AI 수익성 위기설에 흔들리는 반도체…삼성·SK하이닉스, HBM4 '슈퍼 공급자'로 돌파하나

2026년 초 글로벌 인공지능(AI) 산업이 기술적 도약과 수익성 회의론이라는 거대한 양면성에 직면했다. 지난 수년간 시장을 지배한 '거대언어모델(LLM)'의 확장이 한계에 부딪혔다는 지적이 나오는 가운데, 한국 메모리 반도체 산업은 6세대 고대역폭메모리(HBM4)를 통한 시장 지배력 강화와 중국의 범용 제품 추격이라는 복합적인 도전 과제를 안게 됐다.


최근 AI 생태계를 지탱하던 핵심 동력인 '순환 투자 구조(Circular Investment Structure)'에 균열이 생기며 시장의 불안이 커지고 있다. 엔비디아가 오픈AI에 약속했던 최대 1000억 달러(약 146조8000억 원) 규모의 자금 지원 계획이 구속력 없는 합의였다는 사실이 드러나면서부터다.

이는 반도체 기업이 자금을 대고, 그 돈이 다시 자사 제품 구매로 돌아오며 실적을 떠받치던 구조가 한계에 다다랐음을 의미한다. 실제로 구글 모회사 알파벳이 연간 최대 1850억 달러(약 271조 원)라는 전무후무한 투자를 예고했음에도 불구하고, 나스닥 지수는 이달 초 이틀 연속 급락했다. 시장은 이제 '투자의 양'이 아닌 '수익의 질'을 요구하고 있다.

특히 오픈AI의 챗GPT 시장 점유율이 2025년 69%에서 올해 45%까지 하락하며 시장 다변화가 진행되는 점도 투자자들의 경계심을 높이는 요소다.

기술적 측면에서도 근본적인 의문이 제기됐다. 비샬 시카(Vishal Sikka) 전 SAP 최고기술책임자(CTO) 연구팀은 현재 AI 모델의 핵심인 트랜스포머(Transformer) 구조가 갖는 계산적 한계를 수학적으로 증명했다.

트랜스포머 구조는 문맥이 길어질수록 계산량이 폭증하는 복잡도를 지닌다. 연구팀은 AI의 고질적인 '환각(Hallucination)' 현상이 데이터 부족 탓이 아니라, 이러한 구조적 필연성에서 기인한다고 지적했다. 이는 AI 에이전트가 복잡한 추론 작업을 수행할 때 정확도가 급락하는 원인이 되며, 인공지능이 인간 수준의 지능(AGI)에 도달할 것이라는 기대감에 찬물을 끼얹었다.


최근 글로벌 증시를 덮친 'AI 거품론'에도 불구하고, 차세대 인공지능(AI) 반도체의 핵심인 6세대 고대역폭메모리(HBM4) 수요는 여전히 견고한 실체를 보이고 있다. 지난 5일 코스피 시장에서 외국인이 약 5조 원을 순매도하며 삼성전자와 SK하이닉스 주가를 끌어내렸으나, 이는 산업 펀더멘털의 붕괴보다는 단기적 차익 실현과 거시 경제 불안에 따른 투매로 풀이된다. 오히려 엔비디아를 비롯한 빅테크 고객사들은 2026년 양산 예정인 HBM4 물량을 선점하기 위해 품질 검증 완료 전부터 조기 공급을 독촉하는 '수요 역전' 현상을 보이고 있다.

전문가들은 2026년 HBM4 시장이 규격화된 제품을 넘어 고객 맞춤형 '커스텀 HBM' 시대로 완전히 진입할 것으로 내다본다. 삼성전자는 메모리와 파운드리(반도체 위탁생산), 패키징을 수직 계열화한 강점을 활용해 모든 공정을 한 곳에서 해결하는 '원루프(One-Roof) 턴키' 전략으로 승부수를 던졌다. 이는 고객사의 설계 복잡도를 낮추고 제품 출시 기간을 단축하는 강력한 무기가 된다. 반면 SK하이닉스는 파운드리 세계 1위 대만 TSMC와 '기술 혈맹'을 맺고 로직 다이(Logic Die)의 성능을 극대화하는 연합군 전략을 구사한다. 이미 HBM3E 시장의 50% 이상을 점유한 숙련된 수율을 바탕으로 HBM4에서도 주도권을 놓지 않겠다는 계산이다.
실제 시장 조사 기관과 투자 업계에 따르면, 2026년 전체 HBM 수요 중 맞춤형 제품 비중은 40%를 웃돌 것으로 예상된다. 특히 자체 AI 칩(ASIC)을 개발 중인 구글과 아마존의 커스텀 HBM 주문량은 전년 대비 82% 급증할 것이라는 관측도 나온다. 이런 시자 흐름을 보면, 현재 주가 변동은 일시적 진통일 뿐, HBM4라는 실체적 수요가 한국 반도체 산업의 강력한 하방 지지선이자 반등의 핵심 동력으로 작용할 것이라는 분석이 지배적이다.


한국 기업들이 수익성 높은 고대역폭메모리(HBM) 생산에 설비를 집중하는 사이, 중국 창신메모리테크놀로지(CXMT)가 범용 D램 시장에서 '틈새 역습'을 가속하며 한국 반도체의 하방 지지선을 흔들 수 있다는 경고가 나온다. 2026년 초 현재, CXMT는 국가 차원의 막대한 보조금을 등에 업고 글로벌 D램 시장 점유율을 매출 기준 5%, 생산 능력(Kapa) 기준으로는 15% 내외까지 끌어올리며 마이크론을 위협하는 ‘글로벌 4강’ 체제를 굳히는 모양새다.

CXMT의 가장 무서운 무기는 기술 격차의 급격한 축소와 가격 경쟁력이다. 최근 CXMT는 10나노급 4세대(1a) 및 5세대(1b) 공정 안착에 성공하며, 한국 기업들이 주도하는 DDR5와 LPDDR5X 시장까지 가시권에 두었다. 특히 물량 확보에 비상이 걸린 HP, 델(Dell) 등 글로벌 PC 제조사들이 가격이 저렴하고 공급이 안정적인 CXMT 제품 채택을 본격적으로 검토하기 시작하면서, 삼성전자와 SK하이닉스의 범용 제품 점유율 하락이 현실화되고 있다.

이러한 중국의 공세는 국내 기업의 실적 구조에 직접적인 타격을 입힌다. 증권가 분석에 따르면, 범용 D램 가격이 하락할 경우 삼성전자의 영업이익은 연간 전망치 대비 약 10~15% 수준의 하향 압력을 받을 수 있다. 실제 지난해 말 PC용 D램 범용 제품 가격이 4개월 만에 35% 급락한 배경에도 CXMT의 저가 물량 공세가 결정적이었다는 분석이 지배적이다. 한국 기업들이 HBM 시장에서 '슈퍼 을'의 지위를 누리고 있음에도 불구하고, 전체 매출의 큰 비중을 차지하는 범용 시장에서 기초 체력이 약화될 경우 AI 호황의 온기가 실적 전체로 확산되지 못하는 ‘반쪽짜리 성장’에 그칠 수 있다는 우려는 우리가 분명 경계해야할 부분이다.


AI 산업을 향한 장밋빛 전망이 걷히고 냉정한 수익성 검증 국면에 진입함에 따라, 투자자들은 신중한 태도로 정교한 시장 모니터링이 필요하다. 단순히 AI 인프라 확충 소식에 일희일비하기보다는 실질적 지표 변화를 읽어내는 안목이 요구되는 시점이다. 금융권 분석을 종합하면 향후 투자자가 반드시 살펴야 할 지표는 크게 세 가지다.

첫째는 삼성전자와 SK하이닉스의 HBM4 양산 수율과 엔비디아의 최종 인증 시점이다. 차세대 메모리 시장의 주도권은 결국 누가 먼저 안정적인 수율로 대량 공급 체제를 구축하느냐에 달렸다. 특히 삼성전자가 엔비디아의 품질 테스트를 통과해 실제 출하 데이터를 증명하는 순간이 주가에 큰 영향을 줄 수 있다.

둘째는 하이퍼스케일러들의 자본 지출(Capex) 추이와 투자 대비 수익(ROI) 분석이다. 마이크로소프트와 구글 등 빅테크 기업들이 AI 투자를 지속하는지, 혹은 수익성 부족을 이유로 서버 구축 속도를 늦추는지 지속적으로 확인해야 한다. 만약 이들의 투자 규모가 축소된다면 이는 메모리 반도체 수요 하락의 강력한 선행 지표가 되기 때문이다.

셋째는 중국 CXMT의 글로벌 공급망 진입 범위다. HP나 델 등 주요 PC 제조사가 중국산 D램 채택 비중을 높일 경우 국내 기업들의 범용 제품 수익성은 타격을 입을 수밖에 없다. 아울러 AI 서비스가 기업의 매출 증대로 이어지는 실질적인 '수익화 모델'의 안착 여부를 확인하는 것도 반도체 섹터의 장기적 상승세를 가늠하는 척도가 될 수 있다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com