카운터포인트 "조기 장비 도입으로 대역폭·전력·지연시간 경쟁력 확보"
HBM4 이후 전환 가속..마이크로범프 한계 속 '하이브리드 본딩' 필수화
CMP·장비 통합이 수율 좌우..엔비디아 AI 수요가 로드맵 결정 변수
SK하이닉스가 2026년 3월 16일(현지시간) 미국 캘리포니아주 새너제이에서 열린 엔비디아 연례 개발자 회의 'GTC 2026'에서 100만배 확대한 HBM4 모형을 전시하고 있다. /사진=SK하이닉스
SK하이닉스가 차세대 패키징 기술인 하이브리드 본딩을 조기에 도입하며 고대역폭메모리(HBM) 시장 주도권 강화에 나설 것이라는 전망이 나온다.
6일 시장조사업체 카운터포인트리서치에 따르면 SK하이닉스는 어플라이드 머티리얼즈와 BE 세미컨덕터 인더스트리즈(BESI)의 통합 하이브리드 본딩 솔루션을 선제적으로 도입했다.
이를 통해 향후 성능 경쟁에서 전략적 우위를 확보할 것으로 분석했다.
카운터포인트리서치는 이 같은 기술 전환을 기반으로 SK하이닉스가 2029~2030년경 차세대 제품인 HBM5를 출시하며 시장 리더십을 이어갈 가능성이 높다고 내다봤다.
HBM은 인공지능(AI)과 고성능컴퓨팅(HPC) 핵심 인프라로 자리 잡으면서 기술 경쟁이 빠르게 고도화되고 있다.
일반적으로 여러 개의 D램 다이를 수직 적층해 GPU(그래픽처리장치)와 결합하는 구조로, 대규모 언어모델 등 데이터 집약적 워크로드를 처리하는 데 필수적인 대역폭과 전력 효율을 제공한다.
다만 기존 마이크로 범프 기반 적층 방식은 한계에 직면했다는 평가다.
적층 수가 증가할수록 신호 무결성 저하, 전력 효율 감소, 발열 문제 등이 동시에 발생하면서 성능 확장의 병목으로 작용하고 있기 때문이다.
현재 JEDEC(국제 반도체 표준화 기구) 기준 완화로 최대 16단까지는 열압착 본딩(TCB) 방식 사용이 가능하지만, 엔비디아 등 주요 AI 수요처가 요구하는 수준의 대역폭과 효율을 충족하기에는 한계가 있다는 분석이다.
이에 따라 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론 등 주요 메모리 기업들은 HBM4 이후부터 하이브리드 본딩 도입을 본격 추진하고 있다.
하이브리드 본딩은 기존 방식과 달리 마이크로 범프 없이 구리(Cu) 직접 접합을 활용해 더 미세한 인터커넥트 피치를 구현할 수 있는 기술이다.
이를 통해 다이 간 간격과 적층 높이를 줄이고, GPU 패키지의 물리적 제약을 완화하면서 대역폭과 전력 효율을 동시에 개선할 수 있다.
특히 HBM이 20단 이상으로 고적층화되는 구간에서는 하이브리드 본딩이 사실상 필수 기술로 자리 잡을 가능성이 크다.
카운터포인트는 HBM5 세대가 이러한 전환의 분기점이 될 것으로 봤다.
기술 도입 과정에서 해결 과제도 적지 않다.
하이브리드 본딩은 표면을 원자 수준으로 평탄하게 만드는 화학적 기계적 평탄화(CMP) 공정에 대한 의존도가 매우 높다.
CMP 과정에서 발생하는 디싱(dishing), 침식(erosion), 오염 등 결함은 수율과 전기적 성능에 직접적인 영향을 미칠 수 있어 생산 안정성을 좌우하는 핵심 변수로 꼽힌다.
이 때문에 어플라이드 머티리얼즈와 BESI의 통합 솔루션은 CMP, 표면 처리, 본딩 공정을 하나의 흐름으로 최적화해 공정 복잡도와 결함 리스크를 낮추는 방향으로 설계됐다.
SK하이닉스의 장비 도입 역시 단순한 기술 채택을 넘어 양산 단계로의 확장 전환을 의미한다는 평가가 나온다.
단기적으로는 하이브리드 본딩 도입이 지연될 경우 기존 TCB 공정을 활용해 투자 부담을 줄이고 안정적인 수율을 확보할 수 있다는 장점도 존재한다.
AI 성능 요구가 지속적으로 상승하는 만큼 장기적으로는 전환이 불가피하다는 시각이 우세하다.
핵심 변수는 AI 반도체 시장을 주도하는 엔비디아의 수요다.
AI GPU의 성능 요구 수준이 높아질수록 메모리 공급업체들의 기술 로드맵 역시 이에 맞춰 가속화될 수밖에 없기 때문이다.
카운터포인트는 SK하이닉스가 이미 AI 서버용 HBM 공급과 품질 측면에서 경쟁 우위를 확보하고 있다고 평가했다.
프론트엔드 공정 개선과 적층 기술 고도화, 베이스 다이에 전압 제어 로직을 통합하는 방식 등 구조적 혁신이 경쟁력의 기반으로 작용하고 있다는 분석이다.
AI 확산에 따른 메모리 수요 급증으로 공급 부족 현상이 장기화될 가능성도 제기됐다.
보고서는 이러한 수급 불균형이 2030년까지 구조적으로 이어질 수 있으며, 2028년 이후 신규 생산 클러스터 가동이 중요한 변곡점이 될 것으로 전망했다.
하이브리드 본딩은 단순한 공정 기술을 넘어 HBM 성능과 확장성을 결정짓는 핵심 요소로 자리 잡고 있다.
SK하이닉스의 선제적 투자와 공정 통합 전략이 차세대 AI 반도체 경쟁에서 시장 지배력을 유지하는 핵심 축으로 작용할 것이라는 분석이 나온다.
열압착(Thermo Compression) 본딩 vs 하이브리드 본딩 구조 설명. /자료=2026.4.6.카운터포인트리서치, BESI
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