[트럼프 전력청구서] 반도체 '전성비'가 승패 가른다

"AI 시대의 핵심은 에너지 효율적인 반도체 칩 구현"

메모리가 연산 분담해 전력 소비↓…국산 NPU 업체도 주목

(서울=연합인포맥스) 김학성 기자 = 인공지능(AI) 데이터센터가 사용하는 전력량이 폭증하면서 반도체의 전력 효율을 극대화하려는 노력이 속도를 내고 있다.

삼성전자[005930]와 SK하이닉스[000660] 등 국내 반도체 제조사들도 전성비(전력 대비 성능)를 끌어올린 저전력 설루션 개발에 사활을 거는 중이다.

3일 국제에너지기구(IEA)에 따르면 전 세계 데이터센터의 전력 소비량 비중은 2024년 1.5%에서 2030년 3%까지 확대될 전망이다.

원래부터도 반도체 업계에서는 칩의 전력 효율성이 주요 고려사항 가운데 하나였지만, 최근 들어서는 그 중요도가 더욱 부각되고 있다. AI 투자비가 급증하면서 하이퍼스케일러 고객들은 총소유비용(TCO) 절감에 점차 높은 우선순위를 부여하는 중이다.

반도체 장비 업체 어플라이드머티어리얼즈의 케빈 모라스 부사장은 "AI 시대의 핵심 과제는 에너지 효율적인 반도체 칩을 구현하는 것"이라고 말했다.

AI 시대 가장 주목받는 메모리 제품인 고대역폭 메모리(HBM)에서도 전력은 성능 못지않은 중요 주제가 된 지 오래다.

삼성전자는 지난달 세계 최초로 HBM4(6세대 HBM)를 양산 출하했다고 발표하면서 코어 다이에 적용한 저전력 설계, 실리콘 관통 전극(TSV) 데이터 송수신 저전압 설계, 전력 분배 네트워크(PDN) 최적화를 통해 전 세대 대비 에너지 효율을 40% 개선했다고 강조했다.

HBM4 이후의 핵심 전장이 될 것으로 보이는 고객 맞춤형 '커스텀 HBM' 역시 전력 효율성에 초점을 맞추고 있다.

송재혁 삼성전자 DS부문 최고기술책임자(CTO) 사장은 지난달 11일 '세미콘 코리아' 기조연설에서 HBM의 컨트롤러 역할을 하는 베이스 다이에 그래픽처리장치(GPU)의 역할을 일부 분담시켜 동일한 전력을 소모하면서도 성능을 2.8배 끌어올렸다고 밝혔다.

기존 모바일 제품에 주로 사용되던 저전력 D램(LPDDR)은 수요가 폭증하는 서버로 사용처가 확대되고 있다. 대표적인 것이 LPDDR 기반의 서버용 메모리 모듈 소캠(SOCAMM)2다.

메모리 업계는 차세대 규격의 저전력 D램인 LPDDR6를 준비하는 동시에 소캠2의 상용화에도 대비하고 있다.

아울러 메모리에 연산 기능을 접목한 프로세싱-인-메모리(PIM) 기술 역시 꾸준히 주목받고 있다. 메모리 내부에서 연산을 일부 처리해 중앙처리장치(CPU)나 GPU로 데이터를 보내는 양을 줄이면 전력 효율을 높일 수 있기 때문이다.

반도체 칩과 칩을 구리 표면으로 직접 붙이는 차세대 패키징 기술 하이브리드 본딩도 전력 소모를 줄일 '게임 체인저'로 꼽힌다.

파운드리(반도체 수탁생산) 사업을 영위하는 삼성전자는 공정 미세화를 넘어 전력 공급 방식을 근본적으로 바꾸는 혁신으로 저전력 요구에 대응하고 있다.

삼성전자는 2나노미터(nm) 공정에서 내년부터 후면전력공급(BSPDN) 기술을 적용할 계획이다. 기존에는 전력과 신호 라인이 웨이퍼 전면에 함께 배치돼 병목 현상이 발생했지만, 전류 배선층을 후면에 따로 배치하면 둘의 간섭이 줄어 전력 효율이 개선된다.

국내 AI 반도체 스타트업들은 엔비디아가 장악한 범용 GPU 시장의 틈새를 전성비로 공략하고 있다.

지난해 투자 유치 과정에서 기업가치 약 2조원을 인정받은 리벨리온은 추론에 특화한 신경망처리장치(NPU) '리벨'이 엔비디아 H200에 뒤지지 않는 성능을 구현하면서도 전성비는 3.2배에 달한다고 밝혔다.

메타로부터의 인수 제안을 뿌리친 퓨리오사AI도 "AI 컴퓨팅을 지속 가능하게 한다"는 목표로 '레니게이드' 칩의 판매 확대를 추진하고 있다. 퓨리오사AI 역시 고객의 총소유비용을 크게 줄일 수 있다는 점을 강조하고 있다.

hskim@yna.co.kr