삼성전자 기술 축 이동, 1c D램 전환이 만든 HBM4 ‘새 판’

1c D램 사실상 상용화 국면 진입
수요 회복에 투자 사이클 복원 조짐
삼성-SK하이닉스, HBM4 양강 구도

삼성전자가 평택 4공장을 고대역폭메모리(HBM) 첨단 공정으로 전환하면서 그동안 멈춰 있던 투자 사이클도 다시 작동하기 시작했다. 수율 개선과 개발 인력 인센티브 지급 등 내부 신호가 겹치며 기술 신뢰 회복이 가시화한 가운데, 5공장 착공 준비와 신규 인프라 검토까지 이어지면서 수요 반등에 대한 기대감 또한 드러났다. 그러는 사이 HBM4 시장에서는 마이크론이 재설계 이슈로 입지가 크게 흔들리면서 삼성전자와 SK하이닉스가 엔비디아 최신형 인공지능(AI) 가속기 공급선을 두고 경쟁하는 양상이 뚜렷해졌다. 

첨단 공정으로 기술적 증명 

13일 반도체업계에 따르면 삼성전자는 이달 내 평택 공장 P4 라인 클린룸 건설을 재개할 예정이다. 해당 라인은 지난해 중반 잠시 공사가 멈췄으나 올해 3분기 투자가 다시 집행됐고, 이제 장비 반입 절차가 본격화한 단계다. 당초 파운드리(수탁생산) 활용 계획이었던 P4는 이번 전환으로 1c D램 생산 기지로 재설정됐다. 미세 공정 전환을 통한 전력 효율 개선이 HBM4 경쟁력의 핵심 과제로 떠오른 상황에서 삼성전자는 P4 전체를 1c 기반 D램 라인으로 재배치하며 상용화 시점을 앞당긴 것으로 풀이된다.

1c는 10나노대 미세공정의 6세대 기술로, 업계에서는 12~13나노미터 수준으로 본다. 직전 1b 공정 대비 회로 선폭을 한 단계 더 축소해 전력효율과 동작 속도를 동시에 끌어올린 게 특징이다. 1b 공정은 추가적인 미세화가 어렵다는 분석이 지배적이었지만, 삼성전자는 극자외선(EUV) 공정 활용 범위를 넓히고 셀 구조를 재설계하는 방식으로 공정 한계를 넘는 데 집중해 왔다. 1c 기반 D램이 HBM 스택 구성에 필수적인 두께·적층 안정성 확보에 유리한 만큼 회사의 경쟁력과 직결된다는 판단에서다. 업계에서 1c 상용화 여부가 삼성전자 D램 전력효율 격차를 경쟁사 대비 수년 단위로 벌릴 분수령이라는 평가가 나오는 배경이다.

수율 측면에서도 유의미한 성과가 포착된다. 삼성전자 1c D램 수율은 최근 70%대에 진입한 것으로 알려졌으며, 이는 양산 체제로 이관된 초기 세대 기준 안정적인 수준에 속한다. 통상 연구소 단계에서 양산 라인으로 넘어갈 때 수율은 50% 안팎을 나타내고, 시장이 인정하는 본격 양산 수율은 80%가량이다. 1c가 삼성전자 메모리 경쟁력 회복의 최대 과제였다는 점을 고려하면 이 같은 수율 개선은 HBM4 대응에서 기술적 불확실성 해소라는 의미를 갖는다. 나아가 경쟁사들이 1b 기반으로 HBM4를 전환하는 가운데 삼성전자는 한 세대 앞선 1c로 시장을 선점할 기반을 확보했다는 해석에도 무게가 실린다. 

내부적으로도 개발 성과가 공식적으로 인정됐다. 삼성전자는 지난달 말 1c D램 개발팀 30명에게 4억8,000만원 상당의 자기주식 4,790주를 지급했다. 업계는 1인당 평균 1,600만원가량의 해당 인센티브가 HBM4 핵심 인력에 대한 성과 격려의 성격을 띤다고 봤다. 여기에 최근에는 엔비디아 신뢰성 평가(PRA) 통과 소식도 확인됐는데, 이는 그래픽처리장치(GPU) 통합 검증을 남겨둔 단계에서 고객사 요구 사양을 충족했다는 것을 의미한다. 결과적으로 HBM3E 세대의 부진으로 흔들렸던 신뢰를 회복하기 위한 삼성전자의 기술적 증명 또한 순항 궤도에 올라선 모습이다. 

공장 증설·라인 전환 결정 잇따라

이 같은 흐름 속에서 삼성전자는 최근 평택 P5 착공을 위한 사전 작업에 착수하며 현장의 동선을 정비하고, 수만 톤 규모로 쌓아뒀던 H빔을 외부로 반출하는 절차에 돌입했다. 이는 공식 발표 없이도 내부적으로 공사 재개를 전제로 한 준비 단계에 들어섰다는 신호로, 오랜 시간 공장 부지를 유휴로 방치했던 상황과 대조된다. 공정 설계 도면이 완성되지 않은 상황에서도 가능한 공정부터 우선 진행하는 방식은 공사 일정에 대한 내부 판단이 어느 정도 가닥이 잡혔다는 사실을 의미한다. 

애초 평택 P5는 4층 규모 건설이 유력했으나, 현장에서는 현실적 공정 속도와 인력 투입 한계 등을 반영해 3층(클린룸 6개) 설계에 무게를 둔 것으로 알려졌다. 이는 표면적으로 규모 축소처럼 보일 수 있지만, 단계적 가동과 적기 건설을 병행하려는 전략에 가깝다. 기존 P2~P4 공사에서도 다수 클린룸의 병행 마감 공사를 진행했던 삼성전자의 작업 방식이 반복되는 만큼 이번에도 선행 공정과 후행 공정이 유기적으로 조합되며 전체 속도를 맞출 공산이 크다는 분석이다. 

여기에 삼성전자가 내년 1분기 평택 내 추가 인프라 투자 검토에 돌입했다는 소식이 전해지면서 투자 사이클 복원 가능성이 커졌다는 평가도 나온다. 이번 검토에는 설계와 토목, 유틸리티 등 기반 인프라 단계부터 대형화된 생산 구조를 전제로 한 기획이 대거 포함됐는데, 업계는 이를 메모리·HBM·파운드리 공정이 결합된 ‘메가 팹’ 구조로 보고 있다. 삼성전자가 기존 1b·1c D램, V9 낸드 중심으로 장비 셋업이 진행되는 현 상태에서 추가 논의를 병행한다는 점은 업황 개선에 대한 기대가 구조적 수요 확대에 대한 확신에서 비롯됐다는 분석이다. 

이러한 변화는 지역사회와 협력사 전반에도 유의미한 파급효과를 예고한다. 그동안 투자 지연으로 입찰 기회가 제한적이었던 협력사들은 P4 공사 재개와 P5 착공 준비에 따라 다시 수주 채널을 확보할 수 있게 됐다는 기대를 드러냈다. 아울러 현장의 인력 수요가 확대될 것으로 예상되면서 건설 및 장비 분야 중소 파트너들도 단기 매출 안정성을 확보할 여지가 생겼다. 삼성전자는 “투자는 시황에 따라 탄력적으로 집행한다”는 원칙을 유지하며 신중한 태도를 보이고 있지만, 전체 흐름이 멈춰 있던 평택의 투자 축이 다시 움직이기 시작했다는 점에서 시장은 이를 중장기적 수요 회복 신호로 해석하는 분위기다.

남은 과제는 발열·속도·수율 안정

업계의 관심은 향후 HBM4 시장 구도가 어떻게 재편될지에 집중되는 양상이다. 특히 엔비디아의 차세대 AI 가속기 ‘루빈’ 출시 일정이 본격화되면서 어느 업체가 초기 공급 안정성을 확보하느냐가 시장 판도를 좌우할 것이란 전망이 나온다. 최근 흐름은 삼성전자와 SK하이닉스의 양강 체제로 빠르게 수렴하는 모양새다. 마이크론이 엔비디아 요구 사양 충족에 어려움을 겪어 재설계를 검토하는 상황이 드러난 가운데, 최대 9개월의 추가 개발 기간이 필요하다는 내부 보고서까지 알려지면서 초기 공급 경쟁에서는 사실상 밀렸다는 진단이다. 

현재 SK하이닉스는 루빈용 HBM4 공급 계약을 확정하고 최종 인증을 기다리는 단계다. 시장에선 SK하이닉스가 엔비디아와 이미 가격과 물량, 출하 시점에서 합의했다는 소식과 함께 기존 HBM3E에서 확보한 우위를 그대로 이어갈 가능성이 크다는 평가가 주를 이룬다. 오랜 기간 유지해 온 적층 안정성과 온도 대응력, 패키징 호환성 등이 강점인 만큼 우위를 잃지 않을 것이란 관측이다. 현재 SK하이닉스는 청주 M15X 공장을 중심으로 생산능력을 확충하는 등 향후 수요 폭증 국면에서 대응력을 높이는 데 집중하고 있다. 

삼성전자는 이번 세대에서 공급 안정성 확보와 고객사 신뢰 회복을 핵심 목표로 제시했다. 이를 위해 엔비디아를 비롯한 주요 고객사에 HBM4 샘플을 전달한 상태며, 내부적으로는 발열 관리와 신호 속도, 적층 안정화 등에서 개선된 수치 또한 확인했다. 이런 흐름에서 삼성전자가 최근 공개한 HBM4 실물, 엔비디아와의 협력 확대, 생산 라인 전환 등은 매우 의미 있는 행보로 평가된다. 삼성전자가 자사의 강점인 대량 생산 능력을 HBM에서도 재현할 경우, 가격 협상 주도권을 앞세워 시장의 판도를 바꿀 수도 있다는 게 시장 전문가들의 주된 시각이다.