[비즈니스포스트] 반도체 제작을 위한 파운드리(반도체 위탁생산) 사업부를 보유한 삼성전자가 맞춤형으로 진화하고 있는 차세대 고대역폭메모리(HBM) 시장에서 경쟁력이 높아질 것이란 분석이 나왔다.

6세대 HBM4부터는 고객사 맞춤형으로 제작되는 ‘로직 다이’가 중요한데, 이를 위해서는 첨단 설계 역량과 파운드리 공정이 필수이기 때문이다. 
 
세대가 거듭될수록 복잡도가 올라가는 로직 다이 제작에 SK하이닉스와 마이크론은 높은 가격을 요구하는 TSMC를 활용해야 하지만, 자체적 해결이 가능한 삼성전자는 비용 측면에서 우위를 차지할 수 있다는 관측이다. 

27일 미국 증권사 모간스탠리는 보고서를 내고 “HBM이 성능 향상을 위해 로직 다이 아키텍처로 전환하면서, 삼성전자는 설계와 제조 역량을 활용해 HBM 기반의 새로운 사업 기회를 개발할 수 있는 독보적 위치에 있다”고 분석했다.

5세대 HBM3E까지 메모리반도체 업체에서 직접 제작했던 ‘베이스 다이’는 HBM4부터 로직 기반의 베이스 다이(로직 다이)로 전환되고 있다. 

로직 다이는 HBM을 적층한 D램 다이의 가장 밑단에 위치해 메모리 컨트롤러 기능을 담당하는 칩으로, HBM과 그래픽처리장치(GPU) 등의 시스템반도체를 연결하는 역할을 한다. 이는 빅테크 고객사의 필요에 따라 맞춤형으로 제작되며, 파운드리 역량이 필수로 요구된다.

로직 다이의 복잡성은 세대를 거듭할수록 높아질 것으로 분석된다. 모간스탠리 측은 “2027년 이후 HBM 전송 속도가 10Gbps 이상으로 증가함에 따라 공정 복잡도가 증가하고, TSMC나 삼성전자와 같은 파운드리의 첨단 로직 다이 제작 기술이 필수로 사용된다”고 설명했다.

파운드리와 설계 역량을 모두 보유한 삼성전자는 HBM이 맞춤형으로 진화하면서 경쟁사보다 비용 우위를 가져갈 것으로 예상된다. SK하이닉스와 마이크론은 값비싼 TSMC의 첨단 공정을 활용해야 하지만, 삼성전자는 자체 사업부에서 해결 가능하기 때문이다.

TSMC는 밀려드는 주문에 첨단 공정 가격을 지속 인상하고 있다. 지난 5월 대만 공상시보는 업계 소식통을 인용해 “TSMC가 전체 파운드리 단가를 10% 인상할 계획이며, 미국 애리조나 공장 4나노 가격은 30% 오를 것”이라고 보도했다.

실제 SK하이닉스 HBM4의 전체 생산 단가 가운데 20%는 TSMC가 제조한 로직 다이에서 나오고 있는 것으로 알려졌다. 일각에서는 이것이 HBM4의 급격한 가격 상승과 SK하이닉스의 수익성 약화로 이어질 수 있다고 분석하고 있다.

삼성전자는 HBM4 로직 다이 제작을 위해 자체 파운드리와 TSMC 모두를 활용하고 있다. 다만 삼성전자 파운드리는 첨단 2나노 공정 기술력을 끌어올리고 있어, 차세대 HBM을 위한 자체 로직 다이 생산량이 늘어날 것이란 관측이 나온다.

숀 킴 모간스탠리 연구원은 “TSMC의 파운드리는 지난 3년간 탄탄한 역량과 안정성을 입증해 왔기에 공정 품질은 SK하이닉스나 마이크론에게 큰 문제가 되지 않지만, 최첨단 파운드리 웨이퍼 비용으로 인해 전체 HBM 비용은 삼성전자보다 높을 수 있다”고 전망했다.

로직 다이의 중요성이 커지고 메모리반도체 3사의 경쟁이 치열해지면서, HBM은 기존 범용 D램 시장과 같은 경쟁양상을 보일 것으로 예상된다. 

모간스탠리 측은 “HBM은 D램의 절차를 밟을 것으로 예상되며, 기술이 더욱 보편화되고 표준화되면서 결국 범용 상품화될 것”이라며 “이러한 상황에서 차별화 요소는 기술 혁신, 새로운 비즈니스모델 적용 등을 제외하면 로직 다이의 맞춤 제작이 될 것”이라고 내다봤다.

시스템LSI 사업부가 담당하고 있는 반도체 설계 역량도 삼성전자의 미래 HBM 경쟁력에 도움이 될 것으로 보인다. SK하이닉스와 마이크론은 메모리반도체 제작만을 사업으로 담당하고 있으며, 설계와 제조는 외부업체를 통해 진행하고 있다.

숀 킴 연구원은 “삼성전자를 제외한 메모리반도체 업체들은 정교한 베이스다이 IP와 맞춤형 반도체(ASIC) 설계 역량이 부족하다”고 평가했다. 김호현 기자