AI 시대가 본격화되면서 컴퓨팅 패러다임이 근본적으로 변화하고 있습니다. GPU 기반의 병렬 연산이 주류가 되면서 메모리의 중요성이 그 어느 때보다 커졌고, 특히 메모리 병목 현상이 AI 성능의 핵심 제약 요인으로 부상했습니다. 이러한 상황에서 SK하이닉스와 솔브레인은 HBF(High Bandwidth Flash) 신제품 출시를 2026년 상하반기로 예정하며, 낸드 고단화 투자를 통해 AI 추론 시대를 선도하겠다는 전략을 발표했습니다. HBF는 HBM의 한계를 극복하고 AI 개인화 시대를 여는 핵심 기술로 주목받고 있습니다.
메모리 병목 현상과 HBF의 등장 배경
AI 컴퓨팅 환경에서 가장 큰 문제는 GPU의 성능 부족이 아니라 메모리에서 발생하는 병목 현상입니다. 과거 CPU 중심의 직렬 처리 방식과 달리, AI는 방대한 매개변수를 기반으로 연산하는 특성상 병렬 처리 방식이 훨씬 효율적입니다. 실제로 텐서플로우 데모에서 CPU가 17분 55초가 걸리는 작업을 GPU는 5분 43초 만에 처리할 수 있음이 확인되었습니다. 이는 GPU 중심의 컴퓨팅 시스템이 빠르게 중요해지고 있음을 보여주는 명확한 증거입니다.
그러나 GPU의 성능이 아무리 뛰어나도 메모리가 데이터를 신속하게 공급하지 못하면 GPU는 대기 시간이 길어지는 메모리 병목 현상을 겪게 됩니다. 이는 마치 100개의 샐러드를 빠르게 만들어야 하는 요리사에게 채소 공급이 느리게 이루어지는 상황과 같습니다. 기존 D램은 GPU에 데이터를 빠르게 전달하지 못해 성능 저하의 한계가 발생했고, 이를 해결하기 위해 D램을 적층하여 대규모 병렬 연산을 최적화한 HBM(High Bandwidth Memory)이 등장했습니다.
하지만 AI 시장이 학습에서 추론, 그리고 개인화 및 기억의 저장성 중심으로 이동하면서 HBM의 구조적 한계가 부각되고 있습니다. 최신 HBM3e의 용량은 192GB에 불과하지만, GPT 추론에는 최대 약 3.6TB의 메모리가 필요합니다. 이는 하나의 추론 요청 처리를 위해 여러 개의 GPU를 묶어 사용해야 함을 의미하며, 이 과정에서 GPU 간 통신 문제가 발생하고 레이턴시가 길어지는 문제점이 발생합니다. 또한 HBM은 전원이 꺼지면 데이터가 사라지는 휘발성 메모리이기 때문에, 개별 사용자를 이해하고 과거 대화, 행동, 맥락을 기억하여 지속적으로 돕는 개인화 AI 시대에는 부적합합니다. 따라서 HBM 수준의 속도를 유지하면서도 훨씬 큰 용량을 제공하고 비휘발성을 갖춘 새로운 메모리 계층, 즉 HBF가 필수적으로 요구되는 상황입니다.
| 메모리 종류 | 최대 용량 | 속도 | 휘발성 | 주요 용도 |
|---|---|---|---|---|
| HBM3e | 192GB | 매우 빠름 | 휘발성 | AI 학습 |
| HBF | 수TB 이상 | HBM급 속도 | 비휘발성 | AI 추론·개인화 |
| SSD/HDD | 수십TB | 느림 | 비휘발성 | 데이터 저장 |
SK하이닉스의 HBF 표준화 전략과 기술적 혁신
SK하이닉스는 샌디스크(SanDisk)와 함께 미국 캘리포니아주 밀피타스에 위치한 샌디스크 본사에서 'HBF 스펙(Spec.) 표준화 컨소시엄 킥오프(Kick-Off)' 행사를 열고, HBF의 글로벌 표준화 전략을 공식 발표했습니다. SK하이닉스는 "샌디스크와 함께 HBF를 업계 표준으로 마련해 AI 생태계 전체가 함께 성장할 수 있는 기반을 구축하겠다"며 "OCP(Open Compute Project) 산하에 핵심 과제 전담 워크스트림을 샌디스크와 함께 구성해 본격적인 표준화 작업에 착수한다"고 밝혔습니다.
HBF 상용화를 위해서는 두 가지 기술적 난제가 존재합니다. 첫째, 낸드플래시는 D램보다 구조가 복잡하여 HBM의 핵심인 TSV(Through Silicon Via) 공정 적용 시 수율 확보가 어렵고 제조 비용이 급증합니다. 수백 단을 쌓는 3D 낸드 구조에 TSV 공정까지 적용하면 결함 발생 가능성이 매우 높아지기 때문입니다. 둘째, 낸드 다이를 수백 개에서 수천 개의 채널로 병렬 제어하면서 HBM급 대역폭을 구현할 수 있는 고성능 로직 다이 컨트롤러 설계가 초고난이도 기술입니다. 낸드플래시는 구조적으로 입출력 속도가 느리다는 한계가 있어, 이를 보완하기 위해 데이터 접근 패턴을 예측하는 고난이도 알고리즘 수행이 필요합니다.
SK하이닉스는 이러한 난제를 극복하기 위해 TSV 대신 칩 외곽을 따라 수직으로 연결하는 VFO(Vertical Flow Optimization)라는 새로운 패키징 기술을 도입했습니다. 이는 제조 수율을 높이면서도 비용 효율성을 확보할 수 있는 혁신적인 접근법입니다. 빠르게 변화하는 정보화 시대에 AI가 학습하는 양이 앞으로 더더욱 방대해질 것이라는 점을 고려하면, 기업은 속도가 빠르고 용량이 큰 메모리를 개발하거나 사용하는 것이 큰 과제입니다. SK하이닉스가 샌디스크와 협력하여 HBF 표준화를 주도하면서 HBM과 HBF 양측의 메모리 중심 기업으로 재부상할 가능성이 높아졌으며, 특히 엔비디아와 같은 GPU 업체가 HBF를 선택할 경우 큰 수혜를 볼 것으로 예상됩니다.
한편 후발주자인 삼성전자는 파운드리 사업부가 보유한 첨단 핀펫(FinFET) 공정을 기반으로 낸드 기반 HBF 로직 다이를 적용하여 차별화된 기술 우위를 확보하려는 전략을 추진하고 있습니다. 이는 경쟁사와의 기술 격차를 좁히고 시장 점유율을 확보하기 위한 전략적 대응으로 해석됩니다.
HBF 시대의 수혜 기업 전망과 투자 기회
HBF 시대의 주요 수혜 기업으로는 삼성전자, SK하이닉스, 그리고 낸드 관련 핵심 소재를 공급하는 솔브레인, 한미반도체 등이 있습니다. 특히 솔브레인은 3D 낸드 고단화에 필수적인 식각 소재를 삼성전자와 SK하이닉스에 공급하는 국내 대표 소재 업체입니다. HBF 양산을 위해 낸드 고단화 투자가 진행되면서 2026년부터 솔브레인의 실적에 직접적으로 반영될 것으로 기대됩니다.
최근 AI 산업은 거대언어모델(LLM)을 만드는 '학습(Training)' 단계에서, 실제 서비스를 제공하는 '추론(Inference)' 단계로 무게중심이 빠르게 이동하고 있습니다. 추론 단계에서는 사용자의 요청에 즉각적으로 응답해야 하므로 지연 시간(레이턴시) 최소화가 무엇보다 중요합니다. 이러한 시장 변화는 HBF의 필요성을 더욱 부각시키며, 관련 기업들의 실적 개선으로 이어질 가능성이 높습니다.
SK하이닉스는 HBM 시장에서 이미 선도적인 위치를 확보하고 있으며, HBF 표준화를 주도함으로써 메모리 반도체 시장에서의 입지를 더욱 강화할 것으로 전망됩니다. 삼성전자 역시 파운드리 기술을 활용한 차별화 전략으로 시장 진입을 준비하고 있어, 양사 간의 기술 경쟁이 HBF 시장의 성장을 가속화할 것으로 예상됩니다.
솔브레인의 경우, 낸드 고단화 투자가 본격화되면 식각 소재 수요가 급증할 것으로 보이며, 이는 2026년부터 실적 개선으로 직접 연결될 것입니다. 한미반도체 또한 반도체 패키징 및 테스트 장비를 공급하는 기업으로서 HBF 양산이 본격화되면 수혜를 받을 것으로 예상됩니다.
| 기업명 | 핵심 역량 | HBF 관련 수혜 요인 | 실적 반영 시점 |
|---|---|---|---|
| SK하이닉스 | HBM·HBF 표준화 주도 | VFO 기술·샌디스크 협력 | 2026년 상하반기 |
| 삼성전자 | 파운드리 핀펫 공정 | 로직 다이 차별화 전략 | 2026년 이후 |
| 솔브레인 | 식각 소재 공급 | 낸드 고단화 투자 확대 | 2026년부터 |
| 한미반도체 | 패키징·테스트 장비 | HBF 양산 인프라 구축 | 2026년 이후 |
AI 시대에서 SK하이닉스가 AI 시장에서 큰 역할을 한다는 것은 놀랍고 자랑스러운 일입니다. HBF는 단순히 새로운 메모리 기술이 아니라, AI 개인화 시대를 여는 핵심 인프라로서 그 가치가 점점 커지고 있습니다. 메모리 패러다임의 변화가 가장 큰 역할을 하고 있는 현 시점에서, 국내 기업들이 이러한 기술 혁신을 주도하고 있다는 점은 한국 반도체 산업의 경쟁력을 다시 한번 확인시켜주는 사례입니다. 앞으로의 행보가 기대되며, 투자자들은 HBF 관련 기업들의 기술 개발 진척도와 양산 일정을 주의 깊게 살펴볼 필요가 있습니다.
자주 묻는 질문 (FAQ)
Q. HBF와 HBM의 가장 큰 차이점은 무엇인가요?
A. HBF는 HBM과 달리 비휘발성 메모리로, 전원이 꺼져도 데이터가 보존됩니다. 또한 HBM3e의 최대 용량이 192GB인 반면, HBF는 수TB 이상의 대용량을 제공할 수 있어 AI 추론 및 개인화 서비스에 최적화되어 있습니다. HBF는 낸드플래시 기반으로 용량과 속도를 동시에 확보한 차세대 메모리 솔루션입니다.
Q. SK하이닉스의 VFO 기술은 왜 중요한가요?
A. VFO(Vertical Flow Optimization)는 기존 TSV 공정의 한계를 극복하기 위해 칩 외곽을 따라 수직으로 연결하는 새로운 패키징 기술입니다. 이 기술은 낸드플래시의 복잡한 3D 구조에서 발생하는 수율 문제와 비용 증가 문제를 해결하면서도 HBM급 대역폭을 구현할 수 있어, HBF 상용화의 핵심 기술로 평가받고 있습니다.
Q. 솔브레인이 HBF 시대에 수혜를 받는 이유는 무엇인가요?
A. 솔브레인은 3D 낸드 고단화에 필수적인 식각 소재를 삼성전자와 SK하이닉스에 공급하는 국내 대표 소재 업체입니다. HBF 양산을 위해서는 고단화된 낸드플래시가 필요하며, 이를 위한 투자가 2026년부터 본격화되면 솔브레인의 식각 소재 수요가 급증하여 실적에 직접적으로 반영될 것으로 기대됩니다.
Q. HBF 기술은 언제쯤 상용화될 예정인가요?
A. SK하이닉스와 솔브레인은 HBF 신제품 출시를 2026년 상하반기로 예정하고 있습니다. 현재 샌디스크와의 표준화 작업이 진행 중이며, OCP 산하에 핵심 과제 전담 워크스트림이 구성되어 본격적인 표준화 작업에 착수한 상태입니다. 낸드 고단화 투자도 병행되고 있어 2026년부터 실적에 직접적으로 반영될 것으로 전망됩니다.
[출처]
영상 제목/채널명: https://youtu.be/eYz45PIrq_4?si=ZE2YlMz4XYHJJtVa