인공지능 반도체 시장에서 엔비디아가 차지하는 비중이 커지면서 삼성전자와 SK하이닉스의 고대역폭메모리(HBM) 공급 전략에도 변화가 나타나고 있다. 두 기업은 엔비디아를 주요 고객으로 유지하면서 AMD와 구글 등 다른 인공지능 반도체 개발사와의 협력 확대를 추진하고 있다. 특정 고객사에 대한 매출 집중도를 낮추고 차세대 HBM 시장에서 공급처를 넓히기 위한 경쟁이다.

HBM은 여러 개의 D램을 수직으로 쌓아 데이터 처리 속도와 전력 효율을 높인 고성능 메모리다. 대규모 인공지능 모델을 학습하고 실행하는 그래픽처리장치(GPU)와 인공지능 가속기에 사용된다. 일반 D램보다 제조 공정이 복잡하고 고객사별 성능 검증이 까다로워 공급업체와 반도체 설계기업 사이의 협력이 중요하다.

그동안 글로벌 HBM 시장은 엔비디아의 인공지능 가속기 수요를 중심으로 성장해 왔다. 엔비디아가 새로운 GPU를 출시하면 이에 필요한 HBM의 성능과 공급량도 함께 결정되는 구조다. 국내 메모리 기업들이 엔비디아와의 협력에 집중해 온 이유다.

그러나 인공지능 반도체를 직접 설계하는 기업이 늘어나면서 HBM 수요처도 다양해지고 있다. AMD는 데이터센터용 인공지능 가속기 제품군을 확대하고 있으며, 구글은 자체 개발한 텐서처리장치(TPU)를 통해 인공지능 연산 인프라를 구축하고 있다. 이들 기업의 제품에도 고성능 메모리가 필요하다.

삼성전자와 SK하이닉스 입장에서는 엔비디아 외 고객사를 확보하는 것이 단순한 판매처 확대에 그치지 않는다. 서로 다른 인공지능 가속기에 맞춘 메모리를 공급하면서 차세대 제품 개발에 필요한 기술과 생산 경험을 축적할 수 있기 때문이다.

삼성전자는 고객 다변화에서 구체적인 협력 성과를 확보했다. 지난 3월 AMD의 차세대 인공지능 가속기용 HBM4 우선 공급업체로 지정됐으며, 7월에는 브로드컴과 첨단 메모리 공급 및 반도체 위탁생산을 포함한 전략적 협력을 추진하기로 했다. 양사가 제시한 향후 5년간 협력 규모는 약 2천억 달러다. 다만 이는 예상 협력 규모로, 전액이 확정된 반도체 수주액을 뜻하지는 않는다.

삼성전자는 HBM뿐 아니라 반도체 위탁생산과 첨단 패키징 기술을 함께 제공할 수 있다는 점을 내세우고 있다. 인공지능 가속기를 개발하는 기업은 메모리 성능뿐 아니라 반도체 생산과 패키징 공정까지 함께 고려해야 하기 때문이다. 삼성전자는 이 같은 사업 구조를 활용해 고객사와의 협력 범위를 확대하고 있다.

SK하이닉스는 엔비디아와의 오랜 공급 관계를 바탕으로 HBM 시장에서 입지를 구축해 왔다. 2022년 HBM3 공급 이후 엔비디아의 주요 HBM 공급사로 자리 잡았으며, 차세대 제품 개발과 공급 일정에서도 긴밀하게 협력해 왔다.

그러나 젠슨 황 엔비디아 최고경영자의 퇴진으로 기존 경영진과 구축한 협력 관계에도 변수가 발생했다. 엔비디아의 새로운 경영진이 제품 개발 일정이나 부품 구매 전략을 조정할 경우 메모리 공급업체에도 영향을 미칠 수 있다. 다만 현재까지 기존 HBM 공급계약이 중단됐다는 사실은 확인되지 않았다.

SK하이닉스는 엔비디아 외 고객사와의 공급계약도 확대하고 있다. 업계에 따르면 글로벌 고객사 14곳과 장기공급계약을 체결해 2027년과 2028년 생산능력의 절반 이상에 해당하는 주문 물량을 확보했다. 엔비디아와도 내년도 HBM 공급 물량과 가격에 관한 협상을 마무리한 것으로 알려졌다.

구글의 자체 인공지능 반도체 사업 확대도 국내 메모리 기업들이 주목하는 변화다. 구글은 최근 8세대 TPU 제품군을 확대하고 자체 데이터센터뿐 아니라 외부 고객을 대상으로 인공지능 반도체 공급을 늘리고 있다.

구글과 같은 대형 기술기업이 자체 개발한 인공지능 반도체를 외부에 공급하면 엔비디아 GPU 외에도 HBM을 사용하는 반도체의 종류가 늘어난다. 이는 메모리 제조업체가 특정 GPU 개발사의 제품 일정에만 의존하지 않고 다양한 고객사와 공급계약을 체결할 수 있는 기반이 된다.

다만 고객사가 늘어난다고 해서 HBM 공급 물량을 즉시 전환할 수 있는 것은 아니다. 인공지능 가속기마다 요구하는 메모리 성능과 패키징 구조가 다르고, 실제 공급에 앞서 고객사의 품질 검증과 양산 안정성 확보가 필요하다.

차세대 HBM4와 HBM4E 시장에서는 이러한 기술적 요구가 더욱 높아지고 있다. 삼성전자와 SK하이닉스는 제품 성능뿐 아니라 안정적인 생산능력과 고객별 맞춤형 공급 역량을 확보해야 한다.

엔비디아의 경영진 교체가 국내 반도체 업계에 미칠 영향도 아직 확정되지 않았다. 기존 계약이 유지되고 인공지능 인프라 투자가 지속된다면 단기 공급에는 큰 변화가 없을 수 있다. 반면 신규 GPU 출시 일정이나 구매 정책이 조정되면 고객사별 공급 물량에도 영향을 줄 수 있다.

인공지능 반도체 공급망의 재편이 곧바로 메모리 수요 감소를 뜻하는 것은 아니다. 맞춤형 반도체의 HBM 탑재량이 증가하고 고객사가 다양해지면 메모리 공급업체가 확보할 수 있는 거래 기회도 늘어난다.

삼성전자는 AMD와 브로드컴 등으로 협력 범위를 넓히고 있으며, SK하이닉스는 엔비디아 공급 기반을 유지하면서 다른 인공지능 반도체 기업과의 장기계약을 확대하고 있다.

두 기업 모두 차세대 HBM 생산과 고객사별 공급체계 구축에 나선 가운데, 실제 시장 변화는 신규 반도체의 양산 일정과 공급계약 이행 과정에서 확인될 예정이다.

정한영 기자