인더뉴스 이종현·김홍식 기자ㅣ2009년 하이닉스에는 'HBM 팀'이라는 낯선 조직이 신설됩니다. 내부에서조차 '뭘 하는 팀인가'라고 묻기까지 했다고 합니다.
SK하이닉스 관계자는 "2009년은 회사에 대한 매각설이 나도는 어수선한 분위기였습니다. 범용 제품으로 경쟁사에 대응조차 힘든 시기여서 관심조차 없었습니다. HBM 팀의 본격적인 활동은 SK그룹에 편입이 완료된 2012년 직후입니다"라고 회상했습니다.
그로부터 15년이 지난 2024년, SK하이닉스는 반도체 역사에 새로운 획을 그었습니다. 2024년 3분기에 약 7조원의 영업이익을 달성하며 1983년 설립(당시 현대전자) 이후 40년 만에 영업이익 기준으로 세계 1위에 올랐습니다. 매출, 영업이익, 순이익 모두 사상 최대의 실적입니다. 그 중심에는 HBM(고대역폭메모리)이라는 새로운 반도체가 자리 잡고 있습니다.
시장의 변화와 새로운 시대 흐름을 파악하고, 과감한 도전과 투자가 세계 1위 등극으로 이어졌다는 내외부의 평가입니다.
변화와 도전 없이 성공 없다…리더의 결단과 뚝심
SK하이닉스의 첫 번째 HBM 양산은 2012년입니다.
"HBM을 개발하는 과정에서 어려움을 겪고 있었고 무엇보다 시장 성장이 예상보다 더뎌 사업에 대한 우려가 커지면서 업계에서는 비관론이 쏟아졌습니다. 하지만 우리는 HBM이 SK하이닉스 고유의 기술력을 보여줄 기회라고 봤습니다. 최고의 제품만 개발하면 이를 활용할 서비스는 자연스레 생길 것이라고 확신했습니다. 이것이 제품 개발을 밀고 나가는 원동력이 되었습니다."(박명재 SK하이닉스 HBM 설계 부사장, 2024년 SK하이닉스 뉴스룸 인터뷰)
관심조차 받지 못했던 HBM의 빛을 보게 된 것은 리더의 결단이 크게 작용했다는 평가입니다. 당시 메모리반도체 시장의 1%에 불과했던 HBM이지만 최고 의사결정권자의 결단과 이를 끝까지 믿고 투자한 결실입니다.
과학기술정보통신부 장관을 역임한 이종호 서울대 공대 교수는 최근 한 언론과 인터뷰에서 "HBM 역사 초기 삼성전자는 맨파워와 좋은 시설을 기반으로 2세대 HBM을 최초 개발했으나 양산 연구에 집중하지 않았다. 반면, SK하이닉스는 미래를 보고 HBM에 집중했다. AI 발전과 병렬 프로세스, 대역폭이 넓은 메모리 중요성을 인식하고 HBM 개발을 지속했다. 통찰력을 키워 미래를 읽은 것이다"고 진단했습니다.
곽노정 SK하이닉스 사장은 지난 5월 기자간담회에서 "SK그룹에 편입된 게 2012년인데, 그때부터 메모리 업황이 좋지 않아서 대부분의 반도체 기업이 투자를 10% 이상씩 줄였지만 SK그룹은 투자를 늘리는 결정을 했다"며 "당시 투자를 확대하는 결정이 전 분야에 걸쳐 이뤄졌고 거기에는 시장이 언제 열릴지 모르는 불확실성이 있는 HBM 투자도 포함됐다"고 말했습니다.
최태원 SK그룹 회장은 하이닉스 인수 직후부터 국내·외 현장을 돌며 "결정했으면 뚝심있게 밀어붙여라, 과감하게 투자하겠다"며 독려했습니다. SK하이닉스는 HBM를 포함해 매년 조 단위의 연구 개발비를 투입했고 2015년 M14를 비롯해 신규 공장도 잇따라 지었습니다.
2013년, 세계 최초의 1세대 HBM을 개발하는 데에 성공한 SK하이닉스는 이후에도 지속적으로 HBM에 집중 투자하며 2023년에는 HBM3 12단(24GB)을, 2024년에는 HBM3E 12단(36GB) 양산까지 성공해 업계에서 독보적인 위치를 갖게 됩니다. 지난 3월 HBM3E를 엔비디아에 가장 먼저 납품하기 시작한 데에 이어 지난 10월 양산에 돌입한 HBM3E 12단 제품도 연내 공급할 예정입니다.
독보적인 기술력으로 빛난 맞춤형 HBM
리더의 결단과 과감한 투자는 경쟁사가 따라오기 어려운 독보적 기술력으로 이어졌습니다. 시장 변화에 적확하게 대응한 '맞춤형'과 '패키징'이 그 중심입니다.
SK하이닉스는 고객사가 요구하는 수준보다 높은 성능을 확보한다는 명확한 목표를 갖고 HBM 개발에 착수했습니다.
박명재 부사장은 "HBM2E부터는 외부 기대치보다 훨씬 높은 수준을 목표로 잡고 협업을 강화했다"며 "MR-MUF, HKMG, Low-K IMD 등 주요 요소 기술과 현재의 기틀이 된 설계 및 테스트 기술들이 모두 이때 기반을 다지게 되었다"고 말했습니다.
SK하이닉스의 HBM 기술에서 가장 관심을 받는 분야가 'MR-MUF(Mass Reflow Molded UnderFill)'입니다. 반도체 칩을 쌓아 올린 뒤 칩과 칩 사이 회로를 보호하기 위해 공간 사이에 액체 형태의 보호재를 주입하고 굳히는 공정입니다. 공정이 효율적이고 열 방출에도 효과적이라는 장점이 있습니다. HBM2E에 접목해 2020년 양산을 시작으로, 보다 더 향상된 '어드밴스드 MR-MUF'를 개발해 HBM3, HBM3E에 순차 적용했습니다. 2023년에는 HBM3 12단(24GB), 2024년에는 HBM3E 12단(36GB)에까지 적용해 'SK하이닉스가 업계 최고 성능'이라는 타이틀에 크게 기여합니다.
SK하이닉스는 더 나아가 새로운 패키징 기술 개발과 양산 적용을 진행하고 있습니다.
문기일 SK하이닉스 PKG기술개발담당 부사장은 "HBM 비즈니스의 전환점은 패키징이며 반도체 후공정 패키징이 혁신의 최전선이다"며 "메모리 모듈 연결시 매개체를 통하지 않고 구리와 구리를 직접 연결하는 하이브리드 본딩 기술을 HBM 16단부터 적용할 예정이고 전공정에서도 도입을 검토하고 있다"고 말했습니다.
이같은 기술은 꾸준한 기술 개발과 노하우가 누적되지 않으면 쉽게 따라오지 못하는 SK하이닉스만의 고유 영역이라는 평가를 받고 있습니다. 경쟁사가 이 기술을 도입하려면 설계, 공정의 변화라는 리스크를 감내해야 하고 고객사에 최적화한 '맞춤형'이라는 특수성도 있기 때문입니다.
경쟁구도 예고한 AI 반도체…새로운 도전과 과제
미국 반도체 기업 AMD는 지난달 10일(미국 현지시간) 새로운 AI 칩 'MI325X'를 공개하고 내년 1월에 출하할 계획이라고 밝혔습니다. 엔비디아의 AI 칩을 겨냥한 제품입니다. CPU 경쟁업체인 인텔과 AMD는 동맹관계를 맺고 'x86 생태계 조언 그룹'을 출범시켰습니다.
세계 AI 칩 시장의 80% 이상을 점유하고 있는 엔비디아는 차세대 AI 칩 ‘블랙웰’을 준비하고 있습니다. 시장은 경쟁 구도를 원하고 있고 엔비디아·TSMC·SK하이닉스의 경쟁사들은 여전히 막대한 자본력과 기술력을 보유하고 있습니다. 범용 메모리 시장에서는 중국 반도체 업체들이 치고 올라오며 3위 자리까지 넘보고 있습니다.
법정관리까지 겪으며 만년 하위 업체이던 하이닉스의 SK그룹 편입 이후 변화에 대해서는 아무도 예측하지 못했습니다. 시장은 급변하고 있고 절대 강자도 절대 약자도 예측하기 힘든 변혁의 시기입니다.
리더의 과감한 결단과 뚝심, 기술력과 혁신으로 AI 반도체 1위에 오른 SK하이닉스의 행보, AI로 촉발된 반도체 시장의 구도 변화에 더욱 관심이 높아지고 있습니다.
