기 때문이다.
HBM4는 고가 제품이라 한 장만 불량이 나도 GPU 패키지 전체를 폐기해야 하기 때문에 일정 수준, 즉 업계에서 말하는 웨이퍼 수율이 최소 70% 수준에 미치지 못하면 양산을 늘릴수록 손실이 커진다.
삼성은 1γ(6세대) 공정 기반 HBM4로 엔비디아 평가에서 속도·전력 효율 ‘상위 점수’를 받았지만 R&D 단계에서 HBM4 수율은 DDR5 대비 낮은 것으로 전해진다. SK하이닉스는 세계 최초 HBM4 개발·양산체제 구축을 발표했으나 실제 대량 출하는 엔비디아 요구 스펙(11Gbps)에 맞춘 수율에 달려 있다. 마이크론은 속도 스펙 대응에서 미치지 못해 수율·성능을 동시에 맞추는 부분에서 삼성과 SK하이닉스 대비 약하다는 관측이 나온다.
이에 대해 반도체 업계 관계자는 “HBM4는 성능보다 수율과 고객 인증이 전쟁의 핵심이 될 것”이라며 “공급이 타이트한 구간에서는 기술력이 곧 협상력으로 이어진다”고 말했다.
◆ ‘패키징 전쟁’으로 확장…메모리도 후공정이 '무기'
HBM4 경쟁이 본격화될수록 첨단 패키징의 중요도는 더 커진다. AI 가속기는 칩 크기와 전력 소모가 계속 늘어나는 구조에서 고성능을 유지하려면 패키징 혁신이 필수다. 단일 칩의 성능을 끌어올리는 방식이 한계에 다다르면서 칩렛과 2.5D·3D 패키징이 차세대 AI 인프라의 핵심 기술로 자리 잡고 있다.
GPU 다이 주변에 HBM을 배치해 인터포저로 연결하는 구조는 이미 AI 서버의 표준으로 굳어졌다. 다만 이 방식은 고집적·고열·고전력 환경에서 공정 난도가 높고 작은 결함도 전체 모듈의 수율을 떨어뜨릴 수 있다. 패키징·조립 단계에서 불량이 발생하면 HBM뿐 아니라 GPU까지 손실로 이어질 수 있어 공급망 전체가 ‘확률 싸움’에 들어가는 셈이다.
이에 따라 HBM 기업들도 “메모리만 잘 만들면 된다”는 방식으로는 경쟁력을 유지하기 어렵다. 후공정·패키징 파트너와의 협업 수준, 고객 요구에 맞춘 최적화 패키징 제공 능력이 차세대 경쟁력으로 부상하고 있다.
업계 관계자는 “AI 반도체는 패키징이 곧 제품”이라며 “HBM4 시대로 갈수록 후공정 역량이 기술장벽으로 작동할 가능성이 크다”고 말했다.
◆ ‘공급계약’이 곧 시장 지형…빅테크 다변화 압박
AI 메모리 시장은 고객 풀이 제한적이다. HBM 수요를 결정하는 핵심 플레이어는 엔비디아, AMD, 일부 빅테크와 AI 반도체 스타트업으로 압축된다. 공급사 입장에서는 단순 판매량보다 특정 고객사와의 장기 계약 여부가 실적과 점유율을 좌우한다.
HBM4는 공급계약 경쟁이 더욱 치열해질 전환점으로 꼽힌다. GPU 기업과 빅테크가 차세대 제품 로드맵을 조기에 확정할수록 HBM 공급사도 개발·검증·양산을 동시에 밀어붙여야 한다. 일정과 수율을 맞춘 업체가 우선 공급권을 확보하는 구조가 굳어질 수 있다.
동시에 고객사는 특정 공급사 의존도를 낮추기 위해 공급망 다변화를 압박하는 흐름도 강화하고 있다. HBM이 AI 인프라 병목이 될 수 있다는 경험이 누적되면서 “한 곳에 몰아주는 방식은 위험하다”는 판단이 커지고 있는 것이다.
◆ HBM4는 메모리 기술만의 싸움 아니다
HBM4 시대에는 경쟁이 ‘메모리 vs 메모리’에서 ‘생태계 vs 생태계’로 확장될 가능성이 높다. D램 공정, TSV 적층, 열 설계, 패키징 통합, 공급 안정성, 고객 인증을 동시에 충족해야 하기 때문이다. AI 칩 시장에서 ASIC이 확대될 경우 고객 맞춤형 인터페이스 요구가 늘어나며 개발·납기 압박이 더 커질 수 있다는 관측도 나온다.
업계 관계자는 “AI 메모리 2막의 핵심은 더 빠른 제품이 아니라 더 안정적인 공급”이라며 “HBM4와 첨단 패키징은 AI 반도체 패권을 가르는 필수 조건으로 부상하고 있다”고 말했다.
AI 인프라 경쟁이 길어질수록 메모리 기업들도 단순 호황을 넘어 기술, 수율, 패키징, 공급망 네 축을 동시에 강화해야 하는 국면에 들어섰다.
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