구글 TPU가 바꾼 판도…삼성·SK, 마이크론 뺀 'HBM 양강' 구축

TPU 1개당 HBM 6∼8개 탑재…삼성·SK하이닉스, '2강' 경쟁 치열
삼성·SK, 캐파로 시장 장악…"마이크론, 新수요 대응 역부족"

구글 '텐서처리장치(TPU)'의 부상으로 엔비디아가 독주해온 인공지능(AI) 칩 시장의 재편 조짐이 감지되는 가운데, 고대역폭 메모리(HBM) 수요가 급증할 것이란 기대가 커지고 있다.

특히 TPU 생태계에서는 엔비디아 그래픽처리장치(GPU) 시장의 '3강 구도'와 달리 미국 마이크론이 경쟁에서 한발 뒤로 밀리고, 막강한 캐파(생산능력)를 바탕으로 삼성전자와 SK하이닉스가 '2강 체제'를 구축할 것이라는 관측이다.

'구글 클라우드 넥스트 2025'에서 공개된 7세대 TPU '아이언우드'.

30일 업계에 따르면 최근 구글의 새 AI 모델 '제미나이3'가 챗GPT를 위협하는 성능을 보이면서, 이를 학습시킨 구글의 자체 AI 추론 칩인 TPU가 주목받고 있다.

여기에 페이스북·인스타그램 운영사인 메타플랫폼(메타)이 수십억달러 규모의 TPU 구매 방안을 논의하는 것으로 알려지며, 그간 '탈엔비디아'를 준비하던 빅테크를 중심으로 TPU 수요가 크게 늘어날 수 있다는 전망도 제기된다.

TPU는 구글이 AI를 구동하기 위해 미국 반도체 팹리스(설계 업체) 브로드컴과 함께 만든 칩이다.

TPU 한 개에 6∼8개의 HBM이 탑재되는 점을 감안하면, HBM 시장은 엔비디아(GPU)외에 새로운 성장축까지 확보하는 셈이다.

TPU가 GPU 시장을 잠식하기보다 AI 가속기 시장 전체의 메모리 수요를 끌어올리는 '추가 수요원'이 될 것이라는 게 업계의 대체적인 시각이다.

GPU 단독으로는 급증하는 AI 수요를 전부 감당하기 어렵고, GPU와 TPU는 용도와 목적이 달라 대체재가 아닌 상호 보완재로서 동반 성장할 수 있다는 이유에서다.

이미 시장에서는 삼성전자와 SK하이닉스가 구글 TPU 공급망의 핵심으로 자리 잡았다는 평가가 나온다.

한국투자증권은 올해 구글 TPU 내 HBM 공급 비중을 SK하이닉스 56.6%, 삼성전자 43.4%로 추정했다. 메리츠증권은 SK하이닉스 비중이 60%에 달할 것으로 봤다.

이를 바탕으로 HBM 시장 1위인 SK하이닉스가 TPU 시장에서도 시장 지배력을 공고히 할 것이란 분석이다.

투자은행 UBS 분석에 따르면 SK하이닉스는 구글, 브로드컴, 아마존웹서비스(AWS) 등 ASIC 고객들을 대상으로 공급 우위를 점하고 있다.

또 뱅크오브아메리카(BofA) 글로벌 리서치는 최근 SK하이닉스가 구글과 브로드컴에 HBM3E(5세대)를 공급하는 '1순위 공급자'(No.1 supplier)라고 평가하기도 했다.

SK하이닉스는 구글의 최신 TPU 7세대(P·코드명 아이언우드)에 HBM3E 8단을 우선 공급사로 납품하고 있으며, 전력 효율을 개선한 7세대 개선제품(TPU 7e)에도 HBM3E 12단을 독점 공급할 것으로 전해졌다.

엔비디아 HBM 공급망에 진입한 삼성전자도 구글과 오랜 협력 관계를 토대로 파운드리(반도체 위탁생산)나 HBM에서 추가 수주가 점쳐진다.

일각에서는 초기 HBM 물량에서는 SK하이닉스가 앞섰지만, 전체 생산 역량을 고려하면 연간 공급 물량은 삼성전자가 앞설 것이라는 시각도 있다.

특히 삼성전자가 올해 하반기 기준 구글·브로드컴에 더 많은 HBM 물량을 공급 중이며, 내년에도 대부분의 물량을 공급할 것이라는 관측이 제기된다. 삼성전자는 올해 2분기 브로드컴에 재설계한 HBM3E 샘플을 공급한 것으로 알려졌다.

김동원 KB증권 연구원은 삼성전자를 구글 TPU 수혜의 최선호주로 꼽으며 "삼성전자 메모리 공급 확대, 선단 공정 파운드리 가동률 상승, 제미나이 AI에 따른 갤럭시 판매 증가 등으로 수혜 폭 확대 가능성이 커지고 있다"고 분석했다.

차세대 HBM4(6세대)가 탑재되는 신규 TPU에서도 SK하이닉스와 삼성전자의 우위가 예상된다.

김 연구원은 "내년 8세대 TPU 모델은 HBM4 탑재가 예상돼 내년 HBM3E와 HBM4 중심의 삼성전자 HBM 공급 물량은 전년 대비 2배 이상 증가될 것으로 추정된다"고 밝혔다.

SK하이닉스는 4분기부터 HBM4 출하를 시작하고 내년에 본격적인 판매 확대에 나설 방침이다.

업계가 TPU 시장에서 마이크론을 제외한 SK하이닉스와 삼성전자의 양강 구도를 전망하는 이유는 결국 '캐파'에 있다.

마이크론의 HBM 캐파(웨이퍼 기준)는 한국 업체들의 3분의 1 수준에 불과해 회사가 주력하는 엔비디아 외에 다른 ASIC 고객까지 유연하게 대응하기가 쉽지 않다는 것이다.

HSBC에 따르면 올해 말 기준 SK하이닉스와 삼성전자의 월 HBM 캐파(WPM·Wafer Per Month)는 각각 16만장, 15만장인 반면, 마이크론은 5만5천장에 그칠 것으로 관측된다.

내년에도 마이크론(8만장) HBM 캐파는 SK하이닉스(18만장), 삼성전자(17만장)의 절반에도 미치지 못할 전망이다.

업계 관계자는 "HBM3(4세대)를 건너뛰고 HBM3E에 진입한 마이크론은 엔비디아와의 관계에 집중해 왔다"며 "전체 생산 물량 대부분도 GPU 업체에 몰려 있어 다양한 고객 수요에 민첩하게 대응하기 어려운 구조"라고 말했다.

그러면서 "한국 업체들과 비교해 마이크론의 캐파가 한참 부족한 데다가 실리콘관통전극(TSV) 공정 도입도 가장 늦었는데, TPU 시장에서는 높은 캐파와 기술력을 기반으로 한 한국 업체들의 존재감이 더욱 커질 것"이라고 강조했다.

<연합>