삼성전자, AI 반도체 경쟁력 강화 총력…HBM4 인증과 마하1 개발에 사활

삼성전자가 차세대 고대역폭 메모리 HBM4 인증과 자체 개발 AI 추론 반도체 마하1(Mach-1) 상용화에 속도를 내며 글로벌 AI 반도체 시장 공략에 총력을 기울이고 있다. 엔비디아, AMD 등 시스템반도체 강자들과 SK하이닉스 등 메모리 경쟁사를 동시에 상대해야 하는 상황에서, 삼성전자는 메모리와 시스템반도체를 아우르는 종합반도체기업으로서의 강점을 살려 AI 반도체 시장에서 입지를 넓힌다는 전략이다.

업계에 따르면 삼성전자는 2025년 들어 엔비디아를 대상으로 6세대 HBM인 HBM4 샘플을 공급하고 시스템 인 패키지(SiP) 성능 검증을 받고 있다. 삼성전자의 HBM4는 4나노미터(nm) 파운드리 공정으로 제작한 로직 다이와 10나노급 6세대 D램을 결합해 초당 11기가비트(Gbps) 이상의 데이터 전송 속도를 구현했으며, 엔비디아가 진행한 평가에서 동작 속도와 전력 효율 면에서 업계 최고 수준에 근접한 평가를 받은 것으로 전해졌다. 다만 경쟁사인 SK하이닉스가 같은 시기 엔비디아에 유상 샘플을 공급하며 사실상 초도 양산 단계에 먼저 진입한 것으로 평가되면서, 삼성전자로서는 HBM4 최종 인증을 조속히 마무리해 양산 공급 계약을 확보하는 것이 급선무로 꼽힌다.

자체 개발 AI 추론 반도체 마하1의 상용화 작업도 병행되고 있다. 마하1은 삼성전자가 2024년 3월 처음 공개한 신경망처리장치(NPU) 기반 AI 가속기로, 고가의 고대역폭 메모리 대신 상대적으로 저렴한 범용 D램(LPDDR)을 채택해 전력 효율을 높이고 원가를 낮춘 것이 특징이다. 삼성전자는 네이버와 협력해 마하1을 네이버클라우드 데이터센터에 우선 투입하는 방안을 추진해왔으며, 초기 제시했던 상용화 시점은 개발 일정 조정 등을 거치며 다소 늦춰진 것으로 알려졌다.

올해 반도체 설비투자 40조원 이상 집행

삼성전자는 2025년 한 해 반도체(DS)부문에만 약 40조9000억원, 디스플레이(SDC)부문 3조3000억원을 포함해 총 47조4000억원 규모의 시설투자를 집행할 계획이라고 밝힌 바 있다. DS부문 투자는 고부가가치 제품 수요에 대응하기 위한 첨단공정 전환과 기존 생산라인 보완에 집중되며, 이 가운데 상당 부분이 HBM을 비롯한 AI용 메모리 생산능력 확충에 투입되는 것으로 파악된다. 삼성전자는 평택 등 주요 생산거점에 극자외선(EUV) 노광장비를 순차적으로 늘리는 한편, HBM 전용 생산라인 전환도 병행하고 있다.

메모리 업계 관계자는 “AI 반도체 시장에서 HBM 수요가 가파르게 늘어나는 만큼 각 제조사가 생산능력 확충과 품질 인증에 사활을 걸고 있다”며 “삼성전자가 HBM4 최종 인증을 통과하고 양산 공급을 시작하는 시점이 향후 메모리 시장 판도를 가를 변수가 될 것”이라고 말했다.

학계·업계 아우르는 AI 생태계 구축도 병행

삼성전자는 지난 9월 15일과 16일 이틀간 경기 용인에 위치한 삼성전자 시설 ‘더 유니버스(The UniverSE)’에서 ‘삼성 AI 포럼 2025’를 열고 요슈아 벤지오 캐나다 몬트리올대 교수, 조셉 곤잘레스 미국 UC버클리 교수 등 글로벌 AI 석학들을 초청해 최신 연구 성과를 공유했다. 올해로 9회를 맞은 이 포럼은 ‘생성형에서 에이전틱 AI로(Generative to Agentic AI)’를 주제로 열려, 삼성전자가 반도체 하드웨어뿐 아니라 소프트웨어와 연구 생태계 전반에서 AI 경쟁력을 키우려는 행보로 풀이된다.

업계에서는 삼성전자가 메모리와 파운드리, 시스템반도체를 모두 아우르는 종합반도체기업이라는 강점을 살려 AI 반도체 시장에서 SK하이닉스, 엔비디아, AMD 등과의 경쟁에서 성과를 낼 수 있을지 주목하고 있다. HBM4 최종 인증 결과와 마하1의 실제 상용화 시점이 삼성전자 AI 반도체 사업의 성패를 가늠할 주요 변수로 꼽힌다. 다가오는 3분기 실적 발표에서 관련 사업 성과가 어떻게 반영될지에도 관심이 쏠린다.