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AI 반도체 생태계, 자체 칩 생산을 주목하다

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AI 반도체 수요가 상승하고 있다. 이에 다수의 AI 기업이 자체 AI 칩 개발에 주력하는 추세다. 이는 고객의 요구에 특화한 솔루션을 제공하고, 예측할 수 없는 활용 가능성에 대비하기 위함이다. 이처럼 AI 칩 개발 경쟁은 미래 기술 혁신에 대한 흥미로운 전망을 제시함으로써 대중의 기대를 높이고 있다. 주요 기업들은 다음 단계에서 일어날 혁신에 대비해 치밀한 전략 구상에 나서고 있다. 



시장은 자체 칩을 원한다

 

지난 2월, 오픈AI 샘 올트먼 CEO의 폭탄 발언이 AI 업계를 강타했다. 그의 입에서 나온 금액이 상상을 초월하는 천문학적 금액이었기 때문이다. 고성능 AI 반도체를 생산하기 위해 샘 올트먼이 언급한 펀딩 금액은 무려 7조 달러, 한화로는 9300조 원에 달하는 거액이다.

 

챗GPT의 창시자의 선포였기에, AI 업계는 진지하게 실현 가능성을 점쳐보고 있다. 샘 올트먼은 거대한 계획 안에 주요 반도체 기업과의 협력이 필요함을 밝혔으며, 그가 그리는 큰 그림에 포함될 가능성이 높은 기업들도 함께 주목받았다. 

 

오픈AI 사례에서 말해주듯이 결국 AI 기업이 자체 칩 개발에 열을 올리는 이유는 높은 성능과 효율성을 갖춘 특화한 솔루션을 제공해 시장 경쟁에서 우위를 차지하기 위함이다. 이를 위해 새로운 하드웨어 아키텍처와 소프트웨어를 통합해 최적의 성능을 추구하고, 고객 요구에 적합한 제품을 개발하기 위한 준비가 필요한 것이다. 무엇보다 이를 실현하기 위해서는 막대한 자금이 수반돼야 한다. 

 

기업들 역시 이를 모르는 바 아니다. 단순히 비용에 대한 문제를 넘어 기술적인 상호보완 관계도 필요하기에 기업 간 협력은 경쟁력 확보를 위한 중요 과제다. 샘 올트먼 CEO는 7조 달러의 거대 계획을 실현하기 위해 다수의 기업과 만남을 가졌다. 물망에 오른 기업은 TSMC, 소프트뱅크, 삼성전자, SK하이닉스 등 굵직한 플레이어들이었다. 이외에도 최근 SK하이닉스와 TSMC 간 동맹 가능성이 업계에서 제기됐으며, 키옥시아와 웨스턴디지털은 이미 AI 반도체 수요에 대응할 메모리 반도체 생산 협력을 약속했다. 

 

굳건한 엔비디아, 대항마는 언제쯤? 

 

GPU는 오늘날 AI 개발에서 핵심적인 요소로 손꼽힌다. GPU는 AI 개발에 수반되는 대량의 데이터 학습과 연산, 추론 등의 작업을 고효율로 수행한다. 이 GPU와 함께 AI 업계를 선도하는 기업이 있으니 바로 엔비디아다. 한 예로, 엔비디아 시총은 지난 2월 15일 기준(현지시간) 1조8253억 달러(약 2438조 원)를 기록하며, 아마존을 제치고 마이크로소프트(MS)와 애플에 이어 3위를 기록했다.

 

엔비디아는 주식거래량에서도 테슬라를 압도하며 주식 시장의 관심을 독차지했다. 최근 빅테크가 생산하는 GPU나 AI 반도체 기업이 만드는 NPU 등이 개선된 성능을 보이지만, 사실상 엔비디아 GPU에 대적할 제품은 나타나지 않았다. GPU가 갖는 성능과 범용성을 비롯해 제품이 최적의 성능과 효율을 내도록 지원하는 소프트웨어와 개발 툴, 커뮤니티은 엔비디아가 시장을 독점할 수 있는 강력한 경쟁력이었다. 

 

엔비디아는 여기서 멈추지 않고 기업이 요구하는 조건을 충족하는 맞춤형 칩 개발까지 영역을 넓히고 있다. 이는 비용과 에너지 효율을 고려하는 기업 수요에 대응하기 위함이다. 전 세계 맞춤형 AI 칩 시장은 약 300억 달러 규모다. 대표적인 기업은 브로드컴과 마벨을 꼽는다. 로이터의 보도에 따르면, 엔비디아는 이 시장에서의 점유율 확대 및 기술 영향력 유지를 목표로, 아마존, 메타, 마이크로소프트, 구글, 오픈AI 등 주요 기업들과 접촉하고 있다. 에릭슨과는 GPU 기술을 활용한 무선 칩 개발에 대해 협의 중인 것으로 알려졌다. 

 

다른 기업 사이에서도 비슷한 움직임이 감지된다. 최근 마이크로소프트는 자사 AI 칩 ‘마이아’ 성능 개선을 위해 네트워크 카드를 개발 중인 것으로 알려졌다. 디인포메이션의 보도에 따르면, 최근 MS는 네트워크 카드 개발을 위해 주니퍼 네트웍스 프라딥 신두 공동창업자를 영입했으며, 지난해에는 서버 칩 스타트업인 펀지블을 인수하기도 했다. 

 

이 네트워크 카드는 엔비디아의 ‘커넥트X-7’과 유사한 것으로 알려졌다. Arm을 보유한 소프트뱅크도 자체 칩 개발에 뛰어들었다. 소프트뱅크 손정의 회장은 이 프로젝트를 ‘이자나기’로 명명하고, 1000억 달러 규모의 반도체 펀드를 조성해 AI 반도체 대량 생산을 위한 준비에 나선 것으로 알려졌다. 

 

AI 반도체 잡기 위한 치열한 파운드리 경쟁

 

높아지는 AI 수요로 인해 파운드리 시장에서도 치열한 경쟁이 이어진다. 파운드리 기업들은 늘어나는 AI 반도체 수주 확보를 위해 초미세공정을 구축하는데 집중한다. 옴디아의 조사에 따르면, 지난해부터 2026년까지 세계 파운드리 시장의 성장률은 연평균 13.8%로 전망됐다. 현재 파운드리 시장 성장은 5나노미터 이하 최첨단 공정이 이끌고 있다. 옴디아는 5나노 이하 공정 매출이 지난해 전체의 24.8%였으나, 2026년에 41.2%까지 오를 것으로 전망했다. 

 

최첨단 파운드리 공정 기술을 갖춘 주요 기업으로는 TSMC와 삼성전자와 인텔을 꼽는다. 지난 2월 TSMC는 애플과 3나노미터 칩을 포함해 첨단 패키징 제품에 관한 대규모 수주 계약을 체결한 것으로 알려졌다. 대만언론과 접촉한 소식통에 따르면, 이는 애플의 AI 성능 향상을 위해 M3 및 A17 칩 제조와 관련된 것으로 보인다.

 

이와 함께 애플은 차세대 M4와 A18 프로세서의 AI 연산 코어 수와 효율을 높여 모든 제품군에 AI 애플리케이션 탑재율을 증가시킬 것으로 보인다. TSMC는 엔비디아, 인텔, 퀄컴, 브로드컴, 미디어텍 등의 고객사와도 수주 확대를 논의하며, 3나노 공정 증설에 박차를 가하는 중이다. 

 

지난 2월, 삼성전자는 Arm과 협력을 확대해 자사의 게이트올어라운드(GAA) 공정 기술을 강화하고 있다. GAA 공정 기술을 통해 삼성전자는 AI 가속기 등 빠르게 성장하는 응용처의 매출 비중을 확대할 계획이다. 삼성전자의 이러한 기술적 우위는 AI 반도체 설계 고객사로부터 자사를 선호하게 만들 수 있다.

 

인텔 역시 파운드리 사업에 속도를 내며, 자체 AI 칩 개발에도 힘쓰고 있다. 인텔은 파운드리 서비스(IFS)의 공정 기술 로드맵을 공개하고, 2021년 파운드리 사업에 재진입한 이후 대규모 투자 계획을 연이어 발표했다. 인텔이 공개한 1.8나노급 18A 공정은 현재 삼성전자와 TSMC가 양산 중인 3나노보다 더 앞선 공정으로, 2025년 양산이 목표다. 

 

헬로티 서재창 기자 |










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