내년까지도 5세대 고대역폭 메모리 'HBM3E'가 주류 자리를 지킬 것으로 예상되는 가운데, 내년 하반기 엔비디아의 차세대 인공지능(AI) 가속기 '루빈' 출시 이후 개화할 'HBM4(6세대)' 시장에서는 SK하이닉스와 전사 역량을 집중하고 있는 삼성전자의 주도권 경쟁이 한층 치열해질 전망입니다.

업계에 따르면 HBM3E가 적용되는 엔비디아의 '블랙웰'이 인공지능(AI) 칩 시장 대부분을 차지하고, H200의 대(對)중국 수출 개시 가능성이 커짐에 따라 적어도 내년까지는 HBM3E가 전체 HBM 시장의 대부분을 차지할 전망입니다.

여기에 주문형 반도체(ASIC) 기반의 자체 AI 반도체를 사용하는 구글, 마이크로소프트, 아마존웹서비스(AWS) 등을 중심으로 HBM3E 수요가 늘어나면서 HBM3E 시장 크기 역시 더 커질 것으로 예상됩니다.

LS증권에 따르면 내년 전체 HBM 생산에서 HBM3E의 비중은 66%로, 올해(87%)보다 21%포인트 감소하지만 여전히 절반을 넘어서고 있습니다.

이 같은 구조 속에 HBM 시장 점유율 1위(약 60%)인 SK하이닉스의 주도권은 당분간 유지될 가능성이 높습니다.

업계 관계자는 "내년까지 HBM3E 시장 구도가 크게 흔들릴 가능성은 제한적"이라고 설명했습니다.

HBM3E 초기 양산과 주요 고객사 공급에서 한발 앞선 SK하이닉스는 지금까지도 대부분의 엔비디아 물량을 공급하는 것으로 알려졌습니다.

SK하이닉스는 ASIC 기반 AI 반도체 시장에도 HBM3E를 공급하는 중입니다.

특히 증권가에서는 ASIC 기반 AI 반도체 시장의 성장으로 내년 HBM3·HBM3E 수요에서 엔비디아가 차지하는 비중은 63.8%로 예년(71.6%)보다 소폭 하락할 수 있지만, 'AI 큰손'으로서의 시장 지위는 계속해서 지킬 것으로 보고 있습니다.

차세대 제품인 HBM4 시장에서는 양상이 달라질지 관심입니다.

HBM4는 단순한 성능 개선을 넘어 공정 기술과 베이스 다이 적용 등 파운드리(반도체 위탁생산)와 협업이 더욱 부각되며 기존 HBM3E와는 새로운 판에서 경쟁이 일어날 수 있어서입니다.

내년 하반기 엔비디아의 루빈이 HBM4 탑재의 첫 스타트를 끊으면 본격적인 시장은 2027년 열릴 것으로 점쳐집니다.

HBM4를 채택하는 구글 'TPU 8세대'와 아마존 '트레이니움 4세대', 마이크로소프트 'Maia 300'은 내후년쯤 출시가 유력합니다.

이에 HBM4는 작년 이후 시장 대부분을 차지하고 있는 HBM3E의 출하량을 2027년에 넘어설 전망입니다.

주요 빅테크의 HBM3E 공급망에 진입한 삼성전자는 HBM4에서 승기를 잡을 것으로 자신하고 있습니다.

삼성전자는 HBM4에 삼성 파운드리 4나노 기반 베이스 다이와 6세대 10나노급 D램(1c) 공정 등 최신 기술을 적용하며, 내부 기술 평가에서 11.7Gbps(초당 11.7기가비트) 수준의 업계 최고 성능을 확보한 것으로 알려졌습니다.

경쟁사인 SK하이닉스는 TSMC의 12나노 베이스 다이에 5세대 10나노급 D램(1b) 공정을 활용하고 있습니다.

특히 삼성전자는 최근 엔비디아의 HBM4 SiP(System in Package·시스템 인 패키지) 테스트에서도 최고점을 받으면서 HBM4 공급에 청신호가 켜졌다는 분석이다. 삼성전자는 내년 초 HBM4의 본격적인 양산에 돌입할 것으로 전해졌습니다.

이에 따라 실적 눈높이 역시 높아지고 있습니다.

글로벌 투자은행(IB) 노무라증권은 최근 리포트에서 삼성전자의 내년 영업이익을 약 133조원으로 제시했습니다.

노무라증권은 "삼성전자가 HBM3E보다 범용 메모리와 HBM4 생산에 더 집중할 것으로 예상한다"며 "추가되는 캐파의 상당 부분은 HBM4 생산을 위한 1c 공정에 배정될 것으로 보며, 엔비디아 퀄리피케이션(품질 인증)은 내년 1월까지 완료될 가능성이 높다"고 분석했습니다.

업계에서는 안정성, 수율, 발열, 속도, 대량 공급 능력 등을 갖춘 SK하이닉스가 HBM4에서도 유리한 위치를 차지할 것이란 전망도 나옵니다.

SK하이닉스는 지난 9월 이미 HBM4 양산 체제를 구축하고 대량의 유상 샘플을 엔비디아에 공급하고 있어 사실상 9월부터 양산에 돌입한 상태다. 또 엔비디아와 HBM4의 최적화 작업도 막바지 단계로 내년 초 최종품 양산에 나설 것으로 보입니다.

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최지숙(js173@yna.co.kr)