삼성전자, 고부가 'HBM3' 공급 시작...내년 공격 증설 예고

삼성전자 HBM3E D램. (사진=삼성전자)

삼성전자가 올해 3분기에 고성능 D램인 고대역폭메모리(HBM)의 4세대에 해당하는 HBM3를 인공지능(AI) 반도체 칩 설계업체인 엔비디아에 공급하기 시작했다. SK하이닉스에 비해 약 1년가량 늦은 시점이다.

삼성전자는 SK하이닉스를 추격하기 위해 내년 HBM 생산능력을 올해보다 2.5배 이상 확대할 계획이다. 또 신제품의 개발과 양산 속도도 당겨 5세대인 HBM3E를 내년 하반기 주력으로 전환하기로 했다.

김재준 삼성전자 메모리사업부 전략마케팅실장 부사장은 31일 열린 삼성전자의 올해 3분기 실적발표회에서 "반도체(DS)부문은 메모리의 경우 재고 건전화와 고용량화 추세 등으로 수요 회복 전망이 있는 가운데 선단 공정 제품 판매 확대를 지속할 것"이라며 "특히 업계 최고 수준의 HBM 생산 능력을 기반으로 HBM3와 HBM3E 비중을 확대해서 고성능, 고대역폭 수요에 대응할 계획"이라고 말했다.

삼성전자는 올해 3분기 8단, 12단 HBM3의 양산에 돌입해 고객사에 공급을 시작했다. 고객사는 기존 브로드컴 등에서 엔비디아로 확대됐다. 4분기에도 미국 어드밴스드마이크로디바이시스(AMD) 등 삼성전자의 HBM 공급처는 계속 늘어날 전망이다.

HBM은 실리콘관통전극(TSV)이라는 공정을 통해 D램을 수직으로 쌓아 구멍으로 연결해 제작된다. 데이터가 오가는 도로인 대역폭을 극대화해 한 번에 많은 정보 처리가 필요한 그래픽처리장치(GPU)를 보조하는 역할을 한다. 최근 생성형 AI 열풍을 타고 GPU를 활용한 AI 가속기 시장이 폭증하면서 HBM 수요도 급증했다. 제작과 생산이 어렵다 보니 HBM의 가격은 기존 D램보다 7배 더 비싸다.

(자료=삼성전자)

삼성전자는 HBM을 비롯한 고부가 메모리반도체의 판매를 확대해 올해 3분기 DS부문의 적자 폭을 전분기보다 줄였다. 올해 3분기 연결 재무제표 기준 삼성전자의 영업이익은 2조4336억원으로 1년 전보다 77.57% 줄었다. 매출은 67조4047억원으로 역시 같은 기간 12.21% 감소했다. 하지만 DS부문만 놓고 보면 매출과 영업손실이 각각 16조4400억원, 3조7500억원으로 전분기와 견줘 매출은 11.61% 늘었고 손실 규모는 약 6000억원 개선됐다.

AI 가속기 시장을 독점하는 엔비디아의 GPU에는 SK하이닉스의 HBM3가 주력으로 탑재된다. 삼성전자는 다소 늦은 시점에 HBM3의 공급을 시작하면서 시장 입지에서 SK하이닉스에 밀리고 있다. 추격을 위해 삼성전자는 생산능력과 기술력을 빠르게 높이고 있다.

먼저 내년에는 올해보다 2.5배 이상 높은 HBM 공급 역량을 확보할 계획이다. 이를 위해 삼성전자는 보수적 설비 투자를 유지하면서도 HBM을 포함한 신기술 관련 투자를 적극적으로 진행하고 있다. 김 부사장은 "삼성전자의 내년 HBM 증설 물량은 이미 주요 고객사와 공급 협의가 완료됐다"며 "HBM3 비중은 내년 상반기에 전체 HBM 판매 물량의 절반을 넘을 것"이라고 말했다.

차세대 HBM3E는 10나노미터(㎚) 공정 기반 4세대급(1a) D램으로 개발될 예정이다. 이미 업계 최고 수준의 성능인 9.8초당기가비트(Gbps)를 구현한 24기가바이트(GB) 8단 시제품을 고객사에 전달했다. 향후 12단 36GB 제품도 개발해 내년 1분기 고객사 품질 검증을 의뢰할 계획이다.

삼성전자 메모리사업부뿐만 아니라 파운드리사업부도 힘을 보태는 '턴키(일괄수주)' 전략도 추진 중이다. 메모리사업부가 HBM을, 파운드리사업부가 중앙처리장치(CPU)나 GPU를 생산하고 이를 패키징(조립)하고 테스트(검수)해 최종 완제품으로 공급하는 방식이다. 고객사는 AI 반도체 모듈을 제작하는 데 필요한 전 과정을 삼성전자에서 진행할 수 있어 비용을 낮출 수 있다는 장점이 있다.

삼성전자의 턴 키 전략에서 핵심은 2.5D 패키징이다. AI 연산용 GPU와 여기에 붙는 HBM을 하나의 반도체로 구현하기 위한 핵심 기술로, 시스템반도체와 메모리반도체 등 서로 다른 기능을 반도체를 합친다는 점에서 이종접합 패키징이라고도 불린다. 현재 2.5D 패키징 시장의 강자는 엔비디아의 AI 반도체를 독식하는 대만 TSMC다.

정기봉 삼성전자 파운드리사업부 부사장은 "올해 3분기 턴 키 사업을 포함해 다수의 어드밴스드 패키지 사업을 수주했다"며 "내년 본격적인 양산과 사업 확대를 기대한다"고 말했다.

 

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