DDR5 가격 프리미엄 축소: DDR4와의 차이는 4월 기준, 2% 

DDR5의 침투율 상승이 예상된다. 가격 프리미엄이 크게 축소됐다. 21년 연말 291% 였던 프리미엄은 현재 DDR4 대비 17% 수준이다. 지난 4월에는 2%에 불과했다. 가격 하락에 따른 수요 증가가 예상된다. DDR5의 예상보다 빠른 가격 정상화는 수요 증가로 이어진다. 2023년의 전체 PC 판매량은 감소해도 DDR5 판매는 늘 것이다. 가격 하락은 DDR5 시장 개화를 앞당길 요인이다.

관련 기업들의 부품공급 동향도 감지된다. 제품 공급 일정이 확정되고, 전방 수요 부진에도 DDR5 주문은 늘어난다. 지난 2년간 DDR5의 모멘텀은 인텔과 AMD CPU 출시였다. 이제부터는 침투율 상승과 출하량 성장률을 주목해야 한다.

수동부품

DDR4 메모리 모듈 대비 DDR5 메모리 모듈의 가장 큰 차이는 PMIC의 탑재이다. 전력 관리가 모듈 안에서 이루어진다. 기존 메모리 모듈의 경우 저항기만 60-80여여 개 탑재되었으나 DDR5에서는 MLCC와 인덕터가 새롭게 탑재되는 구조이다. DDR3에서 DDR4 전환 당시 저항기가 대표 수혜 부품이었다. 당시 탑재량과 ASP는 각각 +30%, +200% 증가하였다. 

이번 DDR5 사이클에서의 핵심은 인덕터이다. 모듈당 3-4개가 탑재되지만 판가의 경우 저항기 대비 상당히 높은 부품이다. DDR5 사이클에서의 모듈당 판가는 DDR4 수준을 훨씬 뛰어넘는다. 전환율이 50%가 되는 해까지 관련 업체의 가파른 실적 성장이 예상된다. 

긴밀하게 연결되어 있는 반도체 전 후방 산업

전방산업은 크게 스마트폰, PC, 서버가 특히 메모리 반도체의 전방 시장이다.

전방시장중에서도 스마트폰은 가장 많이 반도체를 채용하고 있으며 핸드폰의 두뇌를 담당하는 메모리 및 연산장치(AP), 연산처리를 사람의 눈으로 볼 수 있는 디스플레이 드라이브 IC 그리고 무선통신신호를 주고받는 RF 와 모뎀반도체, 카메라 칩, 소리와 영상을 통제하는 멀티미디어 반도체 등 핸드폰 주요 부품의 약 40%로 사용된다.

반도체산업의 후방산업에는 정밀기계, 화학, 세라믹, 식품의료산업 등이 있으며 정밀기계산업,화학산업은 반도체장비산업에 직접적으로 영향을 주기 때문에 매우 중요하다. 특히 Wafer 의 원재료로 사용되는 폴리실리콘의 경우 최근 태양전지 분야에서 수요가 폭증하면서 반도체용 Wafer 를 위한 공급에 차질이 발생하는 등 반도체 생산에 큰 영향을 미치고 있다.

삼성전자의 Pivot 에 대한 당위성에 대한 근거

① 4Q22 DRAM 점유율 45%로 2019 년 이후 분기 최대치 달성

② 후발 주자들의 감산과 대규모 Capex cut 으로 점유율 하락 위험 제한적

③ 메모리 적자 사이클 진입에 따른 연결 영업적자에 대한 위험

④ 역대급 재고와 더불어 후발주자 대비 높은 재고를 보유하기 시작

⑤ 점유율 확대 전략 유지에도 업계 재편 가시성은 제한적

※ 삼성전자는 1Q23 부터 메모리 영업적자를 기록하기 시작하면서 연중 내내 메모리 사업은 영업적자를 지속할 것으로 전망된다는 점에서 점유율 확보 전략 유지에 대한 당위성은 과거 대비 낮을 수 밖에 없다

※ SK 하이닉스, 마이크론 대비 늦은 감산 결정과 예상을 하회하는 수요 상황은 삼성전자의 DRAM 재고를 경쟁사대비 높게 만들 것이다. 경쟁사들은 선제적 감산으로 2Q22 부터 재고주수의 하락이 예상되며, 삼성전자의 경우 3Q22 부터 재고주수가 하락 할 것이다.

※ 재고가 낮은 업체가 다가올 Restocking 사이클에서 상대적으로 유리할 것이라 판단한다.

- 당사는 1Q23 말 기준 삼성전자, SK 하이닉스의 DRAM 재고는 10 주 후반에 이르기 시작할 것으로 전망한다

- 통상 업계의 적정재고 수준이 3~5 주라는 점을 감안하면, 유래없이 높은 재고이다.

- 완제품 재고가 매우 높은 상황에서 전공정을 거치고 있는 웨이퍼를 즉각적으로 완제품화시킬 유인이 없다는 점에서 재공재고도 역대급 수준일 수 밖에 없다.

- 당사의 생산과 출하 변화율에 따른 DRAM 재고 시나리오에 따르면 연말까지 DRAM 재고가 10 주 이내로 하락하기 위해서는 9% 이상의 생산 감소와 9%이상의 수요 성장이 동시에 진행되어야 한다

- 2023 년 삼성전자의 생산 Flat 과 SK 하이닉스의 생산 -5% 수준의 생산 계획이 그대로 유지될 경우, DRAM재고는 연말까지 10주를 상회할 가능성이 매우 높아진다.

- 현재 시나리오라면, 2023년 DRAM가격 반등은 사실상 어렵다는 결론으로 귀결된다

긍정적 신호들 

- 최근 TSMC 등 비메모리 업체들의 실적 흐름이 바닥을 잡는 모습이다. 추세성은 지속 확인이 필요하지만, 긍정적인 현상이라 판단한다

- TSMC 실적의 핵심 변수는 ‘가격’이 아닌 ‘출하량’이라는 점에서, 고객사의 주문량이 회복되면 메모리보다 더 먼저 실적이 개선된다.

- TSMC 의 분기 기준 가동률은 3Q23부터 개선될 것으로 기대되며, 12M Fwd. EPS 컨센서스는 그 전에 상승이 가능할 것으로 판단한다.

- 현재 메모리 업황 관점에서 ‘가격’ 상승보다 ‘출하량 증가에 따른 재고 소진’이 선행되어야 한다는 점에서 TSMC 의 실적 컨센서스 반등은 긍정적 시그널이다

- DRAM 보다 빠르게 업황이 악화된 NAND 는 삼성전자를 제외한 대부분의 업체들이 현금원가에 근접하기 시작했다.

- 메모리의 전방은 동일하다는 점에서 현금원가에 근접하고 있는 NAND 가격 하락에 따른 수요의 탄력성이 소폭이나마 발현되고 있다

- DRAM 역시 1Q23 부터 삼성전자를 포함한 주요 3 사가 모두 영업적자 구간에 진입하기 시작해 현금원가와의 격차가 20~30% 수준까지 좁혀지기 시작할 것으로 판단되는데, 해당 수준은 2012 년을 마지막으로 한 번도 도달한 적이 없다

- 결국 DRAM 역시 2Q23 내 수요의 가격 탄력성이 나타나기 시작하며, 출하량의 반등 및 수출 금액의 낙폭 축소가 시작 될 것으로 전망한다.

- 2023년 하반기 및 2024 년 공급 증가에 관련이 깊은 2023년 DRAM Capex 는 2022 년 대비 큰 폭으로 감소할 것으로 전망된다

- 마이크론과 SK하이닉스는 2022 년 대비 50% 수준의 Capex cut 계획과 더불어 공급 증가에 영향을 미치는 설비투자의 경우 그 이상 감축하겠다고 발표했다. 삼성전자 역시 DRAM Capex 규모는 2022 년과 유사하지만, 설비투자 비중은 하락 할 것이라 언급했다

- 2024 년 공급 증가에 대한 우려만큼은 과거 대비 낮은 상태에서 수요 회복을 기다리게 될 것이라는 것을 의미한다.

- 장기 성장을 위한 Capex 외의 단순 생산 증가를 통한 점유율 확대 목적의 Capex 유지는 추가 가격 하락의 여지를 제공할 것이라는 점에서 Capex 는 과거 대비 더 보수적 관점에서 검토 될 가능성이 높다고 전망한다

반도체의 생각보다 빠른, 강한 반등 예상 근거 

1) 이미 훼손된 제조업 PMI 

현 시점에서 추가적인 하방은 크지 않으며 이전대비 50pt 아래에서 오랜 기간 눌려있는 양상이 진행되고 있는 만큼 반등 폭발력 역시 클 수 있다. 주가 저점은 지속 우상향 추이를 보일 가능성이 높다. 단순 계산이기는 하지만 과거 ISM 제조업 지수가 50pt를 하회하고 Up-Cycle 진입까지의 기간이 가장 길었던 245일(15~16 Cycle)을 이번 Cycle에 동일하게 적용시, 반등 예상 시점은 23년 6월로 계산된다. 현 시점에서 당사가 예상하는 3Q23~4Q23의 반등 전망은 크게 무리한 가정은 아닐 수 있다

2) IT 세트, 추세선 이탈도 완화 & 정상화 근접 중 

코로나19 이후 PC, 모바일, 서버 등의 수요는 각 세트별 최근 3~5개년 성장률 추세를 크게 이탈했다. 이후 고통스런 수요 둔화 여파를 겪고 있으나 긍정적인점은 추세 이탈도가 크게 완화됐다는 점이다. 세트별로 약간의 차이는 있으나 기존 추세에 근접해 가고 있다. 매크로 바닥보다 앞선 반등, 그리고 향후 매크로바닥 확인 국면에서 예상보다 강한 반도체 반등이 가능할 수 있는 기반이다.

3) 하반기, 생산업체들의 공급 축소 효과 발생하기 시작하는 시점 

생산업체들의 공급 축소 효과는 1Q23부터 발생하기 시작했다. 2H23, 1H24로 갈수록 관련 효과는 점진적으로 확대될 예정이다. 매크로 바닥의 지연이 있더라도 공급 축소 효과를 감안할 때 반도체 업황의 급격한 악화는 가능성이 낮다.

EUV, 나노 공정의 핵심이 열리다 

차세대 반도체 공정의 핵심은 EUV 기반 초미세 패터닝의 현실화이며, 이를 위해 EUV 관련 소재 및 부품의 확보, 공정 수율 개선 및 후공정 비용 절감이 반드시 필요하다. 10nm 이하의 초미세 패터닝 영역은 EUV 노광 공정으로 넘어가기 시작했는데, 물리적으로는 5nm 이상의 패터닝은 EUV가 없어도 가능하다. 하지만 기존 DUV를 이용한 다중 패터닝 공정은 5nm 이하 공정에서 이론상으로 적용하기 어렵다. DUV 다중 패터닝 공정을 5nm 공정으로 구현하려면 마스크 배치가 100번 넘게 반복되어야 한다. 이렇게 많은 마스킹이 요구되는 공정은 원가와 수율 문제에서 자유로울 수 없으며 공정상 오류가 높아질 수 밖에 없어 검사시에도 시간과 비용이 증가하게 된다. 다양한 종류의 고성능 반도체를 만들기 위해서는 더 높은 집적도와 정밀도가 필요한데 EUV를 사용하게 되면 13.7nm 광원을 사용하므로 단일 패터닝 공정 대비 물리적으로 훨씬 작은 크기를 만들어낼 수 있기 때문에, 마스크 공정도 더 줄어들고 제조비용도 감소하게 된다.

​TSMC는 ASML의 EUV 장비를 100대 넘게 보유하고 있으며 전세계 EUV 장비의 70% 이상을 확보하고 있어 파운드리 내에서 독보적인 위치를 확보하고 있다. 현재 TSMC 3nm 공정에서 양산한 웨이퍼는 약 20,000달러로, 5nm 공정을 이용한 웨이퍼 가격보다 약 4,000달러 이상 비싸다.

삼 성전자는 단순히 비용 절감뿐만 아니라, 40nm이하의 Non-EUV DRAM이 기술측면에서 매우 복잡해지고 있으며, 사이클 타임 또한 길어지고 있다는 점에서 EUV 도입의지를 표명한 바 있다. 또한 5nm 이하의 DRAM 기술에서 EUV를 채택하게 되면 bit density가 최대 3배 증가할 수 있다. 삼성전자는 14nm DRAM에서 EUV 레이어 5개를 채택하고 있으며, 자율주행차를 타깃으로한 MCU, 차량 제어용 AP, XR/AR 전용 반도체 등은 성장 잠재력이 크지만 아직 TSMC가 주목하지 않는 시장이므로, 이런 시장을 선진입해서 고객과의 관계를 구축할 경우 삼성전자의 파운드리 경쟁력도 높아질 것이다.

인텔 역시 애리조나에 2개의 EUV 팹을 200억달러 (약 25조원)을 들여 투자할 계획이며, 미국 오하이오주와 오레건주, 유럽에 추가적인 팹 건설을 발표하였다. 인텔은 2025년 이후 ASML과 공동개발한 High NA인 0.55 NA급 EUV 장비 확보에 대한 우선권이 있기 때문에 이후 충분한 물량의 EUV 장비를 확보하게 된다면 향후 TSMC와 삼성전자, 인텔의 삼파전으로 이어질 가능성이 매우 높다.

​EUV 공정상 필수적인 요소 - 펠리클, 블랭크 마스크 

EUV는 파운드리, 메모리 등 광범위한 분야에서 적용되며, 특히 EUV 투입량 증가에 따라 웨이퍼와 레티클에서 추가적인 검사 장비가 요구되고 있고, 패터닝 공정상 EUV PR, EUV 블랭크마스크와 펠리클이 핵심적인 요소이다.

Logic(Foundry)의 경우 7nm에서는 평균적으로 10개 이상의 EUV layer가 요구되며, 5nm에서는 2배 수준인 20개 이상이 필요한 것으로 전망된다. 3nm 공정의 경우 약 25개 정도의 EUV레이어가 필요한 것으로 알려져 있다. DRAM의 경우 1y, 1z 노드에서는 1-2개의 EUV 레이어가 필요하지만 1a에서는 3-5개의 EUV 레이어가 요구된다. 적용 레이어가 증가할수록 관련되어 요구되는 펠리클도 증가하게 된다.

EUV 펠리클의 현재 

EUV 노광 공정은 노광기에서 나오는 빛을 마스크에 반사시켜 웨이퍼에 쪼이고, 웨이퍼 위 PR이 빛에 반응하면서 움푹 패이거나 남아있는 과정을 거쳐 진행된다. 여기서 EUV 대량 양산을 위한 주요 이슈 중 하나가 EUV 노광 공정상 발생하는 오염이다. EUV 펠리클은 얇은 박막을 포토마스크 위에 씌워 대기중 분자와 오염물질로부터 보호하는 필름으로, 패턴 결함을 줄이기 위한 용도로 사용된다. EUV 펠리클을 통한 EUV 광의 이중 투과는 반사마스크에 의해 결정되는데, EUV 펠리클의 투과율이 90%인 경우 노출 선량은 81%로 감소하게 된다. 이것은 20% 생산성이 감소한다는 의미이고, 여기서 발생된 에너지가 펠리클 막에 가해지면서 열적-기계적 특성에 영향을 미친다.

EUV 펠리클 필수 요건 

1) 투과율이 높고 반사율은 0에 수렴

2) 오염이 최소화되고, 온도를 견뎌야

3) 열방사성이 높고,열팽창 계수가 낮아야

4) 화학적으로 잘 견뎌내야 함

초기의 p-Si 기반의 펠리클은 투과도는 충족되었지만, 펠리클 수명과 직접적으로 연관된 기계적, 열적 안정도 측면에서 HVM 수준에 도달하지 못하였다. 250W EUV 광원으로 작동하는 EUV 노광기에서 40nm p-Si 펠리클의 최대 온도는 994℃에 이른다. 이러한 고진공 환경에서는 박막구조 때문에 EUV 펠리클을 노광 중 냉각할 수 있는 방법이 열방사밖에 없다.

따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 1) 탄소계 재료를 삽입하여 기계적 특성을 개선하고, 2) 고방사 재료로 캐핑(capping)하여 열적 특성을 높이는 것이 최근의 개발트렌드이다. 메탈 계열의 펠리클을 사용하면 기계적 강도가 높아지면서 높은 투과율을 보여서 가장 빠르게 적용될 수 있을 것으로 기대된다. 그리고 탄소나노튜브(CNT)의 경우 평균 두께는 10nm이하이며, 다공성 구조라 투과율이 높은 특징 때문에 차기 펠리클 후보군으로 진행 중이며, 600W의 95% 투과율을 가질 것으로 예상된다. 향후 CNT를 EUV 펠리클에 적용하기 위해서는 소재의 변수(single or multi, 번들 사이즈, 광학적, 기계적, 열적 특성 등)와 밀도, 형태에 따른 특성을 조정해야 한다.

일률적인 솔루션은 없으며, 1) 생산 리스크와 비용 간의 균형을 맞추거나, 2) 레이어의 특성, 펠리클 투과도, 결함 발생가능성 등의 여부를 검토하여 파티클 오염을 제어할 수 있는지에 따라 두 방법 중 하나를 선택하고 있다. 마스크 일부가 오염되어도 나머지 부분만으로도 충분히 사용할 수 있는 메모리의 경우에는 무리해서 펠리클을 사용할 필요가 없다. 오히려 펠리클을 사용함으로서 감소하는 광량 때문에 생산성이 떨어지는 문제가 있다. 그러나 회로 일부만 오작동해도 전체를 못쓰게 되는 시스템 반도체 분야에서는 펠리클이 더 필요하다. 그럼에도 불구하고 쉽게 양산공정에 적용되지 못하는 이유는 펠리클이 파괴되었을 때 이물질이 묻은 것과는 비교할 수 없을 만큼의 심각한 오염이 발생하여 마스크를 버려야 하기 때문이다.

반도체 칩의 초소형화에 따라 미세선폭도 줄어들게 되고, 공정상 발생되는 Defect를 줄이기 위해 점차적으로 펠리클 사용량은 증가하게 될 것으로 전망된다. 현재는 펠리클 성능이 모든 조건을 충족하고 있으며, 대량 양산이 가능한 수준에 다다랐다. 최근 ASML이 발표한 내용에 따르면, 펠리클의 수명 테스트는 400W 이상에서도 견딘 것으로 보고되고 있다. 향후 High NA 노광기가 출시되더라도 현재의 펠리클과도 완벽하게 호환 가능하며, 추가적으로 800W이상을 견디는 새로운 소재로 펠리클 개발이 진행 중이다.

EUV 블랭크 마스크가 필요한 이유

블랭크 마스크는 lithography 공정에 사용하는 포토마스크의 원판으로, 블랭크 마스크 위로 반도체 패턴을 그려서 빛을 반사 및 투과시키면 웨이퍼 위에 상이 맺힌다. 따라서 EUV 블랭크마스크는 특수한 기계적, 화학적, 광학적 기능을 가진 수 개의 레이어로 구성되어 있다. 마스크 기판은 LTEM(Low Thermal Expansion Material) 기판으로, 최소 변형률로 마스크의 강도를 유지해야 하기 때문에 낮은 CTE뿐만 아니라, 무결점의 평탄도를 요구하며, 고반사율 및 전사 정밀도를 향상시키기 위해 전면의 경우 50nm이하, 후면의 경우 500nm 이하의 정밀한 평탄도가 요구된다. 이를 충족하기 위해 LTEM 기판 위에 반사체 역할을 하는 Multi-layer(ML)가 형성된다.

ML의 반사율이 낮으면 마스크의 광학 파워 손실율이 증가하는데, EUV블랭크 마스크의 가장 큰 리스크 요인은 긴 공정 시간 동안 ML의 성능을 유지할 수 있는지 여부에 달려있다

일본 업체들의 조사에 따르면, 2021년 EUV 블랭크 마스크 글로벌 시장 규모는 전년대비 약 13% 증가한 1억 6,005만달러로 추산되고 있다. EUV 블랭크 마스크는 제조공정상 난이도가 높으며, 특정 고객사향 제품을 일본 H사가 독점하다 보니 단가 협상도 쉽지 않다

일본 A사는 2022년 1월 EUV 블랭크 마스크 생산능력을 2배 확대하기 위해 신규 생산설비 증축을 하고 있으며, 시장점유율을 2025년 50%까지 높이겠다는 목표를 세우고 있다. 삼성전자를 필두로, SK하이닉스,마이크론이 10nm급 DRAM 5세대 또는 6세대 제품으로 넘어가면서 EUV 공정을 양산 도입하겠다고 밝히고 있기 때문에, 이와 관련되어 메모리 시장에서도 적용되는 EUV 레이어 수가 늘어나면서 EUV 블랭크 마스크 비용 지출도 기하급수적으로 늘어날 것으로 전망된다.

EUV PR, 반도체 EUV 소재 공급이 성장을 견인 

EUV PR 시장 규모는 반도체 Capex 투자에 비례하지만, 한편으로는 일본 업체의 트랙 장비 개발 속도에 반비례하기도 한다. 트랙 장비는 반도체 PR을 웨이퍼에 도포하고 현상하는 설비이다. 일본 T사가 글로벌 시장 점유율 90%로, 거의 독점적으로 공급하고 있다. T사의 신규 트랙 장비가 도입되면 PR 사용량을 절반 이하로 줄일 수 있게 되며, 코팅 신뢰성과 속도 확보만 가능하다면 충분히 도입될 가능성이 높다. TSMC, 삼성전자, 인텔, SK하이닉스가 EUV 라인 투자를 늘리고 있고, DRAM 역시 EUV 적용 레이어 수를 늘리고 있기 때문에, 포토레지스트 시장의 절대적인 성장세는 지속 증가할 가능성이 높다. 시장 조사업체인 Techcet에 따르면 EUV용 PR 시장은 2020년 이후 연평균 53%씩 성장해서 2025년 14만 5,000리터까지 늘어날 것으로 예상된다

반도체는 나노 단위의 미세 회로패턴으로 이루어져 있으며, 이러한 미세 패턴을 구현하려면 어느 부분을 깎아내고 어느 부분을 남길 지에 대해 명확하게 지정해주는 공정이 필요하다. 이공정이 포토(Photo)공정이며, 동일한 패턴을 정확한 위치에 정확한 모양의 크기로 형성해야 하고 이물질의 유입이 없어야 한다. 이러한 포토 공정은 EUV 도입으로 인해 더욱 중요해지고 있다.

EUV 노광공정 중 중요한 소재 중 하나가 포토레지스트(PR)인데, 2008년부터 꾸준히 포토레지스트에 대한 성능 개선이 이루어져왔지만 여전히 난이도가 높은 분야이다. 왜냐하면 1)해상도, 감도, 패턴 균일도(LWR)를 동시에 충족시키기 어려운 기술적인 문제와 2) 포토레지스트 반응 메커니즘상 EUV의 광에너지(92.5 eV)가 레지스트 소재의 광에너지(~10 eV)보다 더 높아 제어하기 어려운 문제가 있기 때문이다

반도체 포토레지스트는 반도체 공정에서 사용되는 핵심 재료 중 하나로, 마스크를 통해 선택적으로 빛을 받은 영역만 화학 반응을 일으켜 미리 그려진 미세패턴을 실리콘웨이퍼 기판 위에 형상화 할 수 있는 화학약품이다. 이것은 여러 가지 성분이 녹아있는 용액의 형태로 되어 있는데, 공정에 적용하기 위해서는 일정한 양의 용약을 웨이퍼 위에 회전 도포(spin-coating)하여 수백나노 ~ 수마이크론 단위의 얇은 필름을 형성시킨 후 노광기로 옮겨 사용한다.

포토레지스트의 주요 구성성분은 1) 포토레지스트의 접착력과 에칭 저항력을 향상시켜 패턴을 형성하는 고분자 수지(Resin)인 Novolac, 2) 빛을 쬐면 카르복실산(가장 강한 산성 화합물)으로 분해되어 산을 발생시켜 빛에 반응하는 감광제(PAG나 PAC), 3) 포토레지스트를 액화시키는 용매인 Solvent로 구성되어 있다.

고객사별로, 어떤 업체가 어떤 레이어용으로 공급하는지에 따라 PR 가격 차이가 큰데, 삼성전자는 대부분 일본 업체로부터 PR을 받고 있으나, 메모리용 EUV PR에서 국내 동진세미켐이 3순위 공급업체로 선정되어 일부 공급 중이다. SK하이닉스는 SK머티리얼즈퍼포먼스와 EUV 협업 중이나,가시적인 매출은 아직 나오고 있지 않다. 하지만 난이도가 높은 EUV PR에서도 국내 업체들의 양산 제품이 일부 라인을 중심으로 적용이 되고 있으며 기존 일본 업체들 중심에서 벗어나 고객사 다변화가 이루어지고 있다는 점은 고무적이라고 판단한다.

GPGPU(General Purpose GPU)를 보조하기 위한 HBM(High Bandwidth Memory)의 성장세가 가파를 것으로 예상되는 것은 사실이나, 해당 시장은 구조적으로 상단이 제한되어있다.

 HBM은 기존의 컴퓨팅 제품(DDR4, DDR5)를 대체하는 제품이 아니며 GPU를 보조하기 위한 메모리의 일종으로, 메인 메모리가 아닌 그래픽카드에 들어가는 GDDR에 해당되는 제품이다. 

그래픽 제품은 전체 시장 수요의 10% 수준이며, 이 중 HBM이 차지하는 비중은 10% 미만이다. 즉 현 시점에서는 전체 수요의 1~2%에 불과하다는 것이고, 구조적으로도 전체 수요의 5% 이상 수준까지 도달하기 어렵다.

메모리 업체별 공급 조절 전략 

1. 삼성전자 : ‘감산’ 키워드만 없었을 뿐, 공급조절에 동참 중 

투자자의 입장에서 감산을 기대하는 이유는 공급이 수요보다 부족해지고 수급 균형이 공급자 우위로 전환되기를 바라는 것이다. 수급 균형 관점에서는 공급이 기존 계획 대비 줄어드는 한, 자연적 감산과 인위적인 감산의 차이는 존재하지 않는다.

실적발표 컨퍼런스콜은 기본적으로 주주와 투자자들을 대상으로 진행하나, 공개적인 콜의 특성상 필연적으로 다른 청중도 참석하게 된다. 대표적으로 정부 관계자나 경쟁사가 있고, 동사는 정부 관계자에게는 ‘투자를 축소하지 않고, 일자리를 창출하며 국가 경제에 기여할 것이다’라는 메시지를, 경쟁사에게 역시 ‘우리는 감산을 진행하지 않기 때문에, 수익성을 방어하고자 한다면 추가적인 감산을 하라’는 메시지를 전달하고 싶었을 것이다. 컨퍼런스콜 전체를 통틀어 ‘감산’과 ‘투자 축소’라는 용어를 한번도 사용하지 않은 점, 그리고 동사의 고위 경영진이 모든 공개적인 행사에서 일관적으로 투자를 유지한다는 기조를 강하게 이야기하고 있는 것은 이런 맥락에서 이해할 수 있다.

그럼에도 불구하고, 동사는 상반기까지 P3 신규 라인의 일정 수준 조업도를 확보할 수 있을 만큼의 장비가 입고된 후부터는 1znm → 1anm 이상으로의 전환(해당전환은 오히려 B/G를 감소시킴)을 제외한 DRAM향 투자는 24년으로 이연할 것으로 예상한다.

삼성전자는 23년 메모리 Capex가 전년과 유사한 수준(22년은 약 32조원 수준으로 추정)일 것이라고 발표하였으나, 해당 시점 이후로부터 반도체 업황이 더 악화된 점을 감안 시 메모리향 Capex는 30조원 이하로 감소할 것으로 추정된다. 

삼성전자의 ‘자연적 감산’의 영향으로 동사의 DRAM 생산량은 기존 계획 대비 10%p 수준 감소로 추정된다. 한편 평택 P3에 일정 수준 조업도가 달성되는 시점인 하반기부터는 공급 조절 행렬에 더욱 적극적으로 동참할 것으로 예상한다

반면 NAND에서는 감산을 할 가능성이 낮은 것으로 판단한다. NAND 업계는 아직 6개의 업체가 존재하여 중장기적으로 추가 Consolidation이 발생해야 안정적인 수익 증대를 기대할 수 있는 시장이다. 금번 싸이클에서 경쟁사를 시장에서 퇴출시키는 것은 어렵더라도, 투자 여력을 훼손시키는 것만으로도 이후 싸이클에서 퇴출 가능성을 높일 수 있기 때문이다.

2. SK 하이닉스 : 조달과 함께 투자 추가 축소 전망

SK하이닉스의 23년 Capex는 8조원 이하 수준일 것으로 전망한다. 동사는 실적발표 컨퍼런스콜을 통해 23년 Capex 규모를 22년 Capex(약 19조원) 대비 50% 이상 감소시키는 것으로 발표하였으며, 해당 언급으로 예상 가능한 수준은 9.5조원 수준이나 업황의 추가적인 악화로 1anm로의 전환을 위한 투자를 제외한 대부분의 투자가 중단될 것이라는 예상을 반영한 숫자이다.

투자가 축소될 것으로 예상하는 이유는 동사의 제한적인 현금 여력 때문이다. 22년 말 SK하이닉스가 보유한 현금 및 현금성 자산은 4.5조원 수준이며, 1분기 중 사채를 통해 약 4.4조원을 조달하였으나 1분기에는 4조원에 달하는 적자 규모로 EBITDA가 (-)로 감소할 것으로 예상된다. 추가적인 조달을 통한 현금 확보도 필요하겠으나, 하반기 수요가 불확실한 상황에서는 이연 가능한 투자는 모두 이연할 가능성이 높은 것으로 판단한다.

미국에서 발행한 회사채와 국내에서 발행한 회사채 모두 수요가 양호하였기 때문에, 동사가 설비투자를 8조원 수준으로 집행하고 채권 등으로 추가적인 조달이 가능하기 때문에 유상증자나 Cash Cost 이하에서의 DRAM 판매 리스크는 해소된 것으로 판단한다.

동사는 저수익성/legacy 제품 위주로 웨이퍼 투입량을 줄이고 있다고 발표하였으며, 구체적인 규모는 제시하지 않았으나 마이크론과 비슷한 수준으로 DRAM/NAND 각각 20%씩 감소시키는 중으로 추정된다

3. Micron : 현금을 보유해야 하는 이유 (Feat. WDC, Kioxia)

마이크론 역시 기존 발표한 수준 이상의 감산을 진행할 것으로 예상된다. 22년 11월말 분기 기준 동사는 USD 10.2B의 현금 및 현금성자산을 보유하고 있었다. 해당 분기 중 조달한 USD 2.3B을 포함한 수치로 SK하이닉스 대비 상대적으로 높으나, 이후 NAND업체의 인수 가능성을 대비하기 위해 투자를 확대하기보다는 현금을 지속 보유할 가능성이 높을 것으로 전망한다

Kioxia와 Western Digital이 합병을 추진 중이라는 사실이 언론을 통해 보도된 상태이다. 두 기업은 이미 합작 법인을 통해 생산 시설을 공유하고 있기 때문에 합병에 따른 원가절감(규모의 경제를 통한 고정비의 분산효과)은 발생하지 않는다. 두 업체의 IPO 흥행 실패는 역설적으로 타 메모리 업체의 주가에 긍정적으로 작용할 것으로 전망하는 한편, IPO 실패 시 해당 주체를 인수할 수 있는 가능성이 있는 기업은 사실상 마이크론밖에 없는 것으로 판단한다. 

NAND 시장 내 점유율은 Western Digital+Kioxia가 33%, 삼성전자 35%, SK하이닉스 17%, 마이크론 12%다. 합산해서 50% 이상의 점유율이 나오는 삼성전자나 SK하이닉스는 인수를 위한 반독점 심사가 승인될 가능성이 극히 낮다. 마이크론은 낮은 시장점유율로 인해 시장 Consolidation이 발생하더라도 Organic Growth만으로는 규모의 경제를 확보하기 어려우며, 이는 타 업체 대비 원가경쟁력이 낮아지는 결과로 이어진다. 따라서 M&A를 통해 규모의 경제 확보가 필요한 상황이기 때문에 추후 발생할 수 있는 상황을 대비하여 현금 보유량을 지속적으로 높게 유지할 것으로 예상된다

4. Kioxia 와 Western Digital : 선제적 NAND 감산

Kioxia는 이미 22년 9월 발표를 통해 10월부터 웨이퍼 투입량를 30% 감소시킨다고 발표하였으며, Western Digital 역시 23년 1월에 NAND 생산을 30% 감소한다는 계획을 밝혔다. 두 기업이 다른 업체들보다 먼저 감산을 발표한 이유는 NAND 제품 가격이 현금원가에 더 빠르게 도달했기 때문인 것으로 추정된다.

DRAM 대비 과점화가 덜 진행된 NAND 시장의 특성상 영업이익률이 DRAM 대비 낮을 수밖에 없고, 가격 하락은 비슷한 수준으로 진행되었기 때문이다. 단 Storage 제품 특성상 DRAM 대비 가격탄력성이 높기 때문에, 가격 회복이 시작되는 시점은 DRAM보다 이르게 나타날 것으로 예상된다.

현재 반도체가 중요 국가적 자원으로 인식되고 있어, 두 업체의 Cash Burn이 지속되더라도 완전한 파산에 이를 가능성은 낮은 것으로 예상된다. 위기에 달하기 전에 미국과 일본 정부의 자금 수혈이 이루어질 가능성이 높다. 다만 해당 결정으로 인해 수혈되어야 하는 규모는 수 조원 규모에 달할 것이며, 단기간에 결정되기 어렵다. 해당 시점까지는 투자 축소와 감산이 진행될 수밖에 없으며, 공정 전환을 위한 투자가 지연될수록 두 기업의 원가 경쟁력과 점유율이 하락하는 결과로 이어진다.

Scenario별 재고 분석 - 하반기 재고 정상화는 Best Case 에서도 불가능 

재고를 분석하는 방식은 여러 기준이 존재하며, 절대적인 재고 금액, 제품 재고 금액, 용량 기준 절대량, 재고 주수 등이 있다. 과거 싸이클을 기준으로, 재고 피크 전후 한 개 분기 주가가 바닥을 형성했다는 점을 확인할 수 있다. 업계에서 현 수준의 감산만 유지 하더라도 재고의 피크는 2분기로 예상되며, 이는 현 시점부터 적극적인 매수를 추천하는 다른 이유다

당사 수요 가정을 Base Case로, Best Case와 Worst Case 시뮬레이션 시 Best Case인 하반기 수요의 폭발적인 성장을 보이는 경우라도 업체들의 재고 수준은 여전히 높을 것으로 예상된다.

반면 경기 침체를 가정한 Worst Case서는 업체들의 실적이 더욱 악화되면서, 공급이 축소될 것으로 예상하기 때문에, 재고 수준이 23년말에는 Base Case 대비 더 높으나 24년은 더욱 빠르게 축소되는 모습이 나타날 것으로 전망한다. 따라서 23년 Worst Case 발생 시 오히려 24년 실적 개선은 더욱 강하게 나타날 것으로 예상한다

많은 I/O로 정보처리 비교 우위에 있는 HBM

메모리 병목 현상을 해결하기위한 방법으로 GDDR 대신 HBM이 떠올랐다. 주된 차이점은 I/O(Pin 개수)가 많아진다는 점이다. GDDR 제품은 I/O가 3개에서 100개로 HBM의 1024개와 차이가 크다. 주로 I/O는 차선에 비교하는 데 차선이 많아질 수록 한번에 많은 차들이 체증없이 다닐 수 있고 발열과 신뢰성 모두 개선된다. 다만 단가가 상당히 높게 형성되기에 서버 제품 위주로 채택이 되고 있다. 위에서 언급했듯이 서버업체들의 제품 채택 최우선 요소는 효율성이다. B2C 제품과 다르게 가격이 우선 순위가 아니다. 성능 개선만 확실하다면 채용할 요소가 확실하다.

HBM이 활용되는 대표 제품은 AMD의 GPU가 있다. 그리고 여기서 2.5D 패키징이라는 개념이 나온다. 기존의 패키징은 주로 2D 패키징이었다. 다양한 칩들이 수평선 위에 위치해 작동하는 형태다. 다음 형태의 패키징이 3D 방식이다. 칩들을 위아래로 수직적인 위치에 배열해 속도 개선 및 공간 절약을 동시에 가져가는 형태다. 2.5D 패키징은 실리콘 인터포저를 사용한다. 보통 2D나 3D 패키징은 패키징 기판과 범프를 이용해 연결한다. 하지만 위에 언급했듯이 HBM의 I/O는 1000개 가량이다. 이걸 기판을 통해 연결하는 방식은 효율적이지 않다.

때문에 웨이퍼 공정을 통해 만든 실리콘 인터포저를 통해 비메모리와 메모리를 연결하고 인터포저를 패키징 기판과 다시 연결하는 방식을 가진다.

가격과 수율 측면 한계가 여전한 HBM

2.5D 패키징을 활용해 GPU 성능을 개선했다. 이제 적용만 확대되면 될 것 같지만 여기도 문제점이 존재한다. 1) 2.5D 패키징을 하면 가격이 비싸진다. B2C 제품에서의 적용 확대를 기대하기는 어렵다. 단가가 기본적으로 훨씬 높기 때문이다. 실리콘 인터포저 자체만으로도 몇십불 정도인 것으로 알려져 있다. 또한 병목 해소를 위해서 무작정 HBM을 늘릴수 없다. 칩에도 연결 부위를 따로 만들어 줘야되기 때문에 비용 증가가 어마무시하다. 칩이나 기판은 크기가 커질수록 단가가 지수함수 형태로 증가한다. 불량률이 높아져 수율이 낮아지기 때문이다. 2)HBM 제품 자체도 수율이 좋지 않다. 메모리는 기존에 와이어본딩이나 플립칩 본딩의 방식을 사용했다. 다수의 칩을 패키징 기판에 와이어를 통해 연결하거나 플립칩 방식으로 디램을 1개씩 연결한 모듈을 사용한다. HBM은 다수의 디램은 TSV 공정을 통해 Peri 부분에 구멍을 뚫어 연결해 만든다. 많은 수의 홀을 정확하게 연결해야하는데 이 공정 자체가 수율이 높지 않은 것으로 알려져있다. 수율이 높지 않다는 뜻은 단가를 단시간에 낮추기는 어렵다는 뜻이다. 수율에 문제가 있으면 메모리 업체들도 선뜻 생산을 확대하기에 망설여질 수 밖에 없다.

AI 시대의 개막 및 GPU의 필요성 증가로 HBM 수요는 서버 위주로 증가할 전망이다. 아직까지는 적용 비율이 많지 않은 것으로 추정된다. GDDR 제품을 대체하며 시장을 대체할 것으로 예상되나 현재 GDDR 제품의 전체 DRAM 시장 비중은 5% 수준으로 작다. AI에 대한 수요는 꾸준히 증가할 것으로 전망되는 만큼 과거 서버 DRAM이 비중이 작았던것 처럼 결국은 중요성과 비중이 확대될 것으로 전망한다. 이 과정에서 제품 수율을 높이기 위해 후공정 장비의 필요성이 증가할 것이다. 그리고 이종 칩 간의 연결을 위해 마이크로 솔더볼 수요 증가, 패키징 기판 및 테스트 소켓의 대면적화 및 ASP 상승이 기대된다.

- SK하이닉스의 HBM3 반도체 경쟁력도 세계 최고 수준이란 평을 듣는다. 업계에선 SK가 세계 최고 GPU 회사인 미국 엔비디아에 HBM3 제품을 공급한다는 사실에 주목한다.

- 엔비디아 GPU 제품인 H100에 HBM3가 들어간다. 기존 HBM2E보다 데이터 처리 속도를 80% 높였다.

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- 2023년 메모리 업계 최대 뉴스인 인텔 '사파이어 래피즈' 서버용 CPU 시장도 놓칠 수 없는 기회다. 인텔은 HBM 메모리와 결합한 사파이어 래피즈는 기존 세대 AI 보다 작업 처리량이 2배 이상 늘어날 것이라고 지난해 밝힌 바 있다. 삼성과 SK의 HBM반도체와 인텔의 슈퍼컴퓨터용 CPU 간 궁합이 좋다는 얘기다.

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삼전과 하이닉스 모두 AI 제품에 사용되는 차세대 메모리 반도체 납품 중

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- 삼전: 지능형 메모리(HBM-PIM)

- 하이닉스: 고대역폭 메모리(HBM3) 개발 중.

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인텔의 사파이어 래피즈에 HBM 결합하면, 기존 AI 대비 작업 처리량 2배라고 함.