HBM4 로직 베이스다이의 혁신: 삼성·SK하이닉스가 파운드리 공정을 선택한 이유

핵심 요약

HBM4에서는 로직 베이스다이의 역할이 단순 입출력에서 메모리 컨트롤러·네트워크 메모리 기능까지 확장되었습니다. 이에 따라 기존 메모리 공정으로는 감당이 불가능해졌고, 삼성전자와 SK하이닉스는 파운드리 공정 도입을 결정했습니다. AI 시대의 핵심 인프라인 HBM 기술이 어떻게 진화하고 있는지 살펴봅니다.

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AI 혁명이 반도체 산업을 바꾸고 있다

AI 혁명은 단순한 기술 트렌드가 아닙니다. 과거 인터넷 혁명이나 모바일 혁명과는 차원이 다른, 산업혁명에 버금가는 구조적 변화입니다. 전기·반도체·네트워크라는 기존 인프라 위에 AI라는 새로운 인프라가 쌓이면서, 우리의 일하는 방식과 삶의 방식 자체가 달라지고 있습니다.

이 변화의 한가운데서 가장 직접적인 수혜를 받고 있는 산업이 바로 반도체입니다. 특히 아마존, 마이크로소프트 같은 하이퍼스케일러 기업들이 올해만 약 1,000조 원에 달하는 자본 지출을 예정하고 있으며, 그 중 메모리 반도체가 차지하는 비중은 AI 혁명 초기 8%에서 현재 30%까지 상승했습니다. 이러한 수요 폭발이 SK하이닉스의 1분기 영업이익률 72%, 매출총이익률 80% 이상이라는 놀라운 실적으로 이어지고 있습니다.

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HBM이 등장한 배경: 폰 노이만 구조의 한계

기존 컴퓨터는 '폰 노이만 구조'를 기반으로 작동합니다. 프로세서가 연산을 수행하고, 필요한 데이터를 낸드 플래시에서 꺼내 D램 버퍼를 거쳐 전달하는 방식입니다. 그런데 AI 연산은 단순 덧셈·뺄셈을 수억 번 반복하는 방식이기 때문에, 프로세서 처리 속도를 데이터 공급 속도가 따라가지 못하는 '병목 현상'이 발생합니다.

HBM(High Bandwidth Memory)은 이 문제를 해결하기 위해 등장했습니다. D램을 수직으로 여러 층 쌓고, 프로세서 바로 옆에 배치해 초고속으로 대량의 데이터를 동시에 전달할 수 있는 구조입니다. 쉽게 말해, 기존에는 좁은 통로로 데이터를 한 줄씩 넘겨줬다면, HBM은 수만 개의 통로를 동시에 열어 데이터를 쏟아붓는 방식입니다.

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HBM의 세대별 진화 비교

구분	HBM3 이전	HBM4
로직 베이스다이 역할	단순 입출력 및 물리적 연결	메모리 컨트롤러 + 네트워크 메모리 기능 포함
칩 간 연결 방식	마이크로 범프(납볼)	하이브리드 본딩(구리 직접 접합)
제조 공정	메모리 전용 공정	파운드리 공정 병행
삼성 파운드리 전략	자체 메모리 공정	자체 파운드리 라인 활용
SK하이닉스 파운드리 전략	자체 메모리 공정	TSMC 파운드리 활용
마이크론 전략	메모리 공정	HBM4도 메모리 공정 시도 → 실패

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HBM4 핵심: 로직 베이스다이가 왜 중요해졌나

HBM4에서 가장 주목해야 할 변화는 로직 베이스다이(Logic Base Die)의 역할 확대입니다. 기존 HBM에서 베이스다이는 단순히 D램 칩들을 물리적으로 연결하고 신호를 주고받는 역할에 그쳤습니다. 그러나 HBM4에서는 메모리 컨트롤러와 네트워크 메모리 기능까지 베이스다이가 담당하게 됩니다.

이처럼 기능이 복잡해지고 성능 요구치가 높아지면서, 기존의 메모리 전용 공정으로는 더 이상 이를 구현할 수 없게 되었습니다. 메모리 공정은 대량의 데이터를 저장하는 데 최적화되어 있지, 고성능 로직 연산에는 적합하지 않기 때문입니다.

이 때문에 SK하이닉스는 TSMC의 파운드리 공정을, 삼성전자는 자체 파운드리 라인을 활용하기로 결정했습니다. 반면 마이크론은 HBM4까지 메모리 공정으로 만들려다 베이스다이 성능 고도화를 예측하지 못해 경쟁에서 뒤처지게 되었습니다. 베이스다이 자체 성능이 부족하면 HBM4를 고객사에 대량으로 공급하는 것 자체가 불가능하기 때문에, 이 선택은 향후 시장 경쟁력을 가르는 결정적 분기점이 되고 있습니다.

또한 베이스다이 설계는 시간이 오래 걸리는 작업으로, 엔비디아 같은 고객사와 설계 단계부터 긴밀하게 협력하는 것이 필수적입니다. 즉, HBM4는 단순히 메모리를 더 쌓는 기술이 아니라, 반도체 설계·제조·고객 협력 전반을 아우르는 복합적인 기술 경쟁입니다.

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한국 반도체가 AI 밸류체인에서 차지하는 위치

AI 산업의 밸류체인은 소프트웨어(미국 빅테크), 하드웨어 핵심(한국·대만·일본), 소재·장비(일본·네덜란드) 등으로 구성됩니다. 한국의 삼성전자와 SK하이닉스는 AGI(범용 인공지능)를 향해 달려가는 빅테크 기업들이 반드시 필요로 하는 HBM을 공급하는 핵심 파트너입니다.

현재 반도체가 한국 전체 수출에서 차지하는 비중은 30% 중반대로 올라섰으며, 코스피 상장사 시가총액의 약 45%, 전체 상장사 이익의 60% 후반을 반도체가 책임지고 있습니다. 한국 경제의 건강이 곧 반도체 산업의 건강이라 해도 과언이 아닙니다.

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마치며

지금 전 세계는 AI 패권을 둘러싼 치열한 반도체 경쟁을 벌이고 있습니다. 미국, 중국, 유럽이 자국 반도체 산업 육성에 천문학적인 자금을 쏟아붓고 있는 상황에서, 삼성전자와 SK하이닉스가 HBM4라는 기술적 고지를 선점하기 위해 파운드리 공정 전환이라는 과감한 결단을 내린 것은 매우 의미 있는 행보라고 생각합니다. 특히 SK하이닉스가 TSMC와 협력하고, 삼성전자가 자체 파운드리 역량을 총동원하는 이 경쟁이 좋은 결실을 맺기를 진심으로 응원합니다. 두 기업이 기술 혁신의 선두에 서서 한국 경제를 이끌어 나가길 바랍니다.

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출처

• 채널명: 김정호의 경제TV
• 영상 주소: https://www.youtube.com/watch?v=x0hftKcL8_Y