엔비디아, HBM4 사양 상향 조정…삼성·SK하이닉스 누가 승기 잡나

지난해 반도체 대전(SEDEX 2025)을 찾은 관람객이 삼성전자 부스에서 HBM4를 둘러보고 있다./뉴스1

엔비디아가 올해 인공지능(AI) 메모리 시장의 변곡점인 6세대 고대역폭메모리(HBM4) 사양을 대폭 끌어올리면서 삼성전자, SK하이닉스가 다시 한번 경쟁 선상에서 차세대 HBM을 수정해 까다로운 요구사항을 맞춰야 하는 상황에 놓였다. 전문가들은 HBM4부터 로직 다이(베이스 다이)의 중요성이 부각되면서 해당 기술을 자체 보유한 삼성전자와 대만 TSMC에 의존하는 SK하이닉스의 구조적 차이로 인해 삼성전자가 다소 유리할 것으로 관측하고 있다. 로직 다이는 HBM의 두뇌이자 전원·신호의 교통정리를 담당한다.

특히 TSMC의 경우 엔비디아를 비롯해 AI 반도체 광풍으로 밀려드는 파운드리(반도체 위탁생산) 수요를 감당하기 어려운 상황이어서 HBM용 로직 다이 생산능력뿐만 아니라 공정 전환 투자를 단행하기가 어렵다는 것이 국내외 전문가들의 중론이다. 이는 로직 다이 생산과 공정을 TSMC에 의존하고 있는 SK하이닉스의 취약점으로 꼽힌다.

15일 업계에 따르면 지난해 4분기 엔비디아가 삼성전자, SK하이닉스에 HBM4 납품 기준을 다시 한번 상향 조정해 전달했다. 이에 삼성전자는 로직 다이의 설계를 수정하고 파운드리사업부와 협업해 발열 제어와 성능 향상에 초점을 맞추고 개발 작업에 속도를 높이고 있다.

일반적으로 HBM은 여러 장의 D램 다이를 수직으로 쌓아 올린 구조다. HBM4에서 로직 다이는 이 스택의 맨 아래(바닥)에 붙는 칩으로, D램 다이만으로는 수행하기 어려운 기능을 맡는다. 데이터 전송의 타이밍과 경로, 전력관리 등이 로직 다이의 성능에 달려 있는 셈이다.

HBM4는 초기 표준 규격이 데이터 전송 속도 8~10Gb/s였지만 엔비디아가 이를 11Gb/s 이상으로 변경하면서 로직 다이의 중요성이 커졌다. 이 같은 고속 구간에서는 HBM으로 발생하는 열, 전력 변동이 곧바로 데이터 처리 오류로 이어질 수 있기에 이를 제어하는 로직 다이의 사양도 개선되어야 한다. HBM 성능 경쟁이 D램보다는 로직 다이 설계 역량으로 확장됐다는 의미다.

삼성전자에 정통한 관계자는 “데이터 전송 속도를 끌어올리는 건 로직 다이의 설계와 공정을 일부 수정하면 되기에 그렇게 어렵게 보진 않는다”며 “엔비디아가 제시한 핀당 11Gbps 수준에 도달하는 것은 가능하지만, 문제가 되는 발열 제어다. 이 또한 오래 걸릴 문제는 아니다”라고 설명했다. 앞서 전영현 삼성전자 DS부문장(부회장)도 올해 신년사에서 HBM4의 경쟁 우위를 자신한 바 있다.

SK하이닉스의 경우 해당 과정에서 다소 어려움을 겪을 것이라는 게 전문가들의 관측이다. 국내 한 사립대 교수는 “HBM이 세대를 거듭하며 로직 다이에서 기술력 차이가 발생하기 시작했는데, SK하이닉스의 경우 해당 기술을 상당 부분 대만 TSMC에 의존하고 있다”며 “지금도 수요 감당이 힘든 TSMC 입장에선 로직 다이에 대한 설비 투자, 라인 확장은 최선단 공정에 비해 후순위로 밀려 있다”고 했다.

황민규 기자(durchman@chosunbiz.com)

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