저자: 미상 · 한국인
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삼성전자가 HBM 퀄 테스트를 통과하지 못하며 마이크론 대비 기술력 열세설이 제기되는 배경을 정리. 오버클럭 성능 이슈, 1a(4세대 10나노) 공정 한 세대 뒤처짐, TC-NCF 패키징 한계 등을 설명. 다만 1C 공정 전환, 어드밴스드 TC-NCF, 파운드리 시너지로 HBM4에서 반전 가능성 제시. 단, 실제 HBM4 계약 여부는 향후 확인 필요. 결론적으로 HBM 공급 과잉 우려와 하이닉스-엔비디아 HBM4 계약 등을 주시해야 한다고 정리.
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지난 시간에는 젠슨 황의 삼성전자 홀대설에 대해 정리해 봤습니다. 오늘은 삼성전자의 HBM 기술력 논란에 대해 정리해 보려고 합니다. 어느덧 마이크론까지 통과한 엔비디아의 HBM 퀄 테스트를 삼성전자가 아직 통과하지 못하고 있는 상황입니다. 그래서 점점 더 많은 이들이 삼성전자의 기술력이 이제 마이크론보다 열등하다는 결론을 내리고 있습니다. 특히 오랜 기간 각사의 D램을 두루 써 본 얼리 어댑터와 일부 엔지니어층에서도 삼성 메모리의 성능 여유에 대한 증언이 나오고 있습니다. 향후 HBM 시장 판도에서 패키징 문제는 우선 차치하더라도, 애초에 D램 다이 제조 단계부터 기술력에 여유가 없다는 이야기가 최근에는 마치 정설처럼 회자되고 있습니다.
정말 삼성전자는 메모리 제조 기술력에서 마이크론보다 뒤처진 것일까요? 세계 1위 메모리 기업에 대체 무슨 일이 있었던 것일까요?
엔비디아가 AI 가속기라는 새로운 세그먼트에서 유의미한 매출을 올리기 시작한 것은 암페어 기반의 A100부터입니다. 당시 A100의 메인 HBM 공급사는 삼성전자였습니다. 물론 당시 HBM 시장 규모는 전체 D램 시장의 1% 수준에 불과해 큰 의미는 없었다고 볼 수 있습니다. 그래도 삼성은 2021년까지 HBM 시장 선점을 위한 준비 작업을 SK하이닉스와 함께 성공적으로 수행하고 있었습니다. 하지만 모두가 아시는 것처럼 엔비디아 HBM3 납품에 먼저 성공한 것은 SK하이닉스였습니다.
이후 한동안 삼성전자는 엔비디아의 공급망에 오르지 못했습니다. 그 배경은 대부분 잘 아실 것입니다. HBM 패키징 기술인 TC-NCF와 MR-MUF에 대해서는 몇 년 전 영상에서도 자세히 다뤘습니다. 핵심은 2025년이 된 지금까지도 삼성의 HBM 전략 실패를 TC-NCF 문제로만 설명하는 경우가 많다는 점입니다. 문제는 삼성과 같은 TC-NCF 방식을 쓰는 마이크론이 HBM3 품질 테스트를 먼저 통과하면서, 삼성이 SK하이닉스는 차치하고 마이크론보다도 HBM 기술이 떨어진다는 결론을 내리는 분석들이 나오게 되었다는 것입니다.
삼성 열위설은 생각보다 설득력 있는 추가 근거들을 가지고 있습니다. 가장 대표적인 것은 두 가지입니다.
첫 번째는 삼성 D램이 타사 제품보다 실제 성능이 떨어진다는 얼리 어댑터층의 실사용 후기입니다. 보통 헤비 유저들은 추가 성능을 위해 메모리 클럭을 세팅값보다 올려서 사용합니다. 이때 삼성 메모리를 쓰면 다른 기업 제품보다 오버클럭이 잘 안 되고, 발열을 비롯한 전반적인 성능도 떨어진다는 이야기입니다. 2019년 하반기부터 꾸준히 제기되었고, 나름의 객관적 검증까지 거쳐 사실상 팩트로 받아들여지고 있습니다. 저 역시 오버클럭을 고려해 PC를 조립하는 지인에게는 램으로 하이닉스 제품을 권하곤 합니다.
다만 핵심은 이것이 삼성의 기술력 문제인지, 그리고 HBM 성능과 연관이 있는지입니다. 메모리 시장에서 오버클럭에 관여하는 고클럭과 타이밍 같은 작동 성능은 일종의 표준 개념입니다. 더 공격적인 성능을 추구할 수도 있고, 다소 보수적인 설계로 생산 안정성을 추구할 수도 있습니다.
언뜻 보면 더 높은 성능의 D램을 생산하는 것이 무조건 좋은 선택 같습니다. 규격을 조금 웃도는 성능 여유값을 가지고 출시하면 오버클럭도 잘 되고 발열이나 전류 누설에서도 더 안정적으로 동작합니다. 이를 보통 헤드룸이나 마진이라고 부릅니다. 메모리 업계에서 명기·명품으로 통하던 제품들이 바로 이런 넉넉한 설계 여유를 가진 제품들입니다. 적어도 2000년대까지 기업들은 이런 공격적인 전략으로 실제 마케팅 효과까지 거둘 수 있었습니다. IT 시장의 오피니언 리더인 얼리 어댑터층에서 입소문이 나면, 그것이 곧 기술력 신뢰도로 이어지며 강력한 홍보 효과가 생겼기 때문입니다.
이 승리 공식이 조금씩 깨진 이유는 PC가 대중화되면서 무게중심이 오버클럭을 활용하지 않는 중가 시장으로 옮겨갔기 때문입니다. 이후 노트북, 스마트폰, 서버용 D램 시장이 PC용 D램 시장보다 훨씬 큰 규모로 성장했습니다. 대부분 기본 세팅값에서 사용되는 제품들입니다. 그 결과 오버클럭의 의미를 가지는 DIY PC용 D램 영역은 전체 D램 시장에서 3% 미만의 작은 틈새로 줄어들었습니다. 이에 삼성은 보수적인 설계를 통한 안정적 운영 기조를 선호하게 되었습니다.
여기에 EUV 장비를 선제적으로 도입한 것도 삼성이 보수적 설계를 택할 수밖에 없었던 또 다른 이유로 꼽을 수 있습니다. 여기서 찾아야 할 핵심은 오버클럭 성능을 곧바로 삼성의 HBM 제조 기술력으로 연결하는 것은 어려울지 몰라도, 이런 전략적 선택 때문에 기본 설계 단계에서 고대역폭·고발열 제품군인 HBM에서는 일정 부분 불리한 측면이 있을 수 있다는 점입니다.
더 결정적인 포인트는 삼성의 HBM 제조 공정이 다른 기업보다 한 세대 뒤처져 있었다는 것입니다. 삼성이 엔비디아에 HBM3E를 공급하기 시작한 2024년 중순경, 삼성이 쓴 공정은 1a(1알파)라고 불리는 4세대 10나노급 공정이었습니다. 반면 SK하이닉스와 마이크론은 5세대인 1b 공정을 썼습니다.
파운드리와 마찬가지로 메모리 반도체도 이렇게 한 세대 차이가 나면 기본적인 성능 격차가 생깁니다. 대역폭을 늘리기 위해 클럭을 높이면 효율 구간을 벗어나 더 큰 전력 소모와 발열이 발생합니다. 특히 HBM은 이렇게 성능을 맞추기 위해 생긴 발열과 전력 소모가 스택 수만큼 선형적으로 누적됩니다. 마이크론이 주장하는 삼성 대비 30% 낮은 전력 소비, 그리고 샘플링을 진행한 엔지니어들이 지적한 삼성과 마이크론 제품 간 발열량 차이는 공정 한 세대 격차에서 나오는 기본적인 발열 차이로 설명할 수 있습니다. 여기에 12단 스택에서 누적되는 발열까지 고려하면, 공정 차이만으로도 상당 부분 설명이 가능합니다.
물론 "삼성은 한 세대 전 공정으로 싸웠으니 당연히 질 수도 있다"는 식의 이야기는 전혀 맞지 않습니다. 경쟁사가 한 세대 앞선 공정으로 HBM3를 준비하는 상황에서, 같은 세대 공정에서도 발열이나 클럭 여유가 다소 부족했던 삼성이 오히려 한 세대 전 공정으로 제품 전략을 짠 것은 명백한 실책이었습니다. 당시 상황을 보면 삼성이 "그냥 어떻게든 해보자"는 식으로 전략을 짠 것도 아닙니다. 이 부분은 나중에 기회가 되면 더 자세히 정리하겠습니다.
이제 삼성이 패배 요인들에 대해 어떤 해답을 가지고 왔는지 살펴보겠습니다. 2024년 말 1a 공정을 재설계해 새롭게 등장한 1a 프라임 공정이 올해 2분기부터 양산에 들어갔습니다. 그래서 성능 문제에 대해서는 아직 기대해 볼 여지가 있습니다.
우선 엔비디아의 중국향 라인업과 AMD, 그리고 일부 ASIC 진영은 엔비디아 메인 가속기보다 다소 낮은 수준의 열 요구 조건을 가지고 있습니다. 여기에 중국향 제품의 수출이 재개되면서 HBM3와 관련해서는 어느 정도 공급자에게 유리한 시장 분위기가 만들어졌습니다. 또한 이 이슈가 터지기 전부터 AMD와 ASIC 진영에 이미 삼성전자 HBM3 8단과 12단 계약이 이루어지고 있었고, 엔비디아 역시 HBM3E 8단 한정으로 작년에 이미 품질 테스트를 통과한 상태입니다. 그래서 현재 일각에서 제기되는 삼성 HBM3 과잉 생산 이슈나 HBM3 12단의 엔비디아 품질 테스트 관련 리스크는, 실제로 현실화되더라도 시간이 지나면 해소 가능한 낮은 수준의 리스크로 볼 수 있습니다.
따라서 우리가 집중해서 볼 부분은 HBM4입니다. 실제 계약을 맺는 당사자들조차 잘 알지 못하는 이야기를 외부 인물들이 논하는 것은 사실 의미가 적습니다. 오늘은 앞서 정리한 삼성의 여러 취약점, 즉 핵심 아젠다에 대해 삼성이 해답을 가져왔는지 꼼꼼히 살펴보는 것이 더 의미가 있을 것입니다.
삼성의 HBM4 전략에서 주목할 첫 번째 포인트는 바로 "1c"라는 단어입니다. HBM3부터 HBM3 8단, 12단까지 1a 공정에서 HBM을 만들던 삼성이, HBM4에서는 두 세대를 건너뛰어 1c로 바로 넘어가고 있습니다. 이는 지난 3년간 HBM 시장에서 이어졌던 삼성의 공정 열위 시기를 벗어나, 삼성 HBM이 공정 우위를 확보하는 시대로 국면이 전환된다는 의미입니다. 삼성의 HBM 성능을 정확히 추정하긴 어렵지만, 이전 세대인 1b로 만든 GDDR7 다이의 성능과 발열 특성이 상당히 괜찮게 나온 것을 보면, 지난 몇 년간 이어지던 동일 세대 내 특성 격차는 이미 어느 정도 해소된 것으로 추정할 수 있습니다. 무엇보다 HBM4에서는 경쟁사보다 오히려 한 세대 앞선 공정으로 승부수를 준비하고 있다는 점이 중요합니다.
그렇다면 TC-NCF 패키징 단계에서는 변화가 없을까요? MR-MUF가 HBM3 시대에 삼성과 SK하이닉스의 성패를 갈랐던 핵심 요인인 것은 맞지만, 그로부터 다시 2년여가 흘렀습니다. 같은 TC-NCF를 쓰는 마이크론이 이미 시장에서 증명했듯, TC-NCF 쪽의 개선도 꾸준히 진행되고 있습니다. 16단까지 TC-NCF로 가겠다는 확고한 의지를 보여주는 마이크론처럼, 삼성 역시 내부적으로 어느 정도 확신을 가지고 있는 것으로 보입니다. 이를 어드밴스드 TC-NCF라고 부르는데, 결과는 더 지켜봐야겠지만 이 기술은 이후 하이브리드 본딩으로 이어지는 징검다리 기술이라는 점에서 의미가 있습니다.
기업별로 시차가 있지만 HBM4 이후에는 세 기업 모두 순차적으로 하이브리드 본딩을 적용하게 됩니다. 이때 TC-NCF를 쓰는 삼성과 마이크론은 기존 장비 일부를 그대로 활용할 수 있어, 설비투자 비용을 절약하고 초기 수요 확보에서도 일정 부분 선점 효과를 누릴 수 있습니다.
삼성이 HBM4 시대에 노리는 전략의 또 하나의 포인트는 파운드리와의 시너지, 그리고 전사적인 선순환 구조의 완성입니다. HBM4부터 생기는 가장 큰 제조 변화는, 현재 메모리 라인에서 함께 만들어지는 HBM의 베이스 다이 제조가 파운드리로 분리된다는 것입니다. 이는 단순히 고객사가 원하는 HBM을 만드는 것을 넘어, 향후 더 고도화될 맞춤형(커스텀) 요구를 수용하기 위한 것입니다.
개인적으로 현재 HBM에서 보이는 메모리의 위상 변화는, 앞으로 펼쳐질 커스텀 메모리 시대에 비하면 맛보기에 불과하다고 생각합니다. 메모리와 파운드리를 모두 가진 삼성전자는 이 커스텀 메모리 시대에 현재의 판도를 뒤집을 수 있는 티핑 포인트를 만들 수 있습니다.
솔직히 말해 현재 삼성 파운드리 사업부의 기술력은 TSMC에 비해 다소 떨어집니다. 하지만 HBM 베이스 다이를 만들기 위해서는 충분한 수율과 미세도를 갖추고 있습니다. 더 중요한 것은, 이를 통해 메모리와 파운드리가 함께 성장하는 선순환 구조를 만들 수 있다는 점입니다.
현재 삼성전자의 모든 문제의 출발점은 파운드리 수주 부족입니다. 수주가 부족하니 가동률을 올리지 못하고, 가동률이 낮으니 다시 수주를 놓치는 악순환이 이어지고 있습니다. 선단 노드를 따라가기 위한 캐펙스 투자를 감당하기도 전에, 울며 겨자 먹기로 다음 노드 투자를 진행하면서 적자가 누적되어 왔습니다. 이때 HBM 베이스 다이를 생산하는 물량이 파운드리의 수주 공백을 메워줄 수 있습니다. 그리고 범용 HBM이 커스텀 HBM으로, 나아가 AI 반도체 설계의 중심으로 올라오는 동안, 메모리 시장에서의 영향력은 파운드리와 LSI 사업부의 훈풍으로 이어질 수 있습니다. 그것이 곧 삼성전자의 AI 반도체 시장 본격 진입으로 연결될 수 있습니다.
오해는 없어야 합니다. 다른 기업들도 스스로 로직 다이를 만들 수 있고, TSMC나 다른 파운드리와 협력해 충분히 대응할 수 있습니다. 다만 삼성전자는 원스톱 솔루션을 제공할 수 있어 대응성이 더 높고, 장기적으로 협력 관계를 이어 가기도 더 수월합니다. 외부 파운드리가 가져갈 마진을 일부 내부에서 확보할 수 있다는 재무적 이점도 분명히 있습니다.
다만 다시 한번 분명히 하고 싶은 것은, 이 모든 이야기는 현실이 되기 전까지는 삼성전자가 그리는 청사진에 불과하다는 점입니다. 지금 어려운 시기를 보내고 있는 삼성전자가 아직 포기하지 말아야 할 분명한 이유들이 있다는 것이고, 하이닉스처럼 삼성도 HBM 시장에서 기술력을 증명해 낼 순간을 기다려 보려고 합니다.
오늘 삼성의 HBM4 청사진 이야기를 듣고 마이크론을 응원하시는 분들은 조금 불편한 감정을 느끼셨을지도 모르겠습니다. 마지막으로 드리고 싶은 이야기는, 삼성, SK하이닉스, 마이크론 세 기업은 단순한 경쟁 관계라기보다 공동 운명체에 가깝다는 점입니다.
그래서 2025년 현재 HBM 시장의 미래를 볼 때 우리가 집중해야 할 것은 마이크론과 삼성 중 누구의 성능이 좋은가보다, 작년까지 묶여 있던 삼성의 HBM 캐파가 내년부터 본격적으로 시장에 풀렸을 때 수급이 유지될 수 있을지, 그리고 본격화될 CXMT의 DDR5 시장 진입이 어떤 영향을 줄지입니다.
이 부분은 따로 자세히 정리하기로 하고, 당장 올해부터도 고민해야 할 지점이 있습니다. 메모리 시장은 상승 사이클 이후 어김없이 하락이 찾아왔습니다. 이번 사이클에서 주목할 부분은, 삼성의 캐파가 묶여 있는 동안 마이크론과 SK하이닉스가 HBM 생산 확대에 성공적으로 대응했다는 점입니다. 따라서 이 두 기업의 공급은 시장이 예상했던 것보다 꽤 많이 상향 조정되었습니다. 최근 불거지고 있는 HBM 고점설, 그리고 2016년 HBM 공급 과잉설은 숏 세력의 개미 털기가 아니라, 이런 역사적 반복을 겪은 이들의 다분히 이성적이고 노련한 추정이라고 볼 수 있습니다.
최근 수요 측면을 책임지는 하이퍼스케일러들의 캐펙스가 올해 크게 늘어난 뒤, 내년에는 증가 폭이 다소 둔화되는 경향이 있습니다. 이런 추정에는 나름의 근거가 있습니다. 다만 각국의 소버린 AI 투자가 생각보다 큰 규모로 계속 시장에 더해지고 있다는 점도 함께 봐야 합니다. 앞서 정리한 몇 가지 시장 변수, 특히 HBM4로 넘어가면서 늘어나는 손실로 인한 생산량의 자연 감소, 그리고 중국향 수출 재개로 생기는 예상 밖의 수요 증가분을 함께 고려하면, 삼성의 캐파가 공급에 더해지면서 생기는 수급 충격은 어느 정도 상쇄될 수 있다는 추정도 가능합니다.
우선 가장 먼저 지켜볼 핵심은 조만간 맺어질 SK하이닉스와 엔비디아의 HBM4 대규모 계약 소식, 그리고 삼성전자의 HBM4 진입 시기입니다. 이 두 가지가 결론 나야 이후 시장 흐름에 대한 분석이 더 의미를 가질 것입니다. 이 결과가 루빈 초기 생산량을 결정할 것이고, 그 이후에야 HBM4와 HBM3E 믹스에 대한 대략적인 그림을 그릴 수 있습니다.
이야기가 길어졌습니다. 다음 시간에는 SK하이닉스와 마이크론의 전략도 함께 정리해 보겠습니다. 2010년대 후반 HBM 이야기를 정리하던 때와 같은 마음으로, 삼성, SK하이닉스, 마이크론, 그리고 소재·부품·장비 시장의 수많은 기업이 함께 만들어 갈 메모리 중심 시대의 모습을 그려 봅니다. 그때까지 메모리 반도체 시장의 흐름을 꼼꼼히 기록해 나가겠습니다. 오늘도 함께해 주셔서 감사합니다.
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