HBM 기술 혁신으로 차세대 AI 메모리 시장을 이끌다

인공지능(AI) 시대가 본격화되면서 반도체 산업은 새로운 전환점을 맞이합니다. 특히 고대역폭 메모리(HBM)는 AI 기술의 핵심 동력으로 떠오르며, SK하이닉스와 삼성전자와 같은 기업들이 시장 선도를 위해 치열한 경쟁을 벌이고 있습니다. HBM은 기존 메모리보다 빠른 데이터 처리 속도와 높은 효율성을 제공하여, 차세대 AI 메모리 솔루션으로 자리 잡았습니다. 이 글에서는 HBM 기술의 최신 동향과 이를 통해 시장을 주도하려는 기업들의 노력을 살펴봅니다.

고대역폭 메모리(HBM)는 여러 개의 D램을 수직으로 적층하고 실리콘관통전극(TSV)을 통해 연결한 차세대 메모리 기술입니다. 이 구조는 기존 D램 대비 데이터 전송 속도와 용량을 획기적으로 향상시킵니다. HBM은 특히 대량의 데이터를 빠르게 처리해야 하는 AI 응용 분야에서 필수적인 요소로 평가받습니다. 예를 들어, 초거대 언어 모델(LLM)이나 생성형 AI와 같은 기술은 방대한 연산을 요구하는데, HBM은 이러한 요구를 충족하며 시스템 성능을 극대화합니다.

현재 HBM은 HBM3와 HBM3E 단계를 지나 HBM4로 진화 중입니다. SK하이닉스는 HBM3E를 통해 초당 1.2TB 이상의 데이터 처리 속도를 구현했으며, 삼성전자는 ‘샤인볼트’라는 이름의 HBM3E 제품으로 시장에 도전장을 내밀었습니다. 이러한 발전은 AI 가속기와 데이터센터의 효율성을 높이는 데 기여합니다.

AI 기술의 발전은 데이터 처리 속도와 전력 효율성에 대한 요구를 급격히 증가시켰습니다. 챗GPT와 같은 초거대 AI 모델은 수십억 개의 파라미터를 학습하며 방대한 데이터를 필요로 합니다. 이러한 환경에서 HBM은 기존 메모리 대비 넓은 대역폭을 제공하여 데이터 병목 현상을 줄이고, 시스템 전체의 성능을 끌어올립니다.

삼성전자는 HBM에 PIM(Processing-In-Memory) 기술을 접목하여 메모리 자체에서 연산을 수행할 수 있는 솔루션을 개발했습니다. 이는 프로세서와 메모리 간 데이터 이동을 최소화하여 에너지 효율을 높이는 방식입니다. SK하이닉스 역시 고객 맞춤형 HBM 솔루션을 통해 AI 생태계에서 입지를 강화하고 있습니다. 두 기업 모두 AI 시대에 맞춘 메모리 기술 혁신으로 시장의 흐름을 주도하려는 의지를 보입니다.

SK하이닉스는 HBM 시장에서 선두를 달리고 있습니다. 특히 엔비디아와의 긴밀한 협력을 통해 HBM3와 HBM3E를 주요 AI 가속기에 공급하며 시장 점유율을 확대했습니다. 2025년 기준으로 SK하이닉스는 HBM3E의 수율을 80% 이상으로 끌어올리며 생산 안정성을 확보했습니다. 이는 경쟁사 대비 높은 수준으로, 기술력과 신뢰성을 동시에 입증한 결과입니다.

또한 SK하이닉스는 HBM4 개발에 박차를 가하고 있습니다. HBM4는 고객 맞춤형 설계를 도입하여 AI 응용 분야의 다양한 요구를 충족할 계획입니다. 이를 위해 MR-MUF(Mass Reflow Molded Underfill)와 같은 첨단 적층 기술을 활용하며, 장기적으로는 하이브리드 본딩으로 전환을 준비합니다. 이러한 노력은 SK하이닉스가 AI 메모리 시장에서 지속적인 리더십을 유지하려는 전략의 일환입니다.

삼성전자는 한때 HBM 시장에서 SK하이닉스에 밀렸지만, 최근 반격의 가능성을 보여줍니다. 2023년 공개된 HBM3E ‘샤인볼트’는 데이터 핀당 9.8Gbps의 속도를 자랑하며, 초당 1.2TB 이상의 데이터를 처리할 수 있습니다. 이는 AI 훈련과 추론 작업에 최적화된 성능으로, 엔비디아와 같은 주요 고객사의 요구를 충족하려는 목표를 반영합니다.

삼성전자는 2025년 하반기 HBM4 양산을 목표로 연구개발에 집중하고 있습니다. 과거 엔비디아의 성능 테스트를 통과하지 못했던 아쉬움을 딛고, 강력한 제조 역량과 기술력을 바탕으로 시장 재진입을 노립니다. 전문가들은 삼성이 HBM4를 통해 SK하이닉스와의 격차를 좁힐 가능성이 있다고 전망합니다.

HBM 시장은 AI 기술의 확산과 함께 빠르게 성장하고 있습니다. 시장 조사 기관 트렌드포스(TrendForce)에 따르면, HBM 시장은 2022년 27억 달러에서 2029년 377억 달러 규모로 확대될 전망입니다. 연평균 성장률은 46%에 달하며, 이는 반도체 산업에서 가장 높은 성장세를 보이는 분야 중 하나입니다.

가트너(Gartner) 역시 2028년까지 HBM이 D램 매출의 30% 이상을 차지할 것으로 예측합니다. SK하이닉스와 삼성전자가 시장을 주도하는 가운데, 미국의 마이크론도 HBM 경쟁에 뛰어들며 기술 개발을 가속화하고 있습니다. 마이크론은 TSMC와의 협력을 강화하며 SK하이닉스와 삼성전자를 추격하려는 움직임을 보입니다.

HBM 기술은 높은 성능을 제공하지만, 복잡한 제조 공정과 낮은 수율로 인해 비용 부담이 큽니다. 이를 해결하기 위해 기업들은 적층 기술과 소재 국산화에 힘을 쏟고 있습니다. 예를 들어, SK하이닉스는 TSV 식각과 같은 핵심 공정을 개선하며 생산 효율성을 높이고 있습니다.

미래에는 하이브리드 본딩과 같은 차세대 기술이 HBM의 성능을 한 단계 끌어올릴 것으로 기대됩니다. 또한, AI 응용 분야가 모바일과 차량용 시스템으로 확장되면서 HBM의 활용 범위도 넓어질 전망입니다. 삼성전자는 LPDDR5X와 같은 저전력 메모리 솔루션을 통해 모바일 AI 시장을 공략하며 다각화된 접근을 시도합니다.

HBM은 AI 시대를 이끄는 핵심 기술로 자리 잡았습니다. SK하이닉스와 삼성전자는 각각 독보적인 기술력과 전략으로 시장을 선도하며, 치열한 경쟁 속에서 혁신을 거듭하고 있습니다. HBM3E와 HBM4를 통해 구현되는 차세대 메모리 솔루션은 AI 생태계의 성장을 뒷받침하며, 반도체 산업의 새로운 패러다임을 열어갈 것입니다. 앞으로도 이들 기업의 기술 발전과 시장 대응이 주목됩니다.