삼성전자는 이달에 업계 최초로 엔비디아에 HBM4(6세대 고대역폭메모리)를 양산·출하한다. 그런데 엔비디아의 전체 HBM4 수요 중 삼성전자가 확보한 물량은 현재 '20%대 중반' 수준으로 알려졌다. 삼성전자의 HBM4는 업계 최고 성능(동작 속도 초당 11.7기가비트)을 갖췄고, 가장 먼저 품질(퀄) 테스트를 통과했는데, 왜 엔비디아 점유율 전망치는 아직 최종 퀄 테스트를 진행 중인 SK하이닉스(50% 중반 수준)에 밀릴까. 최근 시장에서 커지고 있는 의문에 대한 답을 찾아봤다.
9일 반도체업계에 따르면 엔비디아는 지난해 12월 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론에 HBM4 잠정 물량을 배정했다. SK하이닉스 50%대 중반, 삼성전자 20%대 중반, 마이크론 20% 수준이다. 퀄 테스트가 끝나지도 않았는데, 물량을 배정한 이유가 있다. HBM 제작에 '6개월 이상'이 걸리기 때문에, 공급사에 미리 물량을 배정해야 올 하반기 안정적으로 HBM4가 장착된 신형 AI 가속기 베라 루빈을 생산할 수 있기 때문이다. 여기엔 지난 몇 년간 HBM 공급사와의 거래 관계와 각사의 HBM4 생산 능력, 퀄 테스트 통과 가능성 등을 고려한 것으로 알려졌다.
HBM4 기술력 입증에 만족…삼성의 수익성 극대화 전략
삼성전자의 20%대 점유율에 대해선 '실망스럽다'는 평가가 나온다. 하지만 이유가 있다. 우선 삼성전자의 전략이다. 삼성전자는 올해 본격화하는 HBM4 시장에서 경쟁력을 입증하기 위해 모든 것을 쏟아부었다. 사실상의 '기술력 올인' 전략이다. HBM4의 두뇌 역할을 하는 베이스다이에 4㎚ 파운드리, 기본 재료인 코어 다이는 10㎚ 6세대(1c) D램을 적용한 게 대표적이다.4㎚ 베이스다이는 2㎚처럼 최첨단은 아니지만, 첨단 파운드리 축에 속하고, 1c D램은 현재 D램 제품 중 최첨단이다. 구형으로 평가받는 12㎚ 파운드리에 10㎚ 5세대(1b)를 쓰는 경쟁사 대비 삼성 HBM4의 원가가 높을 수밖에 없다.
수율도 그렇다. 최근 반도체업계에서 HBM4용 1c D램의 수율(전체 생산품에서 양품 비율)이 많이 올라갔다는 얘기가 들리지만, 공정 성숙도가 높아진 경쟁사의 1b D램엔 못 미치는 수준이다. 고객사와의 계약 내용(웨이퍼 납품 또는 개별 칩 기준 납품)에 따라 달라질 수 있지만, 일반적으로 수율이 낮을수록 수익성 또한 떨어진다.
생산 능력도 아직 부족하다. HBM4의 기본 재료 역할을 하는 1c D램 생산 능력은 월 7만 장 정도로 삼성전자 D램 전체 캐파의 10% 수준이다. 최근 평택4공장 증설에 나섰지만 1년 뒤에야 생산 능력이 월 19만 장 수준으로 올라간다. HBM4를 만들기 위해선 GPU와 HBM을 한 칩처럼 작동하게 하는 '최첨단 패키징'을 거쳐야 한다. 이 과정을 거치면 살아남는 칩은 더 줄어든다. 삼성전자 입장에선 HBM4를 더 많이 만들고 싶어도 현재로선 불가능하다.
HBM3E 수준까지 올라온 범용 D램 단가…수익성은 더 높아
올 상반기까지 시장의 주력 제품 역할을 할 HBM3E 12단 제품 수요는 여전하다. 삼성전자는 지난해 9~10월께 엔비디아의 HBM3E 12단 퀄 테스트를 통과했지만, 실제 납품 물량은 많지 않은 것으로 알려졌다. 대신 구글의 AI 가속기 TPU 등을 함께 설계하는 브로드컴으로부터 'HBM3E 12단' 주문이 밀려들고 있는 것으로 알려졌다. 삼성전자 입장에선 10나노 4세대(1a D램) D램을 활용하는 HBM3E 12단 생산 능력을 줄이고 HBM4에 올인할 유인이 크지 않다.수익성이 좋은 서버·모바일·PC용 범용 D램 가격은 급등하고 있다. 글로벌 투자은행(IB) 골드만삭스에 따르면 올해 범용 D램의 1기가비트(Gb)당 가격은 1.25달러, 1기가바이트(GB, 1GB=8Gb)당은 10달러 수준이다. 현재 HBM 시장의 주력 제품인 HBM3E(5세대 HBM) 12단 제품과 큰 차이가 없다. 범용 D램은 HBM처럼 최첨단 패키징을 거치지 않기 때문에 수익성(이익률)이 HBM과 비교할 수 없을 만큼 높은 것으로 알려졌다.
D램 생산 능력에서 경쟁사 대비 1.2배 이상 우위에 있는 삼성전자로선 '엔비디아 대상 HBM4 최초 출하' 타이틀로 기술력 회복을 입증하는 동시에, 돈 되는 범용 D램에 주력하는 전략이 합리적이라고 판단한 것이다.
엔비디아는 SK하이닉스도 필요
엔비디아는 오랜 기간 합을 맞춰온 SK하이닉스에 물량을 많이 배정하는 게 '안정적'이라고 판단했을 수 있다. SK하이닉스는 최근 퀄 테스트 과정에서 성과를 내는 것으로 전해졌다. 올 하반기 신형 AI 가속기 베라 루빈에 대량의 HBM4를 적용하기로 한 엔비디아 입장에선, HBM 생산 능력이 가장 큰 SK하이닉스가 제품을 안정적으로 공급하는 게 무엇보다 중요한 상황이다향후 변수가 없는 것은 아니다. 특정 공급사의 HBM4 성능이 안 나오면 엔비디아로선 물건을 받을 수 없다. 삼성전자가 지난해 HBM3E 12단 퀄 테스트에 계속 실패하며 SK하이닉스와 마이크론 비중이 올라간 사례도 있다. 최근엔 마이크론이 엔비디아의 HBM4 납품에 어려움을 겪고 있다는 얘기가 나오면서 삼성전자 비중이 30%까지 올라갈 것이란 전망도 제기됐다.
또 다른 변수도 있다. 엔비디아가 삼성전자의 고성능 HBM4 단가를 경쟁사 제품보다 높게 쳐줘, 범용 D램보다 HBM4를 만들 때의 수익성이 높아질 경우다. 실제 업계에선 최근 "엔비디아가 삼성전자 HBM4 가격을 경쟁사 대비 높게 쳐준다"는 얘기가 나온다.
한 반도체기업 고위 관계자는 "평택 4공장 투자를 본격화하고 있는 삼성전자가 HBM4 생산 능력을 가장 빠르게 늘릴 수 있다"며 "엔비디아가 물량 증대를 요청하고 가격까지 올려주면 삼성전자로선 거부할 이유가 없다"고 분석했다.
황정수 기자 hjs@hankyung.com