SK하이닉스vs삼성vs마이크론…HBM4 패권 경쟁 패키징·양산력에 달려

글로벌 HBM4 패권을 놓고 SK하이닉스와 삼성전자, 마이크론이 치열한 경쟁을 펼친다. / 사진 제미나이로 생성

글로벌 AI 메모리 시장이 빠르게 달아오르고 있다. 4세대 고대역폭메모리(HBM·High Bandwidth Memory, 여러 개의 D램을 수직으로 쌓아 초고속 데이터 전송을 구현한 메모리) 경쟁이 본격화되면서 SK하이닉스, 삼성전자, 마이크론의 3파전 구도가 굳어지는 분위기다. 차세대 GPU를 준비 중인 엔비디아의 ‘루빈’ 수요가 폭증할 것으로 예상되면서, 누가 먼저 안정적인 공급망을 확보하느냐가 관건이 될 전망이다.

HBM은 D램을 최대 16단까지 수직 적층하고 TSV(Through Silicon Via·실리콘을 관통하는 미세 전극)로 연결한 3차원 구조다. 이를 실리콘 인터포저(칩 사이를 연결하는 중간 기판) 위에 2.5D 패키징(칩을 나란히 배치해 고밀도로 연결하는 방식)으로 GPU와 결합하면 데이터 이동 거리가 짧아져 대역폭은 크게 늘고 전력 소모는 줄어든다. 기존 HBM3E는 1024 I/O(I/O·입출력 단자 수), 최대 9.6Gbps(Gbps·초당 기가비트 전송 속도)로 1.2TB/s(TB/s·초당 테라바이트 전송량)를 구현했다. HBM4는 I/O를 2048개로 두 배 확대하고, 핀당 11.7~13Gbps 속도에 스택당 2.9~3.3TB/s 대역폭을 목표로 한다.

국제반도체표준화기구 JEDEC 표준은 8Gbps지만, 주요 업체들은 12Gbps 이상을 목표로 성능을 끌어올리고 있다. 12~16단 적층(24~48GB·기가바이트 용량) 구간에서는 열관리와 수율(수율·정상품 비율)이 핵심 변수다. 베이스다이(스택 하단 제어용 칩)는 TSMC의 12FFC(12나노급 핀펫 공정)나 4나노 로직 공정으로 전환되며, 전력 효율을 약 40% 개선했다. DRFM(Directed Refresh Management·특정 셀을 선택적으로 재충전해 오류를 방지하는 기술)을 적용해 로햄 공격(RowHammer·반복 접근으로 인접 셀 데이터를 변조하는 공격) 대응력도 높였다.

SK하이닉스의 HBM4 모습 / 사진 SK하이닉스

SK하이닉스는 HBM4 개발을 세계 최초로 완료했다고 밝혔다. 2025년 9월 첫 발표 이후 2026년 1월 미국 라스베이거스에서 열린 CES 2026에서 16단 48GB, 11.7Gbps, 2048 I/O, 2.9TB/s 사양 제품을 공개했다. 1b㎚(10나노급 5세대 미세공정) D램과 TSMC 패키징을 결합해 엔비디아 루빈 공급을 노린다. HBM3E 시장 점유율 60%대 우위를 기반으로 2026년 하반기 양산 후 점유율 70%까지 확대할 것이란 전망도 나온다. 다만 생산능력이 변수로 꼽힌다.

삼성전자의 HBM4 제품 모습 / 사진 삼성전자

삼성전자는 반격에 나섰다. 업계 최초로 HBM4 상용 출하를 시작했다고 밝히며 ‘선제 출하’ 전략을 내세웠다. 11.7Gbps의 안정적 속도와 최대 13Gbps, 스택당 3.3TB/s를 지원한다. 4나노 로직 베이스다이를 적용해 전력 소모를 40% 줄이고, 열 방출 성능은 30% 개선했다. 12단 24~36GB부터 16단 48GB까지 라인업을 갖췄다. 파운드리(반도체 위탁생산)와 HBM 전용 어드밴스드 패키징 랩을 활용한 맞춤형 공급, 엔비디아 인증 확보가 강점으로 꼽힌다. TSV 구조 최적화와 1c㎚(11나노급 6세대 공정) D램 적용도 차별화 요소다.

마이크론의 HBM4 소개 이미지 / 사진 마이크론

마이크론은 효율과 가격 경쟁력을 내세운다. HBM3E 12단 제품으로 전력 효율을 입증한 뒤, HBM4에서는 2TB/s 이상 대역폭과 11Gbps 이상 속도를 목표로 한다. 월 1만5000장 웨이퍼(웨이퍼·반도체 원판) 생산 체제를 구축하고 TSMC와 협력을 강화해 미국 생산 비중을 늘리고 있다. 고단 적층 기술에서는 다소 뒤처졌다는 평가지만, 수율 안정화와 전력 효율 개선으로 틈새를 공략한다. 다만 엔비디아 공급 경쟁에서는 삼성전자와 SK하이닉스에 비해 불리한 위치다.

HBM4 경쟁의 핵심은 구체적인 기술 사양이다. I/O가 2048비트로 확대되면서 PHY(PHY·물리 계층 회로) 면적은 15㎟로 늘고 전력은 9W까지 증가하지만, 전체 효율은 1.7배, 면적 효율은 1.8배 개선된다. 엔비디아 루빈 사양이 11Gbps 이상으로 상향되며 양산 시점은 1분기 말로 다소 늦춰졌지만, 시장 매출은 200억달러를 넘어설 전망이다.

시장조사업체 트렌드포스는 “엔비디아가 루빈 플랫폼의 막대한 수요를 충족하기 위해 세 제조사의 HBM4 제품을 모두 활용할 가능성이 높다”고 분석했다. 결국 TSMC CoWoS(CoWoS·Chip on Wafer on Substrate, 고급 2.5D 패키징 기술) 기반 패키징 안정성과 공급 능력이 승패를 가를 핵심 변수로 지목된다.