고부가 D램 시장 잡은 삼성…HBM4서 '반격' 나선다

D램을 쌓아 만드는 고대역폭메모리(HBM) 부진 여파로 33년 만에 세계 1위 자리를 SK하이닉스에 내준 삼성전자 D램 사업에 다시 훈풍이 불고 있다. 주력 제품인 10나노미터(㎚·1㎚=10억분의 1m) 5세대 D램(1b D램)에 서버업체의 주문이 몰려 HBM 판매 부진을 상쇄하고 있어서다. 엔비디아의 차세대 인공지능(AI) 가속기에 장착되는 HBM4도 경쟁사보다 한 수 위인 10㎚ 6세대 D램(1c D램), 4㎚ 파운드리(반도체 수탁생산) 공정을 활용하는 승부수로 승기를 잡았다는 평가가 나온다.

◇GDDR7 납품 공식 선언

11일 반도체업계에 따르면 삼성전자의 1b D램을 기반으로 제조한 그래픽더블데이터레이트7(GDDR7) 24기가비트(Gb) 모듈이 최근 엔비디아의 중국용 AI 가속기 ‘RTX 프로 6000 블랙웰’ 시리즈에 들어갔다. 엔비디아는 올초 출시한 게임용 그래픽처리장치 ‘RTX 50’ 시리즈에도 삼성의 1b D램 기반 GDDR7을 채택해 넣었다. 삼성은 최근 자사 테크 블로그에 “GDDR7 모듈은 서버용 RTX 프로 6000 블랙웰 AI 가속기에 적용돼 성능 저하 없이 최대 96기가바이트(GB) 용량을 지원한다”고 적었다.

엔비디아가 삼성 D램이 들어간 GDDR7 모듈 채택을 늘린 건 그만큼 삼성의 품질과 공급 능력을 높이 산 것으로 업계는 해석했다. 삼성은 애초 1b D램을 HBM용으로 개발하지 않았기 때문에 SK하이닉스와 미국 마이크론에 비해 생산 여력이 있는 편이다.

삼성은 대신 1b D램을 활용한 GDDR7 성능 향상에 올인해 대역폭(한 번에 데이터를 처리할 수 있는 능력)을 전작 대비 30% 향상된 초당 1.92테라바이트(TB)로 끌어올렸고, 전력 효율을 30% 개선했다. SK하이닉스와 마이크론은 1b D램 물량을 대부분 HBM3E에 투입하기 때문에 GDDR7 관련 엔비디아가 원하는 스펙과 물량을 맞추기 힘든 상황이다.

삼성이 1b D램을 활용해 개발한 저전력 D램인 LPDDR5X도 실적 버팀목 역할을 하고 있다. 자사 스마트폰뿐만이 아니라 미국, 중국 스마트폰 고객사에도 납품한다. 삼성은 밀려드는 1b D램 주문을 소화하기 위해 경기 평택캠퍼스의 1b D램 생산라인 증설에 나섰다.

◇이달 HBM4 최종 샘플 출하

삼성은 내년에 본격적으로 열리는 HBM4와 관련해서도 반전의 계기를 마련하고 있다. 삼성은 HBM4의 두뇌 역할을 하는 ‘로직 다이’는 자사 파운드리 4㎚ 공정을 활용하고, D램(코어 다이)은 1c D램을 쓰기로 했다. 덜 미세한 12㎚ 공정에서 로직 다이를 만들고, 한 세대 전인 1b D램을 활용하는 경쟁사를 성능 측면에서 압도하기 위해서다.

업계에선 삼성의 승부수가 적중했다는 평가를 내놓고 있다. 내년 블랙웰 AI 가속기 시리즈의 후속작 루빈 시리즈 출시를 준비 중인 엔비디아가 최근 D램업체에 “HBM4의 데이터 처리 속도를 10~11Gbps로 높여달라”고 요청했기 때문이다. 4㎚ 로직 다이를 쓰는 삼성전자에 유리하게 판이 돌아가는 셈이다.

관건은 삼성이 HBM4의 코어 다이 역할을 하는 1c D램의 성능과 수율을 빨리 확보하는 데 달렸다는 평가가 나온다. 삼성이 지난달 1c D램의 내부양산승인(PRA)을 마친 만큼 성능은 이미 일정 수준 확보한 것으로 알려졌다. 삼성은 엔비디아로부터 HBM4 공급 물량을 보장받기 위해 이달 최종샘플(CS)을 보낼 계획이다.

증권사들도 낙관론으로 돌아서는 분위기다. 이달 들어 한국투자증권 등 주요 증권사는 삼성전자가 올 3분기에 메모리 반도체 사업에서 6조원대 영업이익을 기록할 것으로 전망했다. 올 2분기 삼성의 메모리 영업이익 추정치는 약 3조원이다.

황정수/김채연/박의명 기자 hjs@hankyung.com