AI 메모리 공급부족의 본질: HBM·HBF·HBS가 동시에 주목받는 이유

AI 메모리 공급부족의 본질: HBM·HBF·HBS가 동시에 주목받는 이유

AI 반도체 경쟁은 더 이상 연산 칩만의 싸움이 아닙니다.
최근 글로벌 빅테크와 반도체 업계의 공통된 문제의식은 명확합니다. “연산은 충분한데, 데이터를 못 따라간다”는 점입니다.
이 병목을 해결하기 위해 등장한 것이 HBM이고, 최근에는 그 한계를 보완하거나 확장하기 위한 HBF와 HBS가 동시에 부상하고 있습니다.
이 글은 단순 기술 소개가 아니라, 왜 이 기술들이 지금 등장했는지, 그리고 어떤 기업과 섹터가 실제 수혜를 받는지를 투자 관점에서 정리합니다.

 

🔹 HBM은 왜 등장했고, 무엇이 한계를 만들고 있습니까

HBM은 AI 시대가 요구한 필연적 결과물입니다.
GPU·AI 가속기는 연산 속도가 급격히 빨라졌지만, 기존 DDR 메모리는 데이터 공급 속도를 따라가지 못했습니다.
이에 따라 메모리를 수직으로 쌓고 TSV로 연결한 HBM(High Bandwidth Memory) 구조가 등장했습니다.

HBM의 발전 과정은 명확합니다.

• HBM1 → AI 개념 검증 단계
• HBM2·HBM2E → 데이터센터 적용 확대
• HBM3·HBM3E → 생성형 AI 본격 확산

최근 보도 기준으로 AI GPU 한 개당 HBM 탑재 금액은 수천 달러 단위로 상승했으며, GPU 원가에서 차지하는 비중도 30~40% 수준까지 올라왔습니다.
문제는 여기서 발생합니다. HBM은 빠르지만, 너무 비싸고 만들기 어렵습니다.

🔸 HBF가 등장한 배경: “모든 데이터를 HBM에 둘 수 없다”

HBF(High Bandwidth Flash)는 이 구조적 문제에서 출발했습니다.
AI 모델이 커질수록 모든 데이터를 HBM에 올리는 것은 비용·공급·전력 측면에서 불가능해지고 있습니다.

HBF는 낸드플래시 기반으로, 역할이 분명합니다.

• 연산 직결 데이터 → HBM
• 대기·보조·대용량 데이터 → HBF

최근 AI 서버 아키텍처는 HBM + HBF의 이중 메모리 구조로 진화 중이며, 이는 HBM 공급부족을 완화하면서도 AI 성능을 유지하기 위한 현실적인 선택입니다.
즉, HBF는 HBM의 대체재가 아니라 확장재입니다.

자료: Sandisk, 그로쓰리서치

 

🔹 HBS가 주목받는 이유: 메모리보다 더 큰 병목은 ‘연결’

HBS는 개념적으로 가장 오해가 많지만, 투자자 입장에서는 매우 중요합니다.
HBS는 단일 메모리 제품이 아니라, HBM·로직·가속기를 하나의 패키지 안에서 연결하는 차세대 구조를 의미합니다.

최근 업계에서는 공통적으로 다음을 지적합니다.

“HBM을 더 얹어도, 패키지와 인터커넥트가 받쳐주지 않으면 의미가 없다.”

이 때문에 하이브리드 본딩, 초고다층 기판, 대면적 패키징 기술이 핵심 경쟁 요소로 부상했고, 이를 포괄하는 개념이 HBS입니다.
이는 곧 메모리 제조사뿐 아니라 패키징·기판·소부장으로 수혜가 확산되는 구조를 의미합니다.

🔸 시장 전망과 공급부족 현상

최근 메모리 업계에서 가장 확실한 컨센서스는 이것입니다.
“HBM은 2026년까지 구조적 공급부족”입니다.

• 글로벌 HBM 시장 규모
  • 2023년 약 80억 달러
  • 2027년 300억 달러 이상 전망
  • CAGR 40% 이상
• 공급 제약 요인
  • TSV 공정 난이도
  • 첨단 패키징 캐파 부족
  • 수율 안정화에 장시간 소요

이로 인해 HBM 가격은 하락이 아닌 고가 유지 또는 단계적 인상 구조를 보이고 있으며, 이 상황이 오히려 HBF와 HBS 채택을 앞당기는 촉매로 작용하고 있습니다.

 

빅테크들의 AI에 대한 2026년 Capex 금액과 증가율 비교

📊 2026년 빅테크 AI Capex 비교 요약

7일(현지 시간) 월스트리트저널(WSJ)에 따르면 마이크로소프트(MS), 메타플랫폼스, 아마존, 알파벳(구글) 등 미국의 4대 빅테크 기업들은 올해 AI 인프라 구축에 최대 6700억 달러(약 982조원)을 투입할 계획을 발표해 오고 있습니다. 이들 기업은 광고·클라우드·구독 서비스에서 벌어들인 막대한 현금을 재원으로 이를 감당하고 있습니다.

• Amazon
  2026년 예상 Capex 2,000억 달러, 전년 대비 +60%입니다.
  AWS 중심의 AI 데이터센터 확장이 핵심이며, GPU·네트워크·메모리 전 영역에 대규모 투자가 이어지는 구조입니다.
• Google
  1,800억 달러, +97%로 증가율이 매우 가파릅니다.
  자체 AI 모델과 TPU, 데이터센터 내재화 전략이 동시에 진행되고 있다는 점이 특징입니다.
• Meta
  1,250억 달러, +73%입니다.
  광고·추천 알고리즘을 넘어 초거대 언어모델과 AI 인프라를 장기 자산으로 인식하고 있음을 보여줍니다.
• Microsoft
  1,175억 달러, +41%입니다.
  이미 높은 기저를 가진 상태에서의 증가율이라는 점에서 절대 금액의 무게감이 큽니다. Azure–OpenAI 연합 구조가 반영된 수치입니다.
• Tesla
  200억 달러, +135%로 증가율은 가장 높습니다.
  자율주행·로봇·Dojo 슈퍼컴퓨터 등 비(非)클라우드 AI 영역에서의 공격적 확장이 핵심입니다.
• Apple
  130억 달러, +2%입니다.
  유일하게 Capex 증가가 제한적인 기업으로, AI를 외부 인프라가 아닌 디바이스·온디바이스 AI 중심으로 접근하고 있음을 시사합니다.

🧠 AI Capex 확대와 HBM·HBF·HBS의 직접적 연결

이 Capex 증가는 곧바로 AI 메모리 수요 폭증으로 이어집니다.

• AI 서버 1대당 HBM 탑재량은 계속 증가 중이며
• HBM 공급은 공정 난이도와 패키징 한계로 2026년까지 구조적 부족이 예상됩니다.

이 때문에:

• HBM은 고성능 연산의 핵심으로 고가·우선 배정,
• HBF는 대용량 데이터 처리를 위한 보조 메모리로 채택 확대,
• HBS는 이 모든 것을 묶는 패키징·인터커넥트 기술로 중요성이 급격히 상승하고 있습니다.

즉, 빅테크 Capex 증가는 메모리 제조사 → 패키징 → 소부장으로 수혜가 단계적으로 확산되는 구조입니다.

이 관점에서 보면, AI 메모리(HBM·HBF·HBS)는 빅테크 Capex의 가장 확실한 수혜 축입니다.

🔹 기술을 주도하는 기업과 수요 분야

▪ 메모리 주도 기업: “메모리를 쓰는 쪽이 아니라, 메모리를 정의하는 쪽”

AI 메모리 기술(HBM·HBF·HBS)의 방향을 결정하는 주체는 메모리 기업이 아닙니다.
실질적으로 기술 사양을 규정하는 쪽은 빅테크 AI 인프라 기업들입니다. 이들은 단순 고객이 아니라, “이 정도 성능을 맞춰달라”고 요구하며 로드맵 자체를 끌고 가는 존재입니다.

• SK하이닉스
  HBM 시장 점유율 50% 이상, AI GPU 주요 고객사 독점적 지위입니다.
  사실상 HBM 가격 결정력의 중심에 있습니다.
• 삼성전자
  HBM3E, 차세대 적층, 패키징 내재화 전략으로 추격 중이며 HBF·HBS까지 포트폴리오 확장 중입니다.
• 마이크론
  북미 AI 고객사 중심으로 HBM 진입을 확대하며 지정학적 분산 수혜를 노리고 있습니다.

HBM → HBF → HBS로 갈수록, 수혜는 메모리 단독에서 하부 기술 섹터로 확산됩니다.

• TSV 공정 장비
• 하이브리드 본딩 장비
• 고다층·대면적 패키지 기판
• 고신뢰성 검사·테스트 장비

이 영역의 공통점은 명확합니다.
AI 서버 수가 늘어나면 무조건 물량이 증가하며, 단가 또한 쉽게 하락하지 않습니다.

▪ 수요 산업: 기술 진화가 바로 수요로 이어지는 영역

• AI 데이터센터
• 생성형 AI 학습·추론 서버
• 엔터프라이즈 AI
• 자율주행·휴머노이드 로봇
• 고성능 컴퓨팅(HPC)
• 국방·우주·과학

 

🔸 수혜 섹터와 종목 구조

이 시장의 진짜 매력은 수혜가 한 단계에서 끝나지 않는다는 점입니다.

• 1차 수혜: HBM·낸드 메모리 제조사
• 2차 수혜: 패키징·기판
• 3차 수혜: TSV·본딩·검사 장비 소부장

특히 HBS 확산은 기판, 본딩, 검사 장비로 투자 범위를 넓혀줍니다.
이는 단기 테마가 아니라 CAPEX 기반 중장기 사이클입니다.

 

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HBM은 이미 실적입니다.
HBF는 비용과 용량의 해답이고,
HBS는 AI 메모리 시장의 다음 병목을 해결하는 열쇠입니다.

중요한 점은 하나입니다.
이 기술들은 선택지가 아니라 필수 단계로 진입하고 있습니다.

AI 메모리 시장은 끝난 이야기가 아니라,
이제 구조적으로 넓어지고 있는 시장입니다.
투자자는 기술의 이름보다 공급부족이 어디에서 어떻게 확산되는지를 보셔야 합니다.

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