[K-산업 결산 4]HBM 중심 AI칩 패권 전쟁 격화...2025년 K-반도체, 본격 재편 나서

올해 산업계는 새로운 정부 출범과 미국 관세 등 대내외 불확실성이 겹치며 거센 변화를 맞았다. 그 속에서도 각 업권은 글로벌 경쟁력 확보와 미래 먹거리 발굴을 위해 초격차 기술력 강화 등 다양한 해법을 모색해 왔다. 본 기획은 업권별 주요 이슈와 흐름을 되짚어보고, 산업 전반이 향후 어떤 방향으로 나아갈지 심층적으로 살펴본다.[편집자주] 인공지능(AI)과 반도체를 둘러싼 기술 경쟁을 둘러싸고 주요국과 글로벌 기업 간 연합 구도가 형성되며 패권 경쟁이 본격화되고 있다. AI 역량과 이를 뒷받침하는 반도체 생태계는 단순한 산업 경쟁을 넘어 국가 안보와 중장기 경제 성장의 핵심 축으로 부상하는 모습이다. 이러한 흐름 속에서 한국은 고대역폭메모리(HBM)을 중심으로 한 기술 경쟁력과 글로벌 협력을 발판 삼아 AI반도체 생태계에서 존재감을 확대하는 등 산업 리더십을 강화해 나가고 있다. ◆글로벌 AI칩 패권 전쟁 격화...K-반도체 투자 가속 AI 반도체 칩 시장은 자율주행차, 스마트 기기, 대규모 데이터센터를 중심으로 빠르게 몸집을 키우고 있다. AI 연산 수요가 급증하면서 글로벌 반도체 기업들은 중장기 수요 확대를 염두에 두고 생산능력 확충과 기술 고도화에 매진 중이다. 이에 발맞춰 정부 역시 자국 반도체 산업의 경쟁력 강화를 목표로 대규모 투자와 정책 지원을 아우르는 청사진을 잇달아 내놓고 있다. 시장조사기관 코히어런트 마켓 인사이트는 지난 7월 보고서를 통해 글로벌 AI칩 성장이 올해 838억달러 규모로 추산되며 오는 2032년까지 4590억달러에 이를 것으로 예상된다고 밝혔다. 또 2025년부터 2032년까지 연평균 성장률(CAGR)은 27.5%를 기록할 것으로 진단했다. 특히 AI시대 반도체 산업은 기업 간 경쟁을 넘어 국가 대항전 성격이 강해지고 있다. 정부는 지난 10일 이재명 대통령 주재로 'AI시대의 K반도체 비전과 육성 전략 보고회'를 열고 국민성장펀드 출범에 맞춰 700조원 이상의 대규모 투자와 반도체 산업 육성 계획을 밝히기도 했다. 이날 참석한 삼성전자, SK하이닉스 등 주요 반도체 기업 CEO들도 "AI 확산으로 반도체 산업에 대한 투자 부담을 기업 단독으로 감당하기 어려운 수준에 이르렀다"고 언급한 바 있다. 현재 국내 반도체 생산·연구 팹을 합하면 21기인데 이를 포함해 추가로 16기를 신설해 37기까지 확장한다는 복안을 정부는 내세웠다. 업계에 따르면 샘 올트먼 오픈 AI창업자가 지난 10월 삼성전자와 SK하이닉스에 초대형 데이터센터 프로젝트 '스타게이트'를 위해 요청한 HBM물량은 웨이퍼 기준 월 90만장에 달한다. 이는 현재 전 세계 HBM생산능력의 2배에 달하는 규모로 오는 2029년부터 납품이 예상된다. 반도체 공장 건립에 최소 3년 이상 걸리는 만큼 해당 규모를 조달하려면 공장 건립을 속도전 양상으로 진행해야 한다는 관측이 따른다. 업계 관계자는 "AI 확산으로 반도체 산업의 투자 규모와 속도가 과거와는 비교할 수 없을 정도로 커졌다"며 "개별 기업 차원의 대응에는 한계가 있는 만큼, 정책 금융과 세제 지원 등 정부의 역할이 중요해지고 있다"고 말했다. ◆삼성·SK, HBM 호황기에 주도권 굳히기 AI와 고성능컴퓨팅(HPC), 데이터센터 시장의 폭발적인 성장에 힘입어 HBM은 호황기를 맞이했다. HBM은 기존 D램의 대역폭 한계를 극복하기 위해 개발된 차세대 메모리 반도체로 데이터 처리 속도와 전력 효율을 획기적으로 개선한 것이 특이다. 특히 삼성전자와 SK하이닉스는 글로벌 HBM 시장 점유율을 90% 이상 차지하며 시장을 주도하고 있다. 삼성전자는 6세대 고대역폭메모리인 HBM4 시장 경쟁력 회복을 위해 자체 파운드리 4나노미터(nm·1nm=10억분의 1m) 공정과 경쟁사 대비 한 세대 앞선 D램을 탑재하는 전략을 내세우고 있다. 현재 평택캠퍼스에 HBM4 생산 능력 확대를 추진하며 수요 대응에 한창이다. SK하이닉스는 국내 생산 기지 투자 확대에 적극이다. 폭증하는 시장 수요에 적기 대응할 수 있도록 기존 계획을 앞당겨 지난 11월 청주 M15X의 클린룸을 조기에 오픈하고 장비 반입을 시작했다. 또한 회사는 경기도 용인에 소재한 415만 제곱미터 규모 부지의 '용인 반도체 클러스터'에 건설 중인 용인 1기 팹에 대한 공사도 순조롭게 진행하고 있다. 빨라진 M15X의 램프업 속도를 높이는 한편 용인 1기 팹 건설 공기 단축을 위한 노력도 이어가고 있다. 특히 용인 팹은 용적률이 350%에서 490%로 상향되며 클린룸을 더 늘릴 수 있게 돼 늘어나는 고객 수요 대응할 수 있을 것으로 분석된다. 차세대 HBM 생산을 위한 해외 투자도 병행되고 있다. SK하이닉스는 미국 인디애나주에 어드밴스드 패키징 생산 기지를 건설하고 현지 연구기관과 반도체 연구·개발 협력을 할 것이라는 계획을 지난해 4월 밝혔다. 미국은 AI 분야 빅테크 고객들이 집중돼 있고 첨단 후공정 분야 기술 연구도 활발히 진행되고 있는 곳이다. 회사는 이곳을 기반으로 고도화되는 고객의 요구와 기대에 부응하는 맞춤형 메모리 제품을 지속 공급해 나간다는 방침이다. ◆차세대 AI반도체 칩 경쟁...포스트 HBM 각축전 인공지능(AI) 기술이 고도화되면서 방대한 데이터를 보다 빠르고 효율적이게 처리할 수 있는 메모리 기술이 경쟁력 확보의 요소로 부상하고 있다. 이러한 상황에서 삼성전자와 SK하이닉스 등 반도체 기업들은 고대역폭메모리(HBM)를 넘어 차세대 메모리 기술 확보에 뛰어드는 분위기다. 차세대 고대역폭 메모리 기술로 가장 주목받는 것은 고대역폭플래시(HBF)다. HBF는 D램이 아닌 낸드플래시를 쌓아 올려 만드는 반도체다. HBM만큼 데이터를 빠르게 처리할 수는 없지만 더 많은 층을 쌓을 수 있어 대규모 데이터를 읽고 쓰는 데 적합한 것이 특징이다. SK하이닉스는 경쟁사보다 한발 앞서 HBF 표준 선점에 속도를 내고 있다. SK하이닉스는 지난 8월 샌디스크와 HBF 기술 사양을 공동으로 정의하고 표준화를 추진하기 위한 양해각서(MOU)를 체결했다. 양사는 2026년 하반기에 HBF 메모리샘플을 출시하고 HBF를 탑재한 최초의 AI 추론 시스템을 2027년 초에 선보인다는 목표다. 삼성전자는 이달 단행한 조직개편에서 D램과 낸드플래시 개발을 통합·총괄하는 '메모리 개발 담당' 조직을 신설했다. 기존 D램 개발실에 낸드플래시 개발·솔루션·패키징 기능을 통합해 고용량·고성능·저전력 제품 수요 증가에 대응하기 위한 전략으로 풀이된다. 이를 통해 차세대 D램은 물론 HBF 등 낸드 기술 개발에 집중하겠다는 의지다. 업계 관계자는 "HBM은 전체 메모리 반도체 시장의 성장을 견인하는 핵심 동력으로 자리 잡았다"라며 "이에 따라 기업 간 HBM 경쟁도 단순한 시장 점유율 다툼을 넘어, 향후 AI 반도체 시장의 기술 표준과 생태계를 선점하기 위한 패권 경쟁의 성격을 띠고 있다"고 말했다. 이어 "특히 엔비디아가 GPU 성능 극대화를 위해 국내 메모리 기업들과의 기술 협력을 강화하면서 메모리 기업들은 AI 칩 생태계에서 핵심 파트너로서의 위상이 한층 격상되고 있다"고 덧붙였다. /차현정기자 hyeon@metroseoul.co.kr