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반도체 시장의 AI 반도체와 아닌 반도체 간 양극화가 더욱 심화하면서 관련 설비 인프라 확장 또한 AI 반도체를 중심으로 이뤄지고 있다.

주요 기업들이 3분기 실적을 발표를 마쳤다. 대다수 기업이 AI 반도체 관련 부문 외 사업에서 부진한 실적을 보였는데, 이러한 현상은 국내 반도체 기업에서도 같은 현상이 나타났다.

AI 반도체에 속하는 HBM 주도권을 잃은 삼성전자는 실적이 급락했으나 주도권을 잡은 SK하이닉스는 화려한 실적을 선보였다. 삼성전자와 SK하이닉스는 AI 반도체 중심의 반도체 시장이 중장기화 할 것으로 보고 경쟁적으로 AI 반도체 관련 인프라 확대에 들어갔다.

13일 <메트로경제> 취재에 따르면 주요 기업들이 AI 반도체에 천문학적인 자본을 쏟아부으며 향후 미래 반도체 시장의 주도권을 잡기 위해 안간힘을 쓰고 있다.

AI 반도체 중심으로 시장이 재편된 후 AI 반도체에 관한 수요는 레거시 반도체 수요 둔화까지 압살할 정도에 이르렀다.

이날 세계 최대 파운드리 기업인 TSMC는 AI 열풍에 힘입어 내년 5nm(나노미터) 공정 가동률이 100%를 넘어설 것이라며 2025년 상반기 전망을 내놨다. TSMC는 올 4분기 양산형 전자기기의 비수기와 애플의 내년도 1분기 아이폰 '테이프아웃(반도체 설계 결과물을 파운드리에 전달하는 것)' 물량이 10% 하향 조정될 예정이다. 그럼에도 TSMC 측은 AI 반도체 수요가 확대하며 공장 가동률에 큰 영향이 없을 전망이라고 설명했다.

주요 기업들의 실적에서도 AI 반도체를 중심으로 한 매출·이익이 선명하게 나타났다. 크리스토프 푸케 ASML CEO는 지난달 컨퍼런스콜에서 "AI가 없었다면 시장은 침울했을 것"이라며 "AI를 제외한 다른 모든 분야의 수요가 부진했다. 이러한 현상이 장기화 할 것으로 보이는 만큼 2025년 매출 전망 또한 하향 조정했다"고 설명했다.

국내 기업들 또한 마찬가지다. HBM3E 8단의 엔비디아 납품이 지연된 삼성전자는 AI 반도체 싸이클에서 일시 탈락하며 처참한 실적을 냈다. 전영현 삼성전자 부회장은 어닝 쇼크에 사과문을 내기도 했다. 반면 SK하이닉스는 엔비디아에 HBM3E 8단을 사실상 독점공급하면서 3분기 분기 최대 실적을 냈다. 현재 엔비디아는 AI반도체 시장의 90%를 석권한 상태로 HBM은 AI 반도체 GPU의 핵심 부품이다. 이 탓에 엔비디아 AI 반도체의 수요 급등은 곧 SK하이닉스의 호실적으로 이어지고 있다. SK하이닉스 측은 "HBM 제품군의 2025년까지 CAPA(생산능력)까지 대부분 예약된 상태"라며 "HBM 공급 과잉을 말하기에는 너무 이르다"고 설명했다.

두 기업은 중장기적으로 AI 반도체가 시장의 중심이 될 것으로 보고 특히 HBM 관련 인프라의 대대적인 확충을 이어가고 있다. 트렌드포스에 따르면 올 4분기 HBM 가격은 직전 분기 대비 8~13% 인상이 예상된다. HBM 등 서버용 고부가 제품의 가격은 지속 상승하고 있다.

삼성전자는 지난 12일 충청남도와 충남 천안에 대규모 고대역폭메모리(HBM) 생산 거점을 2027년까지 건립하기로 하고 MOU를 체결했다. 삼성전자는 천안 제3일반산업단지 삼성디스플레이 28만㎡ 부지 내 건물을 임차해 다음 달부터 2027년 12월까지 반도체 패키징 공정 설비를 설치, HBM 등을 생산할 계획이다.

AMD와의 협업 강화도 본격화 한다. 삼성전자는 조만간 AMD 본사에 주요 의사결정권자들을 보내 차세대 GPU 적용방안을 논의할 예정이다. AMD는 올 4분기 새로운 AI 반도체 'MI325X'를 출시하고 본격적인 양산 준비에 들어간다. 삼성전자는 여기에 자사 HBM 탑재를 위해 전사적 노력을 기울일 예정이다.

SK하이닉스는 청주 M15X 공장 가동을 당초 계획 보다 앞당기기 위해 속도를 내는 것으로 알려졌다. 업계에 따르면 SK하이닉스는 M15X 파견 인력 규모 구성을 위해 내부 의견을 수렴 중이다. M15X는 청주 M15 공장 옆에 세워지는 D램 생산팹이다. 내년 11월 준공이나 HBM 주도권 확보를 위해 투입 인력을 늘리면서 가동시기 또한 앞당기는 쪽으로 계획을 수정했다. M15X 가동시 SK하이닉스의 HBM 생산능력은 20~30% 확대 될 예정이다.

노동길 신한투자증권 연구원은 "빅테크 투자 경쟁이 2025년에도 계속돼 SK하이닉스 등 HBM주는 글로벌 AI 모멘텀과 함께 주도력을 이어갈 것"이라고 설명했다.

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