2025년 1분기 D램 점유율 순위에서 SK하이닉스가 삼성전자를 넘어 36%로 1위를 차지했다고 카운터포인트리서치는 밝혔다. [사진 = 연합뉴스]

삼성전자가 1992년 이후 33년 만에 ‘D램 1위’라는 타이틀을 SK하이닉스에 내줄 위기에 처했다. 주된 원인으로는 인공지능(AI) 데이터센터의 필수품인 고대역폭메모리(HBM) 개발에 뒤처졌기 때문이라는 평가가 나온다.

2022년 말 오픈AI가 챗GPT를 내놓은 이후 막대한 연산능력이 필요한 AI 데이터센터시장이 급성장했는데, 삼성전자가 적기에 대응하지 못했다는 지적이다.

9일 시장조사업체 카운터포인트리서치에 따르면 2025년 1분기 D램 점유율 순위(매출액 기준)에서 SK하이닉스가 36%로 1위를 차지했다. 이어 삼성전자 34%, 마이크론 25%, 기타 5% 순이었다. 작년 1분기만 하더라도 삼성전자 37%, SK하이닉스 35%, 마이크론 21% 순이었다. SK하이닉스와 마이크론이 1년 만에 크게 성장한 점이 두드러진다.

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삼성전자가 D램시장 1위를 놓치게 된 것은 33년 만이다.

삼성전자는 1992년 6월 세계에서 처음으로 64메가비트(Mb) D램을 내놓으면서 도시바·NEC를 비롯한 당시 일본 반도체 주력 기업을 제치는 발판을 마련했다. D램 강자로 우뚝선 것이다.

삼성전자는 1990년대 후반부터 기술력 중심의 초격차 전략에 시동을 걸었다. 특히 1998년 256Mb D램 양산, 2000년대 초반 1기가비트(Gb) D램 개발은 세계 최초였다. 2010년대 들어서도 시장을 주도했다. 모바일용 D램 수요에 대응해 LPDDR 시리즈(저전력 D램)를 빠르게 상용화한 것이 대표적이다.

하지만 2020년대 들어 상황이 서서히 달라졌다. 삼성전자는 2022년 HBM2E, 2023년 HBM3 양산에 성공했다. 하지만 SK하이닉스가 HBM3, HBM3E 제품을 시장에 더 먼저 공급하면서 질주하기 시작했다. 특히 주요 고객사인 엔비디아의 선택을 받은 것이 주효했다.

지난 2024년 10월 서울 강남구 삼성동 코엑스에서 열린 반도체대전 2024에서 관람객들이 SK하이닉스 부스를 둘러보고 있다. [김호영 기자]

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SK하이닉스는 작년 3월 HBM3E 8단, 4분기에는 HBM3E 12단 제품을 엔비디아에 각각 공급했다. 또 올해 3월에는 엔비디아에 HBM4 12단 샘플마저 전달을 마쳤다.

전영현 삼성전자 반도체(DS)부문 부회장이 올 3월 정기 주주총회에서 “이르면 2분기, 늦어도 하반기부터는 HBM3E 12단 제품이 시장에서 주도적인 역할을 할 수 있을 것”이라고 밝힌 것을 고려할 때 경쟁사에 비해 선단 공정 진척 속도가 더딘 셈이다.

최근 D램 업계 실적은 AI 가속기 업계가 로드맵에 착수할 때마다 상승 곡선을 그린다.

예를 들어 엔비디아 AI 가속기는 발전 단계가 호퍼→그레이스 호퍼→블랙웰(2024~2025년)→ 블랙웰 울트라→ 루빈(2026년)→루빈 울트라(2027년)→ 파인먼(2028년) 순이다.

HBM의 큰 수요는 엔비디아 칩 성능에 비례한다. 블랙웰에는 HBM3e 192기가바이트(GB)가, 블랙웰 울트라에는 HBM3e 192GB가 각각 탑재된다. 또 루빈 울트라에는 HBM4e 1테라바이트(TB)를 탑재할 예정이고, 2028년 출시되는 루빈 울트라는 현재보다 5배 많은 HBM 용량을 요구할 것으로 알려졌다.

SK하이닉스가 D램시장 1위를 탈환한 것은 개발이 빨랐을 뿐만 아니라 시장을 조기에 장악한 것과 무관하지 않다. 삼성전자 HBM3e 일부 제품은 발열 문제로 아직 엔비디아에서 퀄(품질)테스트를 받고 있는 상태다.

D램 업계의 진검승부는 HBM4에서 갈릴 전망이다.

SK하이닉스는 올해 하반기에 HBM4 개발·양산 준비 작업을 모두 마무리하겠다는 계획을 수립했다. 특히 HBM4는 5세대 공정인 ‘1b나노’ 공정을 적용한 것으로 알려졌다. 삼성전자 역시 HBM4 개발에 박차를 가한 상태다.

삼성전자는 올 1월 콘퍼런스콜에서 “HBM3e 16단의 경우 고객 상용화 수요는 없을 것으로 보이지만, 16단 스택 기술 검증 차원에서 샘플을 제작해 주요 고객사에 전달했다”면서 “‘1c나노’ 기반 HBM4는 2025년 하반기 양산을 목표로 기존 계획대로 개발 중”이라고 설명했다.

서울 서초구 삼성전자 서초사옥. [김호영 기자]

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삼성전자는 이를 위해 HBM 개발·양산 최적화를 진행하고 있다. 현재는 크게 HBM4 개발과 HBM3e 8단 제품 양산 극대화에 방점을 두고 있다.

대표적인 것이 사업부간 교류다. 삼성전자는 파운드리(위탁 생산) 사업부 인력 일부를 메모리 사업부로 전환 배치했다. 또 HBM4 1단에 들어가는 ‘로직 다이’ 업무를 메모리 사업부에서 파운드리 사업부로 이관했다.

HBM은 여러 D램을 수직으로 겹겹이 쌓아 올린 메모리다. 로직 다이는 D램을 쌓아 만드는 HBM의 가장 밑단에 배치되는 핵심 부품으로 겹겹이 적층된 D램을 제어하는 두뇌 역할을 담당한다. 특히 HBM4부터는 로직 다이 성능에 따라 판도가 달라진다.

HBM4 로직 다이에는 △ 메모리 컨트롤 △ 신호 전송을 담당하는 PHY 계층 처리 △ 에러 검출 및 정정 기능인 ECC △ 데이터 압축·해제 등을 담당하는 온-다이 연산 기능이 모두 도입된다.

파운드리 사업부가 그동안 해당 기술을 연구 개발해 온 만큼 두 사업부간 교류로 시너지를 극대화하겠다는 복안으로 풀이된다. 반도체 부문 전체가 사업부를 가리지 않고 HBM 개발에 박차를 가하고 있는 대목이다.

또 삼성전자는 HBM3e 8단 제품에 대한 양산을 극대화하고 있다.

경쟁사의 HBM 예약 판매 물량이 올해 모두 마감된 것을 고려해, 공급 물량을 대대적으로 늘리는 방식으로 점유율을 수성하겠다는 방안으로 읽힌다. 삼성전자 안팎에서는 HBM4 개발과 양산 준비에 성공할 경우 HBM3 생산을 접고 HBM4 이후 로드맵으로 개발과 공정을 재편해 ‘초격차’를 달성할 것으로 보고 있다.

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