무엇보다 현재 SK하이닉스가 엔비디아의 HBM3 납품을 독점하고 있지만 혼자 물량을 감당하기는 어려운 상황인 만큼 내년도 삼성전자의 HBM 물량은 늘어날 것으로 보인다. 나아가 최근 엔비디아의 경쟁사인 AMD도 최신 AI반도체를 선보이고 삼성전자의 HBM을 대거 이용할 것으로 보여 내년도 삼성전자의 실적 역시 바닥을 찍고 정상 궤도에 오를 것으로 예상된다.

10일 반도체 업계에 따르면 삼성전자는 최근 엔비디아의 성능 품질 테스트 최소치를 통과했다. 공급계약 소식은 아직 없지만 내부적으로는 조만간 계약을 맺을 수 있을 것으로 보고 있다. 당초 삼성전자는 올해 3분기 엔비디아에 HBM3 성능 테스트를 받고 공급 계약을 진행하려고 했지만 수율이나 성능 요구치를 충족시키지 못하면서 계약에 실패했다.

HBM은 D램 여러 개를 실리콘관통전극(TSV) 공정으로 쌓은 고부가 메모리다. AI 서버에서 쓰이는 그래픽처리장치(GPU) 성능이 대폭 올라가면서 일반 D램으로 소화가 어려워지자 HBM이 주목을 받은 것이다.

HBM은 1세대(HBM)-2세대(HBM2)-3세대(HBM2E)-4세대(HBM3)-5세대(HBM3E) 순으로 개발되고 있다. 과거 삼성전자는 HBM 3세대인 HBM2E 때까지는 시장에서 높은 점유율을 기록하면서 시장을 장악해왔다. 하지만 제품 가격이 비싸고 수익성이 높지 않는다는 이유로 HBM 시장에서 추가 투자를 줄이고 관련 사업부를 해체하는 등 사실상 사업에 철수했다.

그동안 SK하이닉스가 HBM3 시장에서 제품 개발에 힘을 실으면서 시장을 확대해나갔고 엔비디아와의 계약도 이어갔다. 그런 상황에서 올해 초 갑자기 챗GPT 열풍이 불고 AI반도체에 대한 수요가 급격히 늘어나면서 SK하이닉스의 HBM3 공급이 폭증했다. 그로 인해 어려운 업황에서도 높은 수익을 내며 HBM3 시장을 주도했다.

이에 삼성전자도 다급히 HBM3 시장에 뛰어들면서 제품을 개발하고 주요 공급처에 납품을 시도했지만, SK하이닉스와 2~3년차의 시간 격차를 단기간에 해소하지 못하고 어려움을 겪었다. 하지만 최근 전사적으로 빠르게 HBM3 투자와 개발에 나섰고, 이번에 엔비디아 성능테스트에도 통화하면서 내년도 전망 역시 밝아진 상황이다.

업계 한 관계자는 "당장 엔비디아의 주요 GPU 제품에 삼성전자의 HBM이 들어가지는 않겠지만 일단 저성능 제품에 삼성 HBM를 써보고 어느 정도 레퍼런스가 쌓이면 확대해나가는 방식으로 갈 것"이라면서 "엔비디아가 기존 SK하이닉스를 주요 공급처로 가져가고 삼성전자를 서브로 가져가는 형태가 될 것"이라고 말했다.

박유악 키움증권 연구원도 "국내 경쟁사가 독점하고 있던 HBM3 시장에 삼성전자의 진입이 예상된다"며 "올 연말·연초 엔비디아를 포함한 주요 고객들로의 HBM3 공급이 본격화되고, HBM3e(5세대 HBM) 양산화를 위한 의미 있는 성과도 이룰 것"이라고 전망했다. 이어 "이를 위한 HBM의 생산능력도 현재 대비 2배 이상 급등하며, 삼성전자의 HBM3를 둘러싼 시장 참여자들의 우려가 점차 완화되기 시작할 것"이라고 평가했다.

세계 인공지능(AI) 반도체 시장을 장악한 엔비디아에 AMD가 도전장을 내민 것도 삼성전자에게는 호재다. 기존에 삼성전자가 AMD와의 관계가 좋았던 만큼 AMD 공급에 있어서는 SK하이닉스에 밀리지 않겠다는 포부다.

지난 6일(현지시간) AMD는 자체 행사인 '어드밴싱 AI' 행사에서 최신 AI반도체인 '인스팅트 MI300X' 시리즈 출시를 발표했다. AMD 측은 신제품인 MI300X가 엔비디아의 대표 제품인 H100에 비해 2.4배 뛰어난 메모리 밀도와 1.6배 이상의 대역폭을 제공한다고 주장하며 정면승부를 예고했다.

◆HBM 확대로 내년 실적 개선 가시화 될 듯

삼성전자가 내년에 HBM 공급을 확대하면 실적도 빠르게 회복될 전망이다. 특히 AMD의 AI반도체 시장 참전을 통한 HBM 공급처 다변화로 인해 내년도 수익성 강화에도 힘이 실리게 됐다.

실제 앤드류 딕맨 AMD 데이터 센터 GPU 사업부 총괄은 "특정 업체를 주요 공급사로 선정하지 않고 삼성전자와 SK하이닉스, 마이크론 등 HBM을 제작할 수 있는 기업들로부터 다양하게 공급받을 계획"이라고 설명해 AMD발 물량을 두고 메모리 3사간 경쟁이 한껏 치열해질 전망이다.

삼성전자는 대규모 투자를 통한 공급물량 확대로 시장 점유율을 높이겠다는 전략이다. 이미 올해 대비 내년 HBM 공급 물량을 2.5배 이상 늘리기 위해 대규모 설비 투자를 단행하고 있다. 올해 삼성전자의 연간 시설투자 금액은 역대 최대인 53조7000억원이다.

수요에 비해 공급이 부족한 HBM 시장에서 안정적 생산능력을 앞세워 시장 점유율을 빠르게 늘린다는 구상이다. 엔비디아, AMD 등 양대 GPU 업체 뿐 아니라 구글, 아마존 등 글로벌 빅테크 기업들도 자체 AI 칩 개발에 뛰어들고 있어 HBM 시장은 내년에도 급성장이 예상된다.

삼성전자는 내년 3분기 HBM3e를 양산하고 그 다음해 큰 기술적 업그레이드가 이뤄진 HBM4를 선보일 예정이다. 황상준 삼성전자 메모리사업부 D램 개발실장(부사장)은 "HBM4를 2025년을 목표로 개발하고 있다"며 "해당 제품에 적용하기 위해 고온 열특성에 최적화된 기술도 준비 중"이라고 밝혔다.

삼성전자는 내년 4분기 SK하이닉스를 따라잡는다는 계획이다. 키움증권에 따르면 삼성전자의 월 HBM 캐파는 내년 4분기 15만~17만장으로 확대돼 SK하이닉스의 12만~14만장을 앞설 것으로 분석했다.