도입: AI 시대의 혈액, HBM – 2025년 경쟁 구도의 서막

2024년까지 SK하이닉스가 압도적인 우위로 주도해 온 고대역폭 메모리(HBM) 시장은 2025년을 기점으로 중대한 변곡점을 맞이하고 있다. 인공지능(AI) 혁명의 심장부에서 ‘데이터의 혈액’ 역할을 하는 HBM의 중요성이 극대화되면서, 삼성전자와 마이크론이 본격적인 추격에 나서며 절대 강자 없는 3강 체제를 예고하고 있다. 본 보고서는 2025년 HBM 시장의 패권이 어디로 향할 것인지, 기술, 생산 능력, 고객사 확보라는 세 가지 핵심 축을 중심으로 3대 기업의 경쟁 구도를 심층적으로 분석하고 미래를 전망하고자 한다.

HBM은 더 이상 단순한 고성능 메모리 반도체가 아니다. 챗GPT와 같은 거대언어모델(LLM)과 AI 데이터센터의 폭발적인 성장은 GPU와 같은 AI 가속기의 성능을 극한으로 끌어올릴 것을 요구했고, 이 과정에서 발생하는 데이터 병목 현상을 해결할 유일한 열쇠가 바로 HBM이다 (동아사이언스). HBM의 대역폭이 AI 모델의 학습 및 추론 속도를 직접적으로 결정하기에, HBM 시장은 반도체 기업들의 명운을 가르는 가장 치열한 전쟁터가 되었다.

2025년 HBM 시장의 주요 관전 포인트는 다음과 같다:

• HBM3E 주도권 경쟁: 현재 시장의 주력 제품인 HBM3E에서 3사의 양산 능력과 품질 경쟁이 어떻게 전개될 것인가?
• 차세대 HBM4 기술 선점: 2026년 이후 시장을 지배할 HBM4 기술 표준 경쟁에서 누가 먼저 유리한 고지를 점령할 것인가?
• 공급망 안정성과 생산 능력(CAPA): 폭증하는 수요에 맞춰 누가 더 안정적으로, 더 많은 물량을 공급할 수 있는가?
• ‘고객 맞춤형(Custom HBM)’ 트렌드: AI 칩 설계사의 요구에 맞춰 HBM을 맞춤 설계하는 새로운 패러다임에 누가 가장 잘 대응할 것인가?

이러한 질문들에 대한 답을 찾아가는 과정은 2025년 이후 글로벌 반도체 산업의 지형도를 예측하는 중요한 바로미터가 될 것이다.

HBM 기술 패권: 누가 차세대 기술 표준을 선점하는가?

HBM 시장의 경쟁은 본질적으로 기술 패권 다툼이다. 현재의 주력인 HBM3E 양산 경쟁부터 미래의 승부처인 HBM4 기술 개발 로드맵에 이르기까지, 기술적 우위는 시장 점유율과 직결된다. 각 기업은 저마다의 강점을 내세워 차세대 기술 표준을 선점하기 위한 치열한 경쟁을 벌이고 있다.

HBM3E: 현재의 전쟁터

2025년 시장의 향방을 가를 가장 중요한 변수는 5세대 HBM인 HBM3E의 안정적인 양산과 공급 능력이다. 이 시장은 선두주자와 추격자 간의 격전이 가장 뚜렷하게 나타나는 곳이다.

• SK하이닉스: HBM3 시장을 최초로 개척하고 선점한 경험은 HBM3E 시장에서도 강력한 무기가 되고 있다. 안정적인 수율과 엔비디아와의 공고한 초기 협력 관계를 바탕으로 시장 초기 리더십을 유지하고 있다 (조선비즈). 이는 경쟁사들이 넘어야 할 높은 진입장벽으로 작용한다.
• 삼성전자: HBM3를 건너뛰고 HBM3E에 모든 역량을 집중하는 ‘선택과 집중’ 전략을 구사했다. 1초에 1.2TB 이상의 데이터를 처리하는 ‘샤인볼트(Shinebolt)’를 공개하며 성능 우위를 강조하고 있으며, 특히 12단 적층 기술을 통해 용량과 성능에서 차별화를 꾀하고 있다 (삼성전자 뉴스룸). 엔비디아 등 핵심 고객사 확보에 총력을 기울이며 시장 판도 변화를 노리고 있다.
• 마이크론: 경쟁사들보다 출발은 늦었지만, HBM3E 양산에 성공하며 주요 공급사로 당당히 진입했다. 후발주자의 이점을 살려 공격적인 가격 및 공급 전략을 펼칠 경우, 시장의 ‘메기’ 역할을 하며 경쟁 구도를 더욱 복잡하게 만들 잠재력을 지니고 있다 (조선일보).

HBM4: 미래의 승부처

HBM3E 경쟁이 현재진행형이라면, 6세대 HBM인 HBM4는 미래 시장의 패권을 결정할 진정한 승부처다. HBM4는 기존과는 차원이 다른 기술적 변화를 예고하고 있다.

HBM4는 기존 1024-bit에서 2048-bit로 인터페이스가 2배 확장되며, 이는 메모리 컨트롤러를 HBM 스택의 가장 아래층(Base Die)에 통합하는 것을 의미한다. 이는 단순한 메모리 기술을 넘어, 고객사의 로직 공정과의 결합이 필수적이게 됨을 시사한다.

• 기술적 변화와 고객 맞춤형 전략: HBM4부터는 GPU 등 고객사의 칩과 함께 설계되는 ‘고객 맞춤형(Custom HBM)’ 트렌드가 본격화될 전망이다 (조선일보). 이는 AI 칩 설계사와 메모리 제조사 간의 초기 설계 단계부터의 긴밀한 협력이 과거 어느 때보다 중요해짐을 의미한다.
• 기업별 로드맵 비교:
  • SK하이닉스: HBM4 12단 및 16단 샘플을 가장 먼저 공개하는 등 발 빠른 행보를 보이며 ‘초격차’ 유지 전략을 구사하고 있다 (SBS Biz).
  • 삼성전자: 경쟁사보다 한 세대 앞선 1c D램 공정을 HBM4에 적용하려는 ‘기술 도약’ 전략을 추진 중이다. 이는 성능과 전력 효율에서 우위를 점하려는 시도다 (브릿지경제).

핵심 공정 기술의 중요성

HBM의 성능은 D램을 얼마나 높이, 그리고 효율적으로 쌓아 올리느냐에 달려있다. 이 과정에서 핵심적인 역할을 하는 것이 바로 TSV와 본딩, 그리고 냉각 기술이다.

• TSV(실리콘 관통 전극) & 본딩 기술: D램 칩에 미세한 구멍을 뚫어 수직으로 연결하는 TSV 기술은 HBM의 근간이다. 칩들을 쌓아 붙이는 본딩 기술 역시 중요하다. 현재 주력인 NCF(비전도성 접착 필름) 방식에서 한 단계 나아가, 범프(Bump) 없이 구리(Cu)를 직접 연결하는 하이브리드 구리 본딩(Hybrid Copper Bonding, HCB) 기술이 차세대 핵심으로 떠오르고 있다. HCB는 더 많은 칩을 안정적으로 쌓고, 열 배출 성능을 개선할 수 있어 HBM4 이후 시대의 필수 기술로 꼽힌다 (삼성전자 뉴스룸).
• 냉각(Cooling) 기술: 12단, 16단을 넘어 20단 이상으로 D램을 쌓아 올리면서 발생하는 ‘열’은 HBM 성능의 가장 큰 적이다. KAIST는 2029년 HBM5 시대부터는 칩을 냉각수에 직접 담그는 ‘이머전 쿨링(액침 냉각)’과 같은 첨단 냉각 기술이 HBM의 경쟁력을 좌우할 핵심 변수가 될 것이라고 전망했다 (디일렉).

시장 점유율과 생산 전략: 누가 더 많이, 더 빨리 공급하는가?

AI 시장의 폭발적인 수요는 HBM 공급 부족 사태를 야기했다. 기술력만큼이나 중요한 것이 바로 ‘생산 능력(CAPA)’이다. 2025년은 3사가 본격적인 증설 경쟁을 통해 얼마나 많은 HBM을 시장에 공급할 수 있는지를 겨루는 한 해가 될 것이다.

2024년 시장 점유율 현황과 2025년 예측

2024년까지는 SK하이닉스가 시장을 주도했지만, 2025년부터는 지각 변동이 예상된다. 시장조사기관 트렌드포스에 따르면, SK하이닉스는 2025년 1분기 D램 시장에서 매출 기준 점유율 1위를 차지하며 HBM 시장 선점 효과를 톡톡히 봤다 (경향신문). 하지만 2025년 하반기로 갈수록 삼성전자와 마이크론의 HBM3E 양산이 본격화되면서 SK하이닉스의 독주 체제는 완화되고, 3사 간 점유율 격차는 점차 줄어들 것으로 전망된다.

자료: 각종 시장조사기관 보고서 및 언론 보도를 바탕으로 재구성

공급 능력(CAPA) 경쟁

수요가 공급을 초과하는 상황에서, 생산 능력은 곧 매출과 직결된다. 3사는 HBM 생산 라인 확보를 위해 천문학적인 투자를 단행하고 있다.

• SK하이닉스: 2025년 생산 물량이 이미 완판되었다고 밝히며 (라이브Biz), 안정적인 공급 능력을 시장에 과시했다. 이는 고객사와의 신뢰를 강화하는 중요한 요소다.
• 삼성전자: 막대한 자본력을 바탕으로 공격적인 설비 투자를 집행하며 HBM 생산 능력을 빠르게 확대하고 있다. 이는 단기간에 시장 점유율을 끌어올릴 수 있는 가장 강력한 카드다.
• 공급망 병목 현상(Bottleneck): HBM 생산은 메모리 제조사만의 노력으로 완성되지 않는다. 특히 HBM을 GPU와 결합하는 TSMC의 CoWoS(Chip on Wafer on Substrate)와 같은 첨단 패키징 기술의 생산 능력이 전체 HBM 공급량을 제한하는 핵심 병목 지점으로 작용하고 있다. 향후 이 병목 현상이 완화될 경우, HBM 시장의 성장은 더욱 가속화될 수 있다.

수익성 및 가격 전략

HBM은 반도체 기업들의 ‘황금알을 낳는 거위’로 부상했다. 일반 D램보다 가격이 5배 이상 높고 수익성 또한 월등하기 때문이다. 2025년에는 HBM이 전체 D램 매출에서 차지하는 비중이 30%를 넘어설 것이라는 전망이 나온다 (세계일보). 이는 HBM 시장에서의 성공이 메모리 기업 전체의 수익성과 미래를 좌우하는 핵심 동력임을 의미한다. 따라서 각 사는 단순히 점유율을 높이는 것을 넘어, 고부가가치 제품을 중심으로 수익성을 극대화하는 전략을 펼칠 것으로 예상된다.

생태계와 고객 관계: 누가 AI 제국의 심장을 차지하는가?

HBM 경쟁은 메모리 제조사 3곳만의 싸움이 아니다. 이는 AI 칩 설계사, 파운드리, 장비·소재 기업까지 복잡하게 얽힌 거대한 생태계 게임이다. 이 생태계의 정점에는 최대 고객사인 엔비디아가 있으며, 그의 선택이 시장 판도를 뒤흔드는 절대적인 영향력을 행사한다.

절대 갑(甲), 엔비디아(NVIDIA)의 선택

AI 가속기 시장의 80% 이상을 장악한 엔비디아는 HBM 시장의 가장 큰 손이자 사실상의 ‘표준 제정자’다. 엔비디아의 차세대 GPU인 ‘블랙웰(Blackwell)’이나 그 이후 모델인 ‘루빈(Rubin)’에 어떤 기업의 HBM이 탑재되느냐가 시장의 승패를 가르는 핵심 변수다.

• SK하이닉스는 HBM 초기부터 엔비디아와 긴밀히 협력하며 두터운 신뢰 관계를 구축했다. 이는 HBM3 시장을 독점하는 결정적 계기가 되었다.
• 삼성전자와 마이크론은 엔비디아의 ‘공급망 다변화’ 전략의 수혜를 입기 위해 총력을 기울이고 있다. 엔비디아 입장에서도 특정 공급사에 대한 의존도를 낮추고 안정적인 물량을 확보하기 위해 2개 이상의 공급사를 활용하는 것이 유리하다. 따라서 이들의 품질 인증 테스트 통과 여부와 공급 협상 결과는 2025년 시장의 가장 큰 관심사다.

경쟁과 협력의 이중주: 파운드리와의 관계

HBM 기술이 고도화되면서 파운드리(반도체 위탁생산) 기업과의 협력은 선택이 아닌 필수가 되었다. 특히 HBM4부터는 그 중요성이 더욱 커질 전망이다.

• TSMC: 첨단 패키징(CoWoS) 시장의 절대 강자인 TSMC는 모든 HBM 제조사가 협력해야 하는 파트너다. 메모리 3사는 모두 자사의 HBM을 TSMC에 보내 엔비디아 GPU와 결합해야 한다. 최근 TSMC가 HBM 생태계에 직접 영향력을 행사하려는 움직임을 보이는 것은 향후 시장의 주요 변수가 될 수 있다 (조선일보).
• 삼성전자: 세계 유일의 종합반도체기업(IDM)으로서 메모리, 파운드리, 패키징 공정을 모두 보유한 삼성전자는 ‘턴키(Turn-key)’ 전략의 잠재력을 가지고 있다. HBM4 시대에 HBM 스택의 로직 다이를 직접 설계·생산하고 패키징까지 한번에 제공할 수 있다는 점은 비용과 성능 측면에서 강력한 무기가 될 수 있다.

소재·부품·장비(소부장) 생태계의 역할

HBM 생산은 최첨단 장비와 소재 없이는 불가능하다. D램 칩을 정밀하게 쌓고 접합하는 TC 본더(TC Bonder), 칩 사이를 채우는 NCF 필름 등 고도의 기술력을 요하는 소부장 기업들의 역할이 매우 중요하다. 한미반도체와 같은 국내 소부장 기업들은 HBM 시장의 성장과 함께 동반 성장하며 강력한 생태계를 구축하고 있다. 이러한 후방 산업의 경쟁력이 결국 HBM 제조사의 원가 경쟁력과 기술력을 뒷받침하는 중요한 기반이 된다.

결론: 2025년, ‘절대 강자’ 없는 3강 구도의 시대 개막

미래 전망 및 시사점

• 기술 경쟁의 진화: HBM4 이후의 경쟁은 단순히 D램을 높이 쌓는 것을 넘어, 고객사의 요구에 맞춘 ‘맞춤형 설계’ 능력과 발열 문제를 해결할 ‘첨단 패키징 및 냉각 기술’이 새로운 승부처가 될 것이다.
• 공급망 다변화의 가속: 엔비디아를 비롯한 AI 칩 기업들은 안정적인 공급망 확보를 위해 2개 이상의 HBM 공급사를 활용하는 ‘멀티 벤더’ 전략을 더욱 강화할 것이다. 이는 후발 주자에게는 지속적인 기회 요인으로 작용할 전망이다.
• 새로운 시대의 개막: 결론적으로 2025년은 HBM 시장의 ‘춘추전국시대’가 본격적으로 개막하는 원년이 될 것이다. 시장 참여자들은 특정 기업의 일방적인 승리를 예측하기보다, 경쟁 구도 자체가 역동적으로 변화하는 과정에서 파생될 새로운 기술 혁신과 시장 기회에 주목해야 한다. 승자 독식의 시대는 끝나고, 끊임없이 변화에 적응하고 혁신하는 자만이 살아남는 진정한 경쟁의 시대가 시작되었다.