AI 반도체 슈퍼사이클⋯삼성·SK하이닉스, 투자 전면전

AI 수요 폭증, 메모리 투자 사이클 재점화
삼성, 평택 P4·미국 테일러 동시 가동
하이닉스, 청주 M15X 11월 준공…용인 클러스터로 확장

인공지능(AI) 열풍이 글로벌 반도체 투자 판도를 바꿔 놓고 있다. 챗GPT 등 생성형 AI 서비스가 급속히 확산되면서 학습·추론용 고성능 메모리 반도체 수요가 폭발적으로 증가했고, 이에 따라 삼성전자와 SK하이닉스가 앞다퉈 대규모 투자에 나서고 있다.

4일 시장조사업체와 증권가에 따르면 2025년 전세계 D램 투자는 전년 대비 54% 늘어나고 낸드플래시 투자도 14% 증가할 것으로 예상된다. 이는 2017년 클라우드 컴퓨팅, 2021년 팬데믹 이후 공급 부족에 이은 세 번째 대규모 투자 사이클이다. 이번 수요는 인공지능(AI)이 핵심 동력으로 작용하고 있다.

업계 관계자는 “AI 반도체는 데이터센터·자율주행차·모바일 등 모든 산업에서 필수로 자리 잡고 있다”며 “한국 메모리 양대 축의 공격적 투자가 글로벌 시장 재편을 주도할 것”이라고 진단했다.

삼성전자는 평택 4공장(P4)에서 차세대 D1c(6세대 10나노 초반) D램 전환 투자를 가속화하고 있다. 연말까지 45K(웨이퍼/월) 규모의 장비 발주가 이뤄질 예정이며, 이는 HBM4 양산 대응을 위한 선제적 캐파 확보 차원이다. 이미 일부 고객사향 샘플 출하가 진행됐고 내년 이후 본격적인 대량 생산 체제로 이어질 전망이다.

또 다른 축은 해외다. 삼성전자는 미국 텍사스주 테일러 공장에서 연내 클린룸·배관 공사를 마무리하고 내년 상반기부터 장비 반입을 시작한다. 초기 생산 규모는 10K지만 수율을 고려할 경우 20K까지 확대될 것으로 예상된다. 테슬라와 약 23조 원 규모의 2나노 파운드리 공급계약을 체결하면서 누적 투자액은 400억 달러를 넘어설 전망이다. 이는 미국 내 전략적 고객사 확보와 동시에 반도체 공급망 재편에 발맞춘 대응이라는 평가다.

SK하이닉스는 청주 M15X 팹을 11월 준공한다. 총 디자인 캐파(설계 상 최대치)는 90K 수준으로, 올해 10K, 내년 60K 규모의 장비 발주가 예정돼 있다. 2026년 램프업이 본격화되면 HBM4 수요 대응력이 크게 강화될 것으로 기대된다.

중장기 투자 계획도 뚜렷하다. 2027년 5월에는 용인 클러스터 1기 팹이 준공돼 HBM3E와 HBM4 물량을 뒷받침할 핵심 거점으로 자리 잡는다. 특히 미국 상무부의 VEU(검증된 최종사용자) 인증 철회로 중국 우시·시안 팹의 선단공정 전환이 제약되면서 SK하이닉스의 국내 투자 집중도가 높아지고 있다. 업계 관계자는 “중국발 불확실성이 오히려 국내 투자를 촉발하는 계기가 되고 있다”며 “SK하이닉스가 용인·청주에 이어 국내 거점 중심으로 장기 전략을 짜고 있다”고 전했다.

▲삼성전자 기흥캠퍼스 차세대 반도체 R&D 단지인 'NRD-K' 전경 (자료제공=삼성전자)

삼성전자와 SK하이닉스의 동반 증설은 단순한 생산능력 확대를 넘어 글로벌 패권 경쟁의 성격을 지닌다. HBM·DDR5 등 차세대 메모리 공급 부족 현상이 장기화되는 가운데, 두 회사 모두 선제적 캐파 확보로 시장 주도권을 강화하려는 전략을 택했다. 특히 미국의 반도체 장비 대중국 수출 규제로 중국 내 투자가 불확실해지면서 한국 내 투자가 ‘리쇼어링’ 형태로 집중되는 구조가 형성되고 있다.

증권업계는 이번 사이클이 과거보다 더 큰 파급력을 가질 것으로 보고 있다. 이동주 SK증권 연구원은 “삼성과 하이닉스 모두 AI 반도체 투자 사이클의 중심에 있으며, 특히 HBM 시장 주도권 경쟁은 2026년 이후 본격화될 것”이라고 전망했다.

양사의 공격적 투자 확대는 장비·소재·부품(소부장) 산업 전반에 온기를 불어넣고 있다. 과거에도 메모리 캐팩스 확대 시 장비 업체 주가는 선행 상승했고 소재·부품 업체는 3~6개월 시차를 두고 실적이 개선됐다. 이번에도 평택·청주·용인에서 장비 입고가 본격화되면 소부장 전반에 수요가 확산될 것으로 예상된다.

특히 EUV(극자외선 노광 장비) , ALD(원자층 증착 장비) 등 선단 장비와 세정·코팅, 테스트 소켓 같은 고부가 소재 수요가 동시에 늘어나면서 국내 밸류체인의 수혜가 커질 전망이다.