[소부장반차장] 11월 셋째주 반도체·부품 소식 한눈에 살펴보기

반도체⋅부품 관련 정책 동향과 현장의 목소리를 전달하기 위해 한 주 동안 열심히 달린 <소부장반차장>이 지난 이슈의의미를 되새기고, 차주의 새로운 동향을 연결해 보고자 주간 보고서를 올립니다. <반차장보고서>를 통해 한 주를 정리해보시길 바랍니다. <편집자주>

눈앞 당근 쫓은 결과 '처참'…흔들리는 '반도체 명가'

삼성전자는 한때 메모리와 파운드리 시장에서 세계 최고를 자랑했지만, 최근 몇 년 사이 시장 주도권을 잃어가고 있다. 정현호 부회장이 이끄는 사업 지원 태스크포스(TF)의 단기 실적 중심 경영이 주요 원인으로 꼽힌다. TF는 비용 절감과 단기 성과를 우선시하며 장기적인 기술 투자를 줄였고, 이 점이 반도체 분야에서 삼성의 경쟁력 약화를 불러왔다는 평가를 받는다.

9일 반도체 업계에 따르면, 삼성전자는 최근 3분기 실적에서 메모리 분야에서 처음으로 SK하이닉스에 영업이익이 뒤처졌다. 이는 삼성 메모리 부문의 고부가가치 상품인 HBM(고대역폭 메모리) 중심의 성과를 확보하지 못한 결과로 볼 수 있다.

HBM은 고성능 AI 연산과 데이터센터 수요 증가에 대응하기 위해 엔비디아 등의 GPU(그래픽처리장치)에 필수적으로 탑재되는 차세대 메모리 기술로, 삼성전자는 최근 이 분야에서 핵심 고객인 엔비디아의 엄격한 테스트를 통과하지 못하고 있는 것으로 전해진다.

엔비디아 CEO 젠슨 황은 "삼성 HBM은 여전히 테스트와 엔지니어링 작업 중"이라며 "문제는 없지만, 추가 작업이 필요하다"라고 언급한 바 있다. 이를 두고 시장에선 SK하이닉스가 HBM 시장에서 더 우세한 파트너로 자리 잡고 있다는 신호로 해석했다.

삼성이 HBM 성능 경쟁에서 뒤처진 이유는 근본적으로 개발 투자와 연구 인력 배치의 실패에 있다는 평가가 주를 이룬다. 삼성전자는 한때 HBM 전담팀을 운영하며 이 기술에 집중했으나, HBM이 수익성이 떨어진다는 이유로 '찬밥 신세'를 면치 못했다. 보다 단기적으로 실적 개선을 이룰 수 있는 사업에 집중, 당시 DS부문장이었던 김기남 고문은 2019년 HBM 전담팀을 축소했다. 이후 삼성은 HBM 기술 발전에 필요한 경험과 연구 시간을 충분히 확보하지 못했고, 시장경쟁력 약화로 이어지게 됐다는 것이다.

고난이도 공정을 계속해서 고수하고 있는 것도 또 하나의 요인으로 지목된다. 삼성전자는 현재 HBM을 생산하는 데 있어 TC-NCF(Thermo Compression-Non Conductive Film) 방식을 사용하고 있다. 기존의 범프 기법과 달리 필름을 사용해 미세한 접합을 구현하는 방식이지만, 제작 공정이 복잡하고 비용이 많이 드는 단점이 있다. 특히 고속 연산과 고온 환경에서의 안정성이 상대적으로 떨어진다는 점에서 한계도 있다고 전해진다.

이에 반해 경쟁사는 액체형 언더필 재료를 사용해 칩 간 정밀한 접합을 구현하는 MR-MUF(Mass Reflow-Molded UnderFill) 방식으로 HBM을 생산하고 있다. 상대적으로 높은 수율과 안정성을 갖추고 있어 엔비디아 같은 고객사의 기준에도 맞추고 있다. 최근 경쟁사는 세계 최초 16단 HBM3E 개발하고, 이 역시 MR-MUF 방식으로 만드는 게 최적이라고 밝힌 바 있다. 삼성전자가 HBM 기술력에서 경쟁사 대비 뒤처지는 이유가 이러한 생산 방식에서 기인한다는 평가가 나오는 배경이다.

'HBM3E 16H 개발' 한발 더… SK하이닉스, HBM4도 왕좌 지킨다

SK하이닉스가 HBM3E(5세대 고대역폭메모리) 16단을 최초로 개발하며 업계가 요동치고 있다. 이번 성과는 단순한 기술적 선행을 넘어, 차세대 주력으로 떠오를 HBM4에서도 확실한 우위를 점할 수 있는 기반을 다졌다는 평가를 받기 때문.

11일 반도체 업계에 따르면, SK하이닉스는 최근 열린 SK AI 서밋(SK AI Summit) 행사에서 'HBM3E 16단'을 세계 최초로 개발했다고 발표, 업계의 이목을 집중시켰다. SK하이닉스는 당초 HBM3E에서 8단과 12단 제품만 개발, 양산할 계획이었다.

HBM은 여러 개의 D램을 수직으로 적층해 데이터 처리 속도를 혁신적으로 향상시키는 고성능 메모리로, AI 서버 구축에 필수적인 AI GPU(그래픽처리장치)에 반드시 탑재되는 부품이다. 엔비디아 GPU 블랙웰 시리즈에 탑재될 HBM3E는 8단과 12단 구성이 일반적이었다. 16단 적층은 기술적 난이도가 높아 HBM4부터 도입될 것으로 예상됐으나 이를 뒤집은 것.

발표 당시 곽노정 SK하이닉스 CEO은 "HBM3E 16단 제품은 기존 12단 구성 대비 학습 성능이 18%, 추론 성능이 32% 향상되는 것으로 확인됐다"라며 "이로써 고도화된 AI 연산과 대규모 데이터 처리를 요구하는 최신 시스템에서 더욱 효율적인 성능을 제공할 수 있을 것으로 기대된다"라고 말했다.

이어 "SK하이닉스는 내년 초부터 이 제품의 샘플을 고객사에 제공할 예정이며, 이를 통해 AI 시장의 급증하는 메모리 수요에 대응하겠다는 계획이다"라고 덧붙였다.

이번 HBM3E 16단 개발로 향후 HBM4 제품에서도 양산 노하우를 바탕으로 경쟁 우위를 갖출 수 있을 것으로 전망된다. 생산 노하우 등을 쌓아 차기 개발 수율을 올릴 수 있는 기반이 될 수 있어서다.

세미파이브, 시높시스와 HPC 칩렛 플랫폼 개발 협력

국내 반도체 설계 솔루션 기업인 세미파이브(대표 조명현)가 글로벌 설계자산(IP) 기업인 시높시스와 협력해 칩렛(Chiplet) 고성능컴퓨팅(HPC) 플랫폼 개발에 나선다.

세미파이브는 시높시스와 자사의 CPU 칩렛(Chiplet)과 파트너사의 입출력(I/O) 칩렛을 하나의 패키지로 통합한 HPC 컴퓨팅 플랫폼을 개발한다고 12일 발표했다.

칩렛은 기존 하나의 공정에서 원칩(One-Chip)으로 제작하는 단일 시스템온칩(SoC)의 개별 기능을 여러 공정으로 나눠 따로 제조한 뒤, 다시 하나의 칩으로 패키징해 만드는 기술을 뜻한다. 기존에는 단일 SoC 제조 방식이 높은 성능 구현과 비용 절감에 이점이 있었지만, 공정 고도화로 선폭 미세화가 한계에 다다르면서 개별 기능을 별도로 제작하는 칩렛 방식의 효율성이 크게 높아지고 있는 상황이다.

세미파이브는 4나노 공정 기술을 적용한 CPU 칩렛과 시높시스의 UCIe 컨트롤러·물리계층(PHY) IP를 비롯한 솔루션을 추가해 HPC 플랫폼을 구성할 계획이다. 이를 통해 이 기술을 활용하는 고객사의 소비전력·성능·칩면적(PPA) 목표를 비롯, 다양한 요구 사항을 충족하는 다목적 칩렛을 개발하겠다는 목표다.

치열해진 HBM4 개발 경쟁…마일드 하이브리드 본딩 적용 가능성 대두

인공지능(AI) 인프라 확대로 고대역폭메모리(HBM) 수요가 높아지면서 내년 출시될 6세대 제품 'HBM4'에 대한 경쟁 구도 역시 심화되고 있다. SK하이닉스가 기존에 확보한 리더십을 발휘할 것으로 보이는 가운데, 삼성전자와 마이크론 등이 이를 어떻게 추격해나갈지가 관심이다.

특히 생산 공정의 변화가 불가피해지면서 '꿈의 패키징 공정'으로 꼽히는 하이브리드 본딩이 적용될지도 주목된다. 반도체 업계에서는 이를 당장 양산 공정에 적용하기 어려운 만큼, 중간 가교 역할을 하는 마일드 하이브리드 본딩을 통해 우선 대응하겠다는 목표를 내세웠다.

12일 업계에 따르면 엔비디아가 2026년 출시할 GPGPU 모델인 '루빈(Rubin)'에는 HBM4가 탑재될 예정이다. 일반 모델에는 HBM4 8개가, 루빈 울트라에는 HBM4 12개가 탑재된다.

HBM은 D램 여러개를 수직으로 적층해 단일 D램 대비 대역폭을 크게 확장한 메모리다. 대규모 데이터 처리가 요구되는 AI 인프라에 주로 채택되고 있으며, AI가속기나 GPU에 탑재되는 식으로 활용된다.

현재 공급 중인 HBM3E(5세대)까지의 주도권을 쥐고 있는 기업은 SK하이닉스다. AI용 GPU 시장의 독점적 지위를 확보한 엔비디아에 대규모 물량을 공급하고 있으며, 내년 출시될 차세대 GPU '블랙웰' 시리즈에도 HBM3E 12단을 납품하기 위해 준비하고 있다. SK하이닉스는 빨라지는 AI가속기 발전 및 데이터 처리량 요구에 따라 차세대 HBM 개발 시기를 앞당기고, HBM3E 16단 제품 개발에 돌입하는 등 관련 양산을 서두르고 있다. 이밖에 마이크론이 HBM3E 8단 납품에 성공한 바 있으며, 삼성전자는 HBM3E 8단 제품 공급 준비와 HBM3E 12단 및 개선품을 공급하기 위한 시도를 잇고 있다.

반도체 업계에서는 내년 샘플 공급을 시작으로 양산될 HBM4부터 현재 시장의 공급 구도가 뒤바뀔 수 있을 것으로 내다보고 있다. I/O 단자 연결 등을 지원하던 로직 다이(베이스 다이)의 기능이 데이터 처리량 급증·성능 고도화 등을 이유로 강화되는 추세인 데다, 기존과 달리 5나노미터(㎚)이하의 로직 칩으로 구성될 전망이어서다. 따라서 시스템반도체 영역인 첨단 로직 다이 설계·제조 능력을 확보하는 기업이 차기 HBM4 공급 경쟁에서 우선순위를 잡을 수 있을 것으로 예상된다.

“시스템, AI 가속 폐달 밟는다”…’AMD 2세대 버설 프리미엄’ 표준 확장

인공지능(AI) 시대에 대응하기 위한 시스템 기반의 가속기가 더 업그레이드돼 돌아왔다. AMD는 FPGA 시장에서 보다 발전된 표준을 섭렵하는 2세대 버설 프리미엄 시리즈를 공개했다. 빠른 연결과 더 효율적인 데이터 이동, 더 많은 메모리 가용성을 제공한다.

AMD(대표 리사 수)는 광범위한 워크로드에서 높은 시스템 가속 성능을 달성할 수 있도록 설계된 적응형 시스템온칩(SoC) 플랫폼인 ‘2세대 버설 프리미엄 시리즈(AMD Versal Premium Series Gen2)’를 12일 공개했다.

이번 제품은 FPGA 업계 최초로 CXL 3.1(Compute Express Link 3.1)과 PCIe 젠6(PCIe Gen6) 및 LPDDR5X를 하드 IP 형태로 지원하는 디바이스다. 차세대 인터페이스와 메모리 기술은 프로세서와 가속기 간의 데이터 이동 및 액세스를 빠르고 효율적으로 처리한다. 또한, CXL 3.1과 LPDDR5X는 더 많은 메모리 자원을 보다 빠르게 활용할 수 있어 데이터센터, 통신, 테스트 및 측정, 항공우주 및 방위 산업 등 데이터 집약적 애플리케이션에서 요구하는 실시간 프로세싱 및 스토리지 요구사항을 충족한다.

살릴 라지(Salil Raje) AMD 적응형 및 임베디드 컴퓨팅 그룹 총괄 책임자 겸 수석 부사장은 “시스템 설계자들은 더 많은 데이터를 더 작은 공간에 저장하고, 보다 효율적으로 시스템 부품 간 데이터 이동을 처리할 수 있는 방법을 지속적으로 모색하고 있다.”며, “이번에 2세대 버설 제품군에 추가된 최신 제품은 AMD의 고객이 전반적인 시스템 처리량과 메모리 리소스 활용도를 개선하여 클라우드에서 엣지까지 가장 까다로운 애플리케이션에서 최상의 성능 및 역량을 달성할 수 있도록 지원한다”고 말했다.

AMD는 FPGA 기반 가속기와 같은 디바이스 및 프로세서 간의 상호 연결을 위한 개방형 산업 표준인 CXL 지원에 적극적이다. 2세대 버설 프리미엄 디바이스는 업계에서 가장 빠른 호스트 인터페이스인 PCIe 젠 6 및 CXL 3.1을 통해 호스트 CPU와 가속기 간의 업계 최고의 고대역폭 연결을 지원한다. PCIe 젠 6은 PCIe 젠 4 또는 젠 5를 지원하는 경쟁 FPGA에 대비 2~4배 빠른 속도를 발휘하며, PCIe 젠 6으로 실행되는 CXL 3.1은 CXL 2.1을 사용하는 경젱 제품에 비해 유사한 지연시간으로 두 배의 대역폭, 향상된 패브릭 및 일관성(Coherency)을 제공한다는 게 AMD의 설명이다.

美 빅테크, 삼성 이어 SK하이닉스에 '맞춤형 HBM4' 요구

최근 글로벌 빅테크 기업들이 자체 AI 칩 설계를 통해 엔비디아를 견제하는 가운데, 6세대 고대역폭 메모리 HBM4 주문을 맞춤형으로 요청하는 사례가 늘고 있다. 업계에 따르면 삼성전자뿐만 아니라 SK하이닉스도 이러한 요청을 받고 개발에 착수한 것으로 파악된다.

13일 관련 업계에 따르면, 주요 빅테크 기업 메타(Meta), 마이크로소프트(MS), 구글(Google)이 자사 AI 칩 경쟁력 강화를 위해 삼성전자와 SK하이닉스에 각각 맞춤형 HBM4 메모리를 요구했다. 이는 엔비디아가 사실상 독점해 온 HBM에 대한 의존도를 낮추고, 자사 AI 칩 성능을 극대화하기 위한 시도로 풀이된다.

업계에 정통한 관계자는 "메타, MS, 구글이 AI 경쟁력을 위해 HBM4에 대해 보다 높은 커스터마이징을 요구하면서 메모리 업체들도 발 빠르게 대응하고 있다"라며, "삼성전자와 SK하이닉스 모두 성능과 차별화된 기능을 내세워 빅테크의 선택을 받기 위해 경쟁할 것으로 보인다"라고 전했다.

빅테크 기업들의 이같은 요구에는 5세대 HBM3E까지 엔비디아의 기술 요구사항이 사실상 업계 표준으로 자리잡은 게 배경으로 깔려 있다. 이에 따라 메모리 업체들이 엔비디아 맞춤형 HBM을 생산할 수밖에 없었던 것.

다만, 6세대 HBM4부터는 상황이 반전됐다. HBM4부터는 그래픽 처리 장치(GPU)와 HBM을 연결하는 베이스 다이에 고객 요구에 맞춘 맞춤형 기능을 추가할 수 있는 로직 공정이 적용된다. 이를 통해 고객이 원하는 특정 기능을 HBM에 직접 통합하는 것이 가능해져, 커스터마이징이 용이해졌다.

이에 비해, 이전 세대인 HBM3E까지는 이러한 로직 공정이 적용되지 않았다. 베이스 다이에 맞춤형 기능을 추가하는 것이 어려웠다는 설명이다.

그간 메타, 마이크로소프트, 구글 등 주요 빅테크 기업들도 AI 칩을 선보였지만, 이들 제품은 성능 면에서 엔비디아의 AI 칩에 비해 상대적으로 낮게 평가돼왔다. 업계에서는 HBM 표준이 엔비디아의 설계에 최적화돼 다른 AI 칩 제조사들이 이와 경쟁하기 어려웠다는 분석도 따른다.

솔리다임, AI 낸드 솔루션 eSSD 'D5-P5336' 출시…122TB 용량 '현존 최대'

SK하이닉스의 자회사 솔리다임(Solidigm)13일 QLC 기반의 eSSD 신제품 'D5-P5336'을 공개하며, 현존 낸드 설루션 중 최대 용량인 122테라바이트(TB)를 구현했다고 발표했다.

이 제품은 기존 최대 용량이었던 61.44TB의 두 배에 달하는 성능을 자랑하며, 고용량과 더불어 전력 및 공간 효율성에서도 한층 개선된 혁신적인 제품이다.

솔리다임 측은 "당사는 QLC 기반 고용량 SSD를 업계 최초로 상용화한 이래 누적 100EB(엑사바이트) 이상의 제품을 공급하며 AI 낸드 솔루션 시장에서 리더십을 확보해왔다"라며 "이번 D5-P5336은 기존 한계를 돌파한 제품으로, 데이터센터 및 AI 인프라 확장에 큰 기여를 할 것"이라고 강조했다. 회사는 이번 제품이 데이터센터 등 공간 제약이 큰 환경에서의 효율성을 극대화할 수 있도록 설계됐다고 덧붙였다.

QLC(Quadruple Level Cell)는 낸드 플래시가 한 셀당 4비트를 저장하는 방식으로, 동일한 면적에 더 많은 데이터를 저장할 수 있어 SLC(Single Level Cell) 대비 고용량 구현에 유리하다. 솔리다임의 D5-P5336은 이러한 QLC의 강점을 최대한 살려 122TB에 달하는 세계 최대 용량을 구현, AI와 빅데이터 처리 환경에서 경쟁력을 확보할 수 있도록 했다.

솔리다임의 D5-P5336은 세계 최초로 5년간 무제한 임의 쓰기가 가능한 내구성을 갖춰 데이터 집약적인 AI 작업에 최적화됐다. 이 제품은 기존 HDD와 SSD를 혼합한 방식보다 저장장치 공간을 1/4로 줄이며, 전력 소비는 최대 84%까지 절감할 수 있는 것으로 나타났다. 솔리다임은 이 제품이 NAS(Network Attached Storage)와 같은 고밀도 스토리지 솔루션에서도 강점을 보일 것이라고 설명했다.

범용 D램 쫓는 中 때문에 '경고등'…삼성·SK 고부가 집중 전략

범용 메모리반도체의 가격 하락세가 이어지면서 국내 메모리 제조사인 삼성전자, SK하이닉스의 수익성 저하가 우려되고 있다. 소비재 중심 수요가 부진한 가운데 중국 내 D램 생산능력이 확대되면서 시장 영향력이 줄어들 수 있다는 이유 때문이다. 양사는 수요가 커지는 인공지능(AI) 인프라 및 데이터센터향 비중을 높일 계획을 내놓으며 관련 시장 변동성에 대응하는 모습이다.

14일 업계에 따르면 중국 창신메모리테크놀로지(CXMT) 등이 범용 D램 생산능력을 빠르게 확장하며 글로벌 공급망에 영향을 미치고 있다. 이와 관련 대만 시장조사업체 트렌드포스는 내년 전체 D램 비트 생산량이 전년 대비 25% 증가할 예정으로, 이중 4%포인트(p) 가량이 중국 업체에 따라 상승하는 것으로 봤다.

CXMT는 중국 D램 전문 업체로 2020년 월 4만장이던 생산능력을 최근 16만장까지 높였다. 주력 제품은 17~18나노미터(㎚)급 공정을 기반으로 한 DDR4·LPDDR4로 비교적 구세대에 속하지만, 자국 시장 내 공급량을 바탕으로 시장 점유율을 끌어올리고 있다. 최근에는 CXMT를 위시한 중국산 구형 D램 공급이 확대되면서 전반적인 가격 하락 등이 일어나고 있다.

글로벌 D램 점유율 1위인 삼성전자도 이러한 중국 내 공급과잉의 영향을 받는 모양새다. 박유악 키움증권 연구원은 14일 리포트에서 "CXMT 증설로 인한 삼성전자의 LPDDR4 시장 점유율 하락이 예상보다 가파를 수 있다"고 거론하기도 했다.

현재 D램의 주요 응용처인 모바일·PC 등 일반 소비재 시장은 장기화된 소비심리 위축과 이에 대비한 주요 OEM의 재고 비축으로 되살아나지 못하는 모습을 보이고 있다. 이로 인해 AI 수요가 D램 제조사의 실적을 이끌고 있지만, 이 역시 컨벤셔널 데이터센터·온디바이스AI 등으로 확대되지 못하고 고대역폭메모리(HBM)에 의존하고 있는 상황이 됐다.

낸드 역시 전방 수요 부진에 따라 가격이 하락하고 응용처별 양극화가 심화되는 양상을 띠고 있다. 모바일·PC 등 소비재 부진에 따라 범용 낸드 수요는 지속적으로 하락하는 반면, 기업용 솔리드스테이트드라이브(eSSD)에만 수요가 집중되고 있는 것이다.

'트럼프 2기 출범' 반도체 시장 '전운'…韓 특별법 도입에 업계 '술렁'

트럼프 전 대통령의 재집권이 현실화하면서 반도체 시장에 긴장감이 고조되고 있다. 한국 정치권에서는 '반도체 특별법' 도입을 추진, 산업의 경쟁력을 유지하는 지원책을 마련하려 하고 있다.

반도체 업계도 법안 도입에 주목하고 있다. 특별법이 트럼프 행정부의 보호무역주의 정책이 국내 반도체 기업에 미칠 부정적 영향을 최소화하고, 글로벌 시장에서 경쟁력을 유지하는 데도 도움이 될 수 있어서다.

14일 반도체 업계에 따르면, 트럼프 전 대통령의 재집권이 현실화하면서 반도체 기업들의 부담도 한층 가중될 것으로 보인다. 트럼프 행정부는 자국 중심의 생산 강화를 위해 관세와 보조금 철회 등을 통해 해외 기업들이 미국 내 생산을 강제화해 자국 중심의 반도체 자립을 추구하는 강경 보호주의여서다.

트럼프는 선거 기간 동안 수입품에 일괄 관세 10%를 부과하고, 특히 중국산 제품에는 최대 60%의 관세를 매기겠다고 밝힌 바 있다. 한국도 자유무역협정(FTA)에 따라 보편 관세 10~20%포인트(p) 인상이 예상되며, 대미 수출액이 최대 304억 달러 감소할 가능성이 있다는 전망이 나왔다. 또한, 반도체가 한국의 주요 수출 품목임을 감안할 때 관세 정책 변화로 인한 손실은 막대할 것으로 보인다.

또한 바이든 행정부가 시행한 '반도체 칩 지원 및 과학법(CHIPS Act)'의 수정 또는 철회를 불러올 가능성도 있다. 칩스법은 미국 내 반도체 생산을 장려하고 기술 우위를 강화하기 위해 총 527억 달러 규모의 보조금과 세제 혜택을 포함한 법안으로, 미국에 반도체 공장을 짓는 기업에 막대한 지원을 약속했다. 트럼프는 최근 인터뷰에서 "관세를 높이면 해외 기업들이 스스로 미국에 공장을 짓게 될 것"이라며 보조금 지원 철회를 암시한 바 있다.

중국을 대상으로 한 무역 제재도 더욱 심화할 전망이다. 바이든 행정부가 추진한 중국 견제 조치보다 강경한 조치가 예상되며, 이는 주요 수출 시장으로서의 중국과 한국 반도체 업계의 관계에 추가적인 부담이 될 수 있다. 특히, 트럼프가 한국과 대만 등 우호국 기업들에도 자국 중심의 이익을 강하게 요구할 가능성이 커지면서, 글로벌 반도체 시장의 판도가 크게 흔들릴 가능성이 높다.

Copyright ⓒ 디지털데일리. 무단전재 및 재배포 금지