삼성전자·SK하이닉스, HBM4 수율 격차 1.5배…엔비디아 물량 배분 좌우

삼성전자와 SK하이닉스가 차세대 인공지능(AI) 반도체 핵심 부품인 고대역폭메모리(HBM) 4세대 제품 양산 경쟁에서 수율 격차로 명암이 엇갈리고 있다. 디지타임즈는 4일(현지시각) 두 기업이 모두 16단 적층 HBM4 양산 기술을 확보했으나, 삼성전자는 50~60% 수율에 머문 반면 SK하이닉스는 80~90% 수율을 달성해 시장 공급 능력에서 큰 차이를 보인다고 보도했다.


업계에서는 HBM 양산의 손익분기점을 수율 60%로 본다. 삼성전자의 HBM 전용 1c D램 수율은 현재 50~60% 범위에 있으며, 70%를 안정되게 넘지 못하고 있다. 최종 패키징 단계를 거치면 수율은 더 떨어진다.

HBM용 1c D램은 범용 D램보다 회로 밀도가 높고 발열 관리가 까다로워 제조 난도가 높다. 수율이 낮으면 불량품 비율이 늘어 단위당 생산 원가가 오르고, 대량 주문을 짧은 기간에 처리하기 어렵다.

SK하이닉스는 다르다. 기존 HBM3E 제품에서 이미 80~90% 수율을 확보했고, HBM4에서도 패키징 공정 개선을 통해 비슷한 수준을 유지한다는 계획이다. 증권가에서는 이런 수율 우위가 SK하이닉스를 HBM 시장 1위로 만든 핵심 요인으로 평가한다.
삼성전자는 1c D램으로 초당 11.7기가비트라는 업계 최고 데이터 전송 속도를 달성했다. 하지만 업계에서는 SK하이닉스가 엔비디아의 첫 HBM4 물량 가운데 50~60%를 가져갈 것으로 본다. 시장조사업체 카운터포인트리서치는 올해 글로벌 HBM4 시장에서 SK하이닉스가 54%, 삼성전자가 28%, 미국 마이크론이 18%를 차지할 것으로 예측했다.

삼성전자는 지난달 29일 실적 발표에서 HBM4 양산에 이미 들어갔으며 이달부터 본격 출하를 시작한다고 밝혔다. 김재준 삼성전자 메모리사업부 부사장은 "열압착 비전도성 필름(TC-NCF) 기반 16단 HBM4 적층 기술을 양산 수준으로 확보했다"면서 "고객 수요에 즉시 대응할 수 있다"고 말했다. SK하이닉스는 어드밴스드 MR-MUF 패키징 기술과 5세대 10나노급 1b D램을 활용해 16단 HBM4 개발을 마쳤다.




HBM 수율 차이는 수익성으로 직결된다. 지난해 삼성전자 반도체 부문(DS)의 평균 영업이익률은 19.14%였지만, SK하이닉스는 48.58%를 기록해 약 2.5배 벌어졌다고 업계 소식통은 전했다. 증권가에서는 이런 격차가 HBM 제품의 높은 마진에서 나왔다고 분석한다.
삼성전자의 분기별 영업이익률은 지난해 1.43%에서 37.27%까지 오르내렸다. 반면 SK하이닉스는 모든 분기에서 40%를 넘었고 4분기에는 60%에 가까웠다.

삼성전자는 지난해 엔비디아의 엄격한 신뢰성 테스트 때문에 12단 HBM3E 공급이 늦어지면서 시장 진입이 더뎠다. 업계 추산으로 삼성전자의 12단 HBM3E 영업이익률은 30% 수준으로 SK하이닉스의 절반에 그쳤고, 판매 가격도 20~30% 낮았다.

삼성전자의 12단 HBM3E 수율은 지난해 하반기 70%까지 올랐지만, 안정된 양산에 필요한 80%에는 못 미쳤다. SK하이닉스는 HBM3E를 엔비디아에 대량 공급하면서 여러 제품에서 사실상 단독 공급업체로 인정받았다. 전체 생산 능력은 작지만 높은 수익성을 유지한 배경이다.

삼성전자의 시스템LSI와 파운드리 사업부는 실적에 발목을 잡았다. 두 부문은 지난해 합쳐서 약 6조원(42억 8000만 달러)의 영업손실을 냈다. 애플과 테슬라 같은 주요 고객사 주문도 단기 매출 기여도가 낮았다고 업계 소식통은 전했다.




삼성전자는 HBM4를 올해 수익 구조를 바꾸는 수단으로 삼았다. 12단 HBM4 제품에 집중해 마진을 높이고, 엔비디아 HBM4 공급에서 점유율을 30~40%로 끌어올려 가격도 SK하이닉스 수준을 목표로 한다. 삼성전자는 4세대 1a D램 생산량을 40% 줄이고, 5세대 1b D램은 범용 제품에, 1c D램은 HBM4에 배정하는 방식으로 생산 역량을 재배치했다.

SK하이닉스는 수율 안정성과 원가 관리를 앞세운다. 성숙한 1b D램을 대만 TSMC의 12나노 공정으로 만든 베이스 다이와 결합한다. 반면 삼성전자는 4나노 베이스 다이를 1c D램과 함께 쓴다. 업계 분석가들은 삼성전자가 성능을 추구하는 대신 제조 리스크를 떠안았고, SK하이닉스는 안정성을 택했다고 평가한다.

기술 경쟁을 넘어 외부 정책 위험도 커지고 있다. 두 기업은 미국의 반도체 관세 가능성을 올해 가장 예측하기 어려운 변수로 꼽았다. 도널드 트럼프 대통령은 한국산 제품 관세 인상을 언급했고, 반도체 업체들에 미국 내 제조 투자를 늘리라고 압박했다.

미국에 메모리 공장을 짓는 데는 막대한 자본이 든다. 업계 관계자들은 두 기업의 재무 상태에 부담을 줄 수 있다고 우려한다. 경쟁도 거세진다. 마이크론은 1000억 달러(약 146조 원)가 넘는 투자로 미국 생산 기반을 넓히고 있고, 중국 창신메모리테크놀로지스는 기술 격차를 좁히고 있다.

한국 정부는 반도체 부문에 재정과 행정 지원을 하는 법안을 통과시켰다. 업계 관계자들은 HBM4 경쟁 결과가 첨단 메모리 분야에서 한국 입지에 큰 영향을 미칠 것으로 본다.

삼성전자와 SK하이닉스는 검증된 기술을 갖췄지만 실행 방식은 확연히 다르다. 각 기업이 수율과 원가 구조, 생산 능력 배분, 정책 위험을 어떻게 관리하느냐가 올해 실적을 결정할 전망이다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com