SK-TSMC협업, “HBM4 시장장악력↑..삼성과 경쟁 치열”(종합)

[이데일리 최영지 김응열 기자] “SK하이닉스와 TSMC와의 기술협력은 양사 시너지 효과는 물론 첨단 반도체 시장 장악력을 강화할 수 있는 요소다.”(이규복 한국전자기술연구원(KETI) 연구부원장)

SK하이닉스 이천 반도체공장 전경(사진=SK하이닉스)

“HBM 1위와 파운드리 1위 협력…고객에 신뢰줄 것”

SK하이닉스(000660)는 최근 대만 타이페이에서 TSMC와 기술 협력을 위한 양해각서(MOU)를 체결했다고 19일 밝혔다. MOU 골자는 TSMC와 손잡고 오는 6세대 고대역폭메모리(HBM)인 HBM4 개발에 집중한다는 것으로, 파운드리(반도체 위탁생산) 1위 업체와의 협력을 통해 첨단공정에서 차세대 HBM 생산을 가속화해 시장을 지속 선도하겠다는 취지다.

SK하이닉스는 “당사는 파운드리 1위 기업 TSMC와 힘을 합쳐 또 한번의 HBM 기술 혁신을 이끌어 내겠다”며 “고객-파운드리-메모리로 이어지는 3자 간 기술 협업을 바탕으로 메모리 성능의 한계를 돌파할 것”이라고 했다. SK하이닉스가 TSMC와 제품 생산을 두고 긴밀하게 협력하는 것은 이번이 처음이다.

김양팽 산업연구원 전문연구원은 “메모리업체와 파운드리업체의 협력은 지금까지는 생각하지 못한 비즈니스 모델”이라며 “SK하이닉스로서 파운드리 1위 업체인 TSMC와 기술협력을 할 수 있어 고객사들에 신뢰를 줄 수 있다”고 했다. 업계의 한 관계자도 “팹리스(반도체 설계업체)들에게 HBM 경쟁력을 갖고 있는 SK하이닉스와 TSMC 파운드리로 더 안정감 있는 제품을 제공 받을 수 있다는 점을 소구점으로 제시할 수 있다”고 했다.

양사는 우선 HBM 패키지 내 최하단에 탑재되는 베이스 다이 성능 개선에 나선다. HBM은 베이스 다이 위에 D램 단품 칩인 코어 다이를 쌓아 올린 뒤 이를 TSV 기술로 수직 연결해 만들어진다. 베이스 다이는 그래픽처리장치(GPU)와 연결돼 HBM을 컨트롤하는 역할을 수행하는데, HBM4 등 차세대 HBM으로 나아갈수록 성능과 전력 효율 등 고객들의 폭넓은 요구에 부합해야 해 초미세 공정 내 생산이 필요하다.

이때문에 SK하이닉스는 5세대인 HBM3E까지는 자체 공정으로 베이스 다이를 만들었으나 HBM4부터는 TSMC가 보유한 로직 초미세 선단공정을 활용해 로직 선단 공정을 활용할 계획이다.

이와 함께 양사는 SK하이닉스의 HBM과 TSMC의 CoWoS(Chip on Wafer on Substrate) 기술 결합을 최적화하기 위해 협력하고, HBM 관련 고객 요청에 공동 대응하기로 했다.

김주선 SK하이닉스 AI 인프라담당(사장)은 “TSMC와의 협업을 통해 최고 성능의 HBM4를 개발하는 것은 물론 글로벌 고객들과의 개방형 협업에도 속도를 낼 것”이라고 했다.

곽노정 SK하이닉스 대표이사 사장(사진=SK하이닉스)

삼성·SK, ‘맞춤형 HBM’ 본격 경쟁…시장선점 관건은 ‘기술력’

삼성전자(005930)와 SK하이닉스 등 메모리업체들의 HBM3E에 이어 HBM4 시장점유율 선점을 위한 경쟁이 더욱 치열해질 것으로 보인다. SK하이닉스는 TSMC와 협업해 HBM4를 개발해 2026년 양산할 예정이다.

삼성전자는 HBM4를 내년 개발할 계획이다. 지난 1월 실적발표 컨퍼런스콜에서 “HBM4은 내년 샘플링, 2026년 양산을 목표로 개발하고 있다”며 “고객 맞춤형 요구가 증가하는 가운데 고객별로 최적화한 주요 고객사들과 세부 스펙을 협의하고 있다”고 설명했다. 업계 관계자는 “HBM4는 기존 제품 대비 성능이 확연히 개선될 것으로 보인다”며 “초기 모델은 범용으로 시작할 것이며 점차 고객맞춤형 제품으로 발전할 것”이라고 예상했다.

로직공정을 사용하는 HBM4의 경우 결국 TSMC와 삼성전자 파운드리 기술력 대결이 될 것으로 보인다. 양사 초미세 선단공정을 통해 HBM4에 다양한 시스템 기능을 추가할 것으로 보인다.

삼성전자는 SK하이닉스와 달리 파운드리사업을 영위하는 만큼 자사 파운드리 공정을 통해 HBM4를 생산한다는 입장이다. 또 메모리·파운드리·시스템LSI·첨단패키징(AVP) 등 종합 역량을 활용할 뿐 아니라 차세대 HBM 전담팀을 구성해 제품 기획에 집중한다.

또 어드밴스드패키징 기술 개발도 고객사 수주에 영향을 미칠 것으로 보인다. TSMC는 오랜 기간 독자적으로 개발한 CoWoS 방식 개발에 집중한다. 엔비디아도 자사 AI 반도체 생산에 이 방식을 고수하고 있다.

이규복 한국전자기술연구원(KETI) 연구부원장은 “SK하이닉스와 TSMC가 협력하는 패키징 기술인 TSMC의 CoWoS 방식은 시장에서 인정하는 기술”이라며 “기술적으로는 SK하이닉스 경쟁력이 우위를 잡게 됐고 삼성으로선 HBM시장에서 더욱 벅찬 상황이 돼 가고 있다”고 분석했다.