월간전기

메모리 반도체는 데이터를 저장하고 읽는 기능을 수행하는 전자집적회로를 총칭한다. DRAM, SRAM, 플래시 메모리, 고대역폭 메모리(HBM) 등 다양한 유형을 포함하며, 컴퓨터, 스마트폰, 서버 등 전자기기의 핵심 구성요소로 사용된다. AI 애플리케이션과 고성능 컴퓨팅에 대한 수요 증가에 힘입어 글로벌 메모리 반도체 산업은 급속한 성장을 이어가고 있다.

’24년 12월 발간된 IDC(International Data Corporation)의 《전 세계 반도체 기술 공급망 인텔리전스 보고서》에 따르면, 글로벌 반도체 시장은 ’25년에 15% 이상 성장할 것으로 전망되며, 메모리 부문은 24% 이상 급증할 것으로 예상되었다.

특히 HBM3와 곧 출시 예정인 HBM4 기술의 도입이 이러한 성장을 견인할 것으로 보이며, 전체 DRAM 매출에서 HBM이 차지하는 비중은 ’24년 18%에서 ’25년 30% 이상으로 증가할 것으로 예측된다. 증가하는 수요를 충족하기 위해 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론 테크놀로지(이하 마이크론)와 같은 주요 메모리 제조업체는 첨단 메모리 생산에 대한 투자를 확대하고 있으며, 웨이퍼 생산 용량을 HBM으로 전환하고 차세대 메모리 기술개발을 가속화하고 있다.

이와 같은 흐름을 반영하듯, 엔비디아 CEO 젠슨 황은 지난 3월 열린 『GPU 테크놀로지 컨퍼런스(GTC 2025)』에서 “생성형 AI와 대규모 언어 모델에는 막대한 컴퓨팅 파워가 필요하며, HBM은 이러한 획기적인 발전을 가능하게 하는 핵심 기술”이라고 언급한 바 있다.

▶ DRAM 부문 : AI 기술 확산과 데이터센터 수요 증가에 힘입어 HBM과 DDR5가 빠르게 성장하고 있다. ’25년 HBM 출하량은 연간 70%의 성장률을 기록할 것으로 예측되고, 서버 DRAM 출하량에서 DDR5가 차지하는 비율은 ’24년 40%에서 ’25년 60% 이상으로 증가할 것으로 전망된다. 글로벌 전체 DRAM 매출은 HBM 및 DDR5와 같은 고부가가치 제품에 대한 수요 증가, 공급 확대의 한계와 높은 평균 판매 가격에 힘입어 올해 말 약 1,500억 달러에 이를 것으로 예측된다.

▶ 3D NAND 부문 : ’24년 226억 달러에서 ’25년 276억 달러로 22.2% 성장이 예상되지만, 공급 과잉, 가격 하락, 낮은 생산 용량 활용률 등으로 인해 제조업체들의 수익성 회복이 더딘 상황이다. 그럼에도 불구하고, 데이터센터 수요 증가, AI 접목, 메모리 기술 발전에 힘입어 장기적인 성장 가능성은 여전하다. ’29년까지 706억 달러 규모의 시장으로 확대되어 CAGR(연평균 성장률) 26.4%를 기록할 것으로 전망된다.

시장조사 전문기관 <Mordor Intelligence>가 ’24년 7월에 발표한 보고서에 따르면, 미국 메모리 반도체 시장의 규모는 ’25년 약 287억8천만 달러에 이를 것으로 추정되며, ’30년에는 약 617억8천만 달러에 달할 것으로 예상된다. 부문별로는 DRAM이 약 51%의 시장 점유율로 가장 큰 비중을 차지하고, 그 뒤를 이어 NAND 플래시 메모리가 약 30%, SRAM과 MRAM이 약 12%, 기타 메모리 제품이 약 7%를 차지한다.

DRAM과 같이 미국에서 개발된 메모리 반도체 기술은 전 세계적으로 널리 사용되고 있으며, AI, 빅데이터, 클라우드 컴퓨팅, IoT 기기 등 다양한 응용 분야에서 핵심적인 역할을 하고 있다. 마이크론 등 미국 기업은 메모리 기술 혁신에 크게 기여하고 있지만, 메모리 반도체의 글로벌 생산은 삼성전자와 SK하이닉스 등 한국 기업들이 주도하고 있다.

메모리 반도체 기업들의 미국 투자가 이어지고 있다. HBM 기술 분야 글로벌 선두 주자인 SK하이닉스는 인디애나주 웨스트 라피엣(West Lafayette)에 위치한 퍼듀 리서치파크(Purdue Research Park)에 첨단 HBM 패키징 및 R&D 시설을 설립하기 위해 약 38억7천만 달러를 투자한다.

이번 투자는 「실리콘 하트랜드(Silicone Heartland) 이니셔티브」에 발맞추어, 미국 중서부 지역을 반도체 산업의 주요 중심지로 탈바꿈시키는 목적으로 진행된다. 웨스트 라피엣 시의회는 지난 5월 SK하이닉스 HBM 패키징 및 R&D 시설 건설을 위해 121에이커(약 4만8000㎡) 규모의 주거용 부지를 산업용 부지로 용도 변경하는 안건에 대해 표결했다.

한편, 해당 프로젝트는 명문 공과대학으로 유명한 퍼듀대학교(Purdue University)와의 긴밀한 협력을 통해 추진되며, 약 1000개의 신규 일자리를 창출하고 인재 개발과 기술 혁신을 촉진할 것으로 기대된다. 해당 시설에서의 양산은 ’28년 하반기에 시작될 예정이다.

마이크론도 향후 20년간 뉴욕과 아이다호주를 중심으로 1,000억 달러 이상을 투자하여 미국 내 첨단 메모리 반도체 생산 확장을 가속화할 계획이다. 마이크론은 AI를 비롯한 첨단 기술에 필수적인 DRAM 및 HBM을 포함한 최첨단 메모리 제품 생산을 지원할 예정이다. 이와 함께, 버지니아주 매너서스 공장 확장에 약 21억7000만 달러를 투자하여 자동차 및 산업 분야의 DRAM 칩 생산을 확대할 계획이다.

’24년 미국 메모리 반도체 전체 수입액은 약 18억7400만 달러로, 전년 대비 약 7.3% 감소했다. 수입액 감소의 원인으로는 ’22년 「반도체 지원법(CHIPS Act)」의 영향이 일부 작용한 것으로 보이며, 지정학적 긴장 속에 행해지는 수출통제, 공급망 재편 노력 등도 영향을 끼친 것으로 보인다.

최대 수입대상은 ’24년 수입액 약 6억4900만 달러를 기록한 대만으로, 대만산 메모리 반도체는 전체 수입시장의 34.6% 비중을 차지한다. 대만 다음으로는 대한민국 > 일본 > 말레이시아 > 중국 > 싱가포르 > 태국 등 주로 아시아 국가들이 뒤를 이었다. 대만으로부터의 수입액은 전년 대비 약 10.5% 감소했고, 말레이시아, 중국, 싱가포르, 태국 등으로부터의 수입액도 전년 대비 모두 감소했다. 반면, 대한민국, 일본, 베트남으로부터의 수입액은 전년 대비 증가했다. 특히 베트남은 666.7%, 일본은 100.9%의 높은 증가율을 보였다.

한국은 ’24년 약 4억3300만 달러 규모의 메모리 반도체 제품을 미국으로 수출했다. 이는 ’23년 대비 32.8% 증가한 수치이며, 미국 시장 점유율도 16.1%에서 23.1%로 증가했다. 삼성전자와 SK하이닉스는 DRAM과 NAND 플래시 생산 모두에서 세계 메모리 시장을 지배하고 있다. AI 애플리케이션의 급증은 HBM3 및 HBM3e와 같은 HBM 제품에 대한 수요를 급격히 증가시켰으며, SK하이닉스는 현재 이 분야를 선도하고 엔비디아 GPU와 같은 AI 가속기에 사용되는 대부분의 HBM 칩을 공급하고 있다.

한국 기업들이 HBM 기술에서 기술적 우위를 점하고 있는 반면, 미국 대표 메모리 반도체 기업 마이크론은 저전력 소모와 고성능을 중심으로 혁신적인 HBM 솔루션을 도입하며 적극적으로 경쟁하고 있다. 그러나 시장 점유율과 기술 성숙도 면에서 마이크론은 여전히 SK하이닉스와 삼성전자에 뒤처져 있다.

CXMT, YMTC 등 중국 업체들은 저가 DRAM과 NAND 제품을 공급하며 시장 점유율 확대를 꾀하고 있다. 그러나 이러한 가격 전략은 시장 점유율을 늘리는 데는 도움을 주지만, 동시에 전 세계적인 가격 하락을 초래하고 있다. 중국 제조업체들은 빠르게 성장하고 있지만, 글로벌시장 점유율은 여전히 한국과 미국의 선두 기업들에 비해 상당히 작으며, HBM과 같은 첨단 기술에서 리더십을 확보하지 못한 상태이다.

미국 메모리 반도체 시장은 공급망 및 유통 채널 전반에 걸쳐 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론 등 주요 기업들에 의해 공급되고 있다. 이들은 DRAM 및 NAND 플래시 메모리 시장 대부분을 장악하고 있다. 얼라이언스 메모리(Alliance Memory)와 마이크로칩 테크놀로지(Microchip Technology)는 산업용 및 임베디드 애플리케이션용 레거시 SRAM, DRAM 및 특수 메모리 솔루션을 제공하며 틈새시장 및 임베디드 메모리 시장에 집중하고 있다. 인텔은 과거 NAND 시장에서 활동했으나 SK하이닉스에 매각하고, 현재는 로직 칩 및 파운드리 서비스에 주력하고 있다.

미국 메모리 반도체 유통 채널은 크게 ‘직접 판매’와 ‘제3자 유통’ 두 가지 모델로 나뉜다. 직접 판매 모델에서는 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론과 같은 선도 기업들이 데이터센터 운영업체, AI 가속기 제조사, 가전제품 업체 등 OEM에 메모리 반도체를 직접 공급한다. ‘제3자 유통’은 얼라이언스 메모리 또는 전문 유통업체들이 임베디드 시스템 및 자동차 애플리케이션과 같은 소규모 또는 틈새시장을 타깃으로 하는 제품을 취급한다.

’25년 4월 2일 발효된 「행정명령 14257호」에 따라, 미국으로 수입되는 대부분의 품목에 10%의 기준 관세가 부과된다. 그러나 반도체 및 관련 제품은 이러한 관세에서 명시적으로 면제된다. 면제는 원산지와 관계없이 적용되며, 동 행정명령에 따라 부과되는 새로운 국가별 상호 관세 역시 적용되지 않는다.

다만, 미국 정부는 「무역확장법(Trade Expansion Act) 232조」에 따라 반도체 수입과 관련된 국가안보 위험을 평가하기 위한 조사를 시작했다. 4월 1일에 시작되어 270일 이내에 종료될 이번 조사 결과에 따라, 반도체 및 관련 전자 제품에 대한 새로운 관세 부과 또는 기타 무역 제한 조치가 도입될 수도 있다.

글로벌 반도체 웨이퍼 검사 장비 시장 규모는 ’24년에 약 69억 달러에서 연평균 약 8.6%씩 성장하여 ’34년에는 약 157억5000만 달러가 될 것으로 전망된다. ’24년 기준, 전체 시장의 약 55%는 아시아가 차지하며 가장 큰 비중을 차지하고 있으며, 북미는 약 25%, 유럽은 약 15%의 점유율로 그 뒤를 이었다.

AI, EV, 의료 등 다양한 산업 분야가 성장하면서 반도체 수요가 증가하고 있으며 이에 따라 반도체 웨이퍼 검사 장비 시장도 성장할 것으로 전망된다. Statista에 따르면, 미국의 반도체 시장 규모는 ’25년에 약 961억 달러가 될 것으로 예상하며 ’29년까지 연평균 약 8%씩 성장하여 약 1,309억 달러가 될 전망이다.

[그림 1] 그래프에서 보듯, 광학 웨이퍼(Optical Wafer) 검사 장비 부문은 전체 시장의 약 45%를 차지하며 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 이는 광학 장비가 일반적으로 50~100nm 수준의 표면 결함을 빠르게 감지할 수 있어 자동화에 최적화돼 있기 때문이다. 이로 인해 대량 생산 라인의 전 공정에 널리 활용되고 있다.

이와 달리, 전자빔 웨이퍼(E-Beam Wafer) 검사 장비는 나노 단위의 초정밀 분석이 가능하다는 강점이 있으나, 처리 속도가 느리고 운영 비용이 높아 대량 생산 환경에서는 잘 쓰이지 않는다. 그래서 현재는 속도, 정확성, 경제성을 갖춘 광학 웨이퍼 검사 시스템이 시장을 주도하고 있다.

최근 광학 웨이퍼 검사 분야에서는 패턴(회로 패턴이 이미 형성)/비패턴(회로가 형성되기 전) 웨이퍼를 모두 검사할 수 있는 첨단 광학 기반 기술이 주목받고 있다. 기존에는 패턴 여부에 따라 장비가 분리되어 있었지만, 이 기술은 단일 장비로 다양한 공정 조건에 대응할 수 있어 유연성과 생산성이 뛰어나다.

또한, AI 및 머신러닝 알고리즘을 접목한 차세대 광학 검사 장비에 대한 수요도 빠르게 증가하고 있다. 이 기술은 고속 이미지 처리와 결함 분석을 자동화함으로써 오탐률(false positives)을 낮춰 정확도를 높일 수 있다. 미국 업체인 KLA Corporation의 패턴 및 비패턴 웨이퍼에 대한 고속·고해상도 검사를 지원하는 ‘APx 시리즈’와 AI 기반 이미지 분석 기술을 활용하여 검사 정확도를 높인 ‘ICOS F160’이 시장에서 좋은 반응을 얻고 있다.

’24년 미국의 광학 웨이퍼 검사 장비 수입액은 전년 대비 10.3% 증가한 약 6억 달러였다. 그중 싱가포르로부터 수입한 금액이 약 1억4000달러로 미국 전체 수입액의 24.5%를 차지(전년 대비 약 14% 감소)하면서 1위를 차지했다.

한국으로부터의 수입액은 ’23년 대비 ’24년에 약 163% 증가하여 약 2900만 달러로 6위를 차지했다. 한편, 「한미 자유무역협정(FTA)」에 따라 광학 검사 장비(HS Code 9031.41)는 무관세 품목이었지만, 트럼프 정부 2기의 기본 관세 10%가 4월 5일부터 부과되고 있다.

시장조사 기관 <Archive Market Research>에 따르면, 글로벌 광학 웨이퍼 검사 장비 시장은 상당히 분산돼 있고, 주요 제조업체로는 KLA Corporation, Applied Materials, Hitachi High-Tech 등이 있다. 캘리포니아 밀피타스에 위치한 KLA 社의 ’24년 한 해 매출은 전년 대비 12.2% 증가하여 108억 달러를 기록했다. Applied 社는 캘리포니아 산타클라라에 위치하고 있으며, ’24년 연 매출 약 272억 달러를 달성했다.

광학 웨이퍼 검사 장비의 유통은 대부분 직판(Direct Sales) 위주로 이뤄지고, 주요 고객사인 글로벌 반도체 제조기업(TSMC, 삼성전자, 인텔 등)과는 장기 공급 계약 또는 맞춤형 기술 협력 형태로 거래가 진행된다. 광학 검사 장비는 한 대당 1,500만~2,000만 달러 이상에 이르는 고가이기 때문에 고객 맞춤 설계부터 설치, 기술 지원까지 전 과정에 전문성이 요구된다. 이러한 특성으로 인해, 설치부터 유지보수까지 통합 제공되는 서비스형 공급 방식이 일반적이다.

광학 검사 장비는 사용할 때 발생하는 전자파가 기준치를 초과하지 않음을 증명하는 <FCC 인증>을 받아야 한다. 해당 인증이 없으면 미국 수출이 불가능하기 때문에 FCC 지정 시험소에서 시험 후 FCC ID를 부여받는 것이 중요하다. 이와 함께, 전기·기계적 안전성을 보증할 수 있는 <UL 61010> 계열 인증도 필수다. 이 인증은 제삼자 시험기관(CSA Group, Intertek 등)을 통해 받을 수 있다.

반도체 웨이퍼는 모든 반도체 칩의 기반이 되는 핵심 원재료로 스마트폰, 컴퓨터, 자율주행차, 데이터센터, 가전제품 등 대부분의 전자기기에 필수적으로 사용된다. 최근 애플, 삼성, 구글, 엔비디아 등 글로벌 기업들은 그래픽 처리 성능이 더 빠른 3nm 이하 공정 기반 반도체 칩을 계속 도입하고 있다. 기존 5nm 칩보다 3nm 칩의 연산 속도가 약 10~15% 더 빠르다.

3nm 이하 초미세 공정에서는 웨이퍼 자체의 결정 구조, 표면 평탄도, 결함 밀도 등이 반도체 성능과 직결되기 때문에 고품질 웨이퍼가 필수적이다. 이에 따라 TSMC, 삼성전자, 인텔 등 주요 반도체 제조사는 웨이퍼 공급사에 더욱 정밀한 품질 기준과 실시간 검사 시스템을 요구하고 있어, 웨이퍼 검사 장비 시장도 메모리 반도체 시장과 함께 성장하고 있다. 미국 시장 진출을 고려하는 기업은 초미세 결함까지 검출 가능한 고정밀 검사 기술을 개발하여 기술 차별성을 확보해야 경쟁력이 있을 것으로 보인다.