삼성전자가 올해 들어 5세대 고대역폭메모리(HBM)인 HMB3E의 엔비디아향 공급을 본격화하며 주요 고객사에 대한 공급 물량을 늘리고 있다. 이에 장기간 HBM 시장에서 독점 체제를 구축해 온 SK하이닉스와의 경쟁도 한층 치열해지는 분위기다. 양사는 HBM을 중심으로 조직 개편 및 연구개발(R&D) 비용 투자 규모를 확대하며 차세대 기술 주도권 확보에 힘을 쏟는 모습이다.

1일 업계에 따르면 삼성전자는 최근 메모리 개발 통합 조직을 신설하고 산하에 HBM 개발팀을 재배치하는 조직개편을 단행했다. 일각에서는 이를 두고 차세대 HBM 제품 개발에서 삼성전자가 핵심기술을 확보했다는 자신감이 반영된 조치로 해석하는 분위기다. 삼성전자는 기존 HBM 개발팀을 이끌던 손영수 부사장이 해당 설계팀의 팀장으로서 차세대 HBM개발을 계속 이어갈 예정이다.

SK하이닉스는 용인반도체 클러스터의 첫 번째 팹(공장)을 2027년 가동하며 HBM4, HBM4E 등 차세대 제품 공급 확대에 주력한다. SK하이닉스는 용인클러스터 1개 팹당 120조원이 넘는 금액을 투입해 4개 팹에 총 480조원을 투자할 계획이다.

양사의 연구개발비 증가세도 확대되는 흐름을 보이고 있다. 삼성전자의 올 3분기 누계 연구개발비는 26조 8881억원으로 전년 동기(24조 7464억원) 대비 8.6% 상승하며 3분기 누적 기준으로 역대 최대 규모를 기록했다. SK하이닉스 또한 3분기 누계 연구개발비가 4조 6472억원으로 전년 동기(3조5584억원) 대비 30.7% 늘어난 것으로 집계됐다.

삼성전자는 1c(10나노급 6세대) 공정 기반의 D램과 4nm(나노미터·1nm=10억분의 1m)로직 다이틀 채택한 HBM4 설계가 경쟁사 대비 속도와 저력 소모량 등 성능 면에서 우위를 점할 수 있다는 긍정적인 평가를 받고 있다. 이에 업계에서는 당초 2026년 하반기로 예상되던 출하 일정을 내년 2분기부터 납품을 시작하는 수준으로 끌어올릴 수 있을 것이라는 가능성에 무게를 싣고 있다.

SK하이닉스의 HBM4는 이전 세대인 HBM3E 대비 2배 늘어난 2048개의 데이터 전송 통로(I/O)를 적용해 대역폭을 2배 확대하고 전력 효율은 40% 이상 끌어올리는 연구개발 성과를 거뒀다. SK하이닉스는 엔비디아에 HBM4를 최초로 납품하는 계약을 확보한 바 있다.

HBM4 베이스 다이 생산에서도 삼성전자와 SK하이닉스가 서로 다른 전략을 택한 점도 눈길을 끈다. HBM을 구성하는 개별 D램 칩은 '코어 다이'라고 불리며 이 가운데 가장 아래층에 있는 칩을 '베이스 다이'로 구분한다. 베이스 다이는 그래픽처리장치(GPU)와 직접 연결돼 신호를 해석하고 상위 코어 다이에 명령을 전달하는 핵심 역할을 한다.

삼성전자는 자사 파운드리 4nm 공정을 이용해 HBM4 베이스 다이를 생산하는 방식을 적용한다. 특히 HBM4 D램에 1c 공정을 적용하면서 1b(5세대) 공정을 HBM4에 유지하는 SK하이닉스보다 한 세대 앞선 전략을 취한 것으로 평가된다.

SK하이닉스는 HBM4 베이스 다이 생산을 대만 TSMC에 맡기는 방식을 택했다. 메모리 컨트롤러가 포함된 베이스 다이를 TSMC가 제조하고 SK하이닉스가 D램을 올려 HBM4를 완성하는 구조다. 고객이 요구하는 성능을 충족하기 위해선 TSMC와의 공정 최적화 협업이 필수라는 판단이 반영된 결과로 풀이된다.

업계 관계자는 "인공지능(AI) 성장세에 맞춰 HBM 등 첨단 메모리 투자는 늘 수밖에 없으나 반도체 경기가 워낙 유동적인 만큼 기업들이 향후 투자 전략을 더욱 신중하게 세울 가능성이 있다"라며 "과도한 확장은 향후 부담으로 돌아올 수 있어 수요 흐름을 보며 단계적으로 접근할 것"이라고 말했다.