다이가 다르다...삼성·SK, 차세대 HBM '두뇌' 로직다이서 엇갈린 전략

[이슈진단+] 삼성·SK HBM 패권 경쟁 ④

차세대 고대역폭메모리 HBM4 시장을 놓고 삼성전자와 SK하이닉스 간 주도권 경쟁이 치열합니다. AI 시대의 핵심 인프라로 성장한 HBM4는 글로벌 메모리 1위 자리를 놓고 벌이는 삼성과 SK의 자존심이 걸린 한판 승부이자 대한민국 경제의 미래이기도 합니다. HBM4 시장을 기점으로 차세대 메모리 기술은 물론 공급망까지 두 회사의 미래 AI 비전이 완전히 다른 양상으로 흘러갈 수 있기 때문입니다. 지디넷코리아가 창과 방패의 싸움에 비유되는 삼성과 SK 간 치밀한 AI 메모리 전략을 4회에 걸쳐 진단해 봅니다. (편집자주)

삼성전자와 SK하이닉스가 차세대 고대역폭메모리(HBM)용 로직(베이스) 다이(Die) 공정을 고도화하는 가운데, 다소 상이한 입장 차이를 보이고 있다.

삼성전자는 성능을 최우선으로 초미세 공정을 적극 채용할 계획이다. SK하이닉스 역시 고객사 요구에 맞춰 공정 미세화를 추진하고 있지만 기본적으로 비용 효율화에 무게를 두는 전략을 구사하고 있다. 양 사의 전략적 기술 판단이 향후 어떤 시장 판도 변화나 결과를 초래할지 관심이 쏠린다.

11일 업계에 따르면 삼성전자와 SK하이닉스는 차세대 HBM용 로직 다이 공정 개발에서 다른 전략을 취하고 있다.

지난 1월 미국 라스베이거스에서 열린 CES 2026 행사장에 전시된 SK하이닉스의 HBM 내부 구조. (사진=지디넷코리아)

■ 삼성전자, 로직 다이 공정 고도화 '전념'…2나노까지 설계

로직 다이는 HBM의 컨트롤러 기능을 담당하는 칩이다. 여러 개의 D램을 수직으로 적층한 코어 다이 아래에 위치해 있다. HBM과 GPU 등 시스템반도체를 PHY(물리계층)으로 연결해, 데이터를 고속으로 주고받을 수 있도록 만든다.

HBM에서 로직 다이가 차지하는 중요도는 점차 높아지는 추세다. HBM 세대가 진화할수록 핀 당 처리 속도 향상, D램 적층 수 증가 등으로 로직 다이에 요구되는 성능도 올라가야 하기 때문이다. 이에 삼성전자·SK하이닉스는 HBM4부터 로직 다이를 기존 D램 공정에서 더 미세화된 파운드리 공정으로 옮겨 제조하고 있다.

삼성전자 HBM4 제품 사진.(사진=삼성전자)

로직 다이에서 선단 공정을 가장 적극적으로 채택하고 있는 기업은 삼성전자다. 앞서 삼성전자는 지난 2023년께 HBM4에 적용될 로직 다이 공정을 당초 8나노미터(nm)에서 4나노로 상향 조정한 바 있다.

나아가 삼성전자는 HBM4E부터 본격화될 커스텀 HBM 시대를 준비하기 위해, 로직 다이를 최대 2나노로 설계하고 있다. 2나노는 지난해 하반기부터 양산이 시작된 최첨단 파운드리 공정이다. 현재 시스템LSI사업부 내 커스텀SoC 팀에서 각 고객사에 최적화된 칩 개발을 진행 중인 것으로 파악됐다.

해당 사안에 정통한 관계자는 "HBM 고객사들은 차세대 제품에 더 낮은 전력과 더 높은 대역폭을 동시에 달성하기 원하는데, 삼성전자 내부에서는 이에 대한 근원적 해법을 로직 다이 공정 고도화로 보고 있다"며 "올해 해당 연구개발에 대한 구체적인 성과가 나올 것"이라고 강조했다.

삼성전자 커스텀 HBM 관련 발표 자료.

■ SK하이닉스, 미세 공정 준비하면서도 '비용 최적화'에 무게

SK하이닉스는 대만 주요 파운드리 TSMC를 통해 로직 다이를 양산하고 있다. HBM4에는 12나노 공정을 적용했다.

SK하이닉스 역시 HBM4E에서는 최대 3나노 공정을 적용할 계획이다. 당초에는 최대 4나노 공정을 채택할 계획이었지만, 고객사 요구 및 성능 향상 등을 이유로 최근 상향 조정한 것으로 알려졌다.

SK그룹 CES 2025 전시관에 전시된 SK하이닉스의 HBM3E 16단 제품(사진=SK하이닉스 뉴스룸)

다만 고객사 요구가 크게 반영되지 않는 HBM4E 제품은 기존 HBM4와 마찬가지로 12나노 공정을 채택할 계획이다. 최근 HBM4에서 주요 경쟁사인 삼성전자 대비 로직 다이 성능이 뒤떨어진다는 지적이 제기돼 왔음에도 기존 공정을 고수하기로 했다.

업계는 SK하이닉스가 로직 다이의 무조건적인 성능 향상보다는 비용 최적화에 무게를 둔 것으로 해석하고 있다. 실제로 회사 안팎의 이야기를 종합하면, SK하이닉스는 HBM4E용 로직다이 공정 고도화에 다소 보수적인 입장을 취하고 있다. 그보다는 신규 패키징 공법 등 다른 분야에서 기술적 진보를 이뤄내겠다는 전략이다.

해당 사안에 정통한 관계자는 "SK하이닉스는 현재의 로직 다이 공정으로도 HBM4E 대응이 충분히 가능하다고 판단하고 있다. 성능에 심각한 문제가 있다고 인지했다면 공정에 변화를 줬을 것"이라며 "경쟁사와 달리 로직 다이 공정의 급격한 고도화가 효용이 떨어진다고 보고 있다"고 말했다.