송명섭 (하이투자증권 연구원)

현재 메모리 반도체 시장의 화두는 단연 한국 반도체 업체들의 새로운 먹거리로 부상한 HBM의 고성장세가 얼마나 강하게 지속될 수 있을까이다.

하이투자증권은 올해 HBM의 출하량이 전년 대비 127% 성장할 것으로 전망하고 있지만 몇 가지의 제약 요소도 존재하는 것으로 판단하고 있다.

올해 고대역폭메모리(HBM)를 사용하는 AI 서버 출하량에 대한 시장의 컨센서스는 지난해 중순만 해도 50만대에 달했으나 시간이 지나며 점차 하향 조정되는 분위기이다.

지난해에 이어 올해에도 엔비디아에 대한 TSMC의 2.5D 패키지(CoWoS) 설비 할당 규모가 관건이 될 것으로 판단된다.

엔비디아는 TSMC에 올해 CoWoS 설비를 전년 대비 200% 늘어난 연 15만장을 할당해 달라고 요구했다. 하지만 최근 미국, 일본, 유럽 지역에 대한 투자 부담이 가중되고 있다. 올해 하반기 이후 AI 서버 투자 휴지기를 우려 중인 TSMC는 이에 대해 부정적인 입장인 것으로 알려져 있다. 순차적인 CoWoS 설비 증설 스케줄을 감안 시 올해 엔비디아에 대한 연간 할당량은 10만5천장 수준으로 전망된다.

지난해 HBM을 탑재하는 AI 서버, AI GPU의 생산량이 각각 19만대, 150만개를 기록했지만 CoWoS 설비 확장을 감안 시, 올해는 AI 서버 생산량이 36만대, AI GPU 생산량이 290만개까지 90% 증가할 것으로 추정된다.

지난해 A100GPU에는 64GB 용량의 HBM2E, H100 GPU에는 80~96GB 용량의 HBM3가 각각 8개씩 탑재됐다. 올해 3분기부터 B100 GPU가 출시되며 128~192GB 용량의 HBM3E를 탑재할 전망이다.

이러한 탑재량 증가까지 감안하면 올해 AI 서버용 HBM 출하 증가율은 GPU 출하 증가율 90%를 넘어서는 127%에 달할 것으로 추정된다.

단, TSMC의 CoWoS 설비 할당 규모와 함께 올해 GPU 및 HBM의 고성장에 제한 요소가 될 수 있는 것은 CoWoS의 부품으로 사용되는 인터포저(Interposer)가 충분히 공급될 수 있느냐의 문제이다. 현재 시장의 가장 보수적 전망치는 일부 해외 증권사의 AI GPU 200만개(AI 서버 25만대) 수준이다.

이러한 극히 보수적인 전망이 존재하는 것은 인터포저 공급이 충분하지 못할 수 있다는 우려에 근거하는 것으로 보인다.

인터포저는 2.5D 패키지 내에서 입출력 단자가 상이한 GPU 코어와 HBM을 연결해 주는 역할을 하는 실리콘 부품이다.

인터포저는 40~60나노 수준의 레거시(구형) 공정으로 제작돼 이익률이 낮다.

향후 GPU 코어와 HBM을 바로 적층하는 3D 패키지 시대에선 필요하지 않게 된다. 인터포저 생산 업체들의 입장에선 올해 수요가 크게 증가한다고 해서 생산 설비를 크게 늘렸다가 2026년쯤에 그간 늘려온 설비를 포기해야 할 수도 있다는 의미이다.

따라서 인터포저 업체들에 큰 인센티브가 제공되지 않는다면, 올해 시장이 원하는 만큼 생산 설비의 증설이 발생하지 못할 가능성이 있다. 향후 HBM 고성장 지속 여부를 판단하기 위해선 인터포저 업체들의 설비 확장 추이에 주목할 필요가 있다.

송명섭 〈하이투자증권 연구원〉