HBM 공급 프로세스 달라졌다…삼성·SK 모두 리스크 양산

HBM4 정식 PO에 앞서 선제 양산…적기 공급에 사활

고대역폭메모리(HBM) 상용화 프로세스가 변화하고 있다. 기존 반도체는 샘플을 통한 고객사와 퀄(품질) 테스트를 완료한 뒤, 공식적으로 양산에 들어서는 것이 일반적이었지만 핵심 고객사 수요에 맞추기 위해 인증 완료 전 양산을 선제적으로 진행 중이다.

1일 업계에 따르면 HBM4에서 삼성전자·SK하이닉스 엔비디아 수요에 대응하기 위해, 테스트가 마무리되기 전부터 HBM4를 선제적으로 양산하고 있다.

삼성전자 평택캠퍼스 조감도(사진=삼성전자)

리스크 안고 선제 양산…삼성·SK 모두 HBM4 상용화 자신감

먼저 실적을 발표한 SK하이닉스는 "HBM4는 지난해 9월 양산체제 구축 이후 고객이 요청한 물량을 현재 양산 중"이라고 밝혔다.

SK하이닉스 안팎 이야기를 종합하면, 해당 양산은 실무단에서 '리스크 양산'으로 분류된다. 리스크 양산이란 고객사 인증이 완료되기 전 제품 양산을 위해 웨이퍼를 선제적으로 투입하는 개념이다.

리스크 양산을 진행하는 이유는 리드타임(제품 공급에 필요한 총 시간)에 있다. 통상 HBM을 최종 제품으로 출하하기 위해 4개월가량 시간이 소요된다. 인증을 완료한 뒤 제품 양산에 돌입하면 내년 엔비디아의 AI가속기 출시 스케쥴에 맞춰 HBM을 적기 공급하기가 사실상 어렵다. 생산능력이 제한돼 있고, 초기 수율 저하 문제로 출하량을 단기간에 확 늘릴 수도 없다.

리스크 양산은 수요가 불확실해지거나 제품에 심각한 오류가 발생하는 경우, 공급사가 재고를 떠안게 된다는 점에서 위험이 존재한다. 그만큼 내부적으로 상용화에 대한 의지 및 확신이 없으면 진행하기가 힘들다는 뜻이다.

SK하이닉스의 HBM4 제품(사진=SK하이닉스)

삼성전자 역시 실적발표에서 "당사 HBM4는 성능에 대한 고객사 평가로 이미 정상적으로 제품을 양산 투입해 생산 중"이라며 "고객사 요청으로 2월부터 최상위 등급인 11.7Gbps 제품을 포함해 HBM4 물량의 양산 출하가 예정돼 있다"고 밝힌 바 있다.

이를 고려하면 삼성전자도 지난해 하반기부터 HBM4 리스크 양산에 돌입한 것으로 풀이된다. 이달 말 기준으로, 삼성전자·SK하이닉스 모두 엔비디아향 HBM4 테스트를 아직 진행 중에 있다. 엔비디아가 제시한 공식적인 퀄 테스트 종료 시점은 1분기 말이다.

삼성전자는 이전 제품인 HBM3E까지 엔비디아향 상용화에 고초를 겪어 왔다. 다만 HBM4에서는 경쟁사 대비 한 세대 앞선 1c(6세대 10나노급) D램, 더 고도화된 베이스 다이(HBM)의 컨트롤러 역할을 담당하는 칩)를 채용해 성능을 끌어올렸다.

이를 통해 삼성전자는 엔비디아가 요구하는 최대 11.7Gbps급 HBM4 상용화에 강한 자신감을 보이고 있다. 내부에서는 "곧 엔비디아와 테스트가 마무리될 예정"이라는 이야기도 나온다. 이번 양산 출하 발표 역시 이러한 분위기에서 기인했다는 평가다. 

SK하이닉스는 공식적인 언급은 피하고 있으나, 최근까지 HBM4 샘플에 대한 개선작업을 진행한 것으로 파악된다. 가혹한 환경 조건에서 11.7Gbps급 성능 구현이 삼성전자 대비 힘들다는 의견이 제기되고 있다.

결함의 경중 정도나 핵심 원인에 대해서는 업계 내부에서도 의견이 엇갈린다. 다만 SK하이닉스가 본격적인 양산 램프업(본격화) 시점을 당초 대비 다소 미루고 있다는 점은 확실시되고 있다. HBM4 양산용 소재·부품 발주 스케줄이 이달까지 확정되지 않고 있어서다.

SK하이닉스 이천 M16(사진=SK하이닉스 )

개별 공급 시기보다 공급망 전체 상황 봐야…"결국 윈-윈"

최근 삼성전자·SK하이닉스는 엔비디아향 HBM4 공급망을 두고 날선 신경전을 벌이고 있다. 양사 중 누가 먼저 HBM4에 대한 정식 PO(구매주문)을 발표할 지에 대한 시장의 관심도 또한 높다.

그러나 업계는 현재 공급되는 샘플에 심각한 불량이 발생하지 않는 한, 양사 모두 엔비디아향 HBM4 공급을 순조롭게 진행할 수 있을 것으로 보고 있다.

이유는 공급과 수요 간 '균형'에 있다. 현재 엔비디아가 요구하는 HBM4 최고 성능은 11.7Gbps다. 다만 삼성전자·SK하이닉스가 최고등급(Bin1) 제품만을 선별하는 경우, 수율 및 안정성 문제로 충분한 양을 공급하지 못할 가능성이 크다. HBM4는 전작인 HBM3E 대비 데이터를 주고 받는 입출력단자(I/O) 수가 2배로 늘어 수율 확보가 더 어렵다.

삼성전자·SK하이닉스 입장에서도 생산능력을 확대할 여력이 없다. 올해 HBM 공급은 공격적인 AI 인프라 투자로 전체 수요를 따라가지 못하고 있다. 특히 구글 등 클라우드서비스제공자(CSP) 기업들이 HBM 수급 비중을 크게 늘리면서, 전년에 비해 공급난은 훨씬 심각해진 상황이다.

때문에 업계는 엔비디아가 11.7Gbps 외에도 10.6Gbps 등 차상위 제품까지 함께 활용할 것으로 예상하고 있다. 실제로 삼성전자·SK하이닉스는 그간 엔비디아와 다양한 속도의 HBM4 샘플 테스트를 진행해온 것으로 알려졌다.

반도체 업계 관계자는 "현재 업계 전반에서 삼성전자의 HBM4 기술력을 SK하이닉스 대비 더 높게 평가하는 것은 사실이나, 전체 HBM 시장 관점에서는 두 기업 모두 무난하게 HBM 사업이 확대될 가능성이 유력하다"며 "HBM4 속도 외에도 제품 신뢰성, 공급망 안정성 등 고려해야할 요소가 많다"고 설명했다.