증설해도 증산 한계…K칩, 2030년에도 귀한 몸

[이데일리 김소연 기자] 대규모 설비투자 확대가 공급 과잉으로 이어졌던 과거 메모리 산업의 공식이 흔들리고 있다. 인공지능(AI) 수요 폭발과 함께 공급 측면에서 생산량을 제약하는 요인이 커지고 있어서다. 차세대 고대역폭메모리(HBM)의 고도화로 같은 웨이퍼에서 생산할 수 있는 메모리 물량이 적어진 데다 최첨단 장비 확보에 걸리는 시간이 더 길어지고 있는 것이다. 업계 일각에서는 메모리 호·불황 사이클이 사실상 사라졌다는 진단이 나온다.

2일 업계에 따르면 삼성전자와 SK하이닉스의 올해 시설투자 규모는 양사 합산 약 120조원에 이른다. 삼성전자 반도체(DS)부문은 올해 76조8000억원을 투입한다. 지난해(47조4764억원)보다 62% 늘린 규모다. SK하이닉스는 지난해 30조1730억원에서 올해 40조원대 후반으로 투자를 확대할 것으로 알려졌다.

삼성전자와 SK하이닉스 내부적으로는 대규모 증설이 공급 증가로 바로 이어지지는 않을 것으로 보고 있다. 삼성전자는 2028년까지, SK하이닉스는 2030년까지 수급이 빠듯할 것으로 보고 있다.

삼성전자 HBM4E 제품 (사진=삼성전자)

메모리 공급 제약은 주력 제품의 변화와 직결돼 있다. 과거처럼 소위 ‘찍어내는’ 범용 제품이 아니라 한층 고도화한 HBM이 전면에 등장하면서 기술적인 제약이 커진 것이다. 차세대 HBM4E, HBM5로 갈수록 반도체 칩인 다이(Die)의 면적이 커지고 금속 배선층이 늘어나면서 같은 생산능력으로 확보할 수 있는 메모리 물량은 더 적어진다. 미국 마이크론에 따르면 HBM3E가 동일한 용량의 DDR5를 생산할 때보다 약 3배 많은 웨이퍼를 소모한다. HBM4E의 경우 4배를 넘어설 것으로 마이크론은 전망했다. 고부가 HBM 생산이 늘어날수록 일반 D램 생산에 투입할 수 있는 웨이퍼가 상대적으로 줄어드는 구조다.

[이데일리 김정훈 기자]

게다가 현재 주력인 HBM3E 12단 제품만 해도 수율이 50% 안팎에 그치는 것으로 알려졌다. 80%를 훌쩍 넘는 범용 D램과는 차이가 크다. 그만큼 공급 물량이 줄어들 수밖에 없는 셈이다. 업계 한 고위인사는 “메모리 제품이 고도화할수록 물리적인 공급 증가 제약 현상은 불가피할 것”이라고 했다.

최선단 공정을 소화할 장비 확보에도 시간이 더 걸린다. 이를테면 세계 최대 반도체 장비업체 ASML은 극자외선(EUV) 노광장비를 올해 65대에서 내년 85대, 오는 2028년 110대로 늘릴 방침이다. 그럼에도 고객사 수요에는 한참 못 미친다. 반도체 생산기업들은 높은 이익률을 유지하고자 생산시설은 선제적으로 확보하되, 장비 반입과 양산 확대는 수요에 맞춰 조절한다는 방침이다.

김형준 차세대지능형반도체사업단장(서울대 명예교수)은 “대규모 공장을 먼저 지어도 장비 반입과 라인 가동은 시황에 따라 탄력적으로 조절하는 전략이 필요하다”며 “과거와 같은 메모리 사이클은 사라졌다”고 말했다.

SK하이닉스 HBM4E 제품(사진=SK하이닉스)