○ 기존 폰 노이만 컴퓨터 방식에서 나타나는 데이터 연산 병목현상을 극복하기 위한 새로운 기술과 방법 도입의 가속화
- 현재 사용되는 폰 노이만 방식의 컴퓨팅 구조는 연산과 저장 기능이 분리된 근본적인 구조로 인해 성능과 전력 효율 향상에 제약
– 반도체 내부의 대량의 데이터 이동으로 인한 데이터 병목현상이 인공지능 기술 진보의 걸림돌로 작용
4화. 반도체 산업에 영향
chatGPT의 돌풍과 인공지능 반도체의 부상
시리즈 총 5화
2023.04.10
읽는시간 4분
기술 패러다임 변화
PIM 반도체 개요
자료: 산업통상자원부
- 이러한 문제점을 극복하기 위해 연산과 저장 기능을 통합한 PIM(Processing in memory) 기술이 새로운 대안으로 주목 받는 중
– 연산과 메모리 기능을 동일 반도체 칩에서 동시에 구현해 성능 및 전력 효율을 개선, CPU 중심 컴퓨팅을 프로세서와 메모리를 집적한 신개념의 메모리 중심 컴퓨팅으로 전환
- 메모리 중심의 신개념 PIM 반도체의 등장은 메모리 반도체에 강점을 보유한 국내 기업이 해외 시스템 반도체 기업이 주도하던 반도체 시장의 패러다임을 변화시킬 수 있는 기회
– PIM 반도체의 정확한 시장 전망은 없으나, 인공지능 반도체 시장의 성장과 동반해 커질 것으로 예상¹²
¹² 인공지능 반도체 시장은 2030년에 약 1,179억 달러를 전망(정보통신정책연구원). 한편, 메모리 반도체 시장은 2023년 기준 1,213억 달러, 시스템 반도체는 4,414억 달러 규모로 예측(Gartner)
산업 생태계 영향
○ 인공지능 반도체는 현재 지배적 표준이 확정되지 않은 과도기로 다양한 기업들이 활용 목적 및 분야에 따라 뛰어드는 등 표준적 시장 지배자는 없는 상황
- 인공지능 반도체 개발이 기존 반도체 제조사외에 다양한 분야의 기업도 참여하고 있으며 신생 스타트업에도 열린 시장
– 특히, GPU 시장의 90%를 차지하는 엔비디아를 뛰어넘기 위해 특별한 강자가 없는 NPU(신경망처리장치)분야를 중심으로 기업들이 도전
– 다만, 첨단 파운드리 공정을 한번 이용할 때마다 수억원의 비용이 발생하기 때문에 설계된 반도체를 1~2회만 시험 제작해도 소규모 스타트업계에는 큰 비용부담
– 이로 인해, 첨단 인공지능 반도체는 엔비디아 및 인텔, IBM, AMD 등의 거대기업이나 많은 투자 지원을 받은 스타트업 위주로 산업 생태계가 조성 될 전망
투자 받은 인공지능 반도체 스타트업 수
자료: WCP
투자 Top7 스타트업
자료: WCP
○ 인공지능 반도체 시장 확대로 국내 기업은 파운드리 수요 증가, 메모리 중심 인공지능 반도체 등에서 수혜가 기대되나, 주요 핵심기술의 질적 수준은 선진 수준에는 미흡
- 인공지능 반도체를 제조하기 위한 첨단 파운드리 수요의 증가는 국내 첨단 파운드리 산업 생태계의 성장에 우호적
- 삼성전자는 고성능 HBM 메모리와 PIM을 결합한 아키텍처를 중심으로 관련 산업 생태계 조성 움직임
- 정부는 민관 협력을 통해 국산 NPU를 고도화해 2028년까지 상용 PIM과 국산 NPU를 접합해 해외 선진 GPU급 성능을 저전력으로 구현하기 위한 산업 생태계 조성
- 한편, 국내 인공지능 반도체 기술 경쟁력은 선도국 기준(100) ▲인공지능 반도체 소프트웨어(56) ▲인공지능 반도체 설계(56) ▲인공지능 반도체 소자 및 공정(68)수준으로 조사¹³
– 메모리 반도체를 중심으로 반도체 혁신 생태계를 갖추고 있음에도, 인공지능 반도체 기술과 같은 시스템 반도체 분야로 전환하는데 아직 한계를 보임
¹³ 전국경제인연합회(2021.5.6)
인공지능의 부각과 반도체 시장 영향
○ chatGPT로 인공지능의 활용과 시장 참여 경쟁이 이어지면서 장기적으로 고성능 반도체 개발과 데이터 센터 확장의 촉매로 기대
- 구글·MS·알리바바·네이버·카카오 등 국내외 IT기업들의 초거대 AI에 대한 경쟁 참여가 이어지면서 이를 뒷받침 할 고성능 인공지능 반도체 시장 기대감도 상승
– chatGPT와 같은 초거대 AI 서비스 시장이 확대되면 안정적인 인공지능 학습을 뒷받침 할 수 있는 고성능 데이터 센터가 필요
– 이를 통해 장기적으로 고성능 GPU와 고성능 HBM(High Bandwidth Memory, 고대역 메모리)¹⁴, 고용량 서버용 메모리 등을 찿택하는 새로운 성장동력으로 부각
- 실제로 chatGPT 열풍에 힘입어 최근 반도체 불황 속에서도 GPU 수요가 급증하면서 파운드리 수주 물량이 증가한 TSMC의 실적이 고성장
– TSMC는 1월 매출이 약 8.5조원(16.2%↑, YoY), 2월에는 약 7조원(11.1%↑, YoY)을 기록하는 등 높은 성장세를 기록
¹⁴ 실리콘 관통 전극(TSV)을 사용해 집적회로를 물리적으로 적층시키는 방식으로 데이터 전송률을 크게 높인 DRAM
생성형 AI 도입 및 개발 경쟁
| 기업명 | chatGPT 도입 및 개발 경쟁 |
| MS | ·오픈AI에 투자하고 검색엔진과 클라우드 서비스에 chatGPT 탑재 |
| 구글 | ·워크페이스 생산성 제품군에 생성형 AI 통합 |
| 바이두 | ·생성형 AI인 ‘어니봇’ 공개 |
| 네이버 | ·초거대 AI인 ‘하이퍼클로바X’ 공개예정 |
| SKT | ·AI 에이전트 서비스 ‘에이닷’ 고도화 |
| 카카오 | ·한국형 AI 챗봇 서비스 ‘다다음’ 출시 |
자료: IITP
TSMC 매출 추이
자료: TSMC
- chatGPT가 출시된 2022년 11월 이후 올해 3월까지 주요 반도체 업체들의 주가 상승률은 엔비디아, AMD, TSMC 등 시스템 반도체 업체들이 주도
– 인공지능에 대한 기대감이 시스템 반도체 기업들에 훈풍으로 작용. 반면, 메모리 반도체 가격의 하락이 계속되며 메모리 중심 기업들의 주가는 상대적으로 부진
chatGPT가 발표된 2022년 11월 이후 올해 3월까지 반도체 업체들의 주가 상승률 비교
자료: Google 금융
○ 인공지능 반도체의 시장 기대감은 충분하지만 반도체 업황에 영향력 확대는 장기적 관점으로 바라볼 필요가 있음
- 중장기적으로 인공지능 연산을 위한 데이터 처리량이 크게 늘어나면서 데이터 센터를 포함해 인공지능 관련 투자는 계속 증가를 기대
– 인공지능 반도체 시장이 2030년까지 시스템 반도체 시장의 30% 수준 확대가 기대됨에 따라 국내 기업에도 장기적으로 새로운 시장 발굴 기회 요인
심경석
KB경영연구소
총 5화
chatGPT의 돌풍과 인공지능 반도체의 부상
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