올해 1월 미국 라스베이거스에서 열린 세계 최대 IT 전시회 'CES 2026' 내 SK하이닉스 부스에 HBM4가 전시돼 있다./연합뉴스

SK하이닉스가 7세대 고대역폭메모리(HBM) HBM4E의 두뇌를 담당하는 ‘로직 다이’에 TSMC의 3나노미터(㎚·10억분의 1m) 공정을 주력으로 활용하는 방안을 유력하게 검토하고 있는 것으로 알려졌다. HBM에 적층되는 D램뿐만 아니라 HBM의 연산 처리를 담당하는 로직 다이에 첨단 공정을 활용하면서 성능에서 우위를 점하겠다는 것으로 보인다. 올해 양산되는 SK하이닉스의 HBM4(6세대 HBM)는 삼성전자와 비교해 일부 성능에서 뒤진다는 평가를 받는 것으로 알려졌다.

20일 업계에 따르면, SK하이닉스는 HBM4E에 쌓는 D램인 ‘코어 다이’에는 10나노급 6세대(1c) D램 공정을 활용하고, 로직 다이에는 TSMC의 3㎚ 공정을 적용하겠다는 방침인 것으로 전해졌다. SK하이닉스가 올해 엔비디아에 공급하는 HBM4에는 10나노급 5세대(1b) D램의 코어 다이와 TSMC의 12㎚ 공정이 적용된 로직 다이를 활용한다. 삼성전자는 HBM4에 10나노급 6세대(1c) D램 공정으로 만든 코어 다이와 4㎚ 공정을 활용한 로직 다이를 탑재했다.

SK하이닉스는 차세대 HBM에 미세 공정을 적용해 성능을 대폭 끌어올리겠다는 전략이다. 반도체 공정은 세대를 거듭할수록 미세화된 공정이 활용된다. 미세 공정을 적용하면 반도체 회로의 선폭이 축소돼 전자가 이동하는 거리를 줄일 수 있어 작동 속도를 높이며, 동작에 필요한 전압을 낮춰 전력 효율을 높일 수 있다.

SK하이닉스는 HBM4 시장에서 엔비디아에 가장 많은 물량을 공급해 시장 1위 자리를 굳힌 것으로 알려졌지만, 삼성전자와 비교해 성능에서는 뒤졌다는 평가를 받는 것으로 전해지고 있다. 삼성전자는 HBM4에서 SK하이닉스보다 앞선 첨단 공정을 적용, 성능에서 우위를 보이며 업계 첫 양산 출하를 했다고 밝힌 바 있다.

SK하이닉스는 HBM4E에서는 이 같은 평가를 뒤집기 위해 로직 다이에 3㎚ 공정을 쓰는 승부수를 띄운 것으로 보인다. HBM4에서는 안정성에 집중하기 위해 검증된 공정을 활용했다면, HBM4E에서는 성능까지 압도해 기술 경쟁에서 우위를 점한다는 포석이다.

HBM4E부터는 로직 다이에 고객사가 원하는 형태의 회로로 설계해 제공하는 ‘커스텀 HBM’ 시장이 본격 개화할 것으로 예상되면서 로직 다이에도 다양한 파운드리(반도체 위탁생산) 공정이 적용될 가능성도 점쳐지지만, SK하이닉스는 3㎚ 공정을 주력으로 활용하는 방안을 추진 중인 것으로 보인다. 엔비디아 등 공급 물량이 큰 고객사에는 가장 성능이 좋은 제품을 공급하겠다는 계획이다. 엔비디아의 차세대 AI 칩 ‘베라 루빈’의 최상위 버전인 베라 루빈 울트라에 HBM4E가 적용된다.

반도체 업계 관계자는 “커스텀 HBM4E의 경우 고객사가 원하는 형태로 로직 다이를 제조하는 만큼 3㎚와 12㎚ 등이 다양하게 고려되고 있는 중”이라며 “다만, 시장에 가장 큰 비중으로 공급되는 HBM4E의 로직 다이에는 3㎚ 공정을 주력으로 쓰게 될 것으로 보인다”고 했다.

한편, 엔비디아뿐만 아니라 AMD와 구글도 차세대 AI 칩에 HBM4E를 탑재하겠다고 밝히면서 HBM4E를 둘러싼 경쟁도 한층 격화될 것으로 보인다. 반도체 업계 관계자는 “삼성전자가 HBM4E를 엔비디아의 연례 최대 개발자 컨퍼런스 GTC 2026에서 공개하며 차세대 시장을 선점하겠다는 의지를 드러냈다”며 “SK하이닉스는 차세대 HBM에서는 성능마저 압도하겠다는 전략으로 보인다”고 했다.

전병수 기자(outstanding@chosunbiz.com)

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