AI 시대의 핵심 부품으로 떠오른 고대역폭 메모리 HBM의 적층 구조.
최근 인공지능(AI) 열풍과 함께 반도체 업계에서 가장 뜨거운 감자로 떠오른 제품이 바로 HBM(High Bandwidth Memory, 고대역폭 메모리)입니다. 엔비디아의 GPU와 짝을 이뤄 AI 학습·추론 속도를 좌우하는 핵심 부품으로, 없어서 못 팔 정도로 수요가 폭발하고 있어요.
그런데 이 HBM 시장에서 이상한 현상이 벌어지고 있어요. 메모리 반도체 전체로 보면 삼성전자가 단연 세계 1위인데, 정작 HBM만 놓고 보면 SK하이닉스에 크게 밀리고 있다는 점이에요. 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 2023년 기준 SK하이닉스가 HBM 시장의 50% 이상을 차지하며 선두를 달렸고, 삼성은 40% 안팎에 머물렀습니다. 특히 엔비디아의 최신 GPU에 들어가는 HBM3 물량 대부분을 SK하이닉스가 가져가면서 격차가 더 벌어졌죠.
왜 이런 일이 생긴 걸까요? 단순히 기술력 부족일까요, 아니면 전략 판단의 차이였을까요? 이번 글에서는 삼성이 HBM 시장에서 SK하이닉스에 뒤처진 배경을 객관적으로 짚어보고, 앞으로 반등할 가능성까지 함께 정리해드릴게요.
핵심 요약
- 삼성은 D램 전체 1위지만 HBM 시장에서는 SK하이닉스에 점유율이 밀린다.
- 가장 큰 원인은 엔비디아 HBM3 공급망에서 삼성이 초기 퀄 테스트를 통과하지 못한 점이다.
- SK하이닉스의 MR-MUF 공정이 방열과 생산성에서 삼성의 TC-NCF보다 우위를 보였다.
- 고객 맞춤형 대응과 양산 속도에서도 SK하이닉스가 한발 앞섰다.
- 삼성은 HBM3E 12단 제품으로 반격을 준비 중이며, 2024년 하반기부터 엔비디아 공급이 유력하다.
글 순서
HBM이란 무엇인가?
HBM은 여러 개의 D램 칩을 수직으로 쌓아 올려 데이터 전송 속도를 획기적으로 높인 메모리예요. 기존 D램이 평면적으로 배치된 것과 달리, 실리콘 관통 전극(TSV) 기술로 칩들을 연결해 마치 고층 빌딩처럼 적층한 구조입니다. 이 덕분에 대역폭이 기존 GDDR6 대비 수 배 이상 높고, 전력 효율도 뛰어나 AI·HPC(고성능 컴퓨팅)용 GPU에 필수적으로 들어가요.
현재 HBM 시장은 4세대(HBM3)가 주력이고, 2024년부터 5세대(HBM3E)로 전환이 빠르게 진행 중입니다. 2025년 이후에는 6세대(HBM4)도 등장할 예정이에요. 세대가 올라갈수록 적층 단수와 용량이 늘어나고, 제조 난이도도 급격히 높아집니다. 바로 이 지점에서 업체별 기술 격차가 드러나기 시작했어요.
삼성과 SK하이닉스, HBM 시장 점유율 격차
2023년 HBM 시장 점유율을 보면 SK하이닉스가 약 53%, 삼성전자가 약 38%로 추정됩니다. 2022년만 해도 삼성이 40% 중반, SK하이닉스가 40% 초반으로 비등했는데, 1년 만에 순위가 역전되고 격차가 벌어졌어요. 특히 엔비디아 H100·H200 GPU에 탑재되는 HBM3에서 SK하이닉스가 사실상 독점 공급에 가까운 지위를 누렸기 때문입니다.
삼성은 HBM2E 시절까지는 엔비디아 A100 등에 공급하며 존재감을 보였지만, HBM3로 넘어오는 길목에서 결정적인 기회를 놓쳤어요. 이 차이가 현재의 점유율 격차를 만든 가장 직접적인 원인입니다.
삼성이 밀린 첫 번째 이유: 엔비디아 공급망 진입 실패
엔비디아는 AI GPU 시장의 80% 이상을 장악한 절대 강자예요. HBM 공급사 입장에서는 엔비디아의 인증(Qualification)을 통과하는 것이 사실상 시장 점유율을 결정짓는 관문입니다. 그런데 삼성은 HBM3 초기 샘플에서 발열과 신뢰성 문제로 엔비디아의 까다로운 테스트를 통과하지 못했어요. 반면 SK하이닉스는 2022년 6월 세계 최초로 HBM3 양산에 돌입하며 타이밍을 완벽하게 맞췄죠.
엔비디아의 H100 출시 일정에 맞춰 대량 공급이 가능했던 곳은 SK하이닉스뿐이었고, 삼성은 이 레이스에서 한 템포 늦었습니다. 이후 삼성은 HBM3 제품을 개선해 2023년 하반기부터 일부 고객사에 공급하기 시작했지만, 이미 주력 물량은 SK하이닉스가 선점한 뒤였어요. 엔비디아 외에 AMD도 MI300 시리즈에 SK하이닉스 HBM3를 채택하면서 SK의 입지는 더 단단해졌습니다.
두 번째 이유: TC-NCF vs MR-MUF 공정 기술 차이
HBM의 성능과 수율을 좌우하는 핵심은 칩을 어떻게 쌓고, 어떻게 열을 식히느냐입니다. 삼성은 TC-NCF(Thermal Compression with Non-Conductive Film) 방식을 고수했어요. 칩과 칩 사이에 비전도성 필름을 넣고 열과 압력으로 접합하는 기술인데, 공정이 단순하고 미세 피치에 유리하다는 장점이 있습니다. 하지만 적층 단수가 높아질수록 필름 두께 편차로 인한 휨(Warpage) 문제와 방열 성능 저하가 발목을 잡았어요.
SK하이닉스는 MR-MUF(Mass Reflow Molded Underfill)라는 독자 기술을 개발해 적용했습니다. 칩을 한꺼번에 리플로우(납땜)한 뒤, 액상 보호재를 진공으로 주입해 빈틈을 메우는 방식이에요. 이 공정은 칩 사이의 열전도율을 높여 발열 문제를 크게 개선했고, 생산 속도도 빨랐습니다. 업계에서는 SK하이닉스의 MR-MUF가 HBM3 이상에서 삼성의 TC-NCF보다 근본적으로 유리했다고 평가해요.
삼성도 뒤늦게 이 문제를 인식하고, HBM3E부터는 하이브리드 본딩이나 개선된 NCF 소재를 도입하는 방안을 검토 중인 것으로 알려져 있습니다. 하지만 공정 전환에는 시간이 걸리기 때문에 단기간에 따라잡기는 쉽지 않아 보여요.
세 번째 이유: 고객 맞춤형 대응과 양산 속도
HBM은 범용 D램과 달리 고객사 GPU 설계에 맞춰 인터페이스와 패키징을 최적화해야 하는 ‘맞춤형 제품’ 성격이 강해요. SK하이닉스는 엔비디아, AMD 등 주요 고객사와 긴밀하게 협력하며 요구 사양에 빠르게 대응했고, 양산 일정을 정확히 지켰습니다. 반면 삼성은 여러 제품군을 동시에 관리하는 거대 조직 특성상 의사 결정 속도가 상대적으로 느렸고, 초기 불량 문제에 대한 대응도 더뎠다는 지적이 나와요.
또한 SK하이닉스는 HBM 전담 조직을 일찍부터 강화하고, 이천과 청주 공장에 HBM 전용 라인을 구축하며 생산 능력을 빠르게 늘렸습니다. 삼성은 D램, 낸드, 파운드리 등 사업부가 많다 보니 HBM에 자원을 집중하기 어려운 구조였어요. 이런 내부 사정도 격차를 키운 요인으로 꼽힙니다.
| 항목 | 삼성전자 | SK하이닉스 |
|---|---|---|
| 주력 공정 | TC-NCF | MR-MUF |
| HBM3 공급 | 일부 고객사 대상 후발 진입 | 엔비디아 H100·H200 주력 공급 |
| HBM3E 개발 | 12단 36GB, 2024년 양산 목표 | 8단 24GB 양산 중, 12단 준비 |
| 주요 고객사 | AMD, 구글 등 확대 중 | 엔비디아, AMD, 인텔 |
| 생산 능력 | D램 전체 캐파 1위, HBM 전환 여력 충분 | HBM 전용 라인 증설로 탄력적 대응 |
| 장점 | 자본력, 종합 반도체 역량, 후공정 내재화 | HBM 선행 경험, 고객 신뢰도, 공정 우위 |
⚠️ 투자 판단 전 꼭 알아둘 점
HBM 시장은 기술 변화가 빠르고 고객사 의존도가 높아 예측이 어렵습니다. 삼성이나 SK하이닉스의 HBM 관련 실적 전망은 엔비디아의 차세대 GPU 로드맵, 경쟁사 인증 통과 여부, 공정 수율 개선 속도에 따라 크게 달라질 수 있어요. 또한 HBM 가격은 수요 대비 공급 부족으로 높게 형성돼 있지만, 향후 공급 과잉 가능성도 배제할 수 없습니다. 개별 종목 투자 전에는 반드시 공시 자료와 최신 뉴스를 다시 확인하시는 게 좋습니다.
삼성의 반격: HBM3E 12단과 턴어라운드 전략
삼성이 손 놓고 있지만은 않습니다. 2024년 2월, 삼성은 업계 최초로 12단 HBM3E(36GB) 개발에 성공했다고 발표했어요. 8단 제품보다 용량이 50% 늘었고, 초당 1.28TB의 대역폭을 구현했습니다. 이 제품은 2024년 상반기 중 엔비디아의 퀄 테스트를 통과한 것으로 전해지며, 하반기부터 본격적인 공급이 예상됩니다.
삼성은 TC-NCF의 단점을 보완하기 위해 필름 소재를 개선하고, 열압착 공정 조건을 최적화했다고 밝혔어요. 또한 HBM4부터는 하이브리드 본딩 기술을 도입할 가능성도 열려 있습니다. 여기에 D램 공정 미세화에서 앞서 있는 점, 후공정(패키징)을 자체적으로 수행할 수 있는 인프라도 강점이에요. 엔비디아가 공급망 다변화를 원하는 만큼, 삼성의 HBM3E가 시장에 안착한다면 점유율은 빠르게 회복될 수 있습니다.
다만 SK하이닉스도 12단 HBM3E를 준비 중이고, 2025년 HBM4에서는 한 발 더 나아간 기술을 예고하고 있어 경쟁은 더욱 치열해질 전망입니다.
HBM 경쟁력 평가 체크리스트
HBM 관련 기업을 분석할 때 아래 항목을 점검해보면 도움이 돼요.
- 최신 세대 HBM 제품의 엔비디아 퀄 테스트 통과 여부
- 적층 단수와 용량, 대역폭 등 스펙 비교
- 채택한 패키징 공정(TC-NCF, MR-MUF, 하이브리드 본딩 등)의 장단점
- 주요 고객사 확보 현황과 공급 계약 규모
- HBM 전용 생산 능력과 투자 계획
- 후공정 내재화 수준과 수율 개선 속도
- 차세대 HBM4 개발 로드맵과 기술 차별화 포인트
자주 묻는 질문 (FAQ)
Q. 삼성은 HBM3에서 왜 엔비디아 인증을 통과하지 못했나요?
A. 초기 샘플에서 발열과 신뢰성 문제가 발견되었어요. TC-NCF 공정 특성상 고단 적층 시 열 방출이 원활하지 않았고, 엔비디아의 까다로운 기준을 만족시키지 못했습니다. 이후 개선된 버전으로 테스트를 통과했지만 이미 SK하이닉스가 물량을 선점한 뒤였습니다.
Q. MR-MUF가 TC-NCF보다 정말 우월한가요?
A. HBM3 이상의 고단 적층에서는 MR-MUF가 방열과 수율 측면에서 유리한 것으로 평가됩니다. 하지만 TC-NCF도 미세 피치 구현에 강점이 있고, 삼성이 소재와 공정을 개선하면서 격차가 줄어들고 있어요. HBM4에서는 하이브리드 본딩 등 새로운 기술이 도입될 수 있어 공정 우위는 계속 변할 수 있습니다.
Q. 삼성의 HBM3E 12단 제품은 언제부터 양산되나요?
A. 삼성은 2024년 상반기 중 엔비디아 퀄 테스트를 완료한 것으로 알려졌으며, 하반기부터 본격적인 양산과 공급이 예상됩니다. 엔비디아의 차세대 GPU인 B100·B200에 탑재될 가능성이 높아요.
Q. SK하이닉스의 HBM 시장 지배력은 계속될까요?
A. 단기적으로는 SK하이닉스의 우위가 유지될 가능성이 크지만, 삼성의 추격과 엔비디아의 공급망 다변화 의지로 점유율 격차는 점차 좁혀질 수 있어요. HBM4로 넘어가는 2025년 이후가 진짜 승부처가 될 전망입니다.
Q. HBM 관련주에 투자할 때 가장 주의할 점은 무엇인가요?
A. 고객사 의존도가 매우 높다는 점이에요. 엔비디아의 GPU 로드맵 변경이나 경쟁사의 기술 발전, 글로벌 AI 투자 흐름에 따라 실적 변동성이 클 수 있습니다. 또한 HBM 가격은 현재 공급 부족으로 높지만, 향후 공급 과잉 시 수익성이 급감할 위험도 있어요.
Q. 삼성과 SK하이닉스 외에 HBM 시장에 진입한 기업이 있나요?
A. 현재까지는 사실상 두 회사의 과점 체제예요. 미국 마이크론도 HBM3E를 개발 중이고 2024년부터 엔비디아에 샘플을 공급하고 있지만, 생산 능력과 점유율 면에서는 아직 격차가 큽니다.
Q. HBM4에서는 어떤 변화가 예상되나요?
A. HBM4는 2025~2026년경 등장할 것으로 보이며, 적층 단수가 16단 이상으로 늘어나고 용량과 대역폭이 대폭 증가할 예정이에요. 또한 로직 다이에 연산 기능을 통합하는 ‘메모리-컴퓨팅 융합’ 시도도 이루어질 수 있어, 단순 메모리 경쟁을 넘어선 기술 싸움이 될 거예요.
본 글은 일반적인 정보 제공을 목적으로 작성되었으며, 특정 종목에 대한 매수·매도 추천이 아닙니다. HBM 시장과 관련 기업의 실적은 글로벌 경기, 기술 발전, 고객사 수요 변화 등에 따라 예상과 다르게 전개될 수 있어요. 투자 결정은 본인의 판단과 책임 하에 이루어져야 하며, 필요하다면 전문가의 조언을 구하시는 것이 좋습니다.