2025년 자동차 메모리 시장 1위를 겨냥한 삼성전자(005930)가 2027년에는 차량용 HBM4E를 선보이겠다는 계획을 내놨다. 자율주행 고도화와 생성형 인공지능(AI) 도입으로 차량 내 고성능 메모리 수요가 폭증하는 데 따라 ‘고대역폭메모리(HBM)’가 전장에 필수화될 것이라는 전망이다. 중국 메모리 업체들의 ‘덤핑 공세’에 시달리고 있는 국내 메모리 업계가 신뢰성이 강조되는 자동차 전장 시장에서 새로운 기회를 모색하고 있다.

19일(현지 시간) 삼성전자는 미 실리콘밸리 삼성 반도체 미주총괄(DSA)에서 개최된 ‘국제반도체표준협의기구(JEDEC) 자동차 전장 포럼(Automotive Electronics Forum) 2024’에서 2027년을 목표로 차량용 HBM4E 출시 계획을 제시했다. 48GB(기기바이트) 용량에 초당 2TB(테라바이트) 대역폭을 지닌 HBM4E로 자율주행차를 지원하겠다는 목표다.

삼성전자의 계획은 5단계 완전자율주행 구현에 현재의 메모리 용량과 대역폭이 턱 없이 부족하다는 완성차 업계의 요구에 따른 것이다. 출시 계획이 확정되지는 않았지만 전장업계 요구에 호응하기 위해서는 HBM4E 등 고대역폭 솔루션이 필요하다는 뜻이다.

자율주행 수준이 높아질수록 시각 인식을 비롯한 실시간 인공지능(AI) 처리량은 급증하기 마련이다. 핸들에서 손을 뗄 수 있는 3단계 ‘제한적 자율주행’에 필요한 처리량은 100TOPS(초당 1조회 연산)에 불과하지만, 전방을 주시하지 않아도 되는 4단계 자율주행에는 2000TOPS, 5단계 완전 자율주행에는 5000TOPS 이상의 연산량이 요구된다.

연산을 뒷받침하기 위해서는 더 높은 D램 용량과 대역폭이 필요하다. 3단계 자율주행에는 70GB D램과 초당 200GB의 대역폭이면 충분하나 5단계 완전자율주행에 필요한 D램 용량과 대역폭은 각각 200GB, 초당 2TB에 이를 전망이다. 현재 차량에 주로 쓰이는 모바일용 LPDDR4, LPDDR5를 넘어선 ‘고대역폭메모리(HBM)’가 필요한 이유다.

차량에 속속 도입될 예정인 생성형 AI 또한 D램 사용량을 높이는 요소다. 이날 오후 키노트에 나선 SK하이닉스(000660)는 “AI 매개변수(파라미터)가 10억개 늘어날 때마다 D램 필요량이 0.4~0.5GB 늘어나 초소형 생성형 AI 모델인 ‘라마 7B’만 적용된다 해도 3~4GB의 D램이 추가돼야 한다”며 “1토큰(AI 연산 처리단위) 당 대역폭 또한 13~14GB 늘어날 필요가 있다”고 설명했다.

저장장치인 낸드플래시도 고성능화된다. 삼성전자는 3단계 자율주행차에는 4~8TB가 필요한 낸드플래시가 5단계 자율주행차에는 16~32TB까지 도입된다는 전망을 내놨다. 동시에 총쓰기용량(PBW)도 9PBW에서 36PBW로 늘어날 것으로 보인다.

결과적으로 차량용 반도체 시장 내 고급 반도체 수요가 급증할 전망이다. 삼성전자는 2033년 차량용 D램 중 40%가, 낸드는 70%가 3~5단계 자율주행차에 쓰일 것이라는 분석을 내놨다. 차량용 메모리 시장 규모 또한 급속 성장이 예상된다. 이날 키노트에 오른 포드는 2023년 810억 달러 선이던 차량용 메모리 시장 규모가 2030년에는 1640억 달러에 달하고, 이 중 13.6%를 메모리가 차지한다고 예측했다.

고장이 대형 사고로 직결될 수 있는 차량용 반도체는 안전성과 신뢰성이 생명이다. 이날 포드는 “일반적인 반도체는 가성비가 중요하겠으나 차량용 반도체 기능적 안전과 신뢰성, 장기적인 지원 여부가 최우선”이라고 강조했다. 이는 국내 업체들이 중국 후발주자 대비 강점을 지닌 분야기도 하다. 반도체 업계 한 관계자는 “DDR4 등 구형 반도체 시장에서 적자를 두려워하지 않는 중국 업체들의 강력한 도전에 직면한 삼성전자와 SK하이닉스가 차량과 로봇 등 ‘모빌리티’ 분야에서 초격차를 벌려나가야 한다”고 말했다.