[수율 최저 20%…‘개발 성공’이 가린 양산의 벽]

한국의 반도체 산업을 곧 추월할 수도 있다고 한국 언론에 대대적으로 보도되었던 중국 최대 D램 제조업체 창신메모리(CXMT)의 HBM3E 수율이 약 20~30%에 불과하다는 보도가 나와 충격을 주었다. 이는 생산한 제품 가운데 요구 규격을 충족하는 비율이 낮게는 5분의 1에 그친다는 뜻이다. 그런데도 창신은 향후 두 달 안에 제한적인 생산을 시작할 계획이다. 첨단 메모리를 충분히 확보하지 못한 중국 AI 산업이 낮은 수율의 국산 제품에도 의존해야 하는 중국의 처참한 현실이 드러난 것이다. 

로이터통신은 28일(현지시간) 사안에 정통한 소식통 2명을 인용해 “창신메모리가 여러 중국 AI 칩 설계업체에 HBM3E 샘플을 보냈다”면서 “창신은 향후 두 달 안에 HBM3E 생산을 시작할 계획이지만, 현재 규격을 충족하는 칩의 비율은 낮은 상태로, 수율은 20~30%에 그치고 있다”고 보도했다. 완성된 HBM 적층 제품 10개 가운데 7~8개가 출하 기준을 넘지 못한다는 뜻이다. 

창신의 HBM3E 계획은 디인포메이션이 먼저 보도했고, 수율과 생산 일정은 이번 로이터 보도에서 처음 드러났다. 비교 대상인 SK하이닉스의 수율은 약 70%다. 이 70%는 로이터가 전한 수치이며 SK하이닉스가 공시한 수치는 아니다. 

문제는 수율만이 아니다. 제품 자체도 기대에 미치지 못한다. 한 소식통은 테스트 결과 창신 HBM3E의 성능이 SK하이닉스의 HBM3E보다는 한 세대 뒤처진 HBM3에 가까웠다고 말했다. 이름은 5세대지만 실력은 4세대라는 얘기다. 창신은 고객사에 표준 설계와, 제조 수율 개선을 겨냥해 설계를 바꾼 수정판 두 가지를 제공한 것으로 알려졌다. 수율 부진을 설계 변경으로 메우려 애쓰고 있다는 방증이다. 

원가 부담도 크다. 로이터는 상당수 칩을 폐기하거나 재작업해야 하는 탓에 창신 HBM3E의 생산원가가 해외 경쟁 제품보다 높을 것으로 내다봤다. 성능은 낮고 값은 비싼 제품을 내놓는 셈이다. 원 자료에 인용된 소식통은 창신이 2024년부터 이 기술을 독자 개발해 왔다고 전했다. 2년 가까운 독자 개발의 결과가 수율 20%대라는 점은 중국 HBM 기술의 현주소를 그대로 보여 준다.

[제재가 낳은 ‘HBM 기근'…중국 AI 칩 값 최대 50% 폭등]

창신이 손해를 무릅쓰고 생산을 서두르는 것은 그만큼 사정이 급하기 때문이다. 출발점은 미국의 수출통제다. 이후 중국 기업들은 뒷문을 찾았다. 로이터 소식통들은 “중국 기업들이 비공식 경로로 HBM을 조달하고 있지만, 값은 통상 가격의 몇 배에 이른다”고 전했다. 정규 시장에서 밀려나 웃돈을 주고 물량을 구하는 처지가 됐다.

그 대가는 중국 AI 칩 가격표에 그대로 찍혔다. 로이터에 따르면 화웨이는 어센드 950DT 가속기 카드의 제시 가격을 25만 위안(5,017만원) 이상으로 올렸고, 이는 계약 조건에 따라 두 달 전 견적보다 20~50% 오른 수준이다. 이미 판매 중인 제품도 예외가 아니다. 어센드 950PR은 연초 약 6만 위안(약 1,204만원)에서 8만 위안(약 1,605만원) 이상으로 30%가량 올랐고, 910C는 같은 기간 약 9만 위안(약 1,806만원)에서 11만 위안(약 2,207만원) 이상으로 뛰었다. AI 가속기 생산원가에서 메모리가 차지하는 비중이 큰 탓에, 메모리 값 상승이 완제품 카드 가격으로 곧바로 전가되고 있다. 

이 연쇄 폭등은 베이징이 내세운 '엔비디아 대체' 구상의 약한 고리를 드러낸다. 중국은 미국의 엔비디아 제재로 생긴 500억 달러(약 67조원) 규모 시장 공백을 국산 칩으로 채우려 하지만, 메모리 비용 압박이 독자 AI 인프라 구축의 큰 장애물이 되고 있다. 연산 칩을 국산화해도 그 옆에 붙일 HBM이 없으면 가속기를 대량 생산할 수 없다. 원 자료의 소식통은 중국 AI 칩 업체들이 생산 확대에 필요한 고급 메모리를 충분히 확보하지 못한 것이 창신이 생산을 밀어붙이는 이유라고 설명했다. 결국 창신의 HBM3E는 경쟁력 있는 상품이라기보다 공급망의 구멍을 막는 응급 처방에 가깝다. 연산 칩 국산화라는 '반도체 굴기'의 성과가 메모리라는 병목에 막혀 반쪽짜리에 그치고 있는 셈이다. 

[따라잡기는커녕 더 벌어지는 격차]

한국과 중국 사이의 격차는 오히려 커지고 있다. SK하이닉스는 2024년에 HBM3E 양산을 시작해 창신의 소량 생산보다 약 2년 앞섰고, 한국 업체들은 이미 HBM3E를 지나 HBM4 생산과 HBM4E 샘플 공급 단계에 있다. 창신이 이제 막 HBM3E의 문턱을 넘는 사이, 한국은 두 세대 뒤의 제품을 고객 손에 쥐여 주고 있다. 격차를 좁히는 속도보다 벌리는 속도가 더 빠르다. 

결정적인 장면은 같은 날 나왔다. SK하이닉스는 이 날 “HBM4 수율이 목표치를 넘어섰으며, 4분기에는 HBM4가 출하량과 매출에서 HBM3E를 앞지를 것”이라고 밝혔다. 창신이 HBM3E 수율 20%대라는 성적표를 받아 든 날, SK하이닉스는 차세대 HBM4의 수율 목표 초과를 알린 것이다. 창신이 HBM3E 양산 궤도에 오를 즈음이면 주력 시장은 이미 HBM4로 넘어가 있을 공산이 크다. 

시장 점유율에서 중국의 자리는 아예 없다. 카운터포인트에 따르면 2분기 세계 HBM 매출 점유율은 SK하이닉스가 50%로 1위를 지켰다. 삼성전자는 1분기 21%에서 33%로 12%포인트 뛰었고, 마이크론은 21%에서 18%로 소폭 내려갔다. 한국 두 업체 합계는 83%다. 1·2위 순위 다툼은 치열하지만 그 경쟁 자체가 한국 기업들 사이의 일이다. 중국 업체는 HBM 매출 집계표에 이름조차 올리지 못했다. 

[자존심 접은 중국 빅테크, 삼성·SK에 ‘10년 SOS’]

HBM 자립이 겉돌자 중국 빅테크는 결국 한국으로 향했다. 언론 보도에 따르면 알리바바·텐센트·바이트댄스 등 중화권 클라우드서비스업체(CSP)가 삼성전자·SK하이닉스와 서버용 D램 장기공급계약(LTA)을 협상하고 있다. 이 가운데 한 대형 업체는 통상 3~5년인 계약 기간을 크게 넘어 2035년까지, 약 10년간 공급을 보장해 달라고 요청한 것으로 전해졌다. 이들이 원하는 제품은 서버 CPU의 주기억장치인 DDR과, 원래 스마트폰용으로 개발됐지만 AI 서버의 전력 효율을 높이는 데 쓰이는 저전력 메모리 LPDDR이다. 

보도는 중국 클라우드서비스업체(CSP)들의 요청이 기존 계약과는 별개라고 전했다. 자국 메모리 업체를 키우겠다는 국가 전략 아래 있는 기업들이 경쟁국 업체에 10년짜리 물량 보장을 요청했다는 것 자체가 국산 메모리의 한계를 자인한 장면이다. 다만 10년 계약 요청은 현재 이 보도로만 확인되는 내용이다.

중국 업체들이 다급한 이유는 줄 자체가 이미 길기 때문이다. 삼성과 SK하이닉스는 글로벌 빅테크와의 1년 단위 단기 계약을 버리고 3~5년 장기계약만 맺는 방식으로 전환하고 있다. 삼성은 세계 5대 데이터센터 운영사와 다년 공급계약을 맺었고, 장기적으로 메모리 생산량의 약 3분의 2를 장기계약으로 확보한다는 목표다. SK하이닉스도 핵심 고객 10여 곳과 협상을 마쳤다. 업계는 이 고객들을 아마존웹서비스(AWS), 마이크로소프트, 구글 클라우드, 메타, 오라클로 본다. 미국 빅테크가 앞줄을 차지한 뒤에야 중국 빅테크가 뒷줄에 선 형국이다. 업계에서는 이런 장기계약이 마이크로소프트·구글·아마존·메타·알리바바·바이트댄스 등 주요 클라우드서비스업체(CSP)에 주로 제공된다는 관측이 지난 4월에도 나왔다. 중국 빅테크의 접촉이 처음은 아니지만, 미국 빅테크가 물량을 선점하자 요구 수위가 한층 높아진 것으로 풀이된다. 

남은 물량은 갈수록 줄어든다. 업계는 삼성전자와 SK하이닉스의 내년 메모리 생산량 가운데 70~80%가 글로벌 빅테크와 맺은 5년 장기계약으로 나갈 것으로 예상한다. 애널리스트들은 HBM 등 계약 기반 사업을 포함하면 2027년까지 전 세계 D램 생산능력의 절반 가까이가 장기계약에 묶일 수 있다고 분석한다. 장기계약이 없거나 기존 계약 외 추가 물량을 원하는 고객은 더 높은 가격과 더 긴 납기를 감수해야 할 수 있다. 

[Why Times Insight]

① 수율 20%는 '굴기'의 실체를 드러냈다. 중국은 지난 10년간 반도체 자립을 국가 최우선 과제로 내걸고 천문학적 자금을 쏟아부었다. 그 결과로 나온 HBM3E가 수율 20%대에 성능은 前세대 수준이다. 미국의 수출통제가 극자외선(EUV) 노광장비와 첨단 장비 접근을 막는 한, 중국 HBM은 '만들 수는 있지만 팔 수는 없는' 제품에 머물 가능성이 크다. 연산 칩 국산화를 아무리 외쳐도 메모리에서 막히면 중국 AI 인프라 전체가 병목에 걸린다. 화웨이·캠브리콘의 20~50% 가격 인상은 그 병목이 이미 현실이 됐다는 신호다.

② ‘10년 계약'은 중국 빅테크의 사실상 백기다. 자국 메모리 산업을 키우라는 국가 전략 아래 있는 기업들이 경쟁국 업체에 2035년까지 공급을 보장해 달라고 요청했다는 것은, 적어도 향후 10년 안에 국산 고성능 메모리로는 충분하지 않다는 내부 판단을 드러낸다. 중국 기업 스스로 매긴 자국 기술의 '유효기간'이다.

③ 한국이 쥔 것은 기술 격차가 아니라 협상력이다. 중국 빅테크의 요청은 한국에 강력한 지렛대다. 서버용 DDR·LPDDR은 현재 미국의 대중 수출통제 대상이 아니어서 계약은 법적으로 가능하다. 그러나 10년 공급 약속은 미·중 기술 경쟁의 향방에 한국의 생산능력을 장기간 묶어 두는 일이다. 미국이 통제 범위를 서버 메모리로 넓히면 계약 이행 자체가 정치 문제가 된다. 최태원 SK그룹 회장은 "칩플레이션이 심화하면 옛날에 일본이 맞았던 것처럼 지정학적 문제로 비화할 수 있다"고 경고했다. 메모리 패권은 이제 산업이 아니라 외교의 영역이다. 

④ 진짜 경계해야 할 곳은 HBM이 아니라 범용 D램이다. HBM에서 중국은 졌다. 그러나 창신은 범용 D램에서 1년 만에 점유율을 두 배 넘게 끌어올렸고, 텐센트라는 대형 고객과 상장 자금까지 확보했다. 범용 시장에서 쌓은 물량과 현금이 HBM 학습 비용을 대 주는 구조가 굴러가기 시작했다. 중국은 지금 비싼 값을 치르고 시간을 사고 있다. 한국이 이 시간 동안 HBM4·HBM4E를 넘어 맞춤형 HBM으로 격차를 다시 벌리지 못하면, '수율 20%'는 몇 년 뒤 중국 추격의 출발점으로 기록될 것이다.