글로벌 인공지능(AI) 반도체 시장의 핵심 동력인 고대역폭메모리(HBM)를 둘러싼 삼성전자와 SK하이닉스의 경쟁이 더욱 치열해지고 있다. SK하이닉스가 5세대 HBM(HBM3E) 시장 점유율 70%를 굳히며 압도적 우위를 점한 가운데, 삼성전자는 12단 HBM3E의 베어다이 테스트 통과와 함께 평택·화성 생산라인 총동원 등 설비 투자로 본격 반격에 나섰다.

1일 시장조사업체 트렌드포스와 업계에 따르면, 삼성전자의 12단 HBM3E 제품이 최근 엔비디아가 진행한 '베어다이 테스트'에서 핵심 관문을 통과한 것으로 알려졌다. 베어다이 테스트는 그래픽처리장치(GPU)에 탑재되기 전 메모리 자체 성능을 평가하는 단계로, 사실상 양산 가능성을 확보했다는 의미다. 현재는 최종 패키지 상태에서 품질검증(퀄) 절차만을 남겨둔 상태다.

삼성전자는 이르면 6월 중 퀄 통과를 목표로 하고 있으며, 이미 지난 2월부터 12단 HBM3E의 선제 양산에 돌입한 상태다. 이는 엔비디아의 차세대 AI GPU인 'B100' 등 주요 고객사 수주를 위한 '물량 선점' 포석으로 풀이된다.

삼성전자는 HBM3E 추격과 동시에 차세대 HBM4 시장 선점을 위한 '설비 투자'에도 총력을 기울이고 있다. 특히, 6세대 고대역폭메모리 (HBM4) 핵심 부품인 '10나노급 6세대(1c) D램'의 생산 능력 확충에 박차를 가하고 있다.

삼성전자는 올해 초 평택 제4캠퍼스(P4)에 1c D램 라인을 구축했으며, 현재 월 3만 장 규모인 생산능력을 하반기 중 4만 장까지 증설하는 방안을 추진 중이다. 아울러 화성17라인의 일부 공정을 1c D램 생산용으로 전환하는 방안도 검토 중이다.

여기에 삼성전자는 하이브리드 본딩 기술 기반의 12단 HBM4 개발도 병행하고 있다. 기존 열압 방식보다 신호 지연을 줄이고 전송 안정성을 높이는 첨단 적층 기술로, 올해 안에 개발을 완료하고 내년 상반기 양산에 들어가는 것이 목표다.

반면 SK하이닉스는 한발 앞서 있다. 현재 HBM3E 시장 점유율 약 70%로, 12단 HBM3E를 이미 양산 중이다. 또한, 오는 10월부터는 12단 HBM4 양산에 돌입할 계획이다. 해당 제품은 엔비디아의 차세대 AI GPU '루빈'에 탑재될 예정이다. SK하이닉스는 고해상도 계측 장비와 열 프로파일 정밀 제어 등 공정 전반의 업그레이드를 통해 초기 수율을 70% 이상으로 끌어올린 상태다.

업계는 삼성전자가 HBM 왕좌를 차지하기 위해선 '최종 품질 검증'을 마치는 것은 물론, '원가 경쟁력'까지 확보해야 한다고 보고 있다. 시장조사업체 트렌드포스에 따르면, HBM4는 입출력(IO) 핀 수가 1024개에서 2048개로 늘어나는 등 칩 설계와 제조 공정의 복잡도가 증가해 기존 HBM3E보다 가격이 30% 이상 비쌀 것으로 내다봤다. 제조 난도가 높아지면서 수율 저하로 수익성을 위협할 수 있다는 분석이다.